Solidat 3D radara līmeņa mērītājs: funkcijas un lietojumprogrammas - Ogļu rūpnīcas gadījuma izpēte

Abstrakts

Šajā rakstā galvenā uzmanība pievērsta 3D radara līmeņa mērītājiem līmeņa mērīšanas tehnoloģijā, izskaidrojot to pielietošanas principus un salīdzinot tradicionālā radara un 3D radara galvenās iezīmes. Tas izceļ Solidat 3D radara līmeņa mērītāju produktu praktisko pielietojumu ogļu rūpnīcās, nodrošinot atsauces risinājumu līmeņa mērīšanas problēmām ogļu rūpnīcās.

Atslēgvārdi

Līmeņa mērītājs; 3D radars; ogļu rūpnīca; materiāla līmeņa mērīšana; putekļu vide

1. Pārskats

Paātrinot viedo pārveidi ogļu rūpniecībā, ogļu rūpnīcas ir ievērojami palielinājušas prasības pēc precizitātes, stabilitātes un viediem risinājumiem materiālu līmeņa mērīšanā. Tradicionālās metodes, piemēram, manuālās pārbaudes, ultraskaņas līmeņa mērītāji un parastie radara līmeņa mērītāji, saskaras ar ievērojamiem ierobežojumiem: manuālās pārbaudes ir neefektīvas un nedrošas, tādēļ tvertnes dinamikas{1}}reāllaika uzraudzība ir sarežģīta; Ultraskaņas līmeņa mērītāji ir pakļauti akmeņogļu putekļu traucējumiem, kas izraisa nopietnu signāla vājināšanos un lielas mērījumu kļūdas; Lai gan parastie radara līmeņa mērītāji daļēji mazina putekļu radītos traucējumus, tie joprojām cīnās, lai panāktu visaptverošu pārklājumu sarežģītos silona apstākļos (piemēram, izliekšanās, materiāla novirze vai mirušās zonas), kas bieži noved pie nepareizi novērtēta materiāla līmeņa, kas traucē ražošanas plānošanu un krājumu pārvaldību.

Starp dažādām līmeņa mērīšanas tehnoloģijām 3D radara līmeņa mērītāji ir kļuvuši par spēļu-maiņu. Izmantojot vairāku -staru skenēšanas un 3D attēlveidošanas iespējas, tie pārvar telpiskos ierobežojumus tradicionālajām metodēm, lai skaidri vizualizētu materiālu sadalījumu tvertnēs. Šīs sistēmas nodrošina ne tikai precīzus līmeņa mērījumus, bet arī nodrošina materiāla tilpuma, masas un kaudzes morfoloģijas{6}}reāllaika uzraudzību. Kā risinājums viedajai līmeņa mērīšanai ogļu stacijās-, tie efektīvi novērš plaisu, ko rada tradicionālās tehnoloģijas sarežģītās tvertņu vidēs.

2. Radara tehnikas īpatnības

2.1. Tradicionālo radaru (tostarp mikroviļņu radaru un parasto vadāmo viļņu radaru) raksturojums

Viena mērījuma dimensija: tā var iegūt tikai materiāla līmeņa augstuma datus, bet nevar uztvert materiālu horizontālo sadalījumu tvertnē. Saskaroties ar kopējo "materiālu novirzes" un "arkas" fenomenu ogļu tvertnē, tas nevar noteikt faktisko tukšo tilpumu tvertnē, kas var viegli izraisīt novirzes krājumu aprēķinā.

Ierobežota pretestība pret putekļu traucējumiem: mikroviļņu radara signāli ir pakļauti izkliedei un vājināšanās vidē ar augstu -koncentrāciju ogļu putekļiem. Kad putekļu koncentrācija pārsniedz 50g/m³, signāla atstarošanas intensitāte krasi samazinās, būtiski apdraudot mērījumu precizitāti. Lai gan parastās vadāmo viļņu radaru sistēmas ir mazāk jutīgas pret putekļu traucējumiem, to zondes ir jutīgas pret ogļu putekļu saķeri. Ilgstoša lietošana izraisa signāla novirzi, ko izraisa uzkrātie nosēdumi, tādēļ ir nepieciešama bieža tīrīšana un apkope.

Ierobežots pārklājums: tradicionālie radari galvenokārt ir viena -staru vai šaura-staru konstrukcija, kas var izmērīt tikai "punktu" vai "līniju" tvertnē un nevar pilnībā uztvert tvertnes kopējo materiāla līmeņa stāvokli. Lieliem ogļu tvertnēm, kuru diametrs pārsniedz 8 metrus, ir jāapvieno un jāuzstāda vairākas ierīces, lai panāktu provizorisku pārklājumu, kas palielina aprīkojuma izmaksas un atkļūdošanas grūtības.

2.2 3D radara funkcijas

3D panorāmas attēlveidošana: izmantojot vairāku -staru masīvu tehnoloģiju, šī sistēma vienlaikus izstaro 20-30 augstas-augstfrekvences radara starus, lai aptvertu gan 360 grādu horizontālo apgabalu, gan 0–90 grādu vertikālo leņķi materiāla tvertnē. Izmantojot signālu sašūšanu un datu rekonstrukciju, tas ģenerē materiāla reāllaika 3D attēlus tvertnē, skaidri parādot sakraušanas modeļus, izliekuma pozīcijas, materiāla novirzes pakāpes un aklās vietas tukšos tvertnēs. Tas efektīvi atrisina tradicionālā radara ierobežojumus attiecībā uz "neredzamību un neprecīziem mērījumiem".

Izturība pret putekļiem un skarbu vidi: 3D radars izmanto specializētu signālu modulācijas tehnoloģiju, kas izstaro signālus ar 5-10 mW jaudu (5–10 reizes vairāk nekā parastie mikroviļņu radari). Tā optimizētais viļņa garuma dizains īpaši atbilst ogļu putekļu daļiņu īpašībām, ļaujot iekļūt augstas koncentrācijas putekļos (līdz 100 g/m³), vienlaikus samazinot signāla izkliedes zudumus. Iekārtai ir IP67 novērtējums, un tā iztur ārkārtējas temperatūras (-40 līdz 80 grādi) un koroziju, padarot to ideāli piemērotu ogļu rūpnīcu silosiem, kur mitrums, putekļi un temperatūras svārstības ir bieži sastopamas problēmas.

Vairāku{0}}parametru sinhronizēts mērījums: papildus precīzam materiāla līmeņa augstuma mērīšanai (precizitāte ±5 mm, izšķirtspēja 1 mm), tā var arī aprēķināt materiāla tilpumu (kļūda ir mazāka vai vienāda ar 2%) un masu (apvienojumā ar ogļu tilpuma blīvuma iepriekš iestatīto funkciju), pamatojoties uz 3D attēliem, automātiski ģenerējot krājumu atskaites bez manuālas konvertēšanas. Tas nodrošina tiešu datu atbalstu ogļu rūpnīcas krājumu pārvaldībai un ražošanas plānošanai, samazinot manuālās statistikas kļūdas.

Zema apkope un inteliģenta diagnostika: ierīcei nav mehānisku kustīgu daļu, tādējādi novēršot tādas problēmas kā materiāla uzkrāšanās un mehāniskais nodilums tradicionālajās vadāmo viļņu radara zondēs. Ikgadējā apkope tiek samazināta līdz 1-2 reizēm. Izmantojot iebūvētās-inteliģentās diagnostikas funkcijas, tas uzrauga reāllaika darbības statusu (tostarp signāla stiprumu, staru kūļa integritāti un sakaru saites). Kad rodas signāla anomālijas vai aprīkojuma kļūmes, tas automātiski nosūta brīdinājumus centrālajai vadības sistēmai, ievērojami samazinot dīkstāves risku.

Pielāgošanās sarežģītām tvertnes konstrukcijām: atbalsta dažādu formu, tostarp apļveida, kvadrātveida un taisnstūrveida, ogļu tvertņu mērījumus. Izmantojot parametru iestatījumus, tas var uzņemt šķēršļus, piemēram, kāpnes un maisīšanas ierīces tvertnes iekšpusē, automātiski filtrēt traucējumu signālus, un tai nav nepieciešamas papildu ekranēšanas ierīces. Tas atbilst dažādu ogļu rūpnīcu tvertņu (piemēram, neapstrādātu ogļu tvertņu, rafinētu ogļu tvertņu un ogļu vircas tvertņu) mērījumu vajadzībām.

3. Tradicionālā radara un 3D radara darbības principi

3.1. Tradicionālais radars

Tradicionālās mikroviļņu radaru sistēmas darbojas, izstarojot vienu augstas{0}}frekvences (GHz diapazona) elektromagnētisko staru kūli. Tie aprēķina materiāla līmeņa augstumu, izmantojot atstaroto signālu izplatīšanās laiku (pamatojoties uz elektromagnētiskā viļņa ātrumu, kas līdzvērtīgs gaismas ātrumam), izmantojot formulu: Materiāla līmeņa augstums=(elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās ātrums × atstarošanās laiks) / 2. Tomēr ogļu rūpnīcu silosos liela ogļu putekļu koncentrācija izraisa vairāku elektromagnētisko viļņu izkliedi. Daļu no signāla absorbē putekļu daļiņas, kā rezultātā efektīva signāla enerģija, kas atgriežas uztvērēja antenā, ir tikai 0,5–1% no pārraidītās enerģijas. Tas bieži noved pie "bez atstarošanas signāla" vai "viltus atstarošanas signāla" problēmām. Lai gan parastās vadīto viļņu radaru sistēmas izmanto viļņvadus (tērauda kabeļus/stieņus), lai samazinātu putekļu radītos traucējumus, to signāli izplatās tikai pa viļņvada ceļu. Šis ierobežojums novērš horizontālu tvertņu apgabalu pārklājumu, un materiāla uzkrāšanās uz zondes stieņa var mainīt viļņvada pretestību, izraisot mērījumu kļūdas.

3.2 3D Radars

3D radars darbojas, pamatojoties uz vairāku-staru laika-domēnu reflektometriju (Multi-beam TDR) un 3D datu rekonstrukcijas tehnoloģiju, kuras pamatprincipi ir šādi:

Daudzstaru pārraide un uztveršana: radara antenu bloks vienlaikus izstaro vairākus augstas-frekvences (24 GHz) elektromagnētiskos starus. Katrs stars skenē materiāla virsmu tvertnē iepriekš iestatītos leņķos (sānu atstatums 1 grādi -2 grādi, gareniskais pārklājums 0–90 grādi), radot "virsmai līdzīgu" pārklājumu. Uztvērēja antena sinhroni uztver atstarotos signālus no katra stara, reģistrējot katras staru grupas izplatīšanās laiku un signāla stiprumu.

Signālu apstrāde un traucējumu filtrēšana: izmantojot specializētus algoritmus, sistēma apstrādā vairākus atstarotos signālus, lai filtrētu traucējumus no ogļu putekļu izkliedes un objektu atstarošanas (pamatojoties uz signāla stipruma sliekšņiem un staru kūļa konsekvences analīzi), vienlaikus saglabājot derīgus virsmas atstarošanas signālus. Vienlaikus tas aprēķina trīsdimensiju koordinātas (X, Y, Z asis) atstarošanas punktiem tvertnē, izmantojot stara leņķa parametrus.

3D attēla rekonstrukcija un parametru aprēķināšana: sistēma vispirms apvieno 3D koordinātas no visiem derīgajiem atstarošanas punktiem, lai ģenerētu tvertnē esošā materiāla 3D punktu mākoņa modeli. Izmantojot attēlu renderēšanas tehnoloģiju, tas rada intuitīvu 3D vizualizāciju. Pamatojoties uz šo modeli, sistēma automātiski aprēķina maksimālo un vidējo materiāla līmeņa augstumu, vienlaikus nosakot materiāla apjomu, izmantojot integrācijas algoritmu. Apvienojot šos aprēķinus ar iepriekš noteiktiem ogļu blīvuma parametriem (piem., neapstrādāto ogļu blīvums 1,3-1,5 t/m³), sistēma galu galā izvada precīzus materiālu daudzuma datus.

4. Solidat 3D radara līmeņa mērītājs: ievads un lietojumprogrammas

4.1. Produkta galvenās tehniskās īpašības

Solidat, vadošais rūpnieciskās automatizācijas iekārtu piegādātājs, ir izstrādājis 3D radara līmeņa mērītāju (modelis: SLDL5300 sērija), lai atbilstu ogļu rūpnīcu materiāla līmeņa mērīšanas prasībām, un tam ir šādas galvenās tehniskās īpašības:

Mērījumu veiktspēja: Mērījumu diapazons 180 grādi, 360 grādi (piemērots maziem un vidējiem līdz lieliem akmeņogļu dārziem), tilpuma precizitāte ±0,5%, attāluma precizitāte 1 mm, atbalsta blīvuma iestatījums (0,5-3t/m³), atbilst dažādu ogļu veidu mērījumu vajadzībām.

Komunikācijas un datu izvade: atbalsta Ethernet rūpniecisko, AUTBUS, 485 un citus sakaru režīmus, kā arī var izvadīt materiāla līmeņa augstumu, tilpumu, masu, 3D attēla datus (atbalsta BMP/JPG formāta eksportu), un ir savietojams ar ogļu rūpnīcas centrālās vadības sistēmas datu saskarni.

Uzstādīšana un nodošana ekspluatācijā: augšpusē{0}}montētai instalācijai (atloka savienojums, saderīgs ar DN50-DN200 atlokiem) ir mazi uzstādīšanas caurumi, kas novērš nepieciešamību pēc plašas tvertnes modifikācijas. Nodošana ekspluatācijā tiek pabeigta, izmantojot skārienekrānu vai attālo datoru.

Attēlveidošanas efekts: ātrdarbīga datu apstrāde un analīze, datu apstrādi ātri un automātiski pabeidz dators, vienkārša 3D grafikas operētājsistēma, lai panāktu izmērītā mērķa trīsdimensiju reproducēšanu, un var veikt grafikas pagriešanu, tulkošanu un lokālu palielināšanu un citas interaktīvas darbības, mērījumu rezultāti ir skaidri vienā mirklī.

4.2. Ogļu rūpnīcas lietošanas gadījums

Kā piemēru ņemiet{0}}lielu valstij piederošu ogļu rūpnīcu (ikgadējā jauda 5 miljoni tonnu). Ražotnē ir 8 neapstrādātu ogļu tvertnes (diametrs 10 m, augstums 25 m) un 4 rafinētu ogļu tvertnes (diametrs 8 m, augstums 20 m). Iepriekšējam mērījumam, izmantojot parasto mikroviļņu radara līmeņa mērītāju, ir trīs problēmas:

Ogļu putekļu koncentrācija neapstrādātu ogļu tvertnē ir augsta (vidēji 60 g/m³), un mikroviļņu radara signāla vājināšanās ir nopietna. Apmēram 30% gadījumu nevar iegūt efektīvus materiāla līmeņa datus, tāpēc ir nepieciešama manuāla pārbaude, kas var nokrist no liela augstuma;

Koksa ogļu tvertnēs bieži rodas “materiālu nelīdzsvarotība” (nevienmērīgs materiāla līmenis vienā pusē). Parastās radaru sistēmas, kas mēra tikai viena punkta datus, nevar noteikt šādu nelīdzsvarotību. Tā rezultātā tiek izmantots 70% no tvertnes faktiskās jaudas, bieži izraisot "pilnas tvertnes trauksmes signālus, neskatoties uz atlikušo tukšo vietu".

Krājumu statistikai ir nepieciešams manuāls novērtējums, pamatojoties uz materiālu līmeņu augstumu un materiālu tvertņu tilpumu katrā noliktavā. Tas aizņem 2-3 stundas vienā reizē, un kļūdu līmenis ir 5% -8%, kas ietekmē iepirkuma plānu un ražošanas grafiku.

2024. gada sākumā rūpnīca ieviesa 83D radara līmeņa mērītājus (6 neapstrādātu ogļu tvertnēm un 2 rafinētu ogļu tvertnēm), un lietošanas efekts tika ievērojami uzlabots:

Uzlabota mērījumu stabilitāte: 3D radaram ir spēcīga augstas koncentrācijas ogļu putekļu iespiešanās spēja, un efektīvais signāla iegūšanas ātrums ir palielināts no 70% līdz 99,5%. Noliktavā nav jāveic manuāla pārbaude, kas samazina darbaspēka izmaksas par aptuveni 120 000 juaņu gadā un novērš drošības risku, veicot darbu lielā augstumā;

Materiāla novirzes identifikācijas problēmas risināšana: 3D attēls reāllaikā parāda materiāla sadalījumu iztīrītajā ogļu tvertnē. Kad notiek materiāla novirze (starpība starp abām materiāla līmeņa pusēm ir lielāka par 1 m), sistēma automātiski signalizēs un vadīs operatorus, lai pielāgotu barošanas pozīciju. Tvertnes ietilpības izmantošanas līmenis tiek palielināts līdz 90%, kas katru gadu var uzglabāt par aptuveni 1500 tonnām vairāk attīrītu ogļu un palielināt ekonomisko ieguvumu par aptuveni 1,2 miljoniem juaņu;

Intelektuālā krājumu pārvaldība: sistēma automātiski aprēķina ogļu daudzumu katrā noliktavā un ģenerē krājumu atskaites ar datu atjauninājumiem katru minūti. Tas samazina krājumu statistikas laiku no 2-3 stundām līdz 10 sekundēm, vienlaikus samazinot kļūdu līmeni zem 2%. Tas nodrošina precīzu datu atbalstu ogļu rūpnīcas iepirkumu plānošanai (piemēram, neapstrādātu ogļu iepirkuma daudzumu noteikšanai, pamatojoties uz krājumu patēriņa rādītājiem) un ražošanas plānošanai (piemēram, ogļu mazgāšanas izlaides pielāgošanai atbilstoši iztīrīto ogļu krājumu līmeņiem), efektīvi samazinot ražošanas traucējumus un izejvielu atkritumus, ko izraisa krājumu nepareizs novērtējums.

Turklāt 3D radara līmeņa mērītāja zemie apkopes raksturlielumi arī ievērojami samazina ogļu rūpnīcas ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas: iekārta ir tīrīta tikai vienu reizi pēdējā gada laikā, un nav reģistrēta atteices izslēgšana. Salīdzinot ar tradicionālo radaru (kurš ir jāveic vidēji reizi 3 mēnešos), ikgadējās uzturēšanas izmaksas ir samazinātas par aptuveni 80 000 juaņu.

5. Secinājums

Solidat 3D radara līmeņa skaitītāji izmanto visprogresīvākās tehnoloģijas, tostarp 3D attēlveidošanu, vairāku-parametru mērījumus un spēcīgas pret-traucējumu iespējas, lai efektīvi risinātu galvenās problēmas ogļu augu materiālu uzglabāšanas mērīšanā. Tie ietver nopietnus putekļu traucējumus, sarežģītas materiāla līmeņa konfigurācijas un krājumu izsekošanas grūtības. Sistēma ne tikai uzlabo mērījumu precizitāti un stabilitāti, bet arī veicina viedus uzlabojumus ogļu rūpnīcas krājumu pārvaldībā un ražošanas plānošanā. SLDL5300 3D mērīšanas sistēmā ir izmantots šaurs, augstas{9}}caurlaidības stars, kas pielāgojas sarežģītiem darba apstākļiem, un to neietekmē skarba vide, piemēram, augsta temperatūra, putekļu korozija, tvaiki, lietus vai migla. Pateicoties lieliskām{11}}izmaksu un veiktspējas attiecībām, to var plaši izmantot cieto materiālu mērīšanai dažādās uzglabāšanas vietās, tostarp silosos, konteineros un beztaras cieto materiālu noliktavās. Saistībā ar ogļu nozares viedo pārveidi Solidat 3D radara līmeņa skaitītāji nodrošina uzticamus un efektīvus līmeņa mērīšanas risinājumus ar plašām pielietojuma perspektīvām. Paredzams, ka šīs sistēmas turpmāk pielāgosies tādiem scenārijiem kā bezpilota ogļu staciju tvertnēm un viedajām noliktavu sistēmām, piedāvājot spēcīgāku atbalstu ogļu nozares digitālajai attīstībai.