Solidat 3D Radar Level Meter: Funkce a aplikace - Případová studie uhelné elektrárny

Abstraktní

Tento článek se zaměřuje na 3D radarové hladinoměry v technologii měření hladiny, vysvětluje principy jejich aplikace a porovnává základní vlastnosti tradičního radaru a 3D radaru. Zdůrazňuje praktické aplikační účinky produktů 3D radarových hladinoměrů Solidat v uhelných elektrárnách a poskytuje referenční řešení pro problémy s měřením hladiny v uhelných elektrárnách.

Klíčová slova

Hladinoměr; 3D radar; uhelná rostlina; měření hladiny materiálu; prašné prostředí

1. Přehled

S urychlenou inteligentní transformací uhelného průmyslu mají uhelné elektrárny výrazně zvýšené požadavky na přesnost, stabilitu a chytrá řešení v oblasti měření úrovně materiálu. Tradiční metody, jako jsou manuální kontroly, ultrazvukové hladinoměry a konvenční radarové hladinoměry, narážejí na významná omezení: Manuální kontroly jsou neefektivní a nebezpečné, takže monitorování dynamiky sil v reálném čase je náročné; Ultrazvukové hladinoměry jsou náchylné k rušení uhelným prachem, což má za následek silný útlum signálu a velké chyby měření; Zatímco konvenční radarové hladinoměry částečně zmírňují rušení prachu, stále mají potíže s dosažením komplexního pokrytí ve složitých podmínkách sila (jako je vyklenutí, odchylka materiálu nebo mrtvé zóny), což často vede k nesprávně odhadnutým hladinám materiálu, které narušují plánování výroby a řízení zásob.

Mezi různými technologiemi měření hladiny se 3D radarové hladinoměry ukázaly jako změna hry-. Využitím více-paprskového skenování a 3D zobrazování překonávají prostorová omezení tradičních metod k jasné vizualizaci distribuce materiálu v silech. Tyto systémy poskytují nejen přesná měření hladiny, ale umožňují také-monitorování objemu materiálu, hmotnosti a morfologie vlasu v reálném čase. Jako přechod-na řešení pro inteligentní měření hladiny v uhelných elektrárnách účinně překlenují mezeru, kterou zanechaly konvenční technologie ve složitých prostředích sil.

2. Vlastnosti radarové techniky

2.1 Charakteristika tradičních radarů (včetně mikrovlnného radaru a konvenčního řízeného vlnového radaru)

Jediný rozměr měření: Může získat pouze údaje o výšce hladiny materiálu, ale nemůže vnímat horizontální rozložení materiálů v sile. Tváří v tvář běžnému fenoménu „odchylka materiálu“ a „oblouk“ v uhelném sile nemůže identifikovat skutečný prázdný objem v sile, což snadno způsobí odchylku ve výpočtu zásob.

Omezená odolnost proti rušení prachu: Mikrovlnné radarové signály jsou náchylné k rozptylu a útlumu v prostředích s vysokou koncentrací uhelného prachu. Když koncentrace prachu překročí 50 g/m³, intenzita odrazu signálu dramaticky klesne, což výrazně snižuje přesnost měření. Zatímco konvenční radarové systémy s řízenou vlnou vykazují menší náchylnost k interferenci s prachem, jejich sondy jsou náchylné k ulpívání uhelného prachu. Dlouhodobé používání vede k posunu signálu způsobenému nahromaděnými usazeninami, což vyžaduje časté čištění a údržbu.

Omezené pokrytí: Tradiční radary jsou většinou jednopaprskové nebo úzké{1}}paprskové konstrukce, které mohou měřit pouze „bod“ nebo „čáru“ v sile a nemohou plně zachytit celkový stav materiálové úrovně sila. Pro velká uhelná sila o průměru větším než 8 metrů je třeba zkombinovat a nainstalovat více zařízení, aby se dosáhlo předběžného pokrytí, což zvyšuje náklady na zařízení a obtížnost ladění.

2.2 Vlastnosti 3D radaru

3D panoramatické zobrazování: Tento systém využívá technologii vícepaprskového pole a současně vysílá 20-30 vysokofrekvenčních- radarových paprsků, které pokrývají jak 360° horizontální oblast, tak 0-90° vertikální úhel v sile na materiál. Prostřednictvím sešívání signálu a rekonstrukce dat generuje v reálném čase 3D obrazy materiálu uvnitř sila, přičemž jasně zobrazuje vzory skládání, polohy oblouku, stupně odchylky materiálu a slepá místa v prázdných silech. To účinně řeší omezení tradičního radaru „neviditelnost a nepřesné měření“.

Odolnost proti prachu a drsnému prostředí: 3D radar využívá specializovanou technologii modulace signálu, která vysílá signály s výkonem 5-10 mW (5-10krát vyšší než běžné mikrovlnné radary). Jeho optimalizovaný design vlnové délky specificky odpovídá charakteristikám částic uhelného prachu a umožňuje pronikání přes vysoce koncentrovaný prach (až 100 g/m³) a zároveň minimalizuje ztráty rozptylem signálu. Zařízení s krytím IP67 odolává extrémním teplotám (-40 stupňů až 80 stupňů) a korozi, takže je ideální pro sila uhelných elektráren, kde jsou běžnými problémy vlhkost, prach a kolísání teplot.

Synchronizované měření s více parametry: Kromě přesného měření výšky hladiny materiálu (přesnost ±5 mm, rozlišení 1 mm) dokáže také vypočítat objem materiálu (chyba menší nebo rovna 2 %) a hmotnost (v kombinaci s funkcí přednastavené objemové hmotnosti uhlí) na základě 3D snímků, přičemž automaticky generuje zprávy o zásobách bez ruční konverze. To poskytuje přímou datovou podporu pro řízení zásob uhelných elektráren a plánování výroby, čímž se snižují manuální statistické chyby.

Nízká údržba a inteligentní diagnostika: Zařízení neobsahuje žádné mechanické pohyblivé části, což eliminuje problémy, jako je hromadění materiálu a mechanické opotřebení u tradičních radarových sond s řízenou vlnou. Roční údržba je snížena na 1-2krát. Díky vestavěným-inteligentním diagnostickým funkcím monitoruje provozní stav v reálném čase (včetně síly signálu, integrity paprsku a komunikačních spojení). Když dojde k anomáliím signálu nebo k poruše zařízení, automaticky odešle výstrahy do centrálního řídicího systému, čímž se výrazně sníží rizika prostojů.

Přizpůsobit se složitým strukturám sila: Podporuje měření uhelných sil různých tvarů včetně kruhových, čtvercových a obdélníkových. Prostřednictvím nastavení parametrů se může přizpůsobit překážkám, jako jsou žebříky a míchací zařízení uvnitř sila, automaticky filtrovat rušivé signály a nevyžaduje další stínící zařízení. Splňuje potřeby měření různých sil uhelných elektráren (jako jsou sila na surové uhlí, sila na rafinované uhlí a sila na uhelnou kaši).

3. Principy tradičního radaru a 3D radaru

3.1 Tradiční radar

Tradiční mikrovlnné radarové systémy fungují tak, že vysílají jeden vysokofrekvenční (GHz) elektromagnetický paprsek. Výšku hladiny materiálu vypočítají pomocí doby šíření odražených signálů (na základě rychlosti elektromagnetické vlny ekvivalentní rychlosti světla) pomocí vzorce: Výška hladiny materiálu=(Rychlost šíření elektromagnetické vlny × Doba odrazu) / 2. V silech uhelných elektráren však vysoké koncentrace uhelného prachu způsobují mnohonásobný rozptyl elektromagnetických vln. Část signálu je absorbována prachovými částicemi, což má za následek, že efektivní energie signálu vracející se do antény přijímače je pouze 0,5%-1% přenášené energie. To často vede k problémům „žádný signál odrazu“ nebo „signál falešného odrazu“. Zatímco konvenční radarové systémy s řízenou vlnou používají vlnovody (ocelové kabely/tyče) ke snížení rušení prachu, jejich signály se šíří pouze podél trasy vlnovodu. Toto omezení brání horizontálnímu pokrytí oblastí sila a nahromadění materiálu na tyči sondy může změnit impedanci vlnovodu a způsobit chyby měření.

3.2 3D Radar

3D radar funguje na základě více-časového paprsku{2}}doménové reflektometrie (Multi{3}}paprskové TDR) a technologie 3D rekonstrukce dat, přičemž základní principy jsou následující:

Více{0}}paprskový přenos a příjem: Radarové anténní pole současně vysílá několik vysokofrekvenčních (24 GHz) elektromagnetických paprsků. Každý paprsek skenuje povrch materiálu v sile v předem nastavených úhlech (boční rozteč 1 stupeň -2 stupně, podélné pokrytí 0-90 stupňů), čímž vzniká pokrytí „podobné povrchu“. Přijímací anténa synchronně zachycuje odražené signály z každého paprsku a zaznamenává dobu šíření a sílu signálu každé skupiny paprsků.

Zpracování signálu a filtrování rušení: Systém pomocí specializovaných algoritmů zpracovává více odražených signálů, aby odfiltroval rušení od rozptylu uhelného prachu a odrazů objektů (na základě prahových hodnot síly signálu a analýzy konzistence paprsku), přičemž zachovává platné signály odrazu od povrchu. Současně vypočítává trojrozměrné souřadnice (osy X, Y, Z) bodů odrazu v sile pomocí parametrů úhlu paprsku.

Rekonstrukce 3D obrazu a výpočet parametrů: Systém nejprve sloučí 3D souřadnice ze všech platných bodů odrazu a vytvoří 3D model mračna bodů materiálu v sile. Pomocí technologie vykreslování obrazu vytváří intuitivní 3D vizualizaci. Na základě tohoto modelu systém automaticky vypočítá maximální a průměrné výšky hladiny materiálu a zároveň určí objem materiálu pomocí integračního algoritmu. Kombinací těchto výpočtů s předdefinovanými parametry hustoty uhlí (např. hustota surového uhlí 1,3-1,5 t/m³) systém nakonec poskytuje přesné údaje o množství materiálu.

4. Solidat 3D Radar Level Meter: Úvod a aplikace

4.1 Základní technické vlastnosti produktu

Solidat, přední poskytovatel zařízení pro průmyslovou automatizaci, vyvinul 3D radarový hladinoměr (model: SLDL5300 Series), aby splňoval požadavky na měření hladiny materiálu uhelných elektráren s následujícími základními technickými charakteristikami:

Výkon měření: Rozsah měření 180 stupňů, 360 stupňů (vhodné pro malé a střední až velké uhelné dvory), objemová přesnost ±0,5 %, přesnost vzdálenosti 1 mm, nastavení hustoty podpory (0,5-3 t/m³), splňují potřeby měření různých druhů uhlí.

Komunikace a datový výstup: Podporuje Ethernet industrial, AUTBUS, 485 a další komunikační režimy a může poskytovat výstup výšky, objemu, hmotnosti, 3D obrazových dat (podpora exportu formátu BMP/JPG) a je kompatibilní s datovým rozhraním centrálního řídicího systému uhelné elektrárny.

Instalace a uvedení do provozu: Vrchní-instalace (přírubové připojení, kompatibilní s přírubami DN50-DN200) má malé instalační otvory, takže není nutné provádět rozsáhlé úpravy sila. Uvedení do provozu se provádí pomocí dotykové obrazovky nebo vzdáleného počítače.

Zobrazovací efekt: vysokorychlostní{0}}zpracování a analýza dat, zpracování dat je rychle a automaticky dokončeno počítačem, jednoduchý 3D grafický operační systém pro dosažení trojrozměrné reprodukce měřeného cíle a může provádět rotaci grafiky, posouvání a místní zvětšení a další interaktivní operace, výsledky měření jsou jasné na první pohled.

4.2 Případ aplikace uhelné elektrárny

Vezměme si jako příklad velkou státní-uhelnou elektrárnu (roční kapacita 5 milionů tun). Závod má 8 sil na surové uhlí (průměr 10 m, výška 25 m) a 4 sila na rafinované uhlí (průměr 8 m, výška 20 m). Předchozí měření pomocí běžného mikrovlnného radarového hladinoměru má tři problémy:

Koncentrace uhelného prachu v sile na surové uhlí je vysoká (v průměru 60 g/m³) a útlum mikrovlnného radarového signálu je vážný. Přibližně ve 30 % případů nelze získat efektivní údaje o úrovni materiálu, takže je vyžadována ruční kontrola, při které existuje riziko pádu z vysoké nadmořské výšky;

Sila na koksovatelné uhlí často zažívají „materiálovou nerovnováhu“ (nerovnoměrné úrovně materiálu na jedné straně). Konvenční radarové systémy, které měří pouze jednotlivá-bodová data, nedokážou takovou nerovnováhu detekovat. To má za následek 70% míru využití skutečné kapacity sila, což často způsobuje „alarmy plného sila i přes zbývající prázdné místo“.

Statistiky zásob vyžadují ruční odhad na základě výšky úrovní materiálu a objemu zásobníků materiálu v každém skladu. Trvá to 2-3 hodiny za čas a chybovost je 5%-8%, což ovlivňuje plán nákupu a plánování výroby.

Na začátku roku 2024 závod zavedl 83D radarové hladinoměry (6 pro sila na surové uhlí a 2 pro sila na rafinované uhlí) a efekt aplikace se výrazně zlepšil:

Vylepšená stabilita měření: 3D radar má silnou schopnost pronikat uhelným prachem o vysoké koncentraci a efektivní rychlost získávání signálu se zvýšila ze 70 % na 99,5 %. Ve skladu není vyžadována žádná ruční kontrola, což snižuje mzdové náklady asi o 120 000 juanů ročně a eliminuje bezpečnostní riziko práce ve vysokých-nadmořských výškách;

Řešení problému identifikace odchylky materiálu: 3D snímek zobrazuje rozložení materiálu ve vyčištěném uhelném zásobníku v reálném čase. Když dojde k odchylce materiálu (rozdíl mezi dvěma stranami hladiny materiálu je větší než 1 m), systém automaticky spustí alarm a navede obsluhu, aby upravila polohu podávání. Míra využití kapacity zásobníku se zvýší na 90 %, což může každý rok uložit o 1500 tun vyčištěného uhlí více a zvýšit ekonomický přínos o přibližně 1,2 milionu juanů;

Inteligentní řízení zásob: Systém automaticky vypočítává množství uhlí v každém skladu a generuje zprávy o zásobách s aktualizací dat každou minutu. To zkracuje dobu statistiky zásob ze 2–3 hodin na 10 sekund a zároveň snižuje chybovost pod 2 %. Poskytuje přesnou datovou podporu pro plánování nákupu uhelných elektráren (např. určování množství nákupu surového uhlí na základě míry spotřeby zásob) a plánování výroby (např. úprava výkonu praní uhlí podle úrovní zásob vyčištěného uhlí), čímž účinně minimalizuje narušení výroby a plýtvání surovinami způsobené nesprávným odhadem zásob.

Kromě toho nízké nároky na údržbu 3D radarového hladinoměru také významně snižují náklady na provoz a údržbu uhelné elektrárny: zařízení bylo za uplynulý rok vyčištěno pouze jednou a neexistuje žádný záznam o poruchovém odstavení. Ve srovnání s tradičním radarem (který je třeba udržovat v průměru jednou za 3 měsíce) jsou roční náklady na údržbu sníženy asi o 80 000 juanů.

5. Závěr

Solidat 3D Radar Level Counters využívá špičkové-technologie včetně 3D zobrazování, více-parametrového měření a robustních funkcí proti-rušení k efektivnímu řešení klíčových problémů při měření skladování materiálu uhelných elektráren. Patří mezi ně silné rušení prachu, složité konfigurace úrovně materiálu a potíže se sledováním zásob. Systém nejen zvyšuje přesnost a stabilitu měření, ale také podporuje inteligentní modernizace řízení zásob uhelných elektráren a plánování výroby. Měřicí systém SLDL5300 3D využívá úzký paprsek s vysokou průnikem-, který se přizpůsobuje složitým pracovním podmínkám a není ovlivněn drsným prostředím, jako jsou vysoké teploty, prachová koroze, pára, déšť nebo mlha. Díky vynikajícímu poměru ceny{11}}výkonu je široce použitelný pro měření pevných materiálů v různých skladovacích místech, včetně sil, kontejnerů a skladů sypkých materiálů. V kontextu inteligentní transformace uhelného průmyslu poskytují 3D radarové hladinoměry Solidat spolehlivá a účinná řešení měření hladiny s širokými vyhlídkami na použití. Očekává se, že se tyto systémy dále přizpůsobí scénářům, jako jsou sila uhelných elektráren bez posádky a inteligentní skladovací systémy, a nabídnou tak silnější podporu pro digitální rozvoj uhelného průmyslu.