Solidati 3D radari tasememõõtur: funktsioonid ja rakendused - Söetehase juhtumiuuring

Abstraktne

Selles artiklis keskendutakse 3D-radari tasememõõturitele taseme mõõtmise tehnoloogias, selgitatakse nende rakenduspõhimõtteid ning võrreldakse traditsioonilise radari ja 3D-radari põhiomadusi. See tõstab esile Solidati 3D-radari tasememõõturitoodete praktilised rakendused söetehastes, pakkudes võrdluslahendust söejaamade taseme mõõtmise väljakutsetele.

Märksõnad

Tasememõõtur; 3D radar; söetehas; materjali taseme mõõtmine; tolmune keskkond

1. Ülevaade

Söetööstuse kiirendatud intelligentse ümberkujundamise tõttu on söetehased oluliselt suurendanud nõudmisi täpsuse, stabiilsuse ja nutikate lahenduste järele materjali taseme mõõtmisel. Traditsioonilised meetodid, nagu käsitsi kontrollimine, ultraheli tasememõõturid ja tavapärased radari tasememõõturid, seisavad silmitsi märkimisväärsete piirangutega: käsitsi kontrollimine on ebatõhus ja ebaturvaline, mistõttu on silohoidla dünaamika reaalajas jälgimine{1}} keeruline; Ultraheli tasememõõturid on altid söetolmu häiretele, mille tagajärjeks on tugev signaali sumbumine ja suured mõõtmisvead; Kuigi tavapärased radari tasememõõturid vähendavad osaliselt tolmuhäireid, on neil siiski raske saavutada kõikehõlmavat katvust keerulistes silotingimustes (nagu kaardumine, materjali kõrvalekalded või surnud tsoonid), mis põhjustab sageli materjali väärhinnangut, mis häirib tootmise ajakava koostamist ja varude haldamist.

Erinevate tasememõõtmistehnoloogiate hulgas on 3D-radari tasememõõturid muutunud mängu-muutujaks. Kasutades mitme kiirskannimise ja 3D-pildistamise võimalusi, ületavad nad traditsiooniliste meetodite ruumilised piirangud, et selgelt visualiseerida materjali jaotumist silohoidlates. Need süsteemid ei võimalda mitte ainult täpseid tasememõõtmisi, vaid võimaldavad ka-materjali mahu, massi ja hunniku morfoloogia reaalajas jälgimist. Söejaamade intelligentse taseme mõõtmise lahendusena-kaasavad need tõhusalt lünka, mille tavatehnoloogiad keerukates silokeskkondades jätavad.

2. Radaritehnoloogia omadused

2.1 Traditsiooniliste radarite (sealhulgas mikrolaineradari ja tavapärase juhitava laine radari) omadused

Üks mõõtemõõde: see saab ainult materjali taseme kõrguse andmeid, kuid ei suuda tajuda materjalide horisontaalset jaotust silos. Seistes silmitsi söehoidlas levinud "materjali kõrvalekalde" ja "kaare" nähtusega, ei suuda see tuvastada silohoidla tegelikku tühja mahtu, mis võib kergesti põhjustada hälbeid laoseisu arvutamisel.

Piiratud tolmuhäirekindlus: mikrolaine radari signaalid hajuvad ja nõrgenevad kõrge kontsentratsiooniga kivisöetolmu keskkondades. Kui tolmu kontsentratsioon ületab 50 g/m³, langeb signaali peegelduse intensiivsus järsult, mis kahjustab oluliselt mõõtmise täpsust. Kui tavapärased juhitava lainega radarisüsteemid on tolmuhäirete suhtes vähem vastuvõtlikud, on nende sondid vastuvõtlikud söetolmu nakkumisele. Pikaajaline kasutamine põhjustab signaali triivimist, mis on põhjustatud kogunenud ladestustest, mistõttu on vaja sagedast puhastamist ja hooldust.

Piiratud leviala: traditsioonilised radarid on enamasti ühe-kiire või kitsa-kiire konstruktsioonid, mis suudavad mõõta ainult "punkti" või "joont" silo sees ega suuda täielikult jäädvustada silohoidla üldist materjalitaseme olekut. Suurte söehoidlate puhul, mille läbimõõt on üle 8 meetri, tuleb esialgse katvuse saavutamiseks kombineerida ja paigaldada mitu seadet, mis suurendab seadmete maksumust ja silumisraskusi.

2.2 3D-radari omadused

3D-panoraamkujutis: kasutades mitme -kiire massiivi tehnoloogiat, kiirgab see süsteem samaaegselt 20-30 kõrge sagedusega-radari kiirt, et katta nii 360-kraadine horisontaalne ala kui ka 0–90-kraadine vertikaalnurk materjali silo sees. Signaali õmblemise ja andmete rekonstrueerimise abil genereerib see silo sees olevast materjalist reaalajas 3D-kujutisi, kuvades selgelt virnastamismustrid, kaarekujulised positsioonid, materjali kõrvalekalde astmed ja pimealad tühjades silohoidlates. See lahendab tõhusalt traditsioonilise radari "nähtamatuse ja ebatäpse mõõtmise" piirangud.

Vastupidavus tolmule ja karmile keskkonnale: 3D-radar kasutab spetsiaalset signaalimodulatsioonitehnoloogiat, mis kiirgab signaale võimsusega 5-10 mW (5–10 korda suurem kui tavalistel mikrolaineradaritel). Selle optimeeritud lainepikkusega disain sobib täpselt söetolmu osakeste omadustega, võimaldades tungida läbi suure kontsentratsiooniga tolmu (kuni 100 g/m³), minimeerides samal ajal signaali hajumise kadu. IP67-klassi kaitsega seade talub äärmuslikke temperatuure (-40 kuni 80 kraadi) ja korrosiooni, mistõttu on see ideaalne söejaamade silohoidlate jaoks, kus niiskus, tolm ja temperatuurikõikumised on tavalised väljakutsed.

Mitme parameetriga sünkroniseeritud mõõtmine: lisaks materjali taseme täpsele kõrguse mõõtmisele (täpsus ±5 mm, eraldusvõime 1 mm) saab see arvutada ka materjali mahu (viga alla või 2%) ja massi (koos söe puistetiheduse eelseadistatud funktsiooniga) 3D-piltide põhjal, genereerides automaatselt laoaruanded ilma käsitsi teisendamata. See pakub otsest andmetuge söejaamade varude haldamiseks ja tootmise ajastamiseks, vähendades käsitsi tehtavaid statistilisi vigu.

Madal hooldus ja intelligentne diagnostika: seadmel pole mehaanilisi liikuvaid osi, mis kõrvaldab sellised probleemid nagu materjali kogunemine ja mehaaniline kulumine traditsioonilistes juhitava laine radari sondides. Iga-aastane hooldus väheneb 1-2 korda. Sisseehitatud-intelligentsete diagnostikafunktsioonidega jälgib see reaalajas tööolekut (sh signaali tugevust, kiire terviklikkust ja sidelinke). Signaali anomaaliate või seadmete rikete ilmnemisel saadab see automaatselt hoiatused keskjuhtimissüsteemi, vähendades oluliselt seisaku riske.

Kohanemine keeruliste silostruktuuridega: toetab erineva kujuga, sh ringi-, ruudu- ja ristkülikukujuliste söehoidlate mõõtmist. Parameetrite seadistuste kaudu mahutab see silo sees olevaid takistusi, nagu redelid ja segamisseadmed, filtreerib automaatselt häiresignaale ega vaja täiendavaid varjestusseadmeid. See vastab erinevate söejaamade silohoidlate (nt toorsöehoidlad, rafineeritud söehoidlad ja söe läga silod) mõõtmisvajadustele.

3. Traditsioonilise radari ja 3D-radari põhimõtted

3.1 Traditsiooniline radar

Traditsioonilised mikrolaineradarisüsteemid töötavad ühe kõrge{0}}sagedusega (GHz vahemik) elektromagnetkiire kiirgamisel. Nad arvutavad materjali taseme kõrguse, kasutades peegeldunud signaalide levimisaega (põhineb elektromagnetlainete kiirusel, mis on võrdne valguse kiirusega) järgmise valemi abil: Materjali taseme kõrgus=(elektromagnetlainete levimiskiirus × peegeldusaeg) / 2. Söejaama silodes põhjustab söetolmu suur kontsentratsioon aga elektromagnetlainete hajumist. Osa signaalist neelavad tolmuosakesed, mille tulemusel vastuvõtja antennile tagastatav efektiivne signaalienergia on vaid 0,5–1% edastatavast energiast. See põhjustab sageli "peegeldussignaali puudumise" või "valepeegeldussignaali" probleeme. Kui tavapärased juhitava laine radarisüsteemid kasutavad tolmuhäirete vähendamiseks lainejuhte (teraskaableid/vardaid), siis nende signaalid levivad ainult mööda lainejuhi rada. See piirang takistab siloalade horisontaalset katmist ja materjali kogunemine sondi vardale võib muuta lainejuhi impedantsi, põhjustades mõõtmisvigu.

3.2 3D Radar

3D-radar töötab mitme-kiire aja{2}}domeeni reflektomeetria (Multi-beam TDR) ja 3D-andmete rekonstrueerimise tehnoloogia põhjal, mille põhiprintsiibid on järgmised:

Mitme -kiire edastamine ja vastuvõtt: radari antenni massiiv kiirgab samaaegselt mitut kõrge-sagedusega (24 GHz) elektromagnetkiirt. Iga kiir skaneerib silos oleva materjali pinda eelseadistatud nurkade all (külgmised vahekaugused 1 kraadi -2 kraadi, pikisuunaline katvus 0–90 kraadi), luues "pinnalaadse" katte. Vastuvõtuantenn võtab sünkroonselt kinni igast kiirest peegeldunud signaalid, registreerides iga kiire rühma levimisaja ja signaali tugevuse.

Signaalitöötlus ja häirete filtreerimine: spetsiaalseid algoritme kasutades töötleb süsteem mitut peegeldunud signaali, et filtreerida välja söetolmu hajumisest ja objektide peegeldumisest tulenevad häired (signaali tugevuse lävede ja kiire konsistentsi analüüsi alusel), säilitades samal ajal kehtivad pinna peegeldussignaalid. Samal ajal arvutab see silo peegelduspunktide kolme-mõõtmelised koordinaadid (X-, Y-, Z-teljed), kasutades valgusvihu nurga parameetreid.

3D-kujutise rekonstrueerimine ja parameetrite arvutamine: süsteem ühendab kõigepealt kõigi kehtivate peegelduspunktide 3D-koordinaadid, et luua silos oleva materjali 3D-punktipilvemudel. Piltide renderdustehnoloogiat kasutades loob see intuitiivse 3D-visualisatsiooni. Selle mudeli alusel arvutab süsteem automaatselt maksimaalse ja keskmise materjalitaseme kõrgused, määrates samal ajal materjali mahu integreerimisalgoritmi kaudu. Kombineerides need arvutused eelnevalt määratletud söe tiheduse parameetritega (nt toorsöe tihedus 1,3–1,5 t/m³), väljastab süsteem lõpuks täpsed materjali koguse andmed.

4. Solidat 3D radari tasememõõtur: sissejuhatus ja rakendused

4.1 Toote tehnilised põhiomadused

Juhtiv tööstusautomaatikaseadmete pakkuja Solidat on välja töötanud 3D-radari tasememõõturi (mudel: SLDL5300 seeria), et vastata söejaamade materjalitaseme mõõtmise nõuetele, millel on järgmised tehnilised põhiomadused:

Mõõtmisjõudlus: Mõõtevahemik 180 kraadi, 360 kraadi (sobib väikesele ja keskmisele kuni suurele kivisöetehasele), mahu täpsus ±0,5%, kauguse täpsus 1mm, tugitiheduse seadistus (0,5-3t/m³), vastab erinevate söetüüpide mõõtmisvajadustele.

Side ja andmeväljund: toetab Etherneti tööstuslikku, AUTBUS-i, 485 ja muid siderežiime ning suudab väljastada materjali taseme kõrguse, mahu, massi, 3D-kujutise andmeid (toetab BMP/JPG-vormingus eksporti) ning ühildub söejaama keskjuhtimissüsteemi andmeliidesega.

Paigaldamine ja kasutuselevõtt: peal{0}}paigaldatud paigaldusel (äärikühendus, ühildub DN50-DN200 äärikutega) on väikesed paigaldusavad, mis välistab vajaduse silohoidlas ulatuslikke muudatusi teha. Kasutuselevõtt toimub puutetundliku ekraani või kaugarvuti kaudu.

Pildistamise efekt: kiire-andmete töötlemine ja analüüs, arvuti viib andmetöötluse kiiresti ja automaatselt lõpule, lihtne 3D-graafika operatsioonisüsteem saavutab mõõdetud sihtmärgi kolmemõõtmelise taasesituse ning suudab teostada graafika pööramist, tõlkimist ja lokaalset suurendamist ning muid interaktiivseid toiminguid, mõõtmistulemused on ühe pilguga selged.

4.2 Söetehase rakendusjuhtum

Võtke näiteks suur riigi{0}}söetehas (aastane võimsus 5 miljonit tonni). Tehases on 8 toorsöehoidlat (läbimõõt 10m, kõrgus 25m) ja 4 rafineeritud söehoidlat (diameeter 8m, kõrgus 20m). Eelmisel mõõtmisel tavalise mikrolaineradari tasememõõturiga on kolm probleemi:

Söetolmu kontsentratsioon toorsöe silos on kõrge (keskmiselt 60 g/m³) ja mikrolaineradari signaali sumbumine on tõsine. Umbes 30% juhtudest ei ole võimalik saada tõhusaid materjali taseme andmeid, mistõttu on vajalik käsitsi kontrollimine, mis võib suurelt kõrguselt kukkuda;

Koksisöe silohoidlates esineb sageli „materjali tasakaalustamatust” (ühe poole materjalitase on ebaühtlane). Tavalised radarisüsteemid, mis mõõdavad ainult ühe-punkti andmeid, ei suuda sellist tasakaalustamatust tuvastada. Selle tulemuseks on 70% silohoidla tegeliku võimsuse kasutusmäär, mis põhjustab sageli "silotäie häireid vaatamata tühjale ruumile".

Varude statistika nõuab käsitsi hindamist, mis põhineb iga lao materjalitasemete kõrgusel ja materjalikastide mahul. See võtab aega 2-3 tundi ja veamäär on 5%-8%, mis mõjutab hankeplaani ja tootmise ajakava.

2024. aasta alguses võttis tehas kasutusele 83D radari tasememõõturid (6 toorsöehoidlatele ja 2 rafineeritud söehoidlatele) ning rakendusefekt paranes oluliselt:

Parem mõõtmisstabiilsus: 3D-radaril on kõrge kontsentratsiooniga kivisöetolmu tugev läbitungimisvõime ja efektiivset signaali omandamise kiirust suurendatakse 70% -lt 99,5% -ni. Laos ei ole vaja käsitsi kontrollida, mis vähendab tööjõukulusid umbes 120 000 jüaani võrra aastas ja välistab kõrgel{6}}töötamise ohutuse;

Materjali kõrvalekalde tuvastamise probleemi lahendamine: 3D-kujutis kuvab materjali jaotust puhastatud söekastis reaalajas. Kui ilmneb materjali kõrvalekalle (erinevus materjali taseme kahe külje vahel on üle 1 m), annab süsteem automaatselt häire ja juhendab operaatoreid söötmisasendit reguleerima. Prügikasti võimsuse kasutusaste on tõstetud 90% -ni, mis võimaldab igal aastal salvestada umbes 1500 tonni puhastatud kivisütt ja suurendada majanduslikku kasu umbes 1,2 miljoni jüaani võrra;

Intelligentne laohaldus: süsteem arvutab automaatselt välja söe kogused igas laos ja genereerib laoaruanded koos andmete värskendustega iga minut. See vähendab laoseisu statistika aega 2–3 tunnilt 10 sekundile, alandades samal ajal veamäära alla 2%. See pakub täpset andmetuge söejaamade hankimise planeerimiseks (nt toorsöe ostukoguste määramine varude tarbimise määrade põhjal) ja tootmise ajakava (nt söepesu toodangu kohandamine vastavalt puhastatud söe varude tasemele), minimeerides tõhusalt tootmishäireid ja toorme raiskamist, mis on põhjustatud laoseisude väärhinnangutest.

Lisaks vähendavad 3D-radari tasememõõturi madalad hooldusomadused oluliselt ka söejaama töö- ja hoolduskulusid: seadmeid on viimase aasta jooksul puhastatud vaid korra ning rikete väljalülitamist pole registreeritud. Võrreldes traditsioonilise radariga (mida tuleb hooldada keskmiselt kord 3 kuu jooksul), vähenevad iga-aastased hoolduskulud umbes 80 000 jüaani võrra.

5. Järeldus

Solidati 3D radari tasemeloendurid kasutavad tipptasemel tehnoloogiaid, sealhulgas 3D-kujutist, mitme parameetriga mõõtmist ja tugevat häiretevastast-võimet, et tõhusalt lahendada söetaimse materjali ladustamise mõõtmise põhiprobleeme. Nende hulka kuuluvad tõsine tolmu segamine, keerulised materjalitaseme konfiguratsioonid ja laoseisu jälgimise raskused. Süsteem mitte ainult ei suurenda mõõtmise täpsust ja stabiilsust, vaid juhib ka söejaamade varude haldamise ja tootmise ajastamise intelligentseid uuendusi. SLDL5300 3D mõõtesüsteem kasutab kitsast,-läbilaskevõimet, mis kohandub keeruliste töötingimustega, jäädes mõjutamata karmidest keskkondadest, nagu kõrge temperatuur, tolmu korrosioon, aur, vihm või udu. Suurepärase kulu{11}}jõudlussuhtega on see laialdaselt kasutatav tahkete materjalide mõõtmiseks erinevates hoiukohtades, sealhulgas silohoidlates, konteinerites ja tahkete puistematerjalide ladudes. Söetööstuse intelligentse ümberkujundamise kontekstis pakuvad Solidati 3D radari tasemeloendurid usaldusväärseid ja tõhusaid taseme mõõtmise lahendusi laialdaste rakendusvõimalustega. Eeldatakse, et need süsteemid kohanevad veelgi selliste stsenaariumidega nagu mehitamata söejaamade silohoidlad ja nutikad laosüsteemid, pakkudes tugevamat tuge söetööstuse digitaalsele arengule.