Solidat 3D Tutka Tasomittari: Ominaisuudet ja sovellukset - Tapaustutkimus kivihiililaitoksesta

Abstrakti

Tässä artikkelissa keskitytään 3D-tutkan pintamittareihin pinnanmittaustekniikassa, selitetään niiden käyttöperiaatteet ja vertaillaan perinteisen tutkan ja 3D-tutkan ydinominaisuuksia. Se korostaa Solidatin 3D-tutkan pinnanmittaustuotteiden käytännön sovelluksia hiilivoimaloissa ja tarjoaa vertailuratkaisun hiilivoimaloiden pinnanmittaushaasteisiin.

Avainsanat

Tasomittari; 3D-tutka; hiili kasvi; materiaalitason mittaus; pölyinen ympäristö

1. Yleiskatsaus

Hiiliteollisuuden nopeutetun älykkään muutoksen myötä kivihiililaitokset ovat lisänneet merkittävästi tarkkuus-, vakauden- ja älykkäiden ratkaisujen vaatimuksia materiaalitason mittauksessa. Perinteisissä menetelmissä, kuten manuaalisissa tarkastuksissa, ultraäänitasomittarissa ja tavanomaisissa tutkatason mittareissa, on huomattavia rajoituksia: Manuaaliset tarkastukset ovat tehottomia ja vaarallisia, mikä tekee siilon dynamiikan reaaliaikaisesta-seurannasta haastavaa. Ultraäänitason mittarit ovat alttiita hiilipölyhäiriöille, mikä johtaa vakavaan signaalin vaimenemiseen ja suuriin mittausvirheisiin; Vaikka tavanomaiset tutkan pinnankorkeusmittarit vähentävät osittain pölyn aiheuttamaa häiriötä, ne kamppailevat silti saavuttaakseen kattavan peiton monimutkaisissa siilo-olosuhteissa (kuten kaarevuus, materiaalin poikkeama tai kuolleet vyöhykkeet), mikä johtaa usein väärin arvioituihin materiaalitasoihin, jotka häiritsevät tuotannon aikataulutusta ja varastonhallintaa.

Eri tasonmittaustekniikoiden joukossa 3D-tutkan tasomittarit ovat nousseet peli-muuttajaksi. Hyödyntämällä monisädeskannaus- ja 3D-kuvausominaisuuksia ne ylittävät perinteisten menetelmien tilarajoitukset ja visualisoivat selkeästi materiaalin jakautumisen siiloissa. Nämä järjestelmät eivät ainoastaan ​​tarjoa tarkkoja tasomittauksia, vaan mahdollistavat myös materiaalin tilavuuden, massan ja pinojen morfologian reaaliaikaisen-seurannan. Hiilivoimaloiden älykkään pinnanmittauksen ratkaisuna-ja ne kurovat tehokkaasti umpeen perinteisten teknologioiden jättämiä aukkoja monimutkaisissa siiloympäristöissä.

2. Tutkatekniikan ominaisuudet

2.1 Perinteisten tutkien ominaisuudet (mukaan lukien mikroaaltotutka ja perinteinen ohjattu aaltotutka)

Yksittäinen mittausulottuvuus: Se voi saada vain materiaalitason korkeustiedot, mutta ei pysty havaitsemaan materiaalien vaakasuuntaista jakautumista siilossa. Hiilisiilon yhteisen "materiaalipoikkeama" ja "kaari" -ilmiön edessä se ei pysty tunnistamaan siilon todellista tyhjää tilavuutta, mikä on helppo aiheuttaa poikkeamaa varaston laskennassa.

Rajoitettu pölyn häiriönkestävyys: Mikroaaltotutkasignaalit ovat alttiita siroamiselle ja vaimenemiselle korkean{0}}hiilipitoisuuden ympäristöissä. Kun pölypitoisuus ylittää 50 g/m³, signaalin heijastusintensiteetti laskee dramaattisesti, mikä heikentää merkittävästi mittaustarkkuutta. Vaikka tavanomaiset ohjatun aallon tutkajärjestelmät osoittavat vähemmän herkkiä pölyn häiriöille, niiden anturit ovat herkkiä hiilipölyn tarttumiselle. Pitkäaikainen käyttö johtaa kerääntyneiden kerrostumien aiheuttamaan signaalin ajautumiseen, mikä vaatii jatkuvaa puhdistusta ja huoltoa.

Rajoitettu kattavuus: Perinteiset tutkat ovat enimmäkseen yksi--- tai kapea-keilarakenteita, jotka pystyvät mittaamaan vain "pisteen" tai "viivan" siilon sisällä eivätkä pysty kuvaamaan täysin siilon materiaalitason kokonaistilaa. Suurissa hiilisiiloissa, joiden halkaisija on yli 8 metriä, useita laitteita on yhdistettävä ja asennettava alustavan peiton saavuttamiseksi, mikä lisää laitekustannuksia ja virheenkorjausvaikeutta.

2.2 3D-tutkan ominaisuudet

3D-panoraamakuvaus: Tämä järjestelmä käyttää monisäderyhmätekniikkaa ja lähettää samanaikaisesti 20-30 korkeataajuista-tutkasädettä, jotka kattavat sekä 360 asteen vaaka-alueen että 0–90 asteen pystykulman materiaalisiilossa. Signaaliompelun ja tietojen rekonstruoinnin avulla se tuottaa reaaliaikaisia ​​3D-kuvia siilon sisällä olevasta materiaalista, joka näyttää selkeästi pinoamiskuviot, kaarevat sijainnit, materiaalin poikkeamaasteet ja kuolleet pisteet tyhjissä siiloissa. Tämä ratkaisee tehokkaasti perinteisen tutkan "näkymättömyyden ja epätarkan mittauksen" rajoitukset.

Pölyn ja ankaran ympäristön kestävyys: 3D-tutka käyttää erikoistunutta signaalimodulaatiotekniikkaa, joka lähettää signaaleja 5-10 mW teholla (5-10 kertaa suurempi kuin perinteiset mikroaaltouunitutkat). Sen optimoitu aallonpituusrakenne sopii erityisesti hiilipölyhiukkasten ominaisuuksiin, mikä mahdollistaa tunkeutumisen korkean pölyn (jopa 100 g/m³) läpi ja minimoi signaalin sirontahäviön. IP67-luokitellun suojauksen ansiosta laite kestää äärimmäisiä lämpötiloja (-40 - 80 astetta) ja korroosiota, joten se sopii erinomaisesti hiilivoimaloiden siiloihin, joissa kosteus, pöly ja lämpötilan vaihtelut ovat yleisiä haasteita.

Moniparametrinen synkronoitu mittaus: Tarkan materiaalitason korkeusmittauksen (tarkkuus ±5 mm, resoluutio 1 mm) lisäksi se voi myös laskea materiaalin tilavuuden (virhe enintään 2 %) ja massan (yhdistettynä hiilen irtotiheyden esiasetettuun toimintoon) 3D-kuvien perusteella luoden varastoraportteja automaattisesti ilman manuaalista muuntamista. Tämä tarjoaa suoraa datatukea hiilivoimaloiden varastonhallintaan ja tuotannon ajoitukseen, mikä vähentää manuaalisia tilastovirheitä.

Vähäinen huolto ja älykäs diagnoosi: Laitteessa ei ole mekaanisia liikkuvia osia, mikä eliminoi ongelmat, kuten materiaalin kerääntymisen ja mekaanisen kulumisen perinteisissä ohjatuissa aaltotutka-antureissa. Vuosihuolto vähenee 1-2 kertaa. Sisäänrakennettujen -älykkäiden diagnostiikkatoimintojen ansiosta se tarkkailee reaaliaikaista toimintatilaa (mukaan lukien signaalin voimakkuus, säteen eheys ja viestintälinkit). Kun signaalihäiriöitä tai laitevikoja ilmenee, se lähettää automaattisesti hälytyksiä keskusohjausjärjestelmään, mikä vähentää merkittävästi seisokkien riskiä.

Mukaudu monimutkaisiin siilorakenteisiin: Tukee erimuotoisten, kuten pyöreiden, neliön ja suorakaiteen muotoisten hiilisiilojen mittausta. Parametriasetusten kautta se voi ottaa vastaan ​​esteitä, kuten tikkaat ja sekoituslaitteet siilon sisällä, suodattaa automaattisesti häiriösignaalit, eikä vaadi ylimääräisiä suojalaitteita. Se täyttää erilaisten kivihiililaitossiilojen (kuten raakahiilisiilot, jalostetut hiilisiilot ja hiililietteen siilot) mittaustarpeet.

3. Perinteisen tutkan ja 3D-tutkan periaatteet

3.1 Perinteinen tutka

Perinteiset mikroaaltotutkajärjestelmät toimivat lähettämällä yhtä korkeataajuista{0}} (GHz-alue) sähkömagneettista sädettä. He laskevat materiaalin tason korkeuden käyttämällä heijastuneiden signaalien etenemisaikaa (sähkömagneettisen aallon nopeuden perusteella, joka vastaa valon nopeutta) kaavalla: Materiaalin tason korkeus=(sähkömagneettisen aallon leviämisnopeus × heijastusaika) / 2. Hiilitehtaan siiloissa suuret hiilipölypitoisuudet aiheuttavat kuitenkin useiden sähkömagneettisten aaltojen sirontaa. Pölyhiukkaset absorboivat osan signaalista, jolloin vastaanotinantenniin palaava tehokas signaalienergia on vain 0,5–1 % lähetetystä energiasta. Tämä johtaa usein "ei heijastussignaalia" tai "vääräheijastussignaali" -ongelmiin. Vaikka perinteiset ohjatut aaltotutkajärjestelmät käyttävät aaltoputkia (teräskaapeleita/-tankoja) vähentämään pölyhäiriöitä, niiden signaalit etenevät vain aaltoputken reittiä pitkin. Tämä rajoitus estää siilon alueiden peittämisen vaakasuunnassa, ja materiaalin kerääntyminen mittapäälle voi muuttaa aaltoputken impedanssia aiheuttaen mittausvirheitä.

3.2 3D Tutka

3D-tutka toimii usean -keilan aika-verkkoalueen reflektometrian (Multi-beam TDR) ja 3D-tietojen rekonstruointiteknologian perusteella, ja sen perusperiaatteet ovat seuraavat:

Monisäteen lähetys ja vastaanotto: Tutka-antenniryhmä lähettää samanaikaisesti useita korkeataajuisia (24 GHz) sähkömagneettisia säteitä. Kukin säde skannaa siilon materiaalin pintaa ennalta määritetyissä kulmissa (sivuväli 1 astetta -2 astetta, pituussuuntainen peitto 0-90 astetta) luoden "pintamaisen" peiton. Vastaanottava antenni kaappaa synkronisesti heijastuneet signaalit kustakin säteestä ja tallentaa kunkin säderyhmän etenemisajan ja signaalin voimakkuuden.

Signaalinkäsittely ja häiriösuodatus: Järjestelmä käsittelee erikoisalgoritmeja hyödyntäen useita heijastuneita signaaleja suodattaakseen häiriöt hiilipölyn sironnasta ja esineiden heijastuksista (signaalin voimakkuuden kynnysten ja säteen konsistenssin analyysin perusteella) säilyttäen samalla kelvolliset pinnan heijastussignaalit. Samanaikaisesti se laskee siilon sisällä olevien heijastuspisteiden kolmiulotteiset koordinaatit (X-, Y-, Z-akselit) käyttämällä säteen kulmaparametreja.

3D-kuvan rekonstruktio ja parametrien laskenta: Järjestelmä yhdistää ensin 3D-koordinaatit kaikista kelvollisista heijastuspisteistä luodakseen 3D-pistepilvimallin materiaalista siilon sisällä. Käyttämällä kuvien renderöintitekniikkaa se luo intuitiivisen 3D-visualisoinnin. Tämän mallin perusteella järjestelmä laskee automaattisesti materiaalin maksimi- ja keskimääräiset korkeudet ja määrittää samalla materiaalimäärän integrointialgoritmin avulla. Yhdistämällä nämä laskelmat ennalta määritettyihin hiilen tiheysparametreihin (esim. raakahiilen tiheys 1,3-1,5 t/m³), järjestelmä tuottaa lopulta tarkat materiaalimäärätiedot.

4. Solidat 3D Radar Level Meter: Johdanto ja sovellukset

4.1 Tuotteen tekniset ydinominaisuudet

Solidat, johtava teollisuusautomaatiolaitteiden toimittaja, on kehittänyt 3D-tutkan pintamittarin (malli: SLDL5300-sarja) täyttämään hiilivoimaloiden materiaalitason mittausvaatimukset, ja sillä on seuraavat tekniset ydinominaisuudet:

Mittaussuorituskyky: Mittausalue 180 astetta, 360 astetta (sopii pienille ja keskisuurille ja suurille kivihiilipihalle), tilavuustarkkuus ±0,5%, etäisyystarkkuus 1mm, tukitiheysasetus (0,5-3t/m³), täyttää erilaisten kivihiilityyppien mittaustarpeet.

Tiedonsiirto ja tiedonanto: Tukee Ethernet teollisuus-, AUTBUS-, 485- ja muita viestintätiloja ja voi tulostaa materiaalitason korkeutta, tilavuutta, massaa, 3D-kuvadataa (tuki BMP/JPG-muodon vientiä), ja se on yhteensopiva hiilivoimalan keskusohjausjärjestelmän tietoliitännän kanssa.

Asennus ja käyttöönotto: Ylä-asennetussa asennuksessa (laippaliitäntä, yhteensopiva DN50-DN200-laippojen kanssa) on pieniä asennusreikiä, joten siiloon ei tarvitse tehdä laajoja muutoksia. Käyttöönotto suoritetaan kosketusnäytön tai etätietokoneen kautta.

Kuvaustehoste: nopea{0}}tietojen käsittely ja analysointi, tietokone suorittaa tietojenkäsittelyn nopeasti ja automaattisesti, yksinkertainen 3D-grafiikkakäyttöjärjestelmä saavuttaa mitatun kohteen kolmiulotteisen-toiston ja voi suorittaa grafiikan kiertoa, kääntämistä ja paikallista suurennusta ja muita interaktiivisia toimintoja. Mittaustulokset ovat selkeät yhdellä silmäyksellä.

4.2 Hiililaitoksen käyttötapaus

Otetaan esimerkkinä suuri{0}}valtion omistuksessa oleva kivihiililaitos (vuosikapasiteetti 5 miljoonaa tonnia). Tehtaalla on 8 raakahiilisiiloa (halkaisija 10 m, korkeus 25 m) ja 4 jalostettua hiilisiiloa (halkaisija 8 m, korkeus 20 m). Edellisessä mittauksessa tavallisella mikroaaltotutkatason mittarilla on kolme ongelmaa:

Hiilen pölypitoisuus raakahiilisiilossa on korkea (keskimäärin 60g/m³), ja mikroaaltotutkasignaalin vaimennus on vakava. Noin 30 % ajasta ei saada tehokkaita materiaalitasotietoja, joten manuaalinen tarkastus vaaditaan, mikä voi pudota korkealta;

Koksihiilisiiloissa esiintyy usein "materiaalien epätasapainoa" (epätasainen materiaalitaso toisella puolella). Perinteiset tutkajärjestelmät, jotka mittaavat vain yhden pisteen tietoja, eivät pysty havaitsemaan tällaista epätasapainoa. Tämä johtaa 70 %:n käyttöasteeseen siilon todellisesta kapasiteetista, mikä aiheuttaa usein "täysiilon hälytyksiä jäljellä olevasta tyhjästä tilasta huolimatta".

Varastotilastot edellyttävät manuaalista arviota kunkin varaston materiaalitasojen korkeuden ja materiaalisäiliöiden tilavuuden perusteella. Aikaa kuluu 2-3 tuntia ja virheprosentti on 5-8 %, mikä vaikuttaa hankintasuunnitelmaan ja tuotannon ajoitukseen.

Tehtaalla otettiin vuoden 2024 alussa käyttöön 83D-tutkan pinnankorkeusmittarit (6 raakahiilisiiloihin ja 2 jalostettuihin hiilisiiloihin), ja sovellusvaikutus parani merkittävästi:

Parempi mittauksen vakaus: 3D-tutka läpäisee vahvasti korkean pitoisuuden hiilipölyä, ja tehokas signaalinottonopeus on kasvanut 70 %:sta 99,5 %:iin. Varastossa ei vaadita manuaalista tarkastusta, mikä alentaa työvoimakustannuksia noin 120 000 yuania vuodessa ja eliminoi korkealla{6}}töiden turvallisuusriskin.

Materiaalipoikkeaman tunnistamisen ongelman ratkaiseminen: 3D-kuva näyttää materiaalin jakautumisen puhdistetussa hiilisäiliössä reaaliajassa. Kun materiaali poikkeaa (ero materiaalitason kahden puolen välillä on yli 1 m), järjestelmä hälyttää automaattisesti ja ohjaa käyttäjää säätämään syöttöasentoa. Säiliön kapasiteetin käyttöaste nostetaan 90 prosenttiin, mikä pystyy varastoimaan noin 1500 tonnia puhdistettua hiiltä enemmän joka vuosi ja lisää taloudellista hyötyä noin 1,2 miljoonalla yuanilla;

Älykäs varastonhallinta: Järjestelmä laskee automaattisesti hiilen määrät kussakin varastossa ja luo varastoraportit, joissa on tiedot päivittyvät minuutin välein. Tämä lyhentää varastotilastojen aikaa 2–3 tunnista 10 sekuntiin ja laskee virheprosentin alle 2 %:n. Se tarjoaa tarkan tietotuen hiilivoimaloiden hankinnan suunnitteluun (esim. raakahiilen ostomäärien määrittäminen varaston kulutusmäärien perusteella) ja tuotannon ajoitukseen (esim. hiilen pesutuotannon säätäminen puhdistetun hiilen varastotasojen mukaan), minimoimalla tehokkaasti tuotantohäiriöt ja raaka-ainehävikin, jotka johtuvat varastovirheistä.

Lisäksi 3D-tutkan pinnankorkeusmittarin alhaiset huolto-ominaisuudet vähentävät merkittävästi myös kivihiililaitoksen käyttö- ja ylläpitokustannuksia: laitteita on puhdistettu vain kerran kuluneen vuoden aikana, eikä vikaseisokkeja ole tiedossa. Verrattuna perinteiseen tutkaan (joka on huollettava keskimäärin kerran 3 kuukaudessa) vuosittaiset ylläpitokustannukset pienenevät noin 80 000 yuania.

5. Johtopäätös

Solidat 3D Radar Level Counters hyödyntää huipputeknologiaa, mukaan lukien 3D-kuvantaminen, moniparametrimittaus ja vankat häiriönesto-ominaisuudet, jotka ratkaisevat tehokkaasti hiilikasvimateriaalin varastoinnin mittauksen ydinhaasteita. Näitä ovat vakava pölyhäiriö, monimutkaiset materiaalitason kokoonpanot ja varastonseurantavaikeudet. Järjestelmä ei ainoastaan ​​paranna mittausten tarkkuutta ja vakautta, vaan myös ajaa älykkäitä päivityksiä hiilivoimaloiden varastonhallinnassa ja tuotannon ajoituksessa. SLDL5300 3D-mittausjärjestelmä käyttää kapeaa,-läpitunkeutuvaa sädettä, joka mukautuu monimutkaisiin työolosuhteisiin, eikä ankarat ympäristöt, kuten korkeat lämpötilat, pölykorroosio, höyry, sade tai sumu vaikuta siihen. Erinomaisten kustannus{11}}suorituskykysuhteiden ansiosta sitä voidaan käyttää laajalti kiinteiden aineiden mittaamiseen eri varastopaikoissa, kuten siiloissa, konteissa ja irtotavaravarastoissa. Kivihiiliteollisuuden älykkään muutoksen yhteydessä Solidat 3D Radar Level Counters tarjoaa luotettavia ja tehokkaita pinnanmittausratkaisuja, joilla on laajat sovellusmahdollisuudet. Näiden järjestelmien odotetaan mukautuvan edelleen skenaarioihin, kuten miehittämättömiin hiilivoimaloiden siiloihin ja älykkäisiin varastojärjestelmiin, ja ne tarjoavat vahvempaa tukea kivihiiliteollisuuden digitaaliselle kehitykselle.