Máy đo mức radar Solidat 3D: Tính năng và ứng dụng - Nghiên cứu điển hình về nhà máy than

Tóm tắt

Bài viết này tập trung vào các máy đo mức radar 3D trong công nghệ đo mức, giải thích các nguyên tắc ứng dụng của chúng và so sánh các tính năng cốt lõi của radar truyền thống và radar 3D. Nó nêu bật những hiệu quả ứng dụng thực tế của các sản phẩm máy đo mức radar 3D của Solidat trong các nhà máy than, cung cấp giải pháp tham khảo cho những thách thức về đo mức trong các nhà máy than.

Từ khóa

Máy đo mức; radar 3D; nhà máy than; đo mức vật liệu; môi trường bụi bặm

1. Tổng quan

Với sự chuyển đổi thông minh ngày càng nhanh của ngành than, các nhà máy than đã tăng đáng kể nhu cầu về độ chính xác, độ ổn định và các giải pháp thông minh trong đo lường mức vật liệu. Các phương pháp truyền thống như kiểm tra thủ công, máy đo mức siêu âm và máy đo mức radar thông thường gặp phải những hạn chế đáng chú ý: Việc kiểm tra thủ công không hiệu quả và không an toàn, khiến việc giám sát-động lực silo theo thời gian thực trở nên khó khăn; Máy đo mức siêu âm dễ bị nhiễu bụi than, dẫn đến suy giảm tín hiệu nghiêm trọng và sai số đo lớn; Mặc dù các máy đo mức radar thông thường giảm thiểu một phần nhiễu sóng nhưng chúng vẫn gặp khó khăn để đạt được phạm vi bao phủ toàn diện trong các điều kiện silo phức tạp (chẳng hạn như cong, sai lệch vật liệu hoặc vùng chết), thường dẫn đến đánh giá sai mức vật liệu làm gián đoạn kế hoạch sản xuất và quản lý hàng tồn kho.

Trong số nhiều công nghệ đo mức khác nhau, máy đo mức radar 3D đã nổi lên như một công cụ thay đổi cuộc chơi. Bằng cách tận dụng khả năng quét đa chùm tia và hình ảnh 3D, họ đã khắc phục được những hạn chế về không gian của các phương pháp truyền thống để hình dung rõ ràng sự phân bổ vật liệu trong các hầm chứa. Các hệ thống này không chỉ cung cấp các phép đo mức chính xác mà còn cho phép-giám sát thời gian thực về khối lượng, khối lượng và hình thái cọc của vật liệu. Là giải pháp-đi đầu cho việc đo mức thông minh trong các nhà máy than, chúng thu hẹp khoảng cách một cách hiệu quả mà các công nghệ thông thường để lại trong môi trường silo phức tạp.

2. Đặc điểm công nghệ radar

2.1 Đặc điểm của radar truyền thống (bao gồm radar vi sóng và radar sóng dẫn đường thông thường)

Kích thước đo đơn: Nó chỉ có thể thu được dữ liệu chiều cao cấp vật liệu, nhưng không thể nhận biết được sự phân bố theo chiều ngang của vật liệu trong silo. Trước hiện tượng “sai lệch nguyên liệu”, “vòm” thường gặp trong silo than, không xác định được lượng rỗng thực tế trong silo, dễ gây sai lệch trong tính toán tồn kho.

Khả năng chống nhiễu bụi hạn chế: Tín hiệu radar vi sóng dễ bị tán xạ và suy giảm trong môi trường bụi than có nồng độ-cao. Khi nồng độ bụi vượt quá 50g/m³, cường độ phản xạ tín hiệu giảm đáng kể, ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phép đo. Trong khi các hệ thống radar sóng dẫn đường thông thường tỏ ra ít nhạy cảm với nhiễu bụi hơn thì các đầu dò của chúng lại dễ bị bám bụi than. Việc sử dụng kéo dài dẫn đến hiện tượng lệch tín hiệu do cặn tích tụ, đòi hỏi phải vệ sinh và bảo trì thường xuyên.

Phạm vi phủ sóng hạn chế: Radar truyền thống chủ yếu có thiết kế-chùm đơn hoặc chùm{1} hẹp, chỉ có thể đo một "điểm" hoặc "đường" trong silo và không thể nắm bắt đầy đủ trạng thái cấp độ vật liệu tổng thể của silo. Đối với các silo than lớn có đường kính hơn 8 mét, cần kết hợp và lắp đặt nhiều thiết bị để đạt được phạm vi bao phủ sơ bộ, điều này làm tăng chi phí thiết bị và khó gỡ lỗi.

2.2 Tính năng của Radar 3D

Hình ảnh toàn cảnh 3D: Sử dụng công nghệ mảng tia đa{1}}, hệ thống này đồng thời phát ra 20-30 chùm tia radar tần số cao{7}}để bao phủ cả khu vực ngang 360 độ và góc dọc 0-90 độ trong silo nguyên liệu. Thông qua việc ghép tín hiệu và tái tạo dữ liệu, nó tạo ra hình ảnh 3D thời gian thực của vật liệu bên trong silo, hiển thị rõ ràng kiểu xếp chồng, vị trí cong, độ lệch vật liệu và điểm mù trong silo trống. Điều này giải quyết một cách hiệu quả những hạn chế của radar truyền thống về "khả năng tàng hình và đo lường không chính xác".

Chống bụi và môi trường khắc nghiệt: Radar 3D sử dụng công nghệ điều chế tín hiệu chuyên dụng, phát ra tín hiệu có công suất 5{4}}10mW (cao gấp 5-10 lần so với radar vi sóng thông thường). Thiết kế bước sóng được tối ưu hóa của nó đặc biệt phù hợp với đặc tính của hạt bụi than, cho phép xuyên qua bụi có nồng độ cao (lên tới 100g/m³) đồng thời giảm thiểu tổn thất do tán xạ tín hiệu. Với khả năng bảo vệ được xếp hạng IP67, thiết bị chịu được nhiệt độ khắc nghiệt (-40 độ đến 80 độ) và ăn mòn, khiến thiết bị này trở nên lý tưởng cho các silo của nhà máy than, nơi thường gặp những thách thức về độ ẩm, bụi và nhiệt độ.

Đo lường đồng bộ hóa nhiều thông số: Ngoài phép đo chiều cao cấp vật liệu chính xác (độ chính xác ±5mm, độ phân giải 1mm), nó còn có thể tính toán khối lượng vật liệu (sai số Nhỏ hơn hoặc bằng 2%) và khối lượng (kết hợp với chức năng đặt trước mật độ khối than) dựa trên hình ảnh 3D, tự động tạo báo cáo kiểm kê mà không cần chuyển đổi thủ công. Điều này cung cấp hỗ trợ dữ liệu trực tiếp cho việc quản lý hàng tồn kho của nhà máy than và lập kế hoạch sản xuất, giảm thiểu các lỗi thống kê thủ công.

Bảo trì thấp và chẩn đoán thông minh: Thiết bị không có bộ phận chuyển động cơ học, loại bỏ các vấn đề như tích tụ vật liệu và hao mòn cơ học trong đầu dò radar sóng dẫn hướng truyền thống. Số lần bảo trì hàng năm giảm xuống còn 1-2 lần. Với các chức năng chẩn đoán thông minh-được tích hợp sẵn, nó giám sát trạng thái hoạt động theo thời gian thực (bao gồm cường độ tín hiệu, tính toàn vẹn của chùm tia và các liên kết truyền thông). Khi xảy ra sự bất thường về tín hiệu hoặc lỗi thiết bị, nó sẽ tự động gửi cảnh báo đến hệ thống điều khiển trung tâm, giảm đáng kể rủi ro ngừng hoạt động.

Thích ứng với các cấu trúc silo phức tạp: Hỗ trợ đo các silo than với nhiều hình dạng khác nhau bao gồm hình tròn, hình vuông và hình chữ nhật. Thông qua cài đặt thông số, nó có thể chứa các chướng ngại vật như thang và thiết bị trộn bên trong silo, tự động lọc tín hiệu nhiễu và không yêu cầu thêm thiết bị che chắn. Nó đáp ứng nhu cầu đo lường của các silo nhà máy than khác nhau (chẳng hạn như silo than thô, silo than tinh luyện và silo chứa bùn than).

3. Nguyên lý radar truyền thống và radar 3D

3.1 Radar truyền thống

Hệ thống radar vi sóng truyền thống hoạt động bằng cách phát ra một chùm điện từ tần số cao (phạm vi GHz) cao. Họ tính toán độ cao mức vật chất bằng cách sử dụng thời gian lan truyền của tín hiệu phản xạ (dựa trên tốc độ của sóng điện từ, tương đương với tốc độ ánh sáng) thông qua công thức: Chiều cao mức vật liệu=(Tốc độ truyền sóng điện từ × Thời gian phản xạ)/2. Tuy nhiên, trong các hầm chứa của nhà máy than, nồng độ bụi than cao gây ra sự tán xạ sóng điện từ nhiều lần. Một phần tín hiệu bị hấp thụ bởi các hạt bụi, dẫn đến năng lượng tín hiệu hiệu dụng quay trở lại ăng-ten máy thu chỉ bằng 0,5%-1% năng lượng truyền đi. Điều này thường dẫn đến vấn đề "không có tín hiệu phản xạ" hoặc "tín hiệu phản xạ sai". Trong khi các hệ thống radar sóng dẫn hướng thông thường sử dụng ống dẫn sóng (cáp/thanh thép) để giảm nhiễu bụi thì tín hiệu của chúng chỉ truyền dọc theo đường dẫn sóng. Hạn chế này ngăn cản sự bao phủ theo chiều ngang của các khu vực silo và sự tích tụ vật liệu trên thanh đầu dò có thể làm thay đổi trở kháng của ống dẫn sóng, gây ra lỗi đo.

3.2 3D Radar

Radar 3D hoạt động dựa trên phép đo phản xạ miền nhiều-thời gian chùm tia- (Đa-chùm tia TDR) và công nghệ tái tạo dữ liệu 3D, với các nguyên tắc cốt lõi như sau:

Truyền và thu nhiều{0}}chùm tia: Mảng ăng-ten radar phát ra đồng thời nhiều chùm tia điện từ tần số cao (24GHz). Mỗi chùm tia quét bề mặt vật liệu trong silo theo các góc đặt trước (khoảng cách ngang 1 độ -2 độ, tầm bao phủ theo chiều dọc 0-90 độ), tạo ra vùng phủ sóng "giống như bề mặt". Anten thu thu đồng bộ các tín hiệu phản xạ từ từng chùm tia, ghi lại thời gian lan truyền và cường độ tín hiệu của từng nhóm chùm tia.

Xử lý tín hiệu và lọc nhiễu: Bằng cách sử dụng các thuật toán chuyên dụng, hệ thống xử lý nhiều tín hiệu phản xạ để lọc nhiễu từ tán xạ bụi than và phản xạ vật thể (dựa trên ngưỡng cường độ tín hiệu và phân tích tính nhất quán của chùm tia), trong khi vẫn giữ lại các tín hiệu phản xạ bề mặt hợp lệ. Đồng thời, nó tính toán tọa độ ba{1} chiều (trục X, Y, Z) của các điểm phản xạ trong silo bằng cách sử dụng các tham số góc chùm tia.

Tái tạo hình ảnh 3D và tính toán tham số: Trước tiên, hệ thống sẽ hợp nhất tọa độ 3D từ tất cả các điểm phản chiếu hợp lệ để tạo ra mô hình đám mây điểm 3D của vật liệu trong silo. Sử dụng công nghệ kết xuất hình ảnh, nó tạo ra hình ảnh 3D trực quan. Dựa trên mô hình này, hệ thống tự động tính toán chiều cao vật liệu tối đa và trung bình, đồng thời xác định khối lượng vật liệu thông qua thuật toán tích hợp. Bằng cách kết hợp các tính toán này với các thông số mật độ than được xác định trước (ví dụ: mật độ than thô 1,3-1,5 tấn/m³), cuối cùng hệ thống sẽ đưa ra dữ liệu số lượng vật liệu chính xác.

4. Máy đo mức radar Solidat 3D: Giới thiệu và ứng dụng

4.1 Đặc tính kỹ thuật cốt lõi của sản phẩm

Solidat, nhà cung cấp thiết bị tự động hóa công nghiệp hàng đầu, đã phát triển máy đo mức radar 3D (Model: SLDL5300 Series) để đáp ứng các yêu cầu đo mức vật liệu của các nhà máy than, có các đặc tính kỹ thuật cốt lõi sau:

Hiệu suất đo: Phạm vi đo 180 độ, 360 độ (thích hợp cho bãi than nhỏ và vừa đến lớn), độ chính xác khối lượng ± 0,5%, độ chính xác khoảng cách 1mm, cài đặt mật độ hỗ trợ (0,5-3t / m³), ​​đáp ứng nhu cầu đo của các loại than khác nhau.

Giao tiếp và đầu ra dữ liệu: Hỗ trợ Ethernet công nghiệp, AUTBUS, 485 và các chế độ liên lạc khác, đồng thời có thể xuất dữ liệu chiều cao, khối lượng, khối lượng, dữ liệu hình ảnh 3D ở mức vật liệu (hỗ trợ xuất định dạng BMP/JPG) và tương thích với giao diện dữ liệu hệ thống điều khiển trung tâm của nhà máy than.

Cài đặt và vận hành thử: Hệ thống lắp đặt-gắn trên cùng (kết nối mặt bích, tương thích với mặt bích DN50-DN200) có các lỗ lắp đặt nhỏ, giúp loại bỏ nhu cầu sửa đổi nhiều đối với silo. Việc vận hành được hoàn thành thông qua màn hình cảm ứng hoặc máy tính từ xa.

Hiệu ứng hình ảnh: xử lý và phân tích dữ liệu tốc độ cao, máy tính xử lý dữ liệu nhanh chóng và tự động, hệ điều hành đồ họa 3D đơn giản để đạt được khả năng tái tạo ba chiều của mục tiêu được đo và có thể thực hiện xoay đồ họa, dịch và phóng to cục bộ cũng như các hoạt động tương tác khác, kết quả đo rõ ràng ngay lập tức.

4.2 Trường hợp ứng dụng nhà máy than

Lấy một-nhà máy than lớn thuộc sở hữu nhà nước (công suất hàng năm là 5 triệu tấn) làm ví dụ. Nhà máy có 8 silo than thô (đường kính 10m, cao 25m) và 4 silo than tinh luyện (đường kính 8m, cao 20m). Phép đo trước đây sử dụng máy đo mức radar vi sóng thông thường có ba vấn đề:

Nồng độ bụi than trong silo than thô cao (trung bình 60g/m³) và độ suy giảm tín hiệu radar vi sóng là nghiêm trọng. Khoảng 30% thời gian, không thể thu được dữ liệu mức vật liệu hiệu quả, do đó cần phải kiểm tra thủ công, có nguy cơ rơi từ trên cao;

Các silo chứa than cốc thường gặp tình trạng 'mất cân bằng nguyên liệu' (mức nguyên liệu không đồng đều ở một bên). Hệ thống radar thông thường chỉ đo dữ liệu một điểm- nên không thể phát hiện được sự mất cân bằng như vậy. Điều này dẫn đến tỷ lệ sử dụng 70% công suất thực tế của silo, thường xuyên gây ra 'cảnh báo silo đầy mặc dù vẫn còn không gian trống'.

Thống kê hàng tồn kho yêu cầu ước tính thủ công dựa trên chiều cao của các cấp nguyên liệu và khối lượng thùng nguyên liệu trong mỗi kho. Mỗi lần mất 2-3 giờ và tỷ lệ sai sót là 5% -8%, ảnh hưởng đến kế hoạch mua sắm và tiến độ sản xuất.

Vào đầu năm 2024, nhà máy đã giới thiệu máy đo mức radar 83D (6 cho silo than thô và 2 cho silo than tinh luyện), và hiệu quả ứng dụng đã được cải thiện đáng kể:

Cải thiện độ ổn định của phép đo: Radar 3D có khả năng xuyên thấu mạnh mẽ bụi than có nồng độ cao và tỷ lệ thu tín hiệu hiệu quả được tăng từ 70% lên 99,5%. Không cần kiểm tra thủ công trong nhà kho, giúp giảm chi phí lao động khoảng 120.000 nhân dân tệ mỗi năm và loại bỏ mối nguy hiểm về an toàn khi làm việc ở độ cao-;

Giải quyết bài toán nhận dạng sai lệch nguyên liệu: Hình ảnh 3D hiển thị phân bố nguyên liệu trong thùng than sạch theo thời gian thực. Khi xảy ra sai lệch vật liệu (chênh lệch giữa hai bên của cấp vật liệu lớn hơn 1m), hệ thống sẽ tự động cảnh báo và hướng dẫn người vận hành điều chỉnh vị trí cấp nguyên liệu. Tỷ lệ sử dụng công suất thùng tăng lên 90%, có thể lưu trữ thêm khoảng 1500 tấn than sạch mỗi năm và tăng lợi ích kinh tế thêm khoảng 1,2 triệu nhân dân tệ;

Quản lý tồn kho thông minh: Hệ thống tự động tính toán lượng than trong từng kho và tạo báo cáo tồn kho với dữ liệu cập nhật từng phút. Điều này giúp giảm thời gian thống kê hàng tồn kho từ 2-3 giờ xuống còn 10 giây, đồng thời giảm tỷ lệ lỗi xuống dưới 2%. Nó cung cấp hỗ trợ dữ liệu chính xác cho việc lập kế hoạch mua sắm của nhà máy than (ví dụ: xác định số lượng mua than thô dựa trên tỷ lệ tiêu thụ hàng tồn kho) và lập kế hoạch sản xuất (ví dụ: điều chỉnh sản lượng rửa than theo mức tồn kho than đã được làm sạch), giảm thiểu hiệu quả sự gián đoạn sản xuất và lãng phí nguyên liệu thô do đánh giá sai về hàng tồn kho.

Ngoài ra, đặc tính bảo trì thấp của máy đo mức radar 3D cũng giúp giảm đáng kể chi phí vận hành và bảo trì của nhà máy than: thiết bị chỉ được vệ sinh một lần trong năm qua và không có ghi nhận nào về việc ngừng hoạt động do lỗi. So với radar truyền thống (trung bình cần được bảo trì 3 tháng một lần), chi phí bảo trì hàng năm giảm khoảng 80.000 nhân dân tệ.

5. Kết luận

Bộ đếm mức radar Solidat 3D tận dụng các công nghệ-tiên tiến bao gồm hình ảnh 3D, đo đa-thông số và khả năng chống nhiễu-mạnh mẽ để giải quyết hiệu quả các thách thức cốt lõi trong việc đo lưu trữ nguyên liệu của nhà máy than. Chúng bao gồm nhiễu bụi nghiêm trọng, cấu hình cấp độ vật liệu phức tạp và khó khăn trong việc theo dõi hàng tồn kho. Hệ thống này không chỉ nâng cao độ chính xác và độ ổn định của phép đo mà còn thúc đẩy nâng cấp thông minh trong quản lý tồn kho và lập kế hoạch sản xuất của nhà máy than. Hệ thống đo lường SLDL5300 3D sử dụng chùm tia xuyên thấu hẹp,-cao thích ứng với các điều kiện làm việc phức tạp, không bị ảnh hưởng bởi môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, ăn mòn do bụi, hơi nước, mưa hoặc sương mù. Với tỷ lệ hiệu suất chi phí tuyệt vời, phương pháp này có thể áp dụng rộng rãi để đo vật liệu rắn ở nhiều vị trí lưu trữ khác nhau, bao gồm silo, thùng chứa và kho chứa vật liệu rắn số lượng lớn. Trong bối cảnh chuyển đổi thông minh của ngành than, Bộ đếm mức radar Solidat 3D cung cấp các giải pháp đo mức hiệu quả và đáng tin cậy với triển vọng ứng dụng rộng rãi. Các hệ thống này dự kiến ​​sẽ thích ứng hơn nữa với các kịch bản như silo của nhà máy than không người lái và hệ thống kho bãi thông minh, mang lại sự hỗ trợ mạnh mẽ hơn cho sự phát triển kỹ thuật số của ngành than.