Medidor de nivel por radar 3D Solidat: características y aplicaciones - Un estudio de caso de una planta de carbón

Abstracto

Este artículo se centra en los medidores de nivel de radar 3D en la tecnología de medición de nivel, explica sus principios de aplicación y compara las características principales del radar tradicional y el radar 3D. Destaca los efectos de aplicación práctica de los productos de medidores de nivel por radar 3D de Solidat en plantas de carbón, proporcionando una solución de referencia para los desafíos de medición de nivel en plantas de carbón.

Palabras clave

indicador de nivel; radares 3D; planta de carbón; medición del nivel de material; ambiente de polvo

1. Descripción general

Con la acelerada transformación inteligente de la industria del carbón, las plantas de carbón han aumentado significativamente las demandas de precisión, estabilidad y soluciones inteligentes en la medición del nivel de materiales. Los métodos tradicionales como las inspecciones manuales, los medidores de nivel ultrasónicos y los medidores de nivel por radar convencionales enfrentan limitaciones notables: las inspecciones manuales son ineficientes e inseguras, lo que hace que el monitoreo en tiempo real-de la dinámica del silo sea un desafío; Los medidores de nivel ultrasónicos son propensos a sufrir interferencias por polvo de carbón, lo que provoca una grave atenuación de la señal y grandes errores de medición; Si bien los medidores de nivel de radar convencionales mitigan parcialmente la interferencia del polvo, todavía tienen dificultades para lograr una cobertura integral en condiciones complejas de silos (como arqueamientos, desviación de material o zonas muertas), lo que a menudo conduce a niveles de material mal calculados que interrumpen la programación de producción y la gestión de inventario.

Entre las diversas tecnologías de medición de nivel, los medidores de nivel de radar 3D se han convertido en un punto de inflexión-. Al aprovechar las capacidades de escaneo multi-y de imágenes en 3D, superan las limitaciones espaciales de los métodos tradicionales para visualizar claramente la distribución de materiales en los silos. Estos sistemas no solo proporcionan mediciones de nivel precisas, sino que también permiten el monitoreo en tiempo real-del volumen, la masa y la morfología de la pila del material. Como solución-preferida para la medición inteligente de niveles en plantas de carbón, cierran eficazmente la brecha que dejan las tecnologías convencionales en entornos de silos complejos.

2. Características de la tecnología de radar.

2.1 Características de los radares tradicionales (incluidos el radar de microondas y el radar de onda guiada convencional)

Dimensión de medición única: solo puede obtener los datos de altura del nivel del material, pero no puede percibir la distribución horizontal de los materiales en el silo. Al enfrentarse al fenómeno común de "desviación de material" y "arco" en el silo de carbón, no puede identificar el volumen vacío real en el silo, lo que es fácil de causar desviación en el cálculo del inventario.

Resistencia limitada a la interferencia del polvo: las señales de radar de microondas son propensas a dispersarse y atenuarse en entornos de alta-concentración de polvo de carbón. Cuando la concentración de polvo supera los 50 g/m³, la intensidad de la reflexión de la señal cae drásticamente, comprometiendo significativamente la precisión de la medición. Mientras que los sistemas de radar de onda guiada convencionales muestran menos susceptibilidad a la interferencia del polvo, sus sondas son susceptibles a la adhesión del polvo de carbón. El uso prolongado provoca una desviación de la señal causada por depósitos acumulados, lo que requiere limpieza y mantenimiento frecuentes.

Cobertura limitada: los radares tradicionales son en su mayoría diseños de haz único-o de haz estrecho-, que solo pueden medir un "punto" o "línea" dentro del silo y no pueden capturar completamente el estado general del nivel de material del silo. Para silos de carbón grandes con un diámetro de más de 8 metros, es necesario combinar e instalar múltiples dispositivos para lograr una cobertura preliminar, lo que aumenta el costo del equipo y la dificultad de depuración.

2.2 Funciones del radar 3D

Imágenes panorámicas 3D: utilizando tecnología de matriz de múltiples-haces, este sistema emite simultáneamente 20-30 haces de radar de alta-frecuencia para cubrir tanto el área horizontal de 360 ​​grados como el ángulo vertical de 0 a 90 grados dentro del silo de material. A través de la unión de señales y la reconstrucción de datos, genera imágenes 3D en tiempo real del material dentro del silo, mostrando claramente los patrones de apilamiento, las posiciones arqueadas, los grados de desviación del material y los puntos ciegos en los silos vacíos. Esto resuelve efectivamente las limitaciones de "invisibilidad y medición imprecisa" del radar tradicional.

Resistencia al polvo y a entornos hostiles: el radar 3D emplea tecnología de modulación de señal especializada, emitiendo señales con una potencia de 5-10 mW (5 a 10 veces mayor que los radares de microondas convencionales). Su diseño de longitud de onda optimizada coincide específicamente con las características de las partículas de polvo de carbón, lo que permite la penetración a través de polvo de alta concentración (hasta 100 g/m³) y minimiza la pérdida por dispersión de señal. Con protección IP67, el equipo resiste temperaturas extremas (-40 grados a 80 grados) y corrosión, lo que lo hace ideal para silos de plantas de carbón donde la humedad, el polvo y las fluctuaciones de temperatura son desafíos comunes.

Medición sincronizada con múltiples-parámetros: además de la medición precisa de la altura del nivel del material (precisión ±5 mm, resolución 1 mm), también puede calcular el volumen del material (error menor o igual al 2 %) y la masa (combinado con la función preestablecida de densidad aparente del carbón) basándose en imágenes 3D, generando automáticamente informes de inventario sin conversión manual. Esto proporciona soporte de datos directo para la gestión del inventario de la planta de carbón y la programación de la producción, lo que reduce los errores estadísticos manuales.

Bajo mantenimiento y diagnóstico inteligente: el dispositivo no cuenta con piezas mecánicas móviles, lo que elimina problemas como la acumulación de material y el desgaste mecánico en las sondas de radar de onda guiada tradicionales. El mantenimiento anual se reduce a 1-2 veces. Con funciones de diagnóstico inteligentes integradas-, monitorea el estado operativo en tiempo real (incluida la intensidad de la señal, la integridad del haz y los enlaces de comunicación). Cuando ocurren anomalías en la señal o fallas en el equipo, envía automáticamente alertas al sistema de control central, lo que reduce significativamente los riesgos de tiempo de inactividad.

Adáptese a estructuras de silos complejas: admite la medición de silos de carbón con varias formas, incluidas circulares, cuadradas y rectangulares. A través de la configuración de parámetros, puede acomodar obstáculos como escaleras y dispositivos de mezcla dentro del silo, filtrar automáticamente señales de interferencia y no requiere dispositivos de protección adicionales. Satisface las necesidades de medición de varios silos de plantas de carbón (como silos de carbón crudo, silos de carbón refinado y silos de lodo de carbón).

3. Principios del radar tradicional y del radar 3D.

3.1 radar tradicional

Los sistemas de radar de microondas tradicionales funcionan emitiendo un único haz electromagnético de alta-frecuencia (rango de GHz). Calculan la altura del nivel del material utilizando el tiempo de propagación de las señales reflejadas (basado en la velocidad de la onda electromagnética, equivalente a la velocidad de la luz) mediante la fórmula: Altura del nivel del material=(velocidad de propagación de la onda electromagnética × tiempo de reflexión) / 2. Sin embargo, en los silos de las plantas de carbón, las altas concentraciones de polvo de carbón provocan una dispersión múltiple de las ondas electromagnéticas. Parte de la señal es absorbida por partículas de polvo, lo que da como resultado que la energía efectiva de la señal que regresa a la antena del receptor sea apenas del 0,5% al ​​1% de la energía transmitida. Esto a menudo conduce a problemas de "señal sin reflexión" o "señal de reflexión falsa". Mientras que los sistemas de radar de onda guiada convencionales utilizan guías de ondas (cables/varillas de acero) para reducir la interferencia del polvo, sus señales se propagan sólo a lo largo de la trayectoria de la guía de ondas. Esta limitación evita la cobertura horizontal de las áreas del silo y la acumulación de material en la varilla de la sonda puede alterar la impedancia de la guía de ondas y provocar errores de medición.

3.2 3Radar D

El radar 3D funciona basándose en reflectometría de dominio de tiempo-multi-haz-(Multi-haz TDR) y tecnología de reconstrucción de datos 3D, con los principios básicos siguientes:

Transmisión y recepción de múltiples-haces: el conjunto de antenas del radar emite simultáneamente múltiples haces electromagnéticos de alta-frecuencia (24 GHz). Cada haz escanea la superficie del material en el silo en ángulos preestablecidos (espaciado lateral de 1 grado -2 grados, cobertura longitudinal de 0 a 90 grados), creando una cobertura "similar a una superficie". La antena receptora captura sincrónicamente las señales reflejadas de cada haz, registrando el tiempo de propagación y la intensidad de la señal de cada grupo de haces.

Procesamiento de señales y filtrado de interferencias: Utilizando algoritmos especializados, el sistema procesa múltiples señales reflejadas para filtrar la interferencia de la dispersión del polvo de carbón y los reflejos de los objetos (según los umbrales de intensidad de la señal y el análisis de consistencia del haz), al tiempo que conserva las señales válidas de reflexión de la superficie. Simultáneamente, calcula las coordenadas tridimensionales-(ejes X, Y, Z) de los puntos de reflexión dentro del silo utilizando parámetros de ángulo de haz.

Reconstrucción de imágenes 3D y cálculo de parámetros: el sistema primero combina las coordenadas 3D de todos los puntos de reflexión válidos para generar un modelo de nube de puntos 3D del material dentro del silo. Utilizando tecnología de representación de imágenes, crea una visualización 3D intuitiva. Con base en este modelo, el sistema calcula automáticamente las alturas máxima y promedio del nivel del material, mientras determina el volumen del material a través de un algoritmo de integración. Al combinar estos cálculos con parámetros de densidad del carbón predefinidos (p. ej., densidad del carbón bruto 1,3-1,5 t/m³), el sistema genera en última instancia datos precisos sobre la cantidad de material.

4. Medidor de nivel por radar Solidat 3D: Introducción y aplicaciones

4.1 Características técnicas principales del producto

Solidat, proveedor líder de equipos de automatización industrial, ha desarrollado el medidor de nivel por radar 3D (Modelo: Serie SLDL5300) para satisfacer los requisitos de medición de nivel de materiales de las plantas de carbón, que presenta las siguientes características técnicas principales:

Rendimiento de medición: rango de medición de 180 grados, 360 grados (adecuado para depósitos de carbón pequeños, medianos y grandes), precisión de volumen ±0,5 %, precisión de distancia de 1 mm, ajuste de densidad de soporte (0,5-3 t/m³), satisface las necesidades de medición de diferentes tipos de carbón.

Comunicación y salida de datos: admite Ethernet industrial, AUTBUS, 485 y otros modos de comunicación, y puede generar datos de altura, volumen, masa y datos de imágenes 3D del nivel de material (admite exportación en formato BMP/JPG) y es compatible con la interfaz de datos del sistema de control central de plantas de carbón.

Instalación y puesta en servicio: la instalación montada en la parte superior-(conexión de brida, compatible con bridas DN50-DN200) presenta pequeños orificios de instalación, lo que elimina la necesidad de realizar modificaciones importantes en el silo. La puesta en servicio se completa a través de una pantalla táctil o una computadora remota.

Efecto de imagen: procesamiento y análisis de datos de alta-velocidad, el procesamiento de datos se completa rápida y automáticamente por la computadora, sistema operativo de gráficos 3D simple para lograr una reproducción tridimensional-del objetivo medido y puede realizar rotación de gráficos, traducción y ampliación local y otras operaciones interactivas, los resultados de la medición son claros de un vistazo.

4.2 Caso de aplicación de la planta de carbón

Tomemos como ejemplo una gran planta de carbón de propiedad estatal-(capacidad anual de 5 millones de toneladas). La planta cuenta con 8 silos de carbón crudo (diámetro 10 m, altura 25 m) y 4 silos de carbón refinado (diámetro 8 m, altura 20 m). La medición anterior utilizando un medidor de nivel de radar de microondas ordinario tiene tres problemas:

La concentración de polvo de carbón en el silo de carbón crudo es alta (60 g/m³ en promedio) y la atenuación de la señal del radar de microondas es grave. Alrededor del 30% de las veces, no se pueden obtener datos efectivos sobre el nivel del material, por lo que se requiere una inspección manual, lo que conlleva el riesgo de caer desde gran altura;

Los silos de carbón coquizable a menudo experimentan un "desequilibrio material" (niveles de material desiguales en un lado). Los sistemas de radar convencionales, que solo miden datos de un único-punto, no pueden detectar tales desequilibrios. Esto da como resultado una tasa de utilización del 70% de la capacidad real del silo, lo que frecuentemente provoca "alarmas de silo lleno a pesar de que queda espacio vacío".

Las estadísticas de inventario requieren una estimación manual basada en la altura de los niveles de material y el volumen de los contenedores de material en cada almacén. Se necesitan de 2 a 3 horas por vez y la tasa de error es del 5% al ​​8%, lo que afecta el plan de adquisiciones y la programación de producción.

A principios de 2024, la planta introdujo medidores de nivel por radar 83D (6 para silos de carbón crudo y 2 para silos de carbón refinado), y el efecto de la aplicación mejoró significativamente:

Estabilidad de medición mejorada: el radar 3D tiene una gran capacidad de penetración de polvo de carbón de alta concentración y la tasa de adquisición de señal efectiva aumenta del 70 % al 99,5 %. No se requiere inspección manual en el almacén, lo que reduce el costo de mano de obra en aproximadamente 120.000 yuanes por año y elimina el riesgo de seguridad del trabajo a gran-altura;

Solución al problema de la identificación de desviaciones de material: la imagen 3D muestra en tiempo real la distribución del material en el depósito de carbón limpio. Cuando ocurre una desviación del material (la diferencia entre los dos lados del nivel del material es más de 1 m), el sistema automáticamente emitirá una alarma y guiará a los operadores para ajustar la posición de alimentación. La tasa de utilización de la capacidad del contenedor se incrementa al 90%, lo que puede almacenar aproximadamente 1500 toneladas más de carbón limpio cada año y aumentar el beneficio económico en aproximadamente 1,2 millones de yuanes;

Gestión inteligente de inventario: el sistema calcula automáticamente las cantidades de carbón en cada almacén y genera informes de inventario con actualizaciones de datos cada minuto. Esto reduce el tiempo de las estadísticas de inventario de 2 a 3 horas a 10 segundos, al tiempo que reduce las tasas de error por debajo del 2%. Proporciona soporte de datos precisos para la planificación de adquisiciones de plantas de carbón (por ejemplo, determinar las cantidades de compra de carbón crudo en función de las tasas de consumo del inventario) y la programación de la producción (por ejemplo, ajustar la producción de lavado de carbón de acuerdo con los niveles de inventario de carbón limpio), minimizando efectivamente las interrupciones de la producción y el desperdicio de materia prima causado por errores de cálculo en el inventario.

Además, las características de bajo mantenimiento del medidor de nivel por radar 3D también reducen significativamente los costos de operación y mantenimiento de la planta de carbón: el equipo solo se limpió una vez en el último año y no hay registro de parada por falla. En comparación con el radar tradicional (que necesita mantenimiento una vez cada 3 meses en promedio), el costo de mantenimiento anual se reduce en aproximadamente 80.000 yuanes.

5. Conclusión

Los contadores de nivel de radar 3D Solidat aprovechan-tecnologías de vanguardia, incluidas imágenes 3D, medición de múltiples-parámetros y sólidas capacidades anti-interferencias para abordar de manera efectiva los principales desafíos en la medición del almacenamiento de materiales de plantas de carbón. Estos incluyen interferencia severa de polvo, configuraciones complejas de niveles de materiales y dificultades de seguimiento de inventario. El sistema no solo mejora la precisión y la estabilidad de las mediciones, sino que también impulsa actualizaciones inteligentes en la gestión de inventarios y la programación de producción de las plantas de carbón. El sistema de medición SLDL5300 3D emplea un haz estrecho y de alta-penetración que se adapta a condiciones de trabajo complejas y no se ve afectado por entornos hostiles como altas temperaturas, corrosión por polvo, vapor, lluvia o niebla. Con excelentes relaciones de costo-rendimiento, es ampliamente aplicable para medir materiales sólidos en diversos lugares de almacenamiento, incluidos silos, contenedores y almacenes de materiales sólidos a granel. En el contexto de la transformación inteligente de la industria del carbón, los contadores de nivel por radar 3D Solidat brindan soluciones de medición de nivel confiables y eficientes con amplias perspectivas de aplicación. Se espera que estos sistemas se adapten aún más a escenarios como silos de plantas de carbón no tripulados y sistemas de almacenamiento inteligentes, ofreciendo un mayor apoyo al desarrollo digital de la industria del carbón.