Indicateur de niveau radar Solidat 3D : fonctionnalités et applications - Une étude de cas d'une centrale à charbon

Abstrait

Cet article se concentre sur les indicateurs de niveau radar 3D dans la technologie de mesure de niveau, expliquant leurs principes d'application et comparant les fonctionnalités de base du radar traditionnel et du radar 3D. Il met en évidence les effets d'application pratique des produits de mesure de niveau radar 3D de Solidat dans les centrales à charbon, fournissant une solution de référence pour les défis de mesure de niveau dans les centrales à charbon.

Mots-clés

Jauge de niveau ; Radars 3D ; centrale au charbon; mesure du niveau de matériau ; environnement poussiéreux

1. Aperçu

Avec la transformation intelligente accélérée de l’industrie du charbon, les centrales au charbon ont considérablement accru les exigences en matière de précision, de stabilité et de solutions intelligentes en matière de mesure du niveau des matériaux. Les méthodes traditionnelles telles que les inspections manuelles, les indicateurs de niveau à ultrasons et les indicateurs de niveau à radar conventionnels sont confrontées à des limites notables : les inspections manuelles sont inefficaces et dangereuses, ce qui rend difficile la surveillance-en temps réel de la dynamique des silos ; Les indicateurs de niveau à ultrasons sont sujets aux interférences de la poussière de charbon, ce qui entraîne une grave atténuation du signal et d'importantes erreurs de mesure ; Bien que les indicateurs de niveau radar conventionnels atténuent partiellement les interférences de poussière, ils ont encore du mal à obtenir une couverture complète dans des conditions de silo complexes (telles que la voûte, la déviation des matériaux ou les zones mortes), ce qui conduit souvent à des niveaux de matériaux mal évalués qui perturbent la planification de la production et la gestion des stocks.

Parmi les différentes technologies de mesure de niveau, les indicateurs de niveau radar 3D sont apparus comme étant une véritable révolution. En tirant parti des capacités de numérisation multifaisceau et d'imagerie 3D, ils surmontent les limitations spatiales des méthodes traditionnelles pour visualiser clairement la distribution des matériaux dans les silos. Ces systèmes fournissent non seulement des mesures de niveau précises, mais permettent également une surveillance en temps réel du volume, de la masse et de la morphologie des tas. En tant que solution incontournable pour la mesure de niveau intelligente dans les centrales à charbon, ils comblent efficacement le fossé laissé par les technologies conventionnelles dans les environnements de silos complexes.

2. Caractéristiques de la technologie radar

2.1 Caractéristiques des radars traditionnels (y compris le radar à micro-ondes et le radar à ondes guidées conventionnel)

Dimension de mesure unique : elle ne peut obtenir que les données de hauteur du niveau de matériau, mais ne peut pas percevoir la répartition horizontale des matériaux dans le silo. Face aux phénomènes courants de « déviation de matériau » et de « voûte » dans le silo à charbon, il ne peut pas identifier le volume vide réel dans le silo, ce qui est facile à provoquer un écart dans le calcul des stocks.

Résistance limitée aux interférences de poussière : les signaux radar à micro-ondes sont sujets à la diffusion et à l'atténuation dans les environnements à forte concentration de poussière de charbon-. Lorsque la concentration de poussière dépasse 50 g/m³, l’intensité de réflexion du signal chute considérablement, compromettant considérablement la précision des mesures. Alors que les systèmes radar à ondes guidées conventionnels sont moins sensibles aux interférences de la poussière, leurs sondes sont sensibles à l'adhérence de la poussière de charbon. Une utilisation prolongée entraîne une dérive du signal causée par des dépôts accumulés, nécessitant un nettoyage et un entretien fréquents.

Couverture limitée : les radars traditionnels sont pour la plupart des conceptions à-faisceau unique ou à faisceau étroit-, qui ne peuvent mesurer qu'un "point" ou une "ligne" à l'intérieur du silo et ne peuvent pas capturer entièrement l'état global du niveau de matériau du silo. Pour les grands silos à charbon d'un diamètre supérieur à 8 mètres, plusieurs dispositifs doivent être combinés et installés pour obtenir une couverture préliminaire, ce qui augmente le coût de l'équipement et les difficultés de débogage.

2.2 Caractéristiques du radar 3D

Imagerie panoramique 3D : utilisant la technologie de réseau multi-faisceaux, ce système émet simultanément 20-30 faisceaux radar haute-fréquence pour couvrir à la fois la zone horizontale de 360 degrés et l'angle vertical de 0 à 90 degrés à l'intérieur du silo de matériaux. Grâce à l'assemblage des signaux et à la reconstruction des données, il génère des images 3D en temps réel du matériau à l'intérieur du silo, affichant clairement les modèles d'empilage, les positions de courbure, les degrés de déviation du matériau et les angles morts dans les silos vides. Cela résout efficacement les limites « d’invisibilité et de mesure imprécise » du radar traditionnel.

Résistance à la poussière et aux environnements difficiles : le radar 3D utilise une technologie de modulation de signal spécialisée, émettant des signaux d'une puissance de 5 -10 mW (5 à 10 fois supérieure à celle des radars à micro-ondes conventionnels). Sa conception de longueur d'onde optimisée correspond spécifiquement aux caractéristiques des particules de poussière de charbon, permettant la pénétration à travers la poussière à haute concentration (jusqu'à 100 g/m³) tout en minimisant la perte de diffusion du signal. Doté d'une protection IP67, l'équipement résiste aux températures extrêmes (-40 degrés à 80 degrés) et à la corrosion, ce qui le rend idéal pour les silos de centrales à charbon où l'humidité, la poussière et les fluctuations de température constituent des défis courants.

Mesure synchronisée multi- : en plus de la mesure précise de la hauteur du niveau de matériau (précision ± 5 mm, résolution 1 mm), il peut également calculer le volume du matériau (erreur inférieure ou égale à 2 %) et la masse (combiné à la fonction prédéfinie de densité apparente du charbon) sur la base d'images 3D, générant automatiquement des rapports d'inventaire sans conversion manuelle. Cela fournit une prise en charge directe des données pour la gestion des stocks des centrales à charbon et la planification de la production, réduisant ainsi les erreurs statistiques manuelles.

Faible entretien et diagnostic intelligent : l'appareil ne comporte aucune pièce mécanique mobile, éliminant ainsi les problèmes tels que l'accumulation de matériaux et l'usure mécanique des sondes radar à ondes guidées traditionnelles. L'entretien annuel est réduit à 1-2 fois. Grâce à des fonctions de diagnostic intelligentes-intégrées, il surveille l'état opérationnel en temps réel (y compris la force du signal, l'intégrité du faisceau et les liaisons de communication). Lorsque des anomalies de signal ou des pannes d'équipement se produisent, il envoie automatiquement des alertes au système de contrôle central, réduisant ainsi considérablement les risques de temps d'arrêt.

Adaptez-vous aux structures de silos complexes : prend en charge la mesure des silos à charbon de différentes formes, notamment circulaires, carrés et rectangulaires. Grâce aux réglages des paramètres, il peut s'adapter aux obstacles tels que les échelles et les dispositifs de mélange à l'intérieur du silo, filtrer automatiquement les signaux d'interférence et ne nécessite pas de dispositifs de protection supplémentaires. Il répond aux besoins de mesure de divers silos de centrales à charbon (tels que les silos de charbon brut, les silos de charbon raffiné et les silos de boue de charbon).

3. Principes du radar traditionnel et du radar 3D

3.1 Radars traditionnels

Les systèmes radar à micro-ondes traditionnels fonctionnent en émettant un seul faisceau électromagnétique à haute -fréquence (plage GHz). Ils calculent la hauteur du niveau de matériau en utilisant le temps de propagation des signaux réfléchis (basé sur la vitesse de l'onde électromagnétique, équivalente à la vitesse de la lumière) grâce à la formule : Hauteur du niveau de matériau=(Vitesse de propagation des ondes électromagnétiques × Temps de réflexion) / 2. Cependant, dans les silos des centrales à charbon, de fortes concentrations de poussière de charbon provoquent une diffusion multiple des ondes électromagnétiques. Une partie du signal est absorbée par les particules de poussière, ce qui fait que l'énergie effective du signal renvoyé à l'antenne du récepteur ne représente que 0,5 à 1 % de l'énergie transmise. Cela conduit souvent à des problèmes de « signal d'absence de réflexion » ou de « signal de fausse réflexion ». Alors que les systèmes radar à ondes guidées conventionnels utilisent des guides d'ondes (câbles/tiges en acier) pour réduire les interférences de poussière, leurs signaux se propagent uniquement le long du trajet du guide d'ondes. Cette limitation empêche la couverture horizontale des zones de silos et l'accumulation de matériaux sur la tige de la sonde peut modifier l'impédance du guide d'ondes, provoquant des erreurs de mesure.

3.2 3D-Radar

Le radar 3D fonctionne sur la base de la réflectométrie multi-domaine temporel-(Multi-faisceau TDR) et de la technologie de reconstruction de données 3D, avec les principes de base suivants :

Transmission et réception multi- : le réseau d'antennes radar émet simultanément plusieurs faisceaux électromagnétiques à haute -fréquence (24 GHz). Chaque faisceau balaye la surface du matériau dans le silo selon des angles prédéfinis (espacement latéral de 1 degré -2 degrés, couverture longitudinale de 0 à 90 degrés), créant une couverture « semblable à une surface ». L'antenne de réception capture de manière synchrone les signaux réfléchis par chaque faisceau, enregistrant le temps de propagation et la force du signal de chaque groupe de faisceaux.

Traitement du signal et filtrage des interférences : à l'aide d'algorithmes spécialisés, le système traite plusieurs signaux réfléchis pour filtrer les interférences liées à la diffusion de poussière de charbon et aux réflexions d'objets (en fonction des seuils d'intensité du signal et de l'analyse de la cohérence du faisceau), tout en conservant les signaux de réflexion de surface valides. Simultanément, il calcule les coordonnées tridimensionnelles (axes X, Y, Z) des points de réflexion dans le silo à l'aide des paramètres d'angle de faisceau.

Reconstruction d'images 3D et calcul des paramètres : le système fusionne d'abord les coordonnées 3D de tous les points de réflexion valides pour générer un modèle de nuage de points 3D du matériau dans le silo. Grâce à la technologie de rendu d’image, il crée une visualisation 3D intuitive. Sur la base de ce modèle, le système calcule automatiquement les hauteurs maximales et moyennes du niveau de matériau, tout en déterminant le volume du matériau grâce à un algorithme d'intégration. En combinant ces calculs avec des paramètres de densité de charbon prédéfinis (par exemple, densité de charbon brut de 1,3 à 1,5 t/m³), le système produit finalement des données précises sur la quantité de matériaux.

4. Indicateur de niveau radar Solidat 3D : introduction et applications

4.1 Principales caractéristiques techniques du produit

Solidat, fournisseur leader d'équipements d'automatisation industrielle, a développé la jauge de niveau radar 3D (modèle : série SLDL5300) pour répondre aux exigences de mesure de niveau de matériaux des centrales à charbon, présentant les caractéristiques techniques de base suivantes :

Performances de mesure : plage de mesure 180 degrés, 360 degrés (convient aux parcs à charbon de petite, moyenne et grande taille), précision du volume ± 0,5 %, précision de la distance 1 mm, réglage de la densité de support (0,5-3 t/m³), répond aux besoins de mesure de différents types de charbon.

Communication et sortie de données : prend en charge Ethernet industriel, AUTBUS, 485 et d'autres modes de communication, et peut produire des données de hauteur, de volume, de masse, d'image 3D au niveau du matériau (prise en charge de l'exportation au format BMP/JPG), et est compatible avec l'interface de données du système de contrôle central des centrales à charbon.

Installation et mise en service : l'installation-montée sur le dessus (raccord à bride, compatible avec les brides DN50-DN200) comporte de petits trous d'installation, éliminant ainsi le besoin de modifications importantes du silo. La mise en service s'effectue via un écran tactile ou un ordinateur distant.

Effet d'imagerie : traitement et analyse des données à grande vitesse-, le traitement des données est effectué rapidement et automatiquement par l'ordinateur, système d'exploitation graphique 3D simple pour obtenir une reproduction tridimensionnelle-de la cible mesurée, et peut effectuer une rotation graphique, une traduction et un agrandissement local et d'autres opérations interactives, les résultats de mesure sont clairs en un coup d'œil.

4.2 Cas de demande de centrale à charbon

Prenons l'exemple d'une grande centrale à charbon appartenant à l'État (capacité annuelle de 5 millions de tonnes). L'usine dispose de 8 silos de charbon brut (diamètre 10 m, hauteur 25 m) et de 4 silos de charbon raffiné (diamètre 8 m, hauteur 20 m). La mesure précédente utilisant un indicateur de niveau radar à micro-ondes ordinaire présente trois problèmes :

La concentration de poussière de charbon dans le silo de charbon brut est élevée (60 g/m³ en moyenne) et l'atténuation du signal radar micro-ondes est importante. Environ 30 % du temps, des données efficaces sur le niveau de matériau ne peuvent pas être obtenues, une inspection manuelle est donc nécessaire, ce qui présente un risque de chute de haute altitude ;

Les silos de charbon à coke connaissent souvent un « déséquilibre matériel » (niveaux de matériaux inégaux d'un côté). Les systèmes radar conventionnels, qui mesurent uniquement des données-en un seul point, ne peuvent pas détecter de tels déséquilibres. Cela entraîne un taux d'utilisation de 70 % de la capacité réelle du silo, provoquant fréquemment des « alarmes de silo plein malgré l'espace vide restant ».

Les statistiques d'inventaire nécessitent une estimation manuelle basée sur la hauteur des niveaux de matériaux et le volume des bacs de matériaux dans chaque entrepôt. Cela prend 2 à 3 heures par fois et le taux d'erreur est de 5 à 8 %, ce qui affecte le plan d'approvisionnement et la planification de la production.

Début 2024, l'usine a introduit des compteurs de niveau radar 83D (6 pour les silos de charbon brut et 2 pour les silos de charbon raffiné), et l'effet d'application a été considérablement amélioré :

Stabilité de mesure améliorée : le radar 3D a une forte capacité de pénétration de poussière de charbon à haute concentration et le taux d'acquisition effectif du signal est augmenté de 70 % à 99,5 %. Aucune inspection manuelle n'est requise dans l'entrepôt, ce qui réduit le coût de la main-d'œuvre d'environ 120 000 yuans par an et élimine les risques pour la sécurité liés au travail à haute -altitude ;

Résoudre le problème de l'identification des écarts de matériaux : l'image 3D affiche en temps réel la répartition des matériaux dans le bac à charbon nettoyé. Lorsqu'un écart de matériau se produit (la différence entre les deux côtés du niveau de matériau est supérieure à 1 m), le système déclenche automatiquement une alarme et guide les opérateurs pour ajuster la position d'alimentation. Le taux d'utilisation de la capacité du bac est augmenté à 90 %, ce qui permet de stocker environ 1 500 tonnes de charbon nettoyé de plus chaque année et d'augmenter les bénéfices économiques d'environ 1,2 million de yuans ;

Gestion intelligente des stocks : le système calcule automatiquement les quantités de charbon dans chaque entrepôt et génère des rapports d'inventaire avec des mises à jour des données toutes les minutes. Cela réduit la durée des statistiques d'inventaire de 2 à 3 heures à 10 secondes, tout en abaissant les taux d'erreur en dessous de 2 %. Il fournit un support de données précis pour la planification des achats de centrales à charbon (par exemple, déterminer les quantités d'achat de charbon brut en fonction des taux de consommation des stocks) et la planification de la production (par exemple, ajuster la production de lavage du charbon en fonction des niveaux de stocks de charbon nettoyé), minimisant ainsi efficacement les interruptions de production et le gaspillage de matières premières causés par des erreurs d'évaluation des stocks.

En outre, les caractéristiques de faible maintenance du mesureur de niveau radar 3D réduisent également considérablement les coûts d'exploitation et de maintenance de la centrale à charbon : l'équipement n'a été nettoyé qu'une seule fois au cours de l'année écoulée et il n'y a aucune trace d'arrêt en cas de panne. Par rapport au radar traditionnel (qui doit être entretenu en moyenne une fois tous les 3 mois), le coût de maintenance annuel est réduit d'environ 80 000 yuans.

5. Conclusion

Les compteurs de niveau radar 3D Solidat exploitent des technologies de pointe-, notamment l'imagerie 3D, la mesure multi-paramètres et de robustes capacités anti-interférences pour relever efficacement les principaux défis liés à la mesure du stockage des matériaux des centrales à charbon. Ceux-ci incluent de graves interférences de poussière, des configurations complexes au niveau des matériaux et des difficultés de suivi des stocks. Le système améliore non seulement la précision et la stabilité des mesures, mais permet également des mises à niveau intelligentes dans la gestion des stocks et la planification de la production des centrales à charbon. Le système de mesure SLDL5300 3D utilise un faisceau étroit à forte pénétration-qui s'adapte aux conditions de travail complexes, restant insensible aux environnements difficiles tels que les températures élevées, la corrosion par la poussière, la vapeur, la pluie ou le brouillard. Avec d'excellents rapports coût-performance, il est largement applicable pour mesurer des matériaux solides dans divers emplacements de stockage, notamment les silos, les conteneurs et les entrepôts de matériaux solides en vrac. Dans le contexte de la transformation intelligente de l'industrie charbonnière, les compteurs de niveau radar Solidat 3D fournissent des solutions de mesure de niveau fiables et efficaces avec de larges perspectives d'application. Ces systèmes devraient s’adapter davantage à des scénarios tels que les silos de centrales à charbon sans personnel et les systèmes d’entreposage intelligents, offrant ainsi un soutien plus important au développement numérique de l’industrie charbonnière.