Solidat 3D 레이더 레벨 미터: 기능 및 응용 - 석탄 발전소 사례 연구

추상적인

본 논문에서는 레벨 측정 기술 중 3D 레이더 레벨 미터에 초점을 맞춰 적용 원리를 설명하고 기존 레이더와 3D 레이더의 핵심 기능을 비교합니다. 석탄 발전소에서 Solidat의 3D 레이더 레벨 미터 제품의 실제 적용 효과를 강조하고 석탄 발전소의 레벨 측정 문제에 대한 참조 솔루션을 제공합니다.

키워드

레벨 게이지; 3D 레이더; 석탄발전소; 물질 수준 측정; 먼지 환경

1. 개요

석탄 산업의 지능적인 변화가 가속화됨에 따라 석탄 발전소에서는 자재 수준 측정의 정밀성, 안정성 및 스마트 솔루션에 대한 요구가 크게 증가했습니다. 수동 검사, 초음파 레벨 미터, 기존 레이더 레벨 미터와 같은 전통적인 방법은 눈에 띄는 제한 사항에 직면합니다. 수동 검사는 비효율적이고 안전하지 않아 사일로 역학의 실시간 모니터링이-어려워집니다. 초음파 레벨 미터는 석탄 먼지 간섭을 받기 쉬우며 이로 인해 심각한 신호 감쇠 및 큰 측정 오류가 발생합니다. 기존 레이더 레벨 미터는 먼지 간섭을 부분적으로 완화하지만 여전히 복잡한 사일로 조건(예: 아치형, 자재 편차 또는 데드 존)에서 포괄적인 범위를 달성하는 데 어려움을 겪고 있으며 종종 자재 레벨을 잘못 판단하여 생산 일정 및 재고 관리를 방해하는 경우가 많습니다.

다양한 레벨 측정 기술 중에서 3D 레이더 레벨 미터가 판도를 바꾸는-기술로 등장했습니다. 멀티-빔 스캐닝 및 3D 이미징 기능을 활용하여 기존 방법의 공간적 한계를 극복하여 사일로 내 자재 분포를 명확하게 시각화했습니다. 이러한 시스템은 정확한 레벨 측정을 제공할 뿐만 아니라{6}}재료 부피, 질량 및 파일 형태를 실시간으로 모니터링할 수도 있습니다. 석탄 발전소의 지능형 레벨 측정을 위한 솔루션으로-복잡한 사일로 환경에서 기존 기술이 남긴 격차를 효과적으로 메웁니다.

2. 레이더 기술의 특징

2.1 기존 레이더의 특성(마이크로파 레이더 및 기존 유도파 레이더 포함)

단일 측정 치수: 자재 레벨 높이 데이터만 얻을 수 있지만 사일로 내 자재의 수평 분포는 인식할 수 없습니다. 석탄 사일로에서 흔히 발생하는 "재료 편차" 및 "아치" 현상에 직면하여 사일로의 실제 빈 부피를 식별할 수 없으며 이로 인해 재고 계산에 편차가 발생하기 쉽습니다.

제한된 먼지 간섭 저항: 마이크로파 레이더 신호는 고농도 석탄 먼지 환경에서 산란 및 감쇠되기 쉽습니다.- 먼지 농도가 50g/m3를 초과하면 신호 반사 강도가 급격하게 떨어지며 측정 정확도가 크게 저하됩니다. 기존 유도파 레이더 시스템은 먼지 간섭에 덜 취약한 반면, 프로브는 석탄 먼지 부착에 취약합니다. 장기간 사용하면 축적된 침전물로 인해 신호 드리프트가 발생하므로 자주 청소하고 유지 관리해야 합니다.

제한된 적용 범위: 기존 레이더는 대부분 단일{0}}빔 또는 좁은{1}}빔 설계로, 사일로 내의 '점' 또는 '선'만 측정할 수 있고 사일로의 전체 물질 수준 상태를 완전히 포착할 수 없습니다. 직경이 8미터가 넘는 대형 석탄 사일로의 경우 예비 적용 범위를 달성하려면 여러 장치를 결합하고 설치해야 하므로 장비 비용이 증가하고 디버깅이 어려워집니다.

2.2 3D 레이더의 특징

3D 파노라마 이미징: 멀티-빔 어레이 기술을 활용하는 이 시스템은 20-30-고주파 레이더 빔을 동시에 방출하여 자재 사일로 내 360도 수평 영역과 0~90도 수직 각도를 모두 포괄합니다. 신호 스티칭 및 데이터 재구성을 통해 사일로 내부 자재의 실시간 3D 이미지를 생성하여 스택 패턴, 아치 위치, 자재 편차 정도 및 빈 사일로의 사각지대를 명확하게 표시합니다. 이는 "보이지 않고 부정확한 측정"이라는 기존 레이더의 한계를 효과적으로 해결합니다.

먼지 및 열악한 환경 저항: 3D 레이더는 특수 신호 변조 기술을 사용하여 5-10mW 전력(기존 마이크로파 레이더보다 5~10배 높음)의 신호를 방출합니다. 최적화된 파장 설계는 특히 석탄 먼지 입자 특성과 일치하여 고농도 먼지(최대 100g/m3)를 통과하는 동시에 신호 산란 손실을 최소화합니다. IP67 등급 보호 기능을 갖춘 이 장비는 극한의 온도(-40도 ~ 80도)와 부식을 견디므로 습도, 먼지 및 온도 변동이 일반적인 문제인 석탄 발전소 사일로에 이상적입니다.

다중{0}}매개변수 동기화 측정: 정확한 재료 레벨 높이 측정(정확도 ±5mm, 분해능 1mm) 외에도 3D 이미지를 기반으로 재료량(오차 2% 이하) 및 질량(석탄 부피 밀도 사전 설정 기능과 결합)을 계산하여 수동 변환 없이 자동으로 재고 보고서를 생성할 수 있습니다. 이는 석탄 발전소 재고 관리 및 생산 일정 관리에 대한 직접적인 데이터 지원을 제공하여 수동 통계 오류를 줄입니다.

낮은 유지 관리 및 지능형 진단: 이 장치에는 기계적으로 움직이는 부품이 없으므로 기존 유도파 레이더 프로브에서 재료 축적 및 기계적 마모와 같은 문제를 제거합니다. 연간 유지 관리 횟수가 1-2회로 줄어듭니다. 내장된-지능형 진단 기능을 통해 실시간 작동 상태(신호 강도, 빔 무결성, 통신 링크 포함)를 모니터링합니다. 신호 이상이나 장비 오류가 발생하면 자동으로 중앙 제어 시스템에 경고를 보내 가동 중단 위험을 크게 줄입니다.

복잡한 사일로 구조에 적응: 원형, 정사각형, 직사각형 등 다양한 모양의 석탄 사일로 측정을 지원합니다. 매개변수 설정을 통해 사일로 내부의 사다리, 혼합장치 등의 장애물을 수용할 수 있고 간섭 신호를 자동으로 필터링할 수 있어 별도의 차폐 장치가 필요하지 않습니다. 이는 다양한 석탄 발전소 사일로(예: 원료 석탄 사일로, 정제 석탄 사일로 및 석탄 슬러리 사일로)의 측정 요구 사항을 충족합니다.

3. 기존 레이더와 3D 레이더의 원리

3.1 기존 레이더

기존의 마이크로파 레이더 시스템은 단일 고주파수(GHz 범위) 전자기 빔을 방출하여 작동합니다.{0}} 그들은 다음 공식을 통해 반사된 신호의 전파 시간(전자파 속도 기준, 빛의 속도와 동일)을 사용하여 물질 레벨 높이를 계산합니다. 물질 레벨 높이 =(전자기파 전파 속도 × 반사 시간)/2. 그러나 석탄 발전소 사일로에서는 석탄 먼지의 농도가 높으면 전자파의 다중 산란이 발생합니다. 신호의 일부가 먼지 입자에 의해 흡수되어 수신기 안테나로 되돌아오는 유효 신호 에너지는 전송된 에너지의 0.5%-1%에 불과합니다. 이는 종종 "반사 신호 없음" 또는 "거짓 반사 신호" 문제로 이어집니다. 기존 유도파 레이더 시스템은 먼지 간섭을 줄이기 위해 도파관(강철 케이블/막대)을 사용하지만 신호는 도파관 경로를 따라서만 전파됩니다. 이러한 제한으로 인해 사일로 영역의 수평 범위가 방지되고 프로브 로드에 재료가 축적되어 도파관 임피던스가 변경되어 측정 오류가 발생할 수 있습니다.

3.2 3D 레이더

3D 레이더는 다중-빔 시간-도메인 반사 측정법(다중-빔 TDR) 및 3D 데이터 재구성 기술을 기반으로 작동하며 핵심 원리는 다음과 같습니다.

멀티{0}}빔 전송 및 수신: 레이더 안테나 배열은 여러 개의 고주파(24GHz) 전자기 빔을 동시에 방출합니다. 각 빔은 미리 설정된 각도(측면 간격 1도 -2도, 세로 범위 0~90도)로 사일로의 재료 표면을 스캔하여 "표면과 같은" 범위를 만듭니다. 수신 안테나는 각 빔에서 반사된 신호를 동기식으로 캡처하여 각 빔 그룹의 전파 시간과 신호 강도를 기록합니다.

신호 처리 및 간섭 필터링: 시스템은 특수 알고리즘을 활용하여 다중 반사 신호를 처리하여 유효한 표면 반사 신호를 유지하면서 석탄 먼지 산란 및 물체 반사(신호 강도 임계값 및 빔 일관성 분석 기반)로 인한 간섭을 필터링합니다. 동시에, 빔 각도 매개변수를 사용하여 사일로 내 반사 지점의 3차원 좌표(X, Y, Z 축)를-계산합니다.

3D 이미지 재구성 및 매개변수 계산: 시스템은 먼저 모든 유효한 반사 지점의 3D 좌표를 병합하여 사일로 내 재료의 3D 포인트 클라우드 모델을 생성합니다. 이미지 렌더링 기술을 사용하여 직관적인 3D 시각화를 생성합니다. 이 모델을 기반으로 시스템은 최대 및 평균 자재 레벨 높이를 자동으로 계산하는 동시에 통합 알고리즘을 통해 자재량을 결정합니다. 이러한 계산을 사전 정의된 석탄 밀도 매개변수(예: 원탄 밀도 1.3-1.5t/m3)와 결합함으로써 시스템은 궁극적으로 정확한 자재 수량 데이터를 출력합니다.

4. Solidat 3D 레이더 레벨 미터: 소개 및 응용

4.1 제품의 핵심 기술적 특징

산업 자동화 장비 분야의 선도적인 공급업체인 Solidat은 석탄 발전소의 물질 레벨 측정 요구 사항을 충족하기 위해 다음과 같은 핵심 기술 특성을 갖춘 3D 레이더 레벨 게이지(모델: SLDL5300 시리즈)를 개발했습니다.

측정 성능: 측정 범위 180도, 360도(소형 및 중대형 석탄 야적장에 적합), 부피 정확도 ±0.5%, 거리 정확도 1mm, 지원 밀도 설정(0.5-3t/m3), 다양한 석탄 유형의 측정 요구 사항을 충족합니다.

통신 및 데이터 출력: 산업용 이더넷, AUTBUS, 485 및 기타 통신 모드를 지원하고 자재 레벨 높이, 부피, 질량, 3D 이미지 데이터(BMP/JPG 형식 내보내기 지원)를 출력할 수 있으며 석탄 발전소 중앙 제어 시스템 데이터 인터페이스와 호환됩니다.

설치 및 시운전: 상단- 장착 설치(플랜지 연결, DN50-DN200 플랜지와 호환)에는 작은 설치 구멍이 있어 사일로를 광범위하게 수정할 필요가 없습니다. 시운전은 터치스크린이나 원격 컴퓨터를 통해 완료됩니다.

이미징 효과: 고속-데이터 처리 및 분석, 데이터 처리는 컴퓨터에 의해 신속하고 자동으로 완료되며 간단한 3D 그래픽 운영 체제로 측정 대상의 3차원 재현을 달성하고{2}}그래픽 회전, 변환, 로컬 확대 및 기타 대화형 작업을 수행할 수 있어 측정 결과가 한눈에 명확합니다.

4.2 석탄발전소 적용사례

국영{0}}대규모 석탄 발전소(연간 생산 능력 500만 톤)를 예로 들어 보겠습니다. 이 발전소에는 8개의 원료탄 사일로(직경 10m, 높이 25m)와 4개의 정제된 석탄 사일로(직경 8m, 높이 20m)가 있습니다. 일반 마이크로파 레이더 레벨 미터를 사용한 이전 측정에는 세 가지 문제가 있습니다.

석탄 사일로의 석탄 먼지 농도는 평균 60g/m3로 높고 마이크로파 레이더 신호 감쇠가 심각합니다. 약 30%의 경우 효과적인 물질 수준 데이터를 얻을 수 없으므로 수동 검사가 필요하며 높은 고도에서 떨어질 위험이 있습니다.

원료탄 사일로는 종종 '재료 불균형'(한쪽의 재료 수준이 고르지 않음)을 경험합니다. 단일-지점 데이터만 측정하는 기존 레이더 시스템은 이러한 불균형을 감지할 수 없습니다. 이로 인해 사일로 실제 용량의 70% 활용률이 발생해 '빈 공간이 남아 있음에도 불구하고 사일로 가득 참 알람'이 발생하는 경우가 많다.

재고 통계에는 자재 수준의 높이와 각 창고의 자재 저장소 용량을 기반으로 수동 추정이 필요합니다. 1회당 2~3시간이 소요되며, 오류율은 5~8%로 조달계획 및 생산일정에 영향을 미칩니다.

2024년 초에 공장은 83D 레이더 레벨 미터(원탄 사일로용 6개, 정제 석탄 사일로용 2개)를 도입했으며 적용 효과가 크게 향상되었습니다.

향상된 측정 안정성: 3D 레이더는 고농도 석탄 먼지에 대한 강력한 침투 능력을 가지며 유효 신호 획득률은 70%에서 99.5%로 증가합니다. 창고에서 수동 검사가 필요하지 않으므로 인건비를 연간 약 120,000위안 절감하고 고지대 작업의 안전 위험을 제거합니다.-

재료 편차 식별 문제 해결: 3D 이미지는 청소된 석탄통의 재료 분포를 실시간으로 표시합니다. 재료 편차가 발생하면(재료 높이의 양쪽 차이가 1m 이상) 시스템이 자동으로 경보를 울리고 작업자에게 공급 위치를 조정하도록 안내합니다. 빈 용량의 활용률은 90%로 증가하여 매년 약 1500톤의 정화 석탄을 더 저장할 수 있으며 약 120만 위안의 경제적 이익을 증가시킬 수 있습니다.

지능형 재고 관리: 시스템은 각 창고의 석탄 수량을 자동으로 계산하고 매분 업데이트되는 데이터로 재고 보고서를 생성합니다. 이를 통해 재고 통계 시간을 2~3시간에서 10초로 단축하는 동시에 오류율을 2% 미만으로 낮춥니다. 석탄발전소 조달 계획(예: 재고 소비율에 따른 원탄 구매 수량 결정) 및 생산 일정(예: 정화된 석탄 재고 수준에 따른 석탄 세척 생산량 조정)에 대한 정확한 데이터 지원을 제공하여 재고 판단 오류로 인한 생산 중단 및 원자재 낭비를 효과적으로 최소화합니다.

또한 3D 레이더 레벨 미터의 낮은 유지 관리 특성으로 인해 석탄 발전소의 운영 및 유지 관리 비용도 크게 절감됩니다. 장비는 지난 1년 동안 단 한 번만 청소되었으며 고장 정지 기록이 없습니다. 평균 3개월에 한 번씩 유지 관리해야 하는 기존 레이더에 비해 연간 유지 관리 비용이 약 80,000위안 절감됩니다.

5. 결론

Solidat 3D 레이더 레벨 카운터는 3D 이미징, 다중-매개변수 측정 및 강력한 간섭 방지 기능을 포함한 최첨단-기술을 활용하여 석탄 발전소 자재 저장 측정의 핵심 문제를 효과적으로 해결합니다. 여기에는 심각한 먼지 간섭, 복잡한 자재 수준 구성 및 재고 추적의 어려움이 포함됩니다. 이 시스템은 측정 정확도와 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 석탄 발전소 재고 관리 및 생산 일정 관리의 지능적인 업그레이드를 주도합니다. SLDL5300 3D 측정 시스템은 복잡한 작업 조건에 적응하고 고온, 먼지 부식, 증기, 비 또는 안개와 같은 가혹한 환경의 영향을 받지 않는 좁고 높은 투과율의 빔을 사용합니다. 뛰어난 비용-성능 비율로 사일로, 컨테이너 및 대량 고체 재료 창고를 포함한 다양한 저장 위치에서 고체 재료를 측정하는 데 널리 적용 가능합니다. 석탄 산업의 지능적인 전환이라는 맥락에서 Solidat 3D 레이더 레벨 카운터는 폭넓은 응용 가능성을 갖춘 안정적이고 효율적인 레벨 측정 솔루션을 제공합니다. 이러한 시스템은 무인 석탄 발전소 사일로 및 스마트 창고 시스템과 같은 시나리오에 더욱 적응하여 석탄 산업의 디지털 발전을 더욱 강력하게 지원할 것으로 예상됩니다.