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雷達物位計在15#庫房倉物料高度監測系統中的探討和研究

作者:師清華 來源:深圳赤灣港航股份有限公司 發布時間:2021-02-24 08:36:43

 摘 要:隨著我國對外經濟貿易的增加,港口機械設備設施自動化運行管理顯得略為重要,是保障港口順利完成年度生產作業目標的重要運作手段?,F就我司港口自動化進倉房倉的散糧物料高度監測作進一步探索和研究。

1 現狀

        15#庫是港區房倉的重要組成部分,分 A,B,C,D 4個倉位,每個倉容約 22 000 t。物料進倉流程主要分為前期通過流機自卸車接卸作業,后期通過筒倉輸送設備進行加高作業。加高作業過程中,筒倉崗位巡查人員必須時刻關注物料高度,以防物料高度超出倉壁承重墻高度,造成倉體坍塌。由于物料進倉加高作業時,隨著拋料小車將物料拋出,糧食與粉塵分離,大部分粉塵懸浮在空氣中,繼而在一定程度上嚴重影響崗位巡查人員的視線,使其不能準確地把握物料實時高度。為了減少乃至杜絕物料高度給倉體帶來的安全隱患,特提出 15#庫房倉物料高度監測系統。

2 方案選擇

2.1 方案一

        在 A,B,C,D 四倉倉壁高度 12 m 處(承重墻高度)加裝 UZK 型阻旋料位開關,根據拋料小車加大糧堆覆蓋直徑范圍,每個倉倉壁需加裝 6 個阻旋料位開關,共計加裝24 個料位開關。

        工作原理:阻旋料位開關電機帶動葉片旋轉,當被測介質到達葉片位置時,葉片受阻停止轉動,從而觸動后面的微動開關輸出開關信號。當被測介質下降離開葉片時,葉片在彈簧的作用下恢復原位繼續轉動。

2.2 方案二

        在拋料小車頭部下方裝設 SIEMENS LR560 系列微波雷達物位計,根據拋料小車移動位置,雷達物位計隨之移動,由于每倉進倉流程有 2 個拋料小車,因此 15#庫內需加裝 4個微波雷達物位計。

        工作原理:高頻微波脈沖通過天線系統發射并接收,雷達波以光速運行,遇到被測介質表面,其部分能量被反射回來,被同一天線接收,發射脈沖與接收的脈沖的時間間隔與天線到被測介質表面的距離是成正比的。運行時間可以通過電子部件被轉換成物位信號。

3 方案論證

3.1 方案一

        優點:UZK 阻旋開關可應用于幾乎所有潮濕的、黏性的或油性的散裝物料的滿倉、空倉和需求指標的測量中,并且在zui惡劣的條件下也能正常使用。

        缺點:①阻旋料位開關采用 AC220 V 50 Hz 供電方式;②安裝阻旋料位開關需要 PLC 24 個輸入輸出點,需增加PLC 輸入輸出模塊;③使用阻旋料位開關,需要加裝倉壁維修平臺,為以后日常檢修保養作準備(15#庫單側倉壁長度129.6 m)。

3.2 方案二

        優點:①SIEMENS LR560 系列微波雷達物位計采用安全電壓 DC24 V 電源;②安裝 LR560 系列微波雷達物位計需要 PLC 4 個輸入輸出點,節省 PLC 輸入輸出模塊;③微波雷達物位計安裝在拋料小車頭部,易于檢修維保操作。

        缺點:現場缺少 DC24 V 電源,加裝 AC220 V 轉換DC24 V 電源電箱。

綜合上述優缺點對比分析,方案二更加適合 15#庫料位監測系統實現。

4 方案設計

        本方案是以筒倉配電房現有 GE PLC 為核心,現場采用SIEMENS LR560 微波雷達物位計對 15#庫料位高度進行數據采集,中控室采用 TFT 真彩觸摸屏實時顯示某倉料位高度,當料位高度達到某種物料預先設置預警值時,中控室蜂鳴器會發出報警信號提醒中控操作人員移動拋料小車,以確保庫內物料高度不超過倉體承重墻高度。本方案中料位計檢測料位高度數值信號不直接參與 15#庫流程輸送設備控制。

5 系統方案硬件組成及相關參數的確定

        本系統主要由 SIEMENS LR560 微波雷達物位計、GEPLC、TFT 真彩觸摸屏、AC220 V 轉 DC24 V 電箱等基本硬件組合而成。

5.1 微波雷達物位計

        SIEMENS LR560 微波雷達物位計為兩線制,波長為78 GHz,幾乎在所有的固體材料中都能產生極好的信號反射,在極度粉塵與高溫下具有良好的穩定性,同時在料位計內部標配粉塵防護裝置,發射極完全密封在表體內部,對極度黏附的固體粉料有吹掃作用,可實現自清潔。本產品主要應用在水泥粉料、塑料粉末/顆粒、谷物、煤倉、木屑等粉塵環境下。

5.2 TFT 真彩觸摸屏

        TFT(Thin Film Transistor)即 TFT 液晶真彩觸摸屏,它可以“主動地”對屏幕上各個獨立的像素進行控制。本次選

用 TFT 真彩觸摸屏,需要自帶 12 個數字量輸入,6 個數字

量輸出及 4 通道模擬量輸入。

        4 通道模擬量與料位計連接,測量出物料高度,并在觸摸屏上顯示實際高度,同時由于各種物料的自溜角度不同,則每種物料所能達到高處的高度值(設置預警值)也就不同,因此隨著物料的改變,需通過真彩觸摸屏修改每種物料高度預警值。

5.3 微波雷達物位計電纜的敷設

        由于 SIEMENS LR560 微波雷達物位計安裝位置在拋料小車頭部下方,因此物位計是隨著拋料小車一起沿著軌道前后移動的,物位計庫內信號電纜和電源電纜必須與拋料小車動力電纜一起固定于垂纜滑車上,同時要求庫內物位計信號和電源電纜必須具有較強的柔韌性。為了節省電纜成本,可以在 15#庫 AC220 V 轉 DC24 V 電源箱內加裝轉換端子排,將倉外 SIEMENS LR560 微波雷達物位計信號電纜和電源電纜更換為普通電纜,同時要求庫外電纜全部一一穿鍍鋅水管敷設,防止老鼠帶來的安全隱患。

5.4 微波雷達物位計反射點的選取

        經查閱 15#庫房倉倉體體土建施工結構圖紙,倉壁承重墻高度約為 12 m,每個倉庫寬度 L=38.4 m,每臺拋料小車拋料的范圍寬度為 19.2 m,拋料小車距地面高度 h=21.5 m,皮帶帶速 v=3.1 m/s。根據以上數據可以估算出拋料小車的拋料點(物料zui高點位置),有關計算如下:

                h=1/2gt2. (1) 

                l=vt. (2) 

                y=-ax2. (3) 

                y=-tanθx+k. (4)

上式中:g 為重力加速度;v 為拋料小車水平帶速,取 3.1 m/s; t 為物料下落時間;θ為假設物料內摩擦角。

        方程(3)為物料自拋料小車拋出下落的拋物線方程,方程(4)為物料自承重墻高度至物料zui高點直線方程。方程(3)與方程(4)交叉點坐標(x,y)為物料zui高點坐標。通過以上計算可以確定某個倉位微波雷達物位計的具體反射點坐標,為以后安裝完畢后調試時提供有效的理論依據。

6 系統不足之處

        此系統料位計檢測料位高度數值信號不直接參與 15#庫流程皮帶機控制,需要中控操作員根據 TFT 真彩觸摸屏畫面顯示高度或者聽到蜂鳴器預警聲音之后,在中控組態王監控畫面進行拋料小車移動控制。不直接控制的主要原因有高度預警值達到時不清楚前方流程輸送設備中是否有物料存在,若突然停機,則會造成輸送設備壓死。

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