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雷達料位計在砂石骨料倉中出現結果偏大甚至死機的現場改造

作者: 來源: 發布時間:2022-02-18 10:40:15
摘要:砂石儲倉料位是生產人員控制時產、磅房人員安排銷售車次的重要參考數據,料位反饋不準確不及時易發生爆倉事件,存在較大的安全風險。儲倉料位測量的準確性和靈敏性尤為重要。但在實際生產中,現有的雷達料位計時常發生不正常的料位躍升或下跌、甚至死機,導致料位測量存在誤差較大,給生產和銷售帶來困擾。為解決上述問題,本文對公司砂石骨料儲倉中使用的雷達料位計進行分析并提出切實可行的解決措施。
 
1.引言
公司在河南某地現有3個砂石骨料項目,年生產能力突破3000萬噸,生產工藝普遍采用干式生產法。生產線分為兩級破碎、兩級篩分、選粉、精品機制砂、成品儲運等工序,可生產〇-5mm、5-15mm、15-21mm、21-25mm、25-28mm等不同規格的砂石骨料,骨料采用密閉鋼板筒倉儲存,骨料儲存采用雷達料位計自動遠程顯示,并采用集散型控制系統(DCS)對整個系統進行在線控制,自動化水平很高。但在日常使用過程中,中控人機控制界面中儲倉料位經常出現實時顯示料位與實際料位偏差較大和波動顯示的現象,給中控操作人員帶來誤判,造成中轉料倉和成品儲倉爆倉現象,導致目前在實際生產中,中控人員無法根據顯示料位來調節生產,而是通過日常經驗,采取定時讓巡檢工手動測量中轉倉和成品倉料位的方式來控制系統生產,降低了生產效率且不能保證生產線流程穩定運行,為企業帶來損失。
 
2.中轉倉和成品儲罐物位計測量工況分析
生產線要根據測量工況選擇雷達料位計的型號以及安裝位置,如果選型及安裝位置跟實際測量環境不匹配,是會影響測量的準確性,所以分析雷達料位計測量工況是十分必要的。
 
生產線中轉倉設在二破車間上方,主要儲存一級破碎物料和篩分車間超粒徑的返料,中轉倉上方并排分布三個受料口,其中兩邊的受料口接受來自一破車間的粗碎物料,中間受料口接受來自篩分車返料。
 
中轉倉中存儲的物料介質主要為大粒徑固態石料,中轉倉內的骨料表面并不在一個水平面,而是向上凸起的形似“山”字的錐形體,如圖-1所示。同時一破車間收塵設備把收集的粉塵釋放一破車間骨料輸出皮帶上,隨骨料一起進人到中轉倉內,因此中轉倉中的粉塵密度比較大。
 
成品儲罐為圓形鋼板筒倉,主要用來儲存成品骨料,倉頂中間設有一個進料口,砂石骨料在筒倉內以錐形面形式儲存,如圖-2所示,因筒體較高,骨料在入罐儲存過程中粉塵也比較大。中轉倉和成品儲倉雷達料位計測量工況共同特點為:測量介質為固態、倉罐內粉塵較大,砂石的介電常數較小,測量工況差。
 中轉倉料剖面圖和成品儲倉剖面圖
3.雷達料位計測量誤差偏大原因分析
3.1存在交流干擾,電壓偏高。生產線采用的高頻脈沖雷達物位計,供電電源要求是24VDC(典型值),但在現場測量中發現供電電源顯示為27.2V,明顯高于24VDC,導致測量結果偏大,甚至會出現雷達物位計死機現象。
現場監測圖和雷達料位計規格參數圖
3.2雷達料位計安裝位置不對導致測量有所偏差。骨料在中轉倉內的堆積呈“山”字形錐體,但僅在返料皮帶下料口附近安裝了一臺雷達料位計,安裝位置距離返料皮帶下料口太近,如下圖-3所示,同時又距離兩邊一破進料皮帶下料口太遠。雷達料位計的正下方是返料皮帶的下料落點,距離太近,下落過程中的骨料會對雷達料位計造成干擾,形成虛假反射。
 
雷達料位計距離緩沖倉的兩條主進料皮帶下料口太遠,加上喇叭狀的雷達天線垂直安裝方式,導致雷達料位計只能測返料皮帶下料口處的骨料堆物位,不能有效測出兩條進料皮帶下骨料堆的zui高點料位。而在實際生產過程中,一破兩條進料皮帶的液位是返料皮帶液位的數倍,相應的其骨料堆物位上升的也比返料骨料堆快’容易造成中轉倉雷達物位計顯示很低一破進料口爆倉。
中轉倉改進前雷 達料位計安裝示意圖
骨料在成品罐內的堆積面呈現圓錐狀,如圖-4所示,喇叭狀雷達天線采用垂直向下的安裝方式也會導致測量值偏小,出現誤差。存在料位計未滿量程而出現爆倉現象的可能。同時雷達料位計安裝位置靠近進料口,儲倉持續進料時,受正在下落過程中的料子干擾形成虛假反射波,時常會出現料位上下跳動或測量值死在zui高值等現象。
成品儲倉改進前雷 達料位計安裝示意圖
3.3雷達料位計發射頭積灰的影響。因雷達料位計使用工況中粉塵較多,粉塵易附著,并且受環境溫度影響,粉塵潮濕易結塊,介電常數會變大,粘附雷達料位計發射頭和喇叭口壁處,影響雷達測量精度和穩定性。圖-5為雷達料位計受粉塵粘附失真顯示,拆卸料位計清理發射頭和喇叭口壁后,安裝通電后顯示正常。
人機界面 中 料位失 真顯示 圖
3.4其他引起料位跳變的因素。被測物料堆角非常大,反射面不平整;物料有掛壁現象如圖-6,有時物料會倒塌,輸出料位在下降過程中會突然升高,造成料位顯示假象。砂石骨料的主要原料石灰巖的介電常數相對較低,對雷達波無法形成較強的反射,雷達接收的反射波中含有噪聲和虛假干擾回波,若前期安裝調試中未做好降噪和濾波處理工作,也會導致測量值得偏差。
 
4.減小雷達物位計測量誤差的改進措施
4.1加裝隔離裝置,降低交流干擾。
針對供電電源電壓偏高、信號在傳輸過程中的干擾情況,采用在供電電源和儀表之間加裝兩個并聯反向排列隔離模塊解決上述問題。擬購買安裝杭州米科傳感技術有限公司生產的信號隔離器MIK502E,見下圖7。隔離傳輸精度達到±0.1%F.S,在保持精度的同時,有效降低外部干擾。其優點是可以有源和無源切換,無源功能無需外接電源可直接向現場的二線制雷達物位計提供24VDC供電,響應快、功耗低、干擾小。原來的信號線采用的是屏蔽線,能有效降低共模干擾,但是建議使用屏蔽雙絞線,抗干擾效果更好。
無源隔離模塊圖和中轉倉和成品儲倉改進后雷達料位計示意圖
4.2依據測量工況分析選擇合理的安裝位置及角度,提高測量的準確性。針對雷達料位計安裝位置問題,在中轉倉上方距離兩條進料皮帶下料口側面1.5m位置處分別加裝同種型號的雷達料位計,安裝時喇叭口天線傾斜合適的角度安裝,使雷達波對著下料口落料點為圓心半徑〇.5m-lm的圓環區域內。同時成品儲倉上雷達料位計不要安裝在拱形罐的中心處,否則干擾回波會導致信號丟失。也不能距離罐壁很近安裝,zui佳安裝位置在容器半徑的1/班[2]。離罐壁zui小為30m。
 
4.3保持雷達料位計探頭清潔,避免探頭積灰潮濕結疤。針對目前發射頭積灰情況,對現有雷達料位計進行拆卸,在天線喇叭口處附著一層塑料薄膜,并定期清理喇叭口天線上的粉塵,以保證發射頭處無積灰,保證測量精度和穩定性。
 
4.4數字濾波降低干擾。在反射信號中含有多種干擾信號處理問題。在雷達料位計測量過程中,對真實回波的處理和對虛假回波的有效識別是影響雷達料位計能夠準確測量的關鍵因素,由于現場電子設備雷達波和環境隨機噪音等因素的影響,檢測信號中必然含有較多的干擾回波信號如圖-9。
存在干擾 的 回 波 曲 線 圖和回 波 曲 線局 部 圖
圖10中紅色雙箭頭標識是雷達料位計捕捉的料位雷達回波,可以明顯看出料位回波周圍存在很多幅度相似的回波,為了提高測量的準確性須對數據進行降噪處理,采用增加軟件濾波時間,利用數據平滑法,盡量消除噪音,得到與實際相符的測量數據%
 
5.雷達物位計改進前后效果對比分析
成品儲倉雷達料位計在改進之前經常出現顯示高度突然躍升的現象,料位波形走勢如下圖所示。
 

料位波形走勢圖

 
以圖-11為例分析如下:生產線晚上一直處于開機運行,21時39分04秒之前成品儲倉料位顯示一直沒有明顯變化,料位高維持在9.59m,假定骨料生產進罐量和出罐量基本持平,但在21時41分時,在2分鐘的時間內成品儲倉料位陡增近5m的高度,之后在21B寸41分到21時43分之間料位又回落到9m左右,歷時2分鐘時間。根據生產能力和放料系統能力分析,21時39分04秒到21時44分04秒這5分鐘內料位變化存在問題,無法為生產和銷售提供真實料位數據。
 
為進一步分析雷達測量的誤差范圍,采取手工測量的方法測量料位進行校核,即用一段25m的繩子,一段系上重物,通過上部觀查口下放成品儲倉中,感知成品罐的空余高度,再用罐高減去空余高度得到實際物位髙度。部分手工測量與雷達測量結果如下表-1所示
部分手工測 量 與 雷達測 量結果對 比 表
從上表中可以看出雷達物位測量的誤差較大,誤差范圍基本上在15%到20%之間。
 
改進后雷達物位計的料位波形起伏相對穩定合理,料位波形趨勢如下圖所示:
儲倉料位正 常 變化趨勢 圖
為進一步分析雷達測量的誤差范圍,采取手工測量的方法測量料位進行校核,即用一段25m的繩子,一段系上重物,通過上部觀查口下放成品儲倉中,感知成品罐的空余高度,再用罐高減去空余高度得到實際物位高度。部分手工測量與雷達測量結果如下表-2所示
部分手 工 測 量值與 整改后雷 達料位計測 量值對 比 如 下表
通過對表-1與表-2數據進行對比分析,可以看出通過對雷達料位計進行改進,其測量誤差得到有效降低,誤差基本維持在5%左右,波形反饋穩定,對雷達料位計的改進措施起到了很好的改進作用,雷達料位計測量的準確性和穩定性得到較大提髙,為系統生產和放料提供有效料位數據。
 
6.總結
通過此次對分公司砂石骨料生產線儲倉雷達料位計測量準確性和穩定性的研究,公司同事們對雷達料位計的使用有了更深入的認識,同時在研究過程中收集了許多關于雷達料位計方面資料,積累了一些雷達料位計的使用、安裝和故障排除的經驗,并且通過大家的齊心協力,較成功的解決了分公司砂石系統中現有雷達料位計測量精度偏差大和穩定性差的問題,為分公司砂石骨料生產系統正常生產提供了可靠的數據顯示。下一步分公司將跟蹤使用效果,不斷持續優化改進,并繼續深人研究分析雷達料位計在使用中故障或干擾排除的有效措施,減小測量誤差進一步提髙測量的準確性

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