激光雷达料位计在水泥厂料仓监测中的应用.pdf

2023年第3期中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）03-53-03【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.03.020激光雷达料位计在水泥厂料仓监测中的应用叶飞1，倪云兵2，贺亦斌3（1.苏州中材建设有限公司，江苏 昆山 215300；2.红狮控股集团有限公司，浙江 兰溪 321100；3.邯郸中材建设有限责任公司（南京），江苏 南京211106）摘要：水泥工厂料仓的料位监测中，由于物料粒径小且多采用空气和提升机输送，输送过程中料仓内粉尘大且存在物料粘附或结块的可能，导致难以对其料位做出精确、稳定的监测。激光雷达料位计基于W频段雷达电磁波的测量原理，具有体积小、安装调试简单、配置灵活、精度高等优点；用激光雷达料位监测技术可有效实现对其料仓中料位安全、稳定、可靠的实时监测，准确的料位监测和料位报警控制还可以有效地防止“冒仓”事故的发生。关键词：激光雷达料位计；料位监测；实时监测Application of Lidar level meter in cement silo monitoringYe fei1，Ni Yunbing2，He Yibin3（1.Suzhou Sinoma Construction Co.,Ltd.,Kunshan 215300,China）Abstract:In the monitoring of the material level of the cement factory bin,due to the small particle size of the material and the use ofair and elevator conveying,conveying process in the bin dust is large and there is the possibility of material adhesion or caking,leadingto difficult to make accurate and stable monitoring of the material level.Based on the measurement principle of W-band radar electromagnetic wave,Lidar level meter has the advantages of small size,simple installation and debugging，flexible configuration and highprecision;The material level monitoring technology of Lidar can effectively realize the safe,stable and reliable real-time monitoring ofthe material level in the silo,and the accurate material level monitoring and alarm control can also effectively prevent the occurrence ofthe warehouse accident.Key words:Lidar level meter；material level monitoring；wireless data transmission system；real-time monitoring0引言料位计可以有效地实现对工业过程中料位的上下限报警和控制，被广泛应用于水泥、电力、制药、造纸、煤炭、食品、冶金、建材、环保等行业。料位也是水泥生产过程中主要检测和控制参数之一，从矿山开采到水泥存储、分装，水泥厂的固体物料种类繁多，这些物料的容重、湿度、颗粒大小、介电常数也各不相同，因此，实时准确、连续稳定的料位测量，不仅可以有效地判断各种物料的存量，提高生产效率，降低生产成本，减少工人劳动强度，而且，准确的料位监测和料位报警控制还可以有效地防止“冒仓”事故的发生，对安全生产具有重要的意义。1水泥工厂料位计的应用现状水泥工厂各类料仓的料位监测，始终是生产过程中的一项重要控制参数。由于水泥生产中，物料的粒径小，且多采用空气和提升机输送，在输送过程中，料仓内粉尘大且存在物料粘附或结块的可能，导致难以对其料位做出精确、稳定的监测，成为测量技术中一直存在的难题。如果对料仓中的料位不能做到准确、稳定的监测，就容易造成料仓因料位过低而断料，影响正常生产；或因料位过高，而造成冒仓等安全事故。目前水泥厂的料位监测，尤其是水泥库和散装仓的料位监测，仍以阻旋开关、重锤式、导波雷达等接触式测量方法为主。（1）阻旋开关常因扭力不足或过大，出现误报或不报的情况，且只能检测某一固定高度点位的物料情况，基本不能满足水泥粉料仓的工况监测要求。（2）重锤式测量容易发生埋锤、掉锤头、断带等故障，机械磨损严重，日常维护量大，维护成本较高，而且需要依靠周期性收放重锤，在收放重锤过程中，无法实时监测料位的变化。（3）导波雷达精度较高，可以连续测量。雷达波通过导波缆绳传递，穿透能力和抗粉尘干扰能力较强，但这种方法仍属于接触式测量，导波缆绳需深埋在水泥物料中，容易粘附水泥粉尘甚至结块，形成虚假波形，输出错误的测量结果；一旦出现粘附或结块情况，由于缆绳一般较长，清理过程耗时费力。2激光雷达料位计监测原理、技术指标和应用优点2.1测量原理激光雷达料位计基于W频段雷达电磁波的测量原理，来确保其测量的准确性和优良的重复性。测量采用回波测距的原理：激光雷达料位计天线发出微波脉冲信号，在被测物料表面产生反射，天线接电气控制叶 飞，等：激光雷达料位计在水泥厂料仓监测中的应用-532023年第3期收反射的微波脉冲将其传输给接收电路，微处理器对此信号进行处理，识别出微波脉冲在物料表面所产生的回波。通过反馈的微波信号计算出料位距离并进行显示。激光雷达料位计属于非接触式连续测量，不受被测物料的温度和形态影响，W频段雷达电磁波对粉尘的穿透性强，适应高粉尘环境，可以有效地解决粉尘恶劣工况环境下的测量难题。而其较小的波束角，指向性明确，对于内部结构复杂的料仓仍可以做到较好的料位监测。2.2技术指标激光雷达料位计主要技术参数见表1。结构参数见表2。表1激光雷达料位计主要技术参数激光雷达发射频率/GHz量程/m精度/mm波束角/（）介质介电常数工作电压、电流信号输出通讯方式现场操作及现实环境温度/过程压力/MPa过程连接及电气接口连接尺寸防爆等级防护等级7680012013/81.524VDC二线制/四线制420 mA/RS485MODBUS总线/HART12864点阵显示屏/4按键-4085-0.12法兰或专制过程连接，电气连接口M201.52ExdIICT6 GbIP67表2激光雷达料位计的结构参数测量单元无线信号传输系统、天线类型现场显示系统安装附件主体外形尺寸外壳材质设备重量激光雷达物位仪无线收发器，透镜/防腐型LED显示屏万向调节法兰（带气源吹扫接口）97 mm230 mm/97 mm270 mm铸铝2.5 kg2.3应用优点（1）体积小，安装调试简单，可斜角安装（见图1）；配置灵活，无线数据传输系统，精度高、维护简单、运行稳定可靠；LED大屏显示系统，方便现场操作人员及时、直观的了解信息；上位机组态画面、输出物料体积或重量、历史数据记录，可按生产控制所需进行连锁。（2）料位监测不受物料温度和形态的影响，维护简单方便。W频段雷达电磁波，对高雾气、高粉尘穿透性强，适合水泥厂高粉尘料仓料位测量要求。图1激光雷达料位计示意图（3）通过更优的特殊软件算法，在相对狭小和复杂的料仓内使用，可排除干扰物形成的回波导致错误的测量结果。新增的自我诊断功能，能根据故障代码在短时间内排查出原因。（4）ExdIICT6防爆设计，可用于防爆要求高、有粉尘危险的环境。（5）大量程（最大量程可达 120m）更适合水泥厂的高料仓（如高度50m以上的生料均化库）。3安装和维护保养要求3.1安装要求（1）根据水泥厂物料在料仓内易形成死料偏库的特性，为更好地监测料仓的平均料位，及时发现死料偏库情况，可依照料仓的直径大小，在每个料仓安装一台或多台。（2）安装位置宜选在料仓顶部，对于散装料仓，安装位置应离料仓仓壁不小于2m 处；对于水泥库，安装位置以料仓中心为圆心、料仓半径为直径的圆周上；对于直径大于5m的料仓，应安装2台或多台，呈均匀分布（如图2所示）。图2安装布局示意图（3）仓顶安装孔和连接法兰的尺寸规格为DN150，法兰距离仓顶高度不大于 150 mm。此外，仪表虽然配套有万向调节装置，但安装时仍应避开电气控制叶 飞，等：激光雷达料位计在水泥厂料仓监测中的应用-542023年第3期进料口和内部梁等结构。（4）激光雷达料位计测得的料位数据，通过420 mA电流环模拟输出或RS485 Modbus 数字输出，经有线或无线方式（点对点或云平台），将结果实时传送给控制器、总控机房的PLC或DCS系统中。系统将根据料位数据，在上位机转换成体积、重量等信息，并与其它设备连锁，实现过程自动化控制。系统连接见图3。工业以太网PLC/DCSmodbus RTU420 mA#1激光物位仪#2激光物位仪#3激光物位仪#3激光物位仪#4激光物位仪图3系统连接示意图（5）水泥厂的很多料仓高度较高，操作工登上高料仓去调试料位计不仅耗时耗力，又存在高空作业的风险，应采用能够远程调试的手持操作器，只需在中控室完成量程等基本参数的设置，即可由雷达回波的波形进行远程诊断和调试、操作，减轻现场操作的工作强度，避免登高作业的安全隐患。3.2维护保养（1）任何料位计都需要在使用过程中精心维护、定期校验。（2）料位计在水泥厂料仓的粉尘浓度高、物料易结块的工况下应用，需要定期对透镜天线进行空气吹扫和自动清理。（3）激光雷达料位计在水泥厂料仓的应用中，天线会经常黏附上一些粉尘，当库内湿度增大时，如不及时清理，将引起结块结疤，影响料位监测。所以，在料位计的天线处安装压缩空气自动吹扫系统，不仅有利于料位计的日常维护和保养，吹扫的压缩空气还可以有效地降低法兰和电器元件的温度，确保料位监测的稳定和可靠性。4结语近年来，随着超声波技术的飞速发展，激光雷达这种非接触连续式测量方法已被广泛应用于各个领域，也被越来越多的水泥企业广泛应用，尤其在水泥厂的粉料库，取得了很好的应用效果。针对水泥厂高粉尘、高噪声、高防爆要求、强粘附性物料、强粉尘干扰和料面不平整等不良工况下的料位监测要求，用激光雷达料位监测技术可有效实现对其料仓中料位安全、稳定、可靠的实时监测。水泥厂料位计的正确选型和合理安装应用是保证工厂料位仪表在自动化、智能化系统中稳定运行的关键因素，也是工厂防止“冒仓”事故发生，降低生产成本、提高生产效率、促进安全生产、带来经济效益的重要环节。参考文献1王琦，陈彬.基于雷达料位计的煤仓煤位监控系统的设计及应用J.煤矿机械，2021（9）2邓胜荣.浅谈水泥储库料位的测量J.科技资讯，2009(17)3张彦峰.抛物面式天线雷达抛物面式天线雷达料位计在料位测量中的应用J.水泥技术，2021（5）（收稿日期：2023-03-28）果。4结语通过以上改造措施取得以下效果：（1）可消除篦冷机固定斜坡段与高温段熟料形成“红河”的源头，同时有效发挥热交换率效果，提高二次风温和三次风温来用于补充窑内热风，促使在煅烧中降低煤耗的作用。（2）流量平衡阀弹簧改造为重锤后，篦室内风压调节灵敏均衡，稳定平衡风压，解决局部熟料过度冷却，出现跑风造成冷风灌入篦冷机问题。（3）增加二号风室右侧风量，解决右侧出现“红河”保护设备的作用，同时利用“红河”高温熟料提高余热锅炉温度，增加余热发电量。（收稿日期：2022-12-29）（上接第50页）电气控制叶 飞，等：激光雷达料位计在水泥厂料仓监测中的应用-55