新一代固體型雷達物位計解決氧化鋁粉料倉料位測量難題
作者：丁振杰
摘要：本文通過介紹西門子公司新一代的固體型雷達 -- Sitrans LR460成功解決山東魏橋鋁業氧化鋁粉料倉的料位測量難題，并總結比較了各種物位測量技術在氧化鋁粉料倉的應用。
關鍵詞：百米量程 氧化鋁粉料倉 雷達液位計 連續調頻(FMCW) 雙核處理器
一、背景
山東魏橋鋁業是目前規劃中亞洲最大的氧化鋁單體項目。2006年8月，西門子公司一流的產品解決方案和服務態度贏得魏橋鋁業的贊賞，一舉獲得了近千臺的以雷達物位計為主的物位儀表訂單，該訂單也是目前西門子公司歷史上最大的物位儀表訂單。
二、挑戰
魏橋鋁業最早在2005年底建成的第一條氧化鋁生產線上已經大規模的使用了Sitrans LR400固體型雷達。Sitrans LR400在鋁土礦原料倉、石灰石料倉等位置使用效果一直非常理想，通過和其他公司的比較，用戶對Sitrans LR400的性能也非常滿意。唯有在成品氧化鋁粉料倉的物位測量這一應用，用戶反映測量測量信號不是很準確，甚至會沒有不會信號。
出于維護用戶利益的角度考慮，西門子派出有經驗的服務工程師到現場進行長時間的測試跟蹤，發現在當氧化鋁粉塵揚起非常大的時候，LR400的回波信號非常微弱，很容易造成回波丟失；而在氧化鋁粉塵不是很大時，回波信號還是比較理想的。
圖1：魏橋鋁業的成品氧化鋁倉 |
我們仔細地分析了氧化鋁粉末倉的工藝難點：
1、 氧化鋁粉末非常細，而且有一定的粘性，很容易造成粘附和掛料，因此采用接觸式物位測量法，會導致維護量非常高；
2、 氧化鋁粉塵介電常數非常高，因此會在雷達波信號傳播的過程造成很強地干擾而使之嚴重衰減；
3、 氧化鋁粉所堆積的料面形狀比較復雜，傾斜角有時候會很大，而且變化也較大。
為了解決這一難題，我們查閱了大量文獻資料和其他氧化鋁廠的使用業績，并作了比較研究，（見附表），發現居然沒有非常理想的解決方案能夠很好地解決這一難題。
纜式導波雷達是應用在氧化鋁粉料倉測量較為廣泛的一種技術。但是可能由于可靠性和測量值可信度較差，很多用戶在廠商的建議下，普遍使用2~3套物位儀表測量同一個料倉作為比對和冗余，防止在一臺表“癱瘓”時也能保證連續工作 – 這也大大增加了用戶的投資。但是，嚴重地掛料問題導致導波雷達天線上由于掛料而造成高料位虛假信號，甚至完全失波。為了保證導波雷達的使用，就需要大量維護工作。還有一些用戶也經歷過導波雷達鋼纜會拉斷的事故。甚至有些氧化鋁廠的用戶提出：“我們要不斷的開拓自己的思路，既然雷達無法改變，那我們就讓測量環境和條件來適應雷達吧。”我們認為自動化儀表應該是為人服務，而不是人為儀表服務!
當然還有一些用戶不得以只能冒著“埋錘”的風險采用重錘式料位計，有些用戶反映幾乎每年都需要重新買一臺，而且對操作工人作專門的培訓和技術規范，使用成本非常高。
而采用非接觸雷達使用成功的案例幾乎找不到。我們同時也向西門子生產廠總部提出了技術支持，結果竟發現在全球范圍內，幾乎沒有使用LR400或其他物位測量技術成功的案例。
但西門子物位計的目標是：使用它，就不需要關心它。為每一個用戶享受真正免維護使我們的追求。
三、解決方案
2006年年底，Sitrans LR460即將推向市場，我們仔細地研究了LR460這個產品，發現這個產品采用很多新的技術和提供了比LR400更高的性能。它是在Sitrans LR400的成功基礎上研發而成的，因此議標的外觀和基本性能保持了LR400的優良血統：
采用了24GHz K波段高頻率信號；
采用可靠的FMCW(連續調頻)工作原理；
四線制供電保證最大的功率；
集成了標準配置的瞄準器；
采用紅外線手操器進行操作調試，方便安全；
過程溫度最高可達200℃；
最小至8º的波束角，可以有效避開各種障礙物形成的干擾；
圖2：LR460外觀 |
圖3：LR400和LR460信噪比比較 |
長達100m的量程，而天線僅采用最大4”的喇叭口，使安裝更方便；
極高的信噪比，是回波信號強度遠遠大于其他雷達（如圖3）；
首次采用高頻率的雙核處理芯片分別處理回波信號和通訊控制用途，大大提高了儀表的穩定性和可靠性；
集成了新研發的“現場智能”回波處理技術 – 源于聲智能的一種更先進的處理技術；
……
圖4：LR460在氧化鋁粉倉上工作 |
圖5：產品專家在現場調試 |
測試結果西門子公司、代理商和最終用戶魏橋鋁業都感到很滿意。當然能夠幫助用戶解決應用難題，也是西門子的責任。
LR460回波信號明顯增強 |
LR400回波信號微弱 |
圖6：LR400和LR460在氧化鋁倉應用作比較測試 左圖為LR400回波圖形，回波信號非常微弱；右圖為LR460回波信號，回波信號明顯 |
四、結果和經驗總結
這臺試用的LR460在使用了2~3個月的時間內，信號一直非常問題，讀數準確，用戶對此評價也非常高。之后，用戶陸陸續續采購了將近40~50臺LR460用于替換氧化鋁粉料倉上的物位計。
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