Бесконтактное измерение объемного расхода сыпучих продуктов на ленточных конвейерах LaseВVC — Bulk Volume Conveyor

Илья Шилов — директор ООО «ЛАЗЕ», к.т.н.





При поточной транспортировке сыпучих материалов на ленточных конвейерах нередко приходится иметь дело с проблемами в работе из-за превышения объема загрузки ленты материалом выше ее пропускной способности или объема подачи, требуемого на последующем участке непрерывного транспорта. Это уже ведет к простоям и тр ебует вмешательства обслуживающего персонала. Увы, широко применяемые сегодня способы измерения массы материала не дают адекватного решения. Устранить такие проблемы позволяет новый технологический подход для измерения объемного расхода сыпучих материалов на ленточных конвейерах, и основанный на бесконтактном лазерном сканировании координатного профиля продукта в динамике его потока.

При проектировании и эксплуатации конвейерного транспорта учитываются многие факторы, и наряду с другими оценивается: угол естественного откоса продукта, требуемая мощность электродвигателя и допустимое усилие натяжения ленты. Так, понимание объемного расхода материала имеет довольно важное значение, как на этапе загрузки конвейерной линии, так построения оптимальной логики управления режимами ее работы в процессе эксплуатации.

И в то же время на практике объем сыпучего материала оценивается крайне редко, или в недостаточной мере. А в каждодневной работе это приводит к проблемам на смежных производственных этапах перевалки. Все мы знаем, что объем сыпучего продукта определяется отношением его массы к плотности. И, в зависимости от типа материала, немаловажное значение также имеют и другие его характеристики, такие как размер частиц, физические свойства, пористость.

Рис. 1. Лазерный 2D сканер LASE 2000D-118-H на конвейере

Для измерения массы сыпучих материалов на практике традиционно применяются конвейерные весы. Но для устройства весового участка на линии требуется физическое (контактное) секционирование ленты конвейера и демонтаж роликоопор. Конвейерные весы определяют только массу сыпучего материала, и их применение для косвенного измерения его объемного расхода не дает корректного результата, и ведь часто плотность продукта принимается постоянной величиной. Но в большинстве случаев это не так. Плотность может быть неоднородна и изменяться из-за разной структуры и свойства продукта, или вообще не может быть рассчитана достоверно. Помимо этого, материал может транспортироваться по конвейеру в разуплотненном состоянии, тем самым его перемещаемый объем будет больше, чем объем в уплотненном (товарном) виде. Также, как и форма насыпного навала на ленте, определяемая в том числе пористостью материала, оказывает влияние на расчет фактического объема перевалки на конвейере. А при эксплуатации линии в уличных условиях требуется учитывать погодные факторы, влекущие к дополнительным корректировкам (влажность воздуха, дождь, снег, туман).

Так, если при всех этих неопределенностях, с которыми приходится иметь дело на производстве, конвейерные весы являются единственным средством (методом) измерения, то с большой долей вероятности можно сказать о наличии значительных расхождений в оценке объемного расхода сыпучего продукта. И сегодня эта проблема успешно решается измерением фактического объема с помощью лазерных сканеров LiDAR (Light Detection and Ranging), реализованных на цифровой платформе LaseBVC.

Координатно-временная система лазерного 2D измерения LaseBVC — Bulk Volume Conveyor, производства LASE Industrielle Lasertechnik GmbH (Германия), предназначена для бесконтактного сканирования профиля и объема сыпучих материалов, транспортируемых навалом на ленточных конвейерах (пластинчатых питателях). Надежный конструктив, высокое разрешение, скорость замера, инновационная технология фильтрации оптических помех (неплотный туман, дождь, снег, запыление) позволяют организовать on-line учет объемного расхода инертного продукта в промышленных условиях. Способ основан на измерении времени возврата импульса ИК-излучения при отражении от объекта и скорости движения ленты. Он не предусматривает физического контакта с сыпучим материалом и не зависит от его свойств (или других внешних факторов, имеющих значение при взвешивании). Для интеграции данных объемного расхода в MES-системы или АСУТП LaseBVC доступны общепромышленные интерфейсы связи и передачи данных: Ethernet TCP/IP, Profibus DP, 4-20 мА, RS-422. При этом можно настроить до четырех учетных точек (2D сканеров) в параллельную работу с одной инженерной стации шкафа управления (рис. 1).

Для отслеживания грузопотоков и учета объемного (массового) расхода сыпучих материалов в рабочем темпе их поточной перевалки на ленточных конвейерах (пластинчатых питателях) применяются лазерные 2D сканеры (LiDAR) модели LASE 2000D-118-H в комбинации с программным обеспечением расчета и визуализации объема и других релевантных данных LaseBVC. Лазерный 2D сканер жестко монтируется над конвейером в периметре роликоопоры (на любом открытом участке и, в том числе, на уклонах). При проходе продукта производится 2D сканирование открытого профиля ленты конвейера в проекции к поперечной плоскости (со скоростью до 300 сканирований в секунду). Таким образом, система обрабатывает координатные 2D скан-профили ленты — в двух ее режимах (номинальная загрузка и холостой ход). Взаимное исключение скан-профилей в потоке с известной скоростью ленты, автоматически дает точный объемный (а при наличии плотности — массовый) расход сыпучего материала, габаритную высоту навала, его распределение по ленте. Также высчитывается центр массы продукта и осевое смещение ленты в рабочей динамике. Измерение объемного расхода производится бесконтактно, не требует изменений конструкции конвейера. Встроенный нагреватель позволяет безопасно работать в широком диапазоне температур окружающей среды (рис. 2).

Рис. 2. Общая схема системы измерения объемного расхода

Лазерное измерение объемного расхода сыпучих материалов на конвейере на практике дает ряд преимуществ, среди которых, возможность организации точки учета на любых участках линии без необходимости изменения ее конструкции. При этом обеспечивается прямой замер фактического объема в потоке, и что в свою очередь позволяет выйти на максимальную пропускную способность конвейера в зависимости от загрузки, оптимизировать режим и скорость подачи продукта и организовать балансовый учет материалов. Очевидно, что платформа объемного измерения LaseBVC является идеальным инструментальным дополнением к традиционным конвейерным весам в разных отраслях промышленного применения. Измерение объемного расхода продукта позволяет увеличить эффективность работы конвейера и свести к минимуму время простоя, а тем самым сэкономить время и деньги. Оборудование характеризуется высокой износостойкостью и надежностью конструкции. Оно также не требует периодического обслуживания, и в комплексной оценке определяет предельно низкую стоимость его владения (рис. 3).

Рис. 3. Главный вид графического интерфейса пользователя

Сегодня измерительные системы LaseBVC работают на предприятиях металлургической и горно-добывающей промышленности России. В 2020– 2021 гг. система прошла программы метрологической аттестации и испытаний для включения в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. И с 18 мая 2022 г. LaseBVC состоит в национальном Государственном реестре средств измерений (Госреестр СИ) с № 85521- 22 и каталожным названием — Системы измерительные контура, скорости и объемного расхода на сыпного продукта.

---

ООО «ЛАЗЕ»
398024, г. Липецк, Проспект Победы, 29.
Тел.: +7 (920) 516-18-18
E-mail: sales@lase-russia.com
www.lase-solutions.com

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 3 (57)/сентябрь 2022 г.