Илья Шилов, директор ООО «ЛАЗЕ», к. т. н.
При поточной транспортировке сыпучих материалов на ленточных конвейерах часто возникают сложности из-за превышения объема загрузки ленты продуктом сверх ее пропускной способности или объема нормы подачи, требуемого на последующем участке. Подобные ситуации приводят к простоям и необходимости проведения дополнительного обслуживания. Традиционно применяемые сегодня способы измерения массы материала не могут эффективно учитывать его объемные характеристики, и решить указанную проблему призван новый технологический подход к определению объемного расхода сыпучих материалов на конвейерном транспорте, который основан на бесконтактном лазерном сканировании координатного профиля продукта в динамике его потока.
На этапе проектирования и при эксплуатации конвейерного транспорта учитываются многие факторы, и в том числе угол естественного откоса продукта, требуемая мощность электродвигателя и допустимое усилие натяжения ленты. При этом же понимание объемного расхода материала имеет важное значение как на этапе загрузки конвейерной линии, так и при построении оптимальной логики управления режимами ее работы в процессе эксплуатации.
В то же время на практике объем сыпучего материала оценивается крайне редко или в недостаточной мере, что в итоге приводит к проблемам на последующих участках производственного транспорта. Объем сыпучего продукта определяется отношением его массы к плотности, но, в зависимости от типа материала, немаловажное значение имеют и другие его характеристики: размер частиц, физические свойства, пористость.
Для измерения массы сыпучих материалов традиционно применяются конвейерные весы. И здесь для устройства весового участка на линии требуется физическое (контактное) секционирование ленты конвейера и демонтаж роликоопор. Конвейерные весы определяют только массу сыпучего продукта, и их применение для косвенного измерения его объемного расхода как правило не дает корректного результата: часто плотность продукта принимается постоянной величиной, но в большинстве случаев это не так. Плотность может быть неоднородна и меняться из-за разной структуры и свойства вещества или вообще не может быть рассчитана достоверно. Помимо этого, материал может транспортироваться по конвейеру в разуплотненном состоянии, из-за чего перемещаемый объем будет больше, чем объем в уплотненном (товарном) виде. Также 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, ведущие к дополнительным корректировкам (влажность воздуха, наличие осадков и пр.).
Если при всех перечисленных факторах конвейерные весы являются единственным средством (методом) измерения, то с большой долей вероятности в оценке объемного расхода сыпучего продукта появятся значительные расхождения. 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 онлайн-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, не предусматривает физического контакта с сыпучим материалом и не зависит от его свойств (или других внешних факторов, влияющих на процесс взвешивания). 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 станции шкафа управления.
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 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, с накоплением значений и по месту, и по времени. А встроенный нагреватель позволяет безопасно работать в широком диапазоне температур окружающей среды.
Лазерное измерение объемного расхода сыпучих материалов на конвейере на практике дает ряд преимуществ, в числе которых — возможность организации точки учета на любых участках линии без необходимости изменения ее конструкции. При этом обеспечивается прямой замер фактического объема в потоке, что позволяет выйти на максимальную пропускную способность конвейера в зависимости от загрузки, оптимизировать режим и скорость подачи продукта и организовать балансовый учет материалов.
Оборудование, применяемое в LaseBVC, характеризуется высокой износостойкостью и надежностью конструкции, не требует периодического обслуживания. В комплексной оценке стоимость владения системой определяется как предельно низкая.
Сегодня измерительные системы LaseBVC работают на предприятиях металлургической и горнодобывающей промышленности России. В 2020–2021 годах система прошла программы метрологической аттестации и испытаний для включения в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. И с 18 мая 2022 года LaseBVC включена в Государственный реестр средств измерений (Госреестр СИ) за № 85521-22 под названием «Системы измерительные контура, скорости и объемного расхода насыпного продукта».
Справка
LASE Industrielle Lasertechnik GmbH специализируется на производстве высокоточных промышленных лазерных (LiDAR) сканеров и разработке программных IoT-решений на их технологической базе, ориентируясь на задачи машинного зрения и искусственного интеллекта. Компания поставляет метрологические цифровые платформы для автоматического измерения (инвентаризации) объемного расхода инертных грузов (сыпучих продуктов) на складах хранения, в их поточно-транспортной перевалке и в товарном грузообороте на ж/д и автотранспорте.
ООО «ЛАЗЕ»
398024, Россия, Липецкая обл., г. Липецк, проспект Победы, 29
тел. +7 (920) 516-18-18
е-mail: sales@lase-russia.com
www.lase-solutions.com
