Wie 80-GHz-FMCW-Radar eine zuverlässige Echtzeitmessung auch unter staubigen Prozessbedingungen ermöglicht
In Aluminiumgießereien ist Formsand ein zentraler Werkstoff zur Herstellung von Gussformen für den Metallguss.
Eine kontinuierliche Materialverfügbarkeit ist entscheidend, um einen unterbrechungsfreien Produktionsprozess sicherzustellen. Dafür muss die im Versorgungssilo vorhandene Sandmenge zuverlässig überwacht werden.
Eine Aluminiumgießerei in Großbritannien stand vor der Aufgabe, den Füllstand des Formsands in ihrem Hauptlagersilo kontinuierlich zu überwachen. Zur sicheren Überfüllsicherung war das Silo bereits mit einem als Grenzstandsensor ausgestattet. Für den laufenden Produktionsprozess fehlte den Anlagenbedienern jedoch zusätzlich eine genaue Übersicht über die aktuell verfügbare Materialmenge im Silo.
Um eine kontinuierliche Echtzeit-Füllstandüberwachung zu realisieren, wurde die UWT UK Ltd damit beauftragt, eine geeignete Messlösung für die Anwendung zu entwickeln.
Die Herausforderung
Für die Umsetzung einer kontinuierlichen Füllstandmessung mussten die spezifischen Prozessbedingungen der Anwendung berücksichtigt werden:
Staubentwicklung: Beim Befüllen und Entleeren des Silos entsteht Staub, der Messsignale beeinflussen kann.
Kleine Silogeometrie: Die geringe Silobreite erhöht die Wahrscheinlichkeit von Reflexionen an den Behälterwänden.
Interne Reflexionen: In engen Behältern können unerwünschte Signalreflexionen auftreten, wenn der Sensor über einen zu breiten Abstrahlwinkel verfügt.
Gesucht wurde daher eine Lösung zur kontinuierlichen Füllstandüberwachung, die auch unter diesen Prozessbedingungen zuverlässige Messergebnisse liefert.
Mithilfe der Schwenkhalterung kann der FMCW-Radarsensor NR 4 exakt auf die Silomitte ausgerichtet werden
Die Lösung
Nach einer Vor-Ort-Analyse empfahl UWT den Einsatz des – eines 80-GHz-FMCW-Radarsensors für Schüttgutanwendungen.
Ein entscheidender Faktor bei der Auswahl war der schmale Abstrahlwinkel von nur 4°. Dadurch lässt sich das Messsignal gezielt auf die Materialoberfläche fokussieren. Reflexionen an Behälterwänden oder internen Einbauten werden deutlich reduziert.
Die hohe Betriebsfrequenz des Radars verbessert zudem die Messauflösung und erhöht die Fähigkeit des Sensors, die tatsächliche Materialoberfläche klar von Staub oder anderen Signalreflexionen zu unterscheiden.
Zur weiteren Optimierung der Messperformance wurde der Radarsensor über einen Richtflansch montiert. Dadurch konnte das Signal exakt auf die Silomitte ausgerichtet werden, obwohl der Sensor selbst nicht zentral installiert war.
Weitere Informationen zu Radarmesstechnik – Prinzipien, Vorteile und Anwendungen
Installation und Inbetriebnahme
Nach der Installation des Radarsensors unterstützten die UWT-Techniker die Inbetriebnahme des Systems vor Ort.
Die Einrichtung verlief unkompliziert. Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung wurde die Konfiguration per Bluetooth über die UWT LevelApp durchgeführt. Dadurch konnten die Messparameter schnell und einfach eingestellt werden.
Folgende Messbereiche wurden definiert:
- Vollstand (minimale Messdistanz): 300 mm
- Leerstand (maximale Messdistanz): 6000 mm
Diese Parameter definierten den Arbeitsbereich zur Überwachung des Füllstandes im Silo.
Signalprüfung und Messergebnisse
Während der Inbetriebnahme wurde die Signalqualität mithilfe der Echo-Kurven-Diagnosefunktion innerhalb der UWT LevelApp überprüft.
Die Echo-Kurve stellt die vom Sensor erfassten Signalreflexionen grafisch über die Distanz dar. Ein klar definierter Signalpeak weist dabei auf eine zuverlässige Reflexion von der Materialoberfläche hin.
Im vorliegenden Fall wurde bei etwa 5,5 Metern eine deutliche Reflexion erkannt. Dies bestätigte, dass das Silo zum Zeitpunkt der Messung nahezu leer war. Die hohe Signalqualität zeigte zudem, dass der Sensor korrekt ausgerichtet war und ohne nennenswerte Störeinflüsse arbeitete.
Ein klares Radarsignal in ca. 5,5 m Tiefe bestätigte ein nahezu leeres Silo und eine stabile Signalqualität während der Inbetriebnahme des NR 4
Vorteile der Lösung
Kontinuierliche Füllstandüberwachung: Die Anlagenbediener erhalten nun Echtzeitinformationen über den aktuellen Füllstand anstatt lediglich eines Vollsignals.
Verbesserte Prozesskontrolle: Die präzisere Bestandsüberwachung ermöglicht eine präzise und wirtschaftliche Planung der Nachfüllzyklen.
Zuverlässiger Betrieb in staubigen Anwendungen: Die FMCW-Radartechnologie arbeitet auch bei hoher Staubentwicklung stabil und störungsfrei.
Einfache Inbetriebnahme und Konfiguration: Bluetooth-Konnektivität und mobile App-Unterstützung vereinfachen Installation, Parametrierung und Diagnose.
Direkt nach der Inbetriebnahme erhielt das UWT-Team folgende positive Rückmeldung des Anlagenbetreibers:
„Vielen Dank für Ihren Einsatz gestern. Ihre positive Herangehensweise und Flexibilität im Umgang mit den sich ständig ändernden Bedingungen wurden sehr geschätzt.“
Fazit
Durch den Einsatz der 80-GHz-FMCW-Radartechnologie konnte die Aluminiumgießerei von einer reinen Grenzstanddetektion auf eine kontinuierliche Füllstandüberwachung des Formsandsilos umstellen.
Der NivoRadar® NR 4100 erwies sich dabei als optimal geeignet für diese Anwendung und lieferte auch unter staubigen Bedingungen sowie innerhalb der engen Silogeometrie stabile und präzise Messergebnisse. Durch die Schwenkhalterung konnte der Sensor zudem exakt auf die Silomitte ausgerichtet werden, wodurch eine optimale Signalausrichtung innerhalb des Behälters ermöglicht wurde.
Die Gießerei profitiert heute von einer transparenten Echtzeitübersicht ihrer Materialbestände. Dadurch lassen sich Nachfüllprozesse besser planen, Materialverfügbarkeiten sicherer überwachen und Betriebsabläufe insgesamt wirtschaftlicher gestalten.
UWT. LEVEL. UP TO THE MAX.
