Uma mina de informação Integração de equipamento móvel na exploração mineira subterrânea
1 Uma mina de informação
STEFAN L. SJOSTROM, KJELL G. CARLSTEN, KRISTER LANDERNAS, JONAS NEANDER – Não constitui surpresa o facto de a maior parte dos minérios metálicos mais facilmente acessíveis já terem sido extraídos. Assim, as empresas mineiras têm de despender um esforço muito maior para a exploração mineira destes recursos remanescentes. Existe, contudo, uma área da tecnologia que se encontra menos avançada na exploração mineira subterrânea do que noutras indústrias, apesar de oferecer a possibilidade de melhorias significativas de eficiência operacional e de rentabilidade: a automação e a integração de dados. A ausência neste ambiente da sofisticação técnica presente noutras indústrias significa que a optimização de toda a cadeia de valor, da extracção ao processamento, aparece ainda muitas vezes como um sonho. Contudo, a ABB fornece sistemas que permitem a optimização da utilização do equipamento de exploração mineira subterrânea, o aumento da produtividade da mina e a redução dos consumos energéticos.
1 Uma rede completamente integrada fornece ao operador uma visão abrangente sobre o processo de mineração. (DC = dispositivo de campo; GW = gateway)
A
exploração mineira foi uma das primeiras actividades industriais da Humanidade. Efectivamente, a mais antiga mina conhecida (a Cova do Leão, na Suazilândia), onde foram extraidos ingredientes para pigmentos, apresenta uma datação de idade por radiocarbono de cerca de 43 mil anos [1]. Outras minas, de épocas semelhantes, forneceram materiais para o fabrico de ferramentas. Embora a exploração mineira tenha beneficiado de uma forte mecanização durante o século passado, a integração de tecnologia nas minas apresenta geralmente algum atraso relativamente a outras indústrias, tais como a petrolífera ou a papeleira. Contudo, a maior dificuldade de extracção dos minérios ou de outros depósitos de interesse torna o aumento dos níveis de automação e de integração de dados cada vez mais importante para o suce-sso da exploração mineira. Em paralelo, a expansão da tecnologia requer o aumento do nível de qualificação dos colaboradores, em particular para a optimização de produtos e processos, o planeamento da manutenção e o controlo ambiental. Globalmente, irá existir um menor número de colaboradores mas com maior qualificação e cobrindo integralmente a cadeia de valor. É provável que alguns destes elementos tenham a capacidade de controlar várias
Automação de minas minas – assistidos por sensores e sisteEm geral, muitas operações duma mina mas automatizados que disponibilizam, estão razoavelmente bem automatizadas com o suporte de uma infraestrutura de individualmente, mas a sua integração comunicações, a informação em tempo por meio de um sistema central é frereal necessária para o controlo de cada quentemente deficiente ou está produto e processo 1. Esta integração completamente ausente. O resultado é permite a optimização da utilização do uma operação suboptimizada e uma equipamento de exploração mineira subperspectiva não homogénea do proterrânea e o aumento da produtividade cesso. Um dos principais motivos para da mina, com uma concomitante esta deficiência reside na falta de uma redução do consumo energético. A plainfraestrutura versátil de comunicação, taforma Extended Automation System 800xA da ABB e os produtos associados cableada ou sem fios, no ambiente da exploração mineira subterrânea que perfacilitam a automação e a integração de mita a obtenção de uma visão de dados no ambiente da mina. conjunto ou de um controlo completo A oferta da ABB permite a integração no sobre as diversas operações da mina e sistema aberto de controlo de processos a optimização de toda a cadeia de valor, System 800xA dos dados de tempo real provenientes de equipamentos de exploração mineira Uma maior dificuldade de extracção subterrânea de fados minérios ou de outros depósitos bricantes diversos de interesse torna o aumento dos níveis 2, possibilitando uma melhor visualide automação e de integração de zação e utilização dados cada vez mais importante para do parque de equio sucesso da exploração mineira. pamentos através do seguimento da sua localização e de relatórios do desde a extracção até ao processaestado das máquinas, bem como da mento. Uma razão para este défice pode transmissão das condições operacionais ser a indús-tria mineira ainda não ter tido subterrâneas. A concepção e a implede enfrentar as mesmas pressões de mentação de tais sistemas, incluindo a selecção e o encaminhamento da inforFoto de rosto mação para a melhoria do desempenho Embora muito tenha mudado no mundo da exploraoperacional, são vantagens competitivas ção mineira, ainda é necessária uma maior automacríticas. ção e integração de dados.
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A implantação de uma infraestrutura de comunicações subterrânea e a computorização da frota de equipamentos móveis abrem mundos totalmente novos de possibilidades de troca de informação.
redução de custos e de optimização da produção de outros sectores comparáveis. A situação, está contudo a mudar rapidamente, e a melhor forma de acelerar o progresso consiste na introdução de um sistema de comunicações flexível e multifuncional no ambiente da exploração mineira subterrânea. Comunicações Os sistemas tradicionais de rádio UHF/ VHF têm de há muito sido extensivamente usados para a comunicação de voz em minas subterrâneas. Mas este método de comunicação tem adaptabilidade e funcionalidade muito limitadas. Uma rede local sem fios (WLAN, Wireless LAN) constitui uma solução muito mais adequada, podendo ser principalmente utilizada para telefonia de voz sobre IP (VoIP, Voice over IP) e comunicação de dados, mas também permitindo a comunicação com o equipamento móvel e a sua localização e seguimento. Várias empresas mineiras, tais como a LKAB e a Boliden na Suécia, já instalaram WLAN subterrâneas para estes fins. Seguimento A capacidade de seguimento permite a determinação da localização de smartphones, computadores portáteis, etiquetas de localização por rádio- -frequência (RFID, Radio-Frequency IDentification) e dispositivos embebidos. O seguimento pode ser efectuado por meio de qualquer cliente de WLAN, sendo a localização normalmente obtida pelo cálculo da posição do cliente em relação a um local fixo ou a um ponto-âncora com coordenadas bem conhecidas (frequentemente os próprios 3 Uma mina de informação
2 Integração de dados operacionais com o sistema de controlo
pontos de acesso WLAN). Esta posição relativa é subsequentemente referida a um sistema de coordenadas global e absoluto. Em geral, quanto maior o número dos nós-âncora, mais elevada será a precisão na localização. Para o funcionamento fiável de funcionalidades como o seguimento são necessários um planeamento e uma implantação cuidadosa da rede sem fios subterrânea. Um dos principais desafios provém do exigente ambiente rádio subterrâneo – p.ex., a topologia das galerias, a geologia variável, a atenuação do sinal nas estruturas geológicas e nos materiais de construção, a limitação de potência transmitida decorrente de considerações de segurança e a interferência electromagnética. Para a demonstração das tecnologias relevantes para o seguimento subterrâneo dos equipamentos de exploração mineira, a ABB realizou vários ensaios de campo e construiu instalações piloto. Integração do equipamento móvel A implantação de uma infraestrutura de comunicações subterrânea e a computorização da frota de equipamentos móveis abrem mundos totalmente novos de possibilidades de troca de informação. Por exemplo, podem ser entregues às máquinas de produção os seus planos de perfuração e sequências de carga, e recebidos posteriormente online os resultados das suas acções. A integração do equipamento móvel no sistema de controlo da produção tem também outras utilizações: – Entregar aos sistemas de equipamento móvel, num formato útil os resultados
das fases iniciais do processo de exploração mineira (estudo da geologia, cálculo dos minérios, levantamento e concepção da mina e planeamento da produção). − Coligir os resultados reportados pelo equipamento móvel, tais como informação online sobre o seu estado e relatórios, análises e estatísticas de produção, e encaminhá-los para os utilizadores relevantes. − Recuperar a partir dos sistemas de bordo as estatísticas de execução e os dados de manutenção. Alguma desta informação é utilizada pelo sistema de controlo de processos e outra (principalmente os dados de manutenção) será transferida para outras entidades (tais como os sistemas de manutenção) ou coligida por elas. − Monitorizar online o estado do equipamento móvel, incluindo a sua localização. As interfaces com o sistema de controlo de produção seguem normas industriais. A interface entre as máquinas móveis e o sistema aberto de controlo de processos da ABB é OPC, mais precisamente, OPC DA (Data Access), a qual trata de dados de tempo real, OPC AE (Alarms and Events) e OPC HDA (Historical Data Access). Os conjuntos de dados e as convenções de nomes são conformes a IREDES, o padrão internacional de troca de dados entre equipamentos de exploração mineira e os sistemas informáticos de gestão da exploração que define uma linguagem electrónica comum para os sistemas de automação de minas.
4 Características de My Control System. A cooperação entre a ABB e a Atlas Copco constitui uma excelente oportunidade para ambas as empresas. Cada um dos parceiros irá concentrar-se nas suas competências fundamentais, mas o desenvolvimento conjunto irá criar um considerável valor acrescentado para a exploração mineira subterrânea. “Os nossos futuros operadores mineiros querem um centro consistente de informação centralizada para a optimização da utilização das nossas máquinas subterrâneas. Tenho a certeza de que este projecto irá promover um avanço decisivo na optimização da exploração mineira subterrânea.”
Várias empresas mineiras instalaram WLAN subterrâneas que, além de suportarem telefonia VoIP e comunicação de dados, também permitem a comunicação com o equipamento subterrâneo e a sua localização e seguimento.
David Shellhammer Presidente da Atlas Copco Underground Rock Excavation
A mina online: integração móvel A informação de localização e outros dados dos equipamentos móveis são comunicados por meio da infraestrutura WLAN. Depois de consolidados, podem ser visualizados no sistema aberto da ABB para controlo de processos. Esta informação conjunta fornece a base para uma representação online precisa das actividades e do progresso da exploração mineira. Os resultados desta análise ajudam a optimizações adicionais em diversas áreas: − Em vez de seguir uma rotina pré- -determinada, o controlo da ventilação pode adaptar-se às condições e necessidades efectivas, segundo os dados obtidos a partir do equipamento móvel. − A disponibilidade do equipamento móvel será melhorada a partir da combinação, pelos gestores de activos, dos dados sobre os equipamentos mecânicos e sobre o ambiente dos processos de exploração mineira, para a definição de planos precisos de manutenção. − A conformidade do equipamento móvel com o planeamento das operações pode ser monitorizada online e os desvios identificados utilizados como entradas para o processo de recálculo das actividades.
Mesmo no próprio presente, a simples possibilidade de compilação da informação relativa ao ambiente operacional (situação do tráfego, estado do equipamento de produção, etc.) e sua disponibilização aos operadores dos equipamentos móveis irá aumentar a sua capacidade de tomada de decisões inteligentes em situações de divergência entre planos e realidade, tão frequentes no ambiente da mina.
Instalação piloto A ABB e a Atlas Copco Underground Rock Excavation (Atlas Copco), da Suécia, desenvolveram um sistema inovador de integração móvel envolvendo a plataforma de automação System 800xA da ABB e as máquinas de exploração mineira da Atlas Copco. Esta solução foi demons-trada numa instalação piloto em Junho de 2012 e encontra-se presentemente instalada na mina de teste da Atlas Copco em Kvarntorp, na Suécia 3. Esta tecnologia irá oferecer aos operadores mineiros oportunidades e informação sem rival para o controlo de processos. O projecto integra na plataforma System 800xA da ABB dados importantes, provenientes de equipamentos de perfuração subterrânea e de carregadoras e A solução irá oferecer aos futuros camiões da Atlas Copco, operadores mineiros oportunidades permitindo uma melhor visualização e utilização e informação sem rival para o do parque de máquinas. controlo de processos. Através do seguimento da localização das máquiNo futuro, a malha de controlo poderá nas, do seu estado e das condições ser fechada para um redireccionamento operacionais subterrâneas, esta solução ou replaneamento automáticos do equifornece aos operadores mineiros a inforpamento móvel, quando necessário. mação necessária para a tomada das 4 Uma mina de informação
decisões apropriadas nos momentos adequados, permitindo uma operação o mais regular possível. A Atlas Copco e a ABB irão continuar a desenvolver este conceito e a ampliar a sua funcionalidade, de acordo com os requisitos dos seus clientes e com as futuras exigências da exploração mineira.
Stefan L. Sjostrom ABB Process Automation Umeå, Suécia stefan.l.sjostrom@se.abb.com Kjell G. Carlsten ABB Process Automation Västerås, Suécia kjell.g.carlsten@se.abb.com Krister Landernas Jonas Neander ABB Corporate Research Västerås, Suécia krister.landernas@se.abb.com jonas.neander@se.abb.com Referências [1] “Mining”, em http://en.wikipedia.org/wiki/Mining (acedido em 26/Setembro/2012)