Najnowsze artykuły
Technologie RFID i EPC | Zastosowanie RFID w kopalniach
258
post-template-default,single,single-post,postid-258,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,smooth_scroll,,qode-theme-ver-1.4.1,wpb-js-composer js-comp-ver-4.3.4,vc_responsive

Zastosowanie RFID w kopalniach

Zastosowanie RFID w kopalniach

23:48 21 Luty w Zastosowania

Kopalnie to miejsca charakteryzujące się bardzo trudnymi warunkami, a także dużą liczbą pracujących osób, dlatego konieczne jest wykorzystanie systemów do lokalizowania górników oraz koordynowania pracy. Temat został przedstawiony na podstawie rozwiązań stosowanych w Polsce i na świecie.

1)    Sposób i problemy wykorzystania RFID w kopalniach.
W związku z zarejestrowaną dużą liczbą wypadków w górnictwie wprowadzono monitoring maszyn, urządzeń i osób w kopalniach w oparciu o technologie RFID.  System ma za zadanie wykrywać kolizję, położenie maszyn oraz ludzi. Wyłącza on urządzenia w sytuacji kiedy ktoś pojawi się w niebezpiecznej strefie. Każda osoba pojawiająca się w kopalni wyposażana jest w transponder wielkości karty kredytowej, który  posiada unikalny numer przypisany do konkretnego podmiotu. Tagi są przymocowywane do pasów górników, bądź pokryw baterii lamp górniczych. Natomiast czytniki RFID i anteny umieszczane są w kluczowych miejscach, umożliwiających odczytanie położenia górników przy wejściach i wyjściach z wydzielonych stref. Dane z tagów odbierane są przez anteny, a następnie przesyłane do czytników RFID, które z kolei przekazują je na powierzchnię poprzez łącze telemetryczne do stanowiska dyspozytora. Głównym zadaniem czytników RFID jest automatyczna identyfikacja, zliczanie oraz przechowanie informacji o pracownikach kopalni w strefie, także o kierunku przemieszczania przy mijaniu anteny.

Rozmieszczenie anten, tagów i czytników RFID w kopalni.Rysunek.1 Rozmieszczenie anten, tagów i czytników RFID w kopalni.
Źródło: http://sevitel.pl/index.php/pl/produkty/systemy-informatyczne/bezprzewodowy-system-lokalizacji-bsl-pro

Do monitorowania położenia i ruchu personelu, pojazdów oraz towarów w tunelach kopalń stosuje się m.in. Smart Tag. To system wykorzystujący najnowsze technologie z dziedziny RFID dalekiego zasięgu składający się z aktywnych tagów RFID, sieci czytników oraz aplikacji działającej na serwerze. Czytniki są połączone w sieć Ethnernet za pomocą kabla (skrętki), światłowodów bądź specjalnych przekaźników Varis Smart Com Leaky Feeder. Aplikacja webowa pozwala wielu użytkownikom na dostęp do danych o położeniu śledzonych środków.

Schemat instalacji systemu Smart Tag.Rysunek 2. Schemat instalacji systemu Smart Tag.
Źródło: www.varismine.com/products/smarttag/smarttag.php

Czytnik tagówRysunek 3.  Czytnik tagów
Źródło: www.varismine.com/products/smarttag/smarttag_hardware.php

Jeśli chodzi o zalety zastosowania RFID w kopalniach to jest nią między innymi to, że system działa w dwóch częstotliwościach. Wysoka częstotliwość za pomocą czytników ułatwia sczytywanie lokalizacji górników, a tym samym podaje orientacyjną strefę, w której znajduje się człowiek. Niska częstotliwość działa na mniejsze odległości, dlatego wykorzystuje się ją do podania położenia zasypanego górnika, co jest bardzo pomocne dla służb ratunkowych. Główną korzyścią stosowania RFID w kopalni jest zatem poprawa bezpieczeństwa pracy górników. System pokazuje aktualną lokalizacje górników przez cały czas, również w sytuacjach kryzysowych. Jest on bardzo pomocny przy wypadkach, wskazując położenie personelu oraz pomagając szybko zlokalizować potrzebny sprzęt (respiratory, zestawy pierwszej pomocy, sprzęt przeciwpożarowy itp.). System dzięki automatycznej identyfikacji osób i materiałów sprawdza się również przy poprawie wykorzystania zasobów oraz usprawnieniu obsługi technicznej.
Dużym problemem w górnictwie są wypadki polegające na zderzeniu transportowanego sprzętu z górnikami, bądź innymi pojazdami. Nowe rozwiązania w systemach RFID zmniejszają ryzyko kolizji, poprzez automatyczne powiadomienia w sytuacjach kiedy może dojść do zderzenia. Informacja o położeniu jest przesyłana do hub’a Omnitrol z aplikacją webową przez którą obsługa kopalni może nadzorować bezpieczeństwo górników i prowadzone prace. Wszystkie informacje o położeniu mogą być logowane (zapisywane do pliku). Rozwiązanie FSN , które prócz tagów zawiera również platformę programową wraz z oprogramowaniem pośredniczącym, wspiera takie rozwiązania jak monitorowanie obszaru i alarmy oparte na zdarzeniach.
Rozwiązanie jest oparte na standardach Wi-Fi, zatem można wykorzystać sprzęt oraz istniejące punkty dostępowe, eliminując potrzebę zakupu nowej infrastruktury sieci. Systemy śledzenia mogą być wykorzystywane zarówno w kopalniach podziemnych, jak i powierzchniowych. System wykrywania pieszych jest połączony z pojazdem śledzenia w celu zapewnienia dodatkowego bezpieczeństwa. Jeżeli pojazd wyposażony w odbiornik przemieszcza się w pobliżu miejsca, w którym mogą znajdować się górnicy, kierowca otrzymuje sygnał dźwiękowy a następnie wizualny. System może ostrzegać również kierowcę w sytuacji kiedy pojawiają się inne zagrożenia, np. ostry zakręt. Na skrzyżowaniu jeśli nie ma żadnego innego pojazdu system  zasygnalizuje to kolorem zielonym, jeśli jednak inny pojazd będzie zbliżał się w tym samym czasie wówczas sygnał będzie migać na czerwono by ostrzec oba pojazdy. Po minięci skrzyżowania sygnały zostaną zresetowane.
Odbiorniki instalowane są na powierzchni przy zejściu do kopalni oraz na wszystkich poziomach (w strategicznych miejscach). Pracownicy są wyposażeni w aktywne tagi RFID, które są wykrywane i rejestrowane. Maksymalny zasięg wynosi ok. 100 metrów, co gwarantuje rejestracje przy dużych prędkościach. w każdej chwili system może podać informacje do pokoju kontrolnego o tym kto znajduje się na poszczególnym poziomie w kopalni oraz czas kiedy górnicy przeszli obok odbiornika. Wszystkie informacje zapisywane są na jednym centralnym serwerze w pokoju kontrolnym.

Jednak głównym problemem dla takiego zastosowania RFID jest konieczność wykonania wszystkich elementów systemu zgodnie z normami dotyczącymi urządzeń pracujących w strefach zagrożenia wybuchem.
Trudność sprawia także opracowanie odpornego na warunki środowiskowe obwodu antenowego, który powinien zapewniać niezawodną detekcję obecności górnika w pobliżu anteny. w tego rodzaju aplikacjach czytnik jest integrowany z anteną i instalowany w miejscach istotnych dla bezpieczeństwa na trasie przenośnika taśmowego.
Przeprowadzone badania i doświadczenia pokazują także, że system RFID może nie działać równie dobrze w każdej kopalni. Każda kopalnia wymaga indywidualnego rozwiązania, które będzie zaspokajać jej konkretne potrzeby. Przy wprowadzaniu systemu należy szeroko spojrzeć na problemy danej kopalni, oraz ocenić ryzyko jakie wiąże się z zastosowaniem RFID. Wprowadzenie technologii RFID do kopalni ma wiele zalet, które już wcześniej były wspomniane, ale istnieją również wady takie jak zniszczenie systemu w wyniku obsunięć ziemi, pożaru czy siły awarii. Poza tym środowisko kopalni jest szczególnym środowiskiem dla sygnałów radiowych, może to utrudniać działanie RFID. Także zjonizowane powietrze po pożarze w kopalni może stanowić problem.

2)    Zastosowanie na świecie.
Wdrożenie technologii RFID zostało wprowadzone m.in. w należącej do Anglo American Platinum kopalni „Paardekraal” w Południowej Afryce. Głównym celem było uporządkowanie prowadzonej ewidencji kadrowej, a także polepszanie bezpieczeństwa pracy. Kierownictwo tej kopalni wprowadziło znakowanie etykietami RFID osobistych lamp górników. Dzięki temu zapewniono szybką i bieżącą informację o górnikach oraz kontrolę obecności na stanowiskach pracy.
Kolejny przykład to kopalnia złota Newmont’ Leeville w Nevadzie, która wykorzystuje system AeuroScout Wi-Fi do śledzenia pracowników i urządzeń w swoich podziemnych tunelach. System daje możliwość bezpieczniejszej pracy górników, pozwala na komunikację oraz zlokalizowanie ich i sprzętu. Wykorzystywany jest także w przypadku konieczności tropienie i przeniesienia górników oraz zepsutego sprzętu.
System składa się z 500 tagów do śledzenia 450 pracowników i 50 sztuk sprzętu oraz oprogramowania firmy MobileView. Tagi wbudowane są w akumulatory, które zasilają lampy w kaskach górników. To sprawia, że żaden z górników nie wejdzie do tunelu bez tagu. w tunelach zainstalowana 85 punktów, które odbierają sygnały tagów RFID oraz IP telefonów. Punkty te przesyłają dalej informację przez kable Ethernet lub światłowód. ID tagów jest lokalizowane dzięki systemowi MobileView, który oblicza położenie znacznika w oparciu o punkt dostępu i siłę sygnału, łączy go z konkretnym sprzętem lub pracownikiem i wyświetla dany tag w postaci ikonki na mapie przedstawiającej system tuneli. w ten sposób kierownicy kopalni mogą szukać danej osoby lub urządzenia, kiedy np. istnieje zagrożenie wybuchu lub znaleźć kogoś kto jest w danym momencie potrzebny w innym miejscu.

 

Lampa z akumulatorem i tagRysunek 4. Lampa z akumulatorem i tag.
Źródło: www.rfidjournal.com/article/view/5253/1

Ponadto stosowanie tagów do sprzętu pozwala na zlokalizowanie potrzebnych pojazdów lub narzędzi. Oprogramowanie MobileView umożliwia śledzenie, które z urządzeń jest w danym obszarze, oraz przechowywanie danych na temat tego jaki sprzęt powinien być serwisowany.
Następny przykład zastosowania technologii RFID to kopalnia Dendrobium. Kopalnia ta znajduję się w Nowej Południowej Walii. Prowadzono tam badania na temat aktywnych tagów RFID, które dostarczają danych z głębi 1-kilometrowych tunelów i wyświetlają je na ekranach przy wejściu do kopalni. Rozwiązanie zostało zaprojektowane przez firmę Kobus du Plessis. System został zainstalowany przez Becker Mining Systems i korzysta z aktywnych tagów działający na częstotliwości 433 MHz i czytników. Celem systemu jest zarządzanie ruchem w ciemnościach korytarzy kopalni. Dostarcza także informacje o liczbie pracowników i sprzęcie w kopalni, o kierunku w jakim ma się udać górnik zanim jeszcze wejdzie do tunelu. Ponadto rozwiązanie określa nam także stan techniczny i wydajność pojazdów wykorzystywanych w kopalni.
Tagi RFID dołączone są do reflektorów górników oraz do pojazdów. Przekazują unikalny numer ID co pół sekundy. Czytniki rozmieszczone są przy wejściu do kopalni i w połowie tunelu kopalni. Firma zainstalowała także jeden ekran LCD przy wejście do tunelu, aby wskazać, którzy pracownicy są w tunelu w danym momencie.
Głównym celem projektu firmy Kobus du Plessis było zmniejszenie ryzyka kolizji pojazdów poruszających się w ciemnych tunelach kopalni.

W australijskiej kopalni Grasstree, RFID używane jest również do pomiaru gazu i strumienia powietrza. Specjalnie czujniki mierzą zawartość metanu i dwutlenku węgla w powietrzu w obrębie kopalni. Jeśli zagrożenie wrasta wówczas administratorzy monitorujący położenie górników mogą podać im bezpieczną drogę do niezagrożonej strefy.  Jeśli jednak dojdzie do wybuchu wówczas sieć i system komunikacyjny muszą zostać wyłączone by zapobiec dalszym wypadkom. Tak też się stało w 2006 r. w kopalni Sago, W.Va, w której zginęło 12 osób. System musiał zostać wyłączony w celu uniknięcia dalszych eksplozji, zatem technologia RFID nie pomogła w żadnym stopniu w odnalezieniu rannych górników i monitoringu gazu.

Kopalnie w Zachodniej Virginii i w stanie Kentucky używają bądź testują systemy wykorzystujące technologie telekomunikacyjne w połączeniu z aktywnymi tagami i czytnikami RFID, do lokalizowania górników w podziemnych tunelach. Kopalnie w obu stanach korzystają z tagów Axcess International RFID Dot, różnice pojawiają się w platformach wykorzystywanych do przekazywania sygnału RFID i danych. Dla przykładu, anonimowa kopalnia z Zachodniej Virginii korzysta z systemu śledzenia MineAx (producent Tunnel Radio of America) w połączeniu z technologią bezprzewodową Tunnel Radios’ UltraComm. Kilka innych kopalni z Zachodniej Virgrinni planuje zainstalowanie tego również systemu.
System MineAx wykorzystuje aktywne tagi oraz czytniki RFID do przekazywania w czasie rzeczywistym, pozycji górników w tunelach. System ma pomóc kopalniom z Zachodniej Virginii spełnić nowe wymogi bezpieczeństwa, które kładą nacisk na doskonalenie komunikacji oraz planów awaryjnych w przypadku pojawienia się niebezpieczeństwa. Kiedy górnik wchodzi do szybu przechodzi najpierw przez bramkę, która zawiera czytnik RFID i sczytuje identyfikator tagu, który górnik może mieć schowany w kieszeni lub zamontowany w kasku.
Bramka emituje sygnał o częstotliwości 126 kHz, który uaktywnia tagi. Zaczynają one emitować sygnał w paśmie 315 – 433 MHz (UHF). Przeważnie bramka składa się z dwóch czytników, jeden przed wejściem, a drugi za. Kolejność w jakiej zgłaszają one obecność tagu pozwala na ustalenie kierunku, w którym przekroczył ją górnik (czy wchodził, czy wychodził). w środku kopalni instalowane są dodatkowe czytniki RFID. w Zachodniej Virginii, sygnał z czytników jest przesyłany do systemu za pomocą transmisji bezprzewodowej UltraComm wykorzystującej specjalny kabel, zamontowany wzdłuż korytarzy, który posiada przerwy sprawiające, że działa jak antena radiowa emitując i odbierając sygnały radiowe na całej swojej długości.
Kopalnia wykorzystuje sieć UltraComm również w dwukierunkowym systemie telekomunikacyjnym, także dostarczonym przez firmę Tunnel Radio. System ten pozwala na komunikację poprzez radia Motoroli, zamocowane do pasów górników. w części back-endowej, oprogramowanie Tunnel Radio interpretuje dane i wyświetla położenie pracowników na mapie kopalni, która jest generowana komputerowo z wykorzystaniem technologii CAD.
Pozycja górnika jest oznacza na mapie symbolem kasku, którego kolor jest zależny od pełnionej funkcji bądź stażu. Umieszczając kursor na kasku, kierownik może sprawdzić jak nazywa się górnik oraz przeczytać inne niezbędne informacje. Jeśli górnik ma jakiś problem, może wykorzystać radio Motoroli, aby połączyć się z centralą, gdzie kierownik bądź dyspozytor może w łatwy sposób zlokalizować go na ekranie i tym samym odpowiednio się z nim komunikować. System MineAX jest najbardziej przydatny w sytuacjach, w których górnik nie dysponuje dokładnymi informacjami o stanie szybów, czy są bezpieczne, czy zawaliły się bądź jest w nich pożar. Dyspozytor może zlokalizować na ekranie górnika i poprowadzić go w bezpieczne miejsce. Oczywiście system nie zawsze jest w stanie podać aktualną pozycję górnika. w takich wypadkach pokazywana jest ostatnia znana pozycja. Dodatkowo system pozwala na wyświetlenie wszystkich osób aktualnie znajdujących się w danym tunelu, a także tych, którzy ostatnio do niego wchodzili bądź wychodzili.
Podczas ewakuacji kierownik widzi jak górnicy opuszczają tunel. Jako, że w kopalni mogą przebywać nie tylko pracownicy, ale i kontraktorzy, elektrycy, inspektorzy oraz inni odwiedzający, system elektronicznego śledzenia daje jasny podgląd kto gdzie aktualnie się znajduje i czy na pewno jest bezpieczny.
Rozwiązania RFID są bardzo proste we wdrażaniu. Łączenie systemu z istniejącymi systemami komunikacyjnymi jest naturalne i bezproblemowe. Tagi RFID są na tyle małe, że można bez problemu nosić je w kopalni. Minusem jest mały zasięg sygnału, który sięga od 50 do 300 metrów w najlepszych warunkach. Częstotliwość UHF (ultra wysokie) są najlepsze w tych warunkach ponieważ są odporne na zakłócenia i zakłócają istniejących instalacji WiFi. Trwają kolejne prace nad wdrożeniem nowych rozwiązań dla tagów i czytników, włączając w to przyciski awaryjne dla górników, a także sensory, które przesyłały by temperaturę ciała pracownika oraz sygnalizowały czy się porusza.
Stan Kentucky również był zainteresowany rozwiązaniami śledzenia z wykorzystaniem RFID. Firma FTI (Foundation Telecommunications Inc.) zaproponowała system śledzenia, który korzysta z łączności satelitarnej. w testowej instalacji FTI zamontowało w tunelu 12 bezprzewodowych węzłów (odległość pomiędzy węzłami wynosiła ok 80 metrów). Każdy z węzłów, dostarczony przez firmę Architron, zawierał moduł śledzący, telefon, kamerę wideo oraz klawiaturę i umożliwiał komunikację audio i wideo. Testerzy nosili tagi RFID w kieszeniach, emitowały one sygnał w paśmie 315 – 433 MHz, który był odbierany przez węzły. Dane o identyfikatorze, a także inne informacje audio bądź wideo były przesyłane dalej za pomocą systemu WiFi. Na powierzchni dane trafiały do systemu komunikacji satelitarnej, za pomocą którego były wysyłane do centrum w Salt Lake City. Tam dane trafiały na serwer webowy, umożliwiający zdalny dostęp autoryzowanym użytkownikom przez Internet. Dzięki rozmieszczeniu węzłów co 80 metrów dane o położeniu górników trafiają do systemu cały czas (zasięg pojedynczego odbiornika sięga 40 metrów). Oprogramowanie wyświetla listę pracowników, z możliwością oglądnięcia zdjęcia danego górnika oraz przeczytania informacji na jego temat.

Schemat instalacjiRysunek 5. Schemat instalacji systemu lokalizującego górników.
Źródło: www.ftionline.wordpress.com/2009/11/02/kentucky-west-virginia-mines-try-rfid-combined-with-telecommunications

3)    Zastosowanie w Polsce.
W Polsce również została wdrożona technologia RFID. Rozwiązania dotyczą głównie optymalizacji gospodarki maszynami oraz urządzeniami wydobywczymi.
Technologia RFID została zastosowana w samoobsługowym systemie ważenia wagonów z kamieniem. System ten identyfikuje wagony i lokomotywy, które wywożą kamień z terenu kopalni. Wdrożenie tego systemu nastąpiło w Kopalni Węgla Kamiennego Pniówek należącej do Jastrzębskiej Spółki Węglowej. Każdy wagon oraz lokomotywa wyjeżdżające z kopalni dostały znacznik, który umożliwia automatyczną identyfikację tych maszyn. Czytniki RFID umieszczone zostały po obu stronach na przytorzu w odległości kilkudziesięciu metrów od pomostu ważącego. Czytniki te spełniają również rolę automatycznego włącznika inicjalizacji procesu ważenia. Dzięki temu system podaje całkowitą masę netto materiału przewożonego z kopalni, informacje o ilości oraz rodzaju lokomotyw i wagonów w składzie, także podaje datę i godzinę ważenia.

Umiejscowienie znacznika.Rysunek 6. Umiejscowienie znacznika.
Źródło: http://www.tamtron.com.pl

Czytnik RFID wraz z anteną.
Rysunek 7. Czytnik RFID wraz z anteną.
Źródło: http://www.tamtron.com.pl

Kolejne miejsce w Polsce, gdzie użyto technologie RFID to kopalnia niklu Stobie Mine.
Ship2Save zastosowało w kopalni CVRD Inco Stobie Mine system śledzenia surowców do produkcji opierający się na technologii RFID.
System stworzono, by  badać ruch surowca w toku procesu wydobycia, dostarcza on dokładne informacje, które mogą być wykorzystane do bardziej rozmyślnego decydowania o procesie produkcji. Od technicznej strony, system składa się z etykiet UHF RFID Avery Dennison Corporation, czytników UHF Motorola oraz oprogramowania do śledzenia surowca Ship2Save.
Zintegrowanie całej aparatury wymagało dokładnej analizy procesów: wybuchu, pomiarów, wykopów oraz wydobycia niklu. Inżynierowie z Ship2Save przeprowadzili na miejscu wiele badań, które miały na celu zapewnić o skuteczności działania etykiet znajdujących się na różnych etapach procesu. Badali także różne konfiguracje anten RFID, aby określić optymalne ich ustawienie.
Główną zaletą systemu jest jego zdolności do automatycznego zbierania danych dotyczących ruchu surowca na linii wydobycia. Informacja ta jest nagrywana i przekazywana dalej do aplikacji, która następnie przesyła ją po organizacji. Dane gromadzone w czasie rzeczywistym mogą być stosowane, aby optymalizować proces pozyskiwania surowca. Dzięki informacjom dotyczącym wydajności, lokalizacji oraz innym zmiennym, realne będzie podejmowanie decyzji w oparciu o rzeczywiste, a nie szacowane dane.
System został zamontowany w obiektach CVRD Inco w Sudbury, gdzie monitoruje wydobycie niklu w kopalni Stobie Mine, jednej z kilku kopalni CVRD Inco w tym regionie.

Inne Materiały:

Prezentacja firmy Ametyst:

System identyfikacji i pozycjonowania osób oraz urządzeń technicznych

Bibliografia:

  1. www.ameplus.pl/_pdf/ame_rfid.pdf
  2. www.automatyka.pl/newsItem.aspx?pk=4427
  3. www.falkensecurenetworks.com/PDFs/0809_RFID_for_Mining.pdf
  4. www.ftionline.wordpress.com/2009/11/02/kentucky-west-virginia-mines-try-rfid-combined-with-telecommunications
  5. www.nowegornictwo.pl/artykul.htm
  6. www.rfidjournal.com/article/view/3289/2
  7. www.rfidjournal.com/article/view/5253/2
  8. www.rfidjournal.com/article/view/8774/1
  9. www.sevitel.pl/index.php/pl/produkty/systemy-informatyczne/bezprzewodowy-system-lokalizacji-bsl-pro
  10. www.tamtron.com.pl
  11. www.varismine.com/products/smarttag/smarttag.php
  12. www.winntbg.bg.agh.edu.pl/rozprawy2/10277/fragmenty10277.pdf
  13. www.wiborne.com/techpubs/FMC_Success_Demo_Story.pdf

Aleksandra Aleksandrowicz, Natalia Berechulka

Tags: