Sistemas de Comunicación digital en Mineria Subterranea. Tulio Antezano IIMP 26-Mayo-2011

Transcripción

1 Sistemas de Comunicación digital en Mineria Subterranea Tulio Antezano IIMP 26-Mayo-2011

2 Agenda Introducción Breve historia de los sistemas de comunicación subterranea Beneficios de la comunicación subterránea Definiciones - Evolucion de los sistemas Conceptos básicos Leaky feeder Comunicación a traves de la roca Comunicación digital Aplicaciones Conclusiones

3 Introducción Los métodos de minado subterraneo modernos se caracterizan por la gran velocidad de extraccion que permite reducir costos para obtener la rentabilidad esperada. Mayor velocidad en el proceso productivo requiere herramientas que reduzcan los tiempos improductivos y eventos inesperados por falta de monitoreo y supervision a distancia. La comunicacion digital ofrece diversas alternativas de solucion con la finalidad de optimizar los procesos y principalmente evitar accidentes La futura automatización de las operaciones subterraneas requieren una infraestructura de comunicación confiable que será producto de la optimizacion de los existentes hoy.

4 Historia de las comunicaciones subterraneas 1876, Alexander Graham Bell inventa el teléfono 1913, Por primera vez se utiliza un teléfono estándar en mina con cubierta metálica de protección. Requiere cable de conexión entre central y anexos 1950, La minería de carbón demanda el uso de teléfonos anti-explosión y se fabrican con cubiertas especiales que limitan su posicionamiento. 1970, se inicia fabricación de teléfonos diseñados especialmente para minas. Su principal uso es para logística y comunicaciones de emergencia. 1975, se da inicio a la comunicación radial en minería de carbón utilizando por primera vez el sistema Leaky feeder o cable radiante, aunque con limitaciones de alcance, claridad y sostenibilidad de la señal. Década de los 80 a la 90 s optimización del sistema Leaky feeder, incrementándose su uso en el ámbito mundial. Fines de los 90 aparición de sistemas leaky feeder con trasmisión de data con uso de dispositivos RFID. Paralelamente se inicio del uso de sistemas de comunicación a través de la roca TTE. 2005, introducción de los sistemas de comunicación digital como ampliación del uso de estos sistemas en minería de superficie. 2010, optimización de los sistemas de comunicación digital, complementándose con diversos software para control de accidentes y de producción.

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6 Trabajos en mina optimizadas con tecnologia de información y comunicaciones Incremento de producción y productividad Manejo de turnos y personal (tracking) Reducción de discrepancias en medicion de producción Mantenimiento de Equipos Evitar colision de equipos y accidentes personales Manejo de inventarios Monitoreo del medio ambiente (control de ventilación) Pronostico de desastres y manejo de seguridad Manejo de desastres y rescates Comunicacion subterranea sin cables Herramienta para toma de decisiones acertadas Capacitación

7 Ubicación y control de los activos en Superficie

8 Definiciones Sistema sin cables (Wireless system) Sistema donde el enlace entre el sistema y el usuario es sin cables. En otras palabras un sistema que opera localizadamente sin cables. Redes inalambricas (Mesh Network) Un sistema de comunicación donde cada punto de acceso esta conectada a otro y en consecuencia constituyen una malla o red basada en la redundancia. En minas subterraneas la conectividad puede estar limitada por la geometria de la mina. Cable radiante (Leaky Feeder) Un dispositivo de comunicacion tambien conocido como leaky coax, que asiste a los sistemas de trasmision sin cables. En esencia es un cable coaxial que ha sido modificado para que permita recibir o enviar señales a lo largo de su extension

9 RFID Definiciones RFID (siglas de Radio Frequency IDentification,ó identificación por radiofrecuencia) es un sistema de almacenamiento y recuperación de datos remoto que usa dispositivos denominados etiquetas, o tags RFID. El propósito fundamental de la tecnología RFID es transmitir la identidad de un objeto (similar a un número de serie único) mediante ondas de radio. Las tecnologías RFID se agrupan dentro de las denominadas Auto ID (automatic identification, o identificación automática). Through-the-earth (TTE) Sistema de comunicacion de baja frecuencia que no requiere el Sistema de comunicacion de baja frecuencia que no requiere el concurso de ningun dispositivo como cables u estructuras entre el trasmisor y el receptor. Debido a la baja frecuencia este tipo de comunicacion puede trasmitir señales a traves de materiales solidos como la roca.

10 Definiciones Frecuencia media (Medium Frequency) Sistema de comunicacion que opera en el rango de 3000 Khz. Estos sistemas se ven aun trabajando en construccion de tuneles donde existen estructuras metalicas, como cables electricos y tuberias. Las señales se pueden acoplar en este tipos de conductores y viajar grandes distancias Redundancia (Redundancy) Redundancia implica duplicar las funciones de un sistema, asegurando que estas funciones sobreviviran a cierto nivel de daño del sistema; En el conterxto de un sistema de comunicaciones, la redundancia se describe como la capacidad de continuar operando un sistema para mantener las comunicaciones con superficie cuando un canal de comunicacion es quebrantado o queda nulo.

11 Sistemas de comunicación subterranea Tecnologías de comunicación subterránea disponibles hoy, Medium Frequency (MF) frecuencia media A través de la roca,through the Earth (TTE) Leaky Feeder (Cable radiante) Wireless mesh (Malla sin cables) Wi-Fi (comunicación digital sin cables)

12 Frecuencia media MF, Comunicaciones via radio No requiere cable especial. Las señales de radio se acoplan a otros conductores para incrementar su rango de alcance. Manto de carbon Tubería de metal y otros metalicos Rieles

13 Comunicación a través de la roca Through the Earth (TTE) Comunicación sin cables de baja frecuencia a traves de la roca,aprovechando el grado de conectividad de este medio

14 Comunicación a través de la roca Through the Earth (TTE) Caracteristicas Sistema de comunicación de baja frecuencia que permite trasmitir señales a trves de materiales solidos Su eficacia es afectada por el nivel de frecuencia, la naturaleza de la roca (Conductividad, profundidad de alcance, anomalias en la roca). Tambien afecta el ruido electrico y la calidad de la antena

15 Comunicación a través de la roca Through the Earth (TTE) Alcance y velocidad de trasmision

16 Comunicación a través de la roca Through the Earth (TTE) Comunicación para rescate minero

17 Sistema PED

18 Antena PED Mina David Bell en Canadá 1,400 metros de antena en la superficie La antena es instalada en superfice con un alcance de la señal en profundidad aproximadade 2000 pies

19 Antena PED Mina Mt Isa Enterprise, Australia 3,200 metros de longitud Antena Subterránea.

20 Sistema PED Esquema de Operación Sala de Control Antena PED (Superficie o subterránea) RS232 Link Enlace de datos PC con software PEDCALL para enviar mensajes Modulador PED Con botones para señales de emergencia Transmisor PED ULF Transmisión a través de las rocas Receptores PED: BlastPED para voladuras remotas ICCL Receptor Personal en Lámparas AutoPED Receptor en Vehículos ControlPED para activación de equipos

21 AutoPED Receptor en Vehículos

22 Blast PED Esquema de Operación Disco de seguridad RS232 Par trenzado Antena PED (o Antena Leaky Feeder) PC con software PEDCALL Modulador PED Transmisor PED ULF (o estación base VDV) Receptor BlastPED Cuatro etapas de operación: Encendido Sincronismo Armado Voladura Detonador(es)

23 Blast PED Receptor/detonador Para uno o varios detonadores (circuito serie de 160 ohm) Autónomo con batería recargable Señal sonora, indicadores luminosos y llave de seguridad. Corto circuito en los terminales hasta último momento.

24 Control PED - Interruptor

25 Leaky feeder Coupled Mode Radiating Mode

26 Sistema VDV comunicación por cable radiante Trasmision bi direccional con16/32 canales para voz control y telemetría. Señal puede activar o apagar: ventiladores, compuertas, detectores de gas, etc. Cable Leaky Feeder

27 Minero 1 Trasmitiendo Coupled Mode Radiating Mode Minero 2 Recibiendo Leaky Feeder Actua como linea de energía, cable de comunicaciones y antena de distroibución

28 Wireless mesh (Malla sin cables)

29 Sistema Malla (Mesh System) Si un punto de acceso falla, el sistema lo reconfigura y determina una nueva ruta

30 Sistema Malla (Mesh System) Una fuente de energía electrica ó back up a bateria es requerido en cada punto de acceso Fuente de energía

31 Estación base secundaria Estación base primaria Cableado en superficie Piques ó chimeneas Leaky Feeder

32 Sistema de rastreo ó localizacion Mineros poseen un tag para sistemas de radio frecuencia con identificacion(rfid) Se requiere lectores de tag para obtener la data de ubicacion

33 Cobertura en las comunicaciones Teléfonos 5% Leaky Feeder 20% PED One-Way +98%.

34 Wi-Fi (comunicación digital sin cables)

35 Comunicación digital en Minería Subterránea Red de comunicación subterranea

36 Comunicación digital en Minería Subterránea Red de comunicación subterranea Data de Voz Data rastreo Data Equipos Data Video Data SCADA

37 Comunicación digital en Minería Subterránea

38 Distribución de la red 24 lectores (Access Points) instalados desde la superficie hasta el nivel 8

39 Diagrama de la red de comunicación digital subterranea

40 Diagrama de la red de comunicación digital subterranea

41 Sistemas wireless para trasmision de data, voz y accionamiento a distancia EAM Modulo de acceso electronico EAM

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43 Cooperación entre Caterpillar y Mine Site Technologies para incrementar Productividad de vehiculos subterráneos

44 Agenda Introduccion a los productos Mine Site Technologies asociado a Caterpillar Retos a vencer en las operaciones subterraneas hoy MST / CAT esquema de soluciones Capacidades Beneficios de su implementacion

45 Las empresas Caterpillar Por mas de 80 años, Caterpillar Inc. ha contribuido en los trabajos de infraestructura en el mundo y hoy gracias a su cadena de distribucion mundial esta influyendo en un cambio positivo y consistente en cada continente. Caterpillar es un lider en la creacion de tecnologia y tambien en la fabricacion de maquinaria para mineria y construccion, motores a diesel y a gas natural, ademas de equipos para otras inmdustrias. Mine Site Technologies Por cerca de 25 años, Mine Site ha estado desarrollando infraestructura de comunicaciones en aplicaciones para minas subterranea. Estos sistemas estan instalados en mas de 350 minas alrededor del mundo y han contribuido significativamente en incrementar los niveles de seguridad y productividad en esas minas.

46 Retos actuales a superar en operaciones subterraneas En los LHDs el peso transportado registrado es reportado via radio por el operador a una estacion central de control La informacion de produccion esta sujeta a discrepancia con lo real por error del operador respecto a un registro correcto y omision de localizacion exacta del evento La informacion del estado de la maquina es tipicamente entregada al final de un turno o varios turnos despues Desplazamientos descordinados de un equipo puede crear cuellos de botella en las galerias principales

47 Consecuencias Demoras en recibir los parámetros del estado de la maquina, típicamente llevan a altos costos de mantenimiento debido a la ausencia de un sistema de predicción de fallas para su prevención, originando desgastes prematuros Demora en obtener información puede originar alto niveles de tiempos no productivos, resultando en una baja utilización de los equipos Discrepancias en el reporte de peso efectivo cargado o transportado y su localización causa incumplimientos de metas y volver a rehacer los trabajos

48 Solución Monitoreo en tiempo real o muy cercano a lo real de la produccion. Parametros de operacion del equipo y su localizacion son comunicados a una central de control sin la intervencion del operador CAT Electronic MST Vehicle MST ImPact MST VIP Access Module Intelligence (VIP) Reporting (EAM) module Infrastructure + VIMS Guardian

49 Sistemas wireless para rastreo y ubicación de equipos

50 Sistemas wireless para monitoreo de la condición de los equipos

51 Modulos de coleccion de información Motor / Transmission Peso transportado Localizacion CAT EAM Data de cerebro electronico J1939 Modbus (for trucks with PLCs) Analog / Digital Inputs CAT TPMS (Underground Truck) Pesado de carga Loadrite WiFi Tag Reader - Localización

52 Mecanismos de Transferencia de data Actual USB Actual y futuro Wi Fi / IP Network Muy simple de hacerlo Data es transferida por el operador usando una memoria USB Data fuera de tiempo real es recogida alfinal del turno No requiere la intervencion del operador Transferencia de data en tiempo real usando el dispositivo instalado en el equipo a traves de la infraestructura Wireless Hace posible la supervision remota a traves de la comunicacion IP

53 Integracion del Sistema USB Model Data es extraida desde la memoria USB hacia files en Excel La integración del sistema puede ser compleja debido a la necesidad de procesar un gran numero de files Excell si se requiere diveros tipos de data a integrar. Wi Fi Model La Informacion desde todas los puntos de recojo de informacion son automaticamente transferidos a una sola base de informacion (MSSQL o PostgreSQL) La idea es integrar el sistema con el existente de gerencia de mina en base a una tabla de estructuras documentado y de interfase simple. Si es requerido, Mine Site Technologies puede proveer una herramienta de reporte que opera directamente en la base de informacion

54 Customizacion (Adaptacion a situacion especifica) El sistema ha sido diseñado en forma modular. Se puede añadir nuevos modulos de captura de informacion segun su objetivo. Es conveniente contactar al area de ingenieria de Mine Site Technologies para coordinar como incorporar los nuevos modulos que vienen con nuevos tipos de sensores. Caso reportado (Por operador de mina en Norteamerica): PROBLEMA Se requiere habilitar dispositivo para notificar a operador de LHD que un determinado echadero de mineral esta lleno y no puede recibir mas carga El estado de la capacidad del echadero es monitoreado via PLCs SOLUCION Adicionar dispositivo para que el sistema de manejo del PLC pueda notificar al sistema VIP sobre el estado de la capacidad del echadero. El estado del echadero es reportado wireless e indicado en el panel de control del LHD medinate una luz en cada maquina. Un color especifico indicara si el echadero mantiene espacio aun para seguir descargando mineral.

55 Beneficios de su Implementacion Hardware dedicado y probado para uso en minas Visualisacion de data que permite actuar de inmediato para solucion de problemas. No se requiere paralizar las maquinas para accesar a la data Predecir y minimizar fallas en el sistema de produccion mina, reduce paralizaciones y costos de mantenimiento Se focaliza en el mantenimiento preventivo y programado para reducir tiempos de atencion a los equipos Mejora el rendimiento del equipo y el operador a traves de la retroalimentacion de informacion que se recibe Elimina o reduce discrepancias entre la produccion pronosticada versus la real Integrada con: Sistemas Dispatch (Pitram) MST ImPact Localizacion de equipos MST ImPact Deteccion de Proximidad

56 Comunicación digital integrada con herramientas de gestion

57 Comunicaciones en minado subterraneo Comunicación a traves de la roca Sistema de rastreo Comunicación via radio UHF Comunicación sin cables fibra optica

58 Sistema de control de producción Pitram (MR)

59 Concepto de control de mina If you don t measure it, you can t manage it Peter F. Drucker

60 Objetivos principales de un sistema de control de mina Identificar y minimizar tiempos de espera para optimizar ciclos de trabajo de la flota de acarreo Maximizar la utilizacion de la flota Estandarizar seguimiento de equipos para evitar paralizaciones Estandarizar el seguimiento para todos los equipos de operación para establecer benchmarks y analisis comparativos Descubrir e identificar amenazas ocultas a la operacion Rastreo de mineral y desmonte para evitar transportarlos a destinos no planeados

61 Que significa el control de produccion de mina para el departamento de operaciones? Optimizar asignacion de equipos de carga y acarreo Maximizar la utilizacion de equipos y del frente de trabajo Eliminar acarreo y transporte de carga a destinos erroneos Coordinar para cumplir con eventos programados Identificar rendimientos sobresalientes Cumplir con las metas objetivos

62 Como ayuda Pitram a resolver problemas de produccion de mina?

63 Como ayuda Pitram a resolver problemas de produccion de mina? Con Algoritmos de optimización de flotas Diseñado para: Cumplir plan Maxima cobertura Minimos recursos Priorizacion de uso y localizacion de cargadores Alertas sugeridas Alerta - restricciones Cargador /camion Alerta restricciones, locacion / camion

64 Como ayuda Pitram a resolver problemas de produccion de mina? Maximizacion de la utilzacion del frente mediante: Minimizando los tiempos de espera por demoras Reduciendo desviaciones del tiempo del ciclo

65 Que significa el control de produccion de mina para el departamento de seguridad? Proveer una opcion alternativa para llamadas de emergencia Localizacion de estado de personal y equipos durante emergencias Monitoreo de calificaciones o aptitudes de los operadores Impedir el acceso del personal a zonas de riesgos

66 Impedir el acceso de personal a zonas de riesgo

67 Que significa el control de produccion de mina para el departamento de ingenieria? Asegurar que el minado siga la secuencia apropiada Indentificacion de puntos de congestion de trafico correlacionar los KPI s para una mejor prediccion de productividad Identificar potenciales cuellos de botella Mantener seguimiento en consumibles de alto costo Analiza rendimiento de equipos para futura dimension de flota y selección

68 Como el software Pitram puede ayudar a controlar? Ubicación Labor/tipo Estado /status

69 Rendimiento de equipos

70 Medicion de la producción actual vs lo planeado (Targets)

71 Que significa el control de produccion de mina para el departamento de geología? Rastreo de materiales (D/M) y variacion de leyes Incorporar estrategias para mezcla de mineral para mnimizar dilucion y proporcionar a planta material homogeneo en lo posible Reconciliacion de las cifras de produccion respecto al modelo de corto y largo plazo Incorporar software aplicado al calculo promedio de leyes de la pila de mineral en planta

72 Que significa el control de produccion de mina para el planificador de mantenimiento? Notificación instantanea de fallas inesperadas de equipos Rastreo de horometro de motores para planificar mantenimiento preventivo Acceso remoto en tiempo real al panel de control del equipo para monitorear su condicion y alertar fallas Maximizar disponibilidad de los equipos

73 Como Pitram puede ayudar en mantenimiento? Actualizada en tiempo real Distribuida a través de toda la mina Visualizacion de utilizacion a través de tabla de estado en tiempo

74 Monitoreando el estado de los ciclos de reparaciones Registrando y evaluando la duracion de las actividades segun el Registrando y evaluando la duracion de las actividades segun el desarrollo de las reparaciones, permitira al jefe de mantenimiento tomar decisiones para optimizar como, Considerar incrementar niveles de inventarios Cambio en el proveedor de repuestos Tomar mas tecnicos mecanicos etc.

75 Reportes soluciones de Pitram Mine Control System End of Shift Reporting Through Web Interface Pitram Report Production System

76 Reportes soluciones de Pitram

77 Sala de control de mina (Control room) 24/7 monitoreo, control y coordinación de actividades criticas Personal y equipos Comunicaciones Produccion Coordinacion de Coordinacion de emergencias

78 Sistema de control Pitram. Flujo de comunicaciones Mine Control System Leaky Feeder/Radio Network Handheld Radios Equipment Based Radios Production Management System

79 Sistema de control Pitram. Flujo de comunicaciones

80 Equipo de computo en el trabajo PC tipo tableta instalado en cabina para interaccion con el operador Calificaciones Pre chequeo de arranque Asignaciones cargador/camion Estado de condicion de equiposs Movimiento de material

81 Pitram Solucion optima para mineria subterranea Underground Mine Control System Underground Communications Network Production Management System Field Computer Equipment (FCE) Real-Time Location System - WiFi Tags - VoIP Phones - Laptops

82 Red de comunicación digital subterranea Consiste de: Cableado de fibra optic Puntos de acceso & interruptores Suministro de energía Primera intencion de comunicar entre la zona subterranea y superficie Capacidad de trasmitir data, voz y video video (100Mpbs) Infraestructura para todos los sistemas y soluciones en el medio subterraneo

83 Sistema de control de mina - Subterranea Underground Mine Control System Underground Communications Network Production Management System Field Computer Equipment Real-Time Location System - WiFi Tags - VoIP Phones - Laptops

84 Sistema de localización ó ubicación El sistema de ubicacion en tiempo real de personas y equipos esta constituido por: Lamparas de minero (con tag incorporado) Tags personales Software Aeroscoop Red de comunicacion UG en tiempo real

85 Localización de equipos Locacion ó ubicación en tiempoo real de los equipos en mina es es provista por tags Wu-Fi usando el software AeroScout y la red de comunicación Access Point Control Room

86 Alerta de proximidad (proximity Awareness) Evita colisiones y maximiza rendimiento evitando paralizaciones por precaucion

87 Alerta de proximidad (proximity Awareness)

88 Como encaja el sistema Pitram en el control total de los procesos de produccion de mina? Operations Mine Control Objectives Safety Mine Control Objectives Engineering Mine Control Objectives Geology Mine Control Objectives Maintenance Mine Control Objectives

89 Que ofrece Pitram?

90 Un ejemplo de evaluación de los beneficios entregados por Pitram + -

91 Un ejemplo de evaluación de los beneficios entregados por Pitram Expect extra Extra 1,083 Extra 60,000t An extra 1.5 truck truck dumps of ore per $1.5 Million dumps/shift per year year in revenue Prevent high grading of the deposit Prevent reduction of mine life Prevent $10 s Million USD in losses

92 Un ejemplo de evaluación de los beneficios entregados por Pitram

93 Porque Pitram? Escalable Crece el sistema como crece la mina Rastreo parcial o al total de la flota Mid-sized Open Pit Operation (Control) Small slot Pit Operation (Report) Reportes estandarizados al sistema global para operaciones de todos los tamaños Habilidad para trabajar conectada a la operacion o sin conectar Pitram DB and access to Reporting Tools Medium sized Underground Operation (Control) Large Open Pit Operation (Optimum)

94 Como debería ser la minería en el futuro?

95 Muchas Gracias