Gemessen an der Wachstumsrate der Komplexität des Netzwerks wird täglich eine große Menge an Bergbaumaschinen in Betrieb genommen. Das Tempo ist hoch und Unternehmen, die Bergbaumaschinen im industriellen Maßstab betreiben, haben keine Zeit, vollwertige Rechenzentren mit dem richtigen Maß an Sicherheit und Automatisierung zu entwerfen.
Erfolgreiche Markteinführungen und Betriebserfahrungen von Geräten in den ersten Tagen oder sogar Monaten geben Vertrauen in die Zuverlässigkeit der Geräte. Und die Kunden, die die Ausrüstung in Bergbauhotels platzieren, sind sich sicher, dass ihre Hardware in guten Händen ist. Schauen wir uns an, was ein Bergbauhotel des 21. Jahrhunderts ist.
ACS im Bergbau
ACS bedeutet "Automated Control System". Ein solches System kann Produktionsprozesse und automatisches Parken sowie einen Gaskessel steuern und wird auch im Bergbau nützlich sein.
Zu Beginn der Entwicklung der Industrie befand sich neben jedem Gerät ein Spezialist, der es kontrollierte und die Gesundheit seiner Arbeit überwachte. Also kontrollierten Aufzüge den Aufzug, Träger öffneten die Türen und die Flugzeuge waren Flugingenieure.
Heute ähnelt die Situation im Bergbau dem letzten Jahrhundert. In Bergbauhotels werden elektrische Maschinen zum elektrischen Schutz eingesetzt, und es wird angenommen, dass dieses Schutzniveau völlig ausreicht. Das Ein- und Ausschalten der Bergleute erfolgt auf einfache Weise durch das Wartungspersonal - durch Herausziehen des Steckers aus der Steckdose. Das Lüftungssystem ist oft automatisiert und stabilisiert die Temperatur im Raum, was völlig ausreicht. Die schwierigsten Dinge sind mit dem Feuerlöschsystem. Bergbaumaschinen befinden sich meist in großflächigen Industriegebäuden mit hohen Decken. Mit diesem Ansatz sind Gasfeuerlöschsysteme teuer in der Verwendung und Pulversysteme sind unwirksam. Aus diesem Grund ist in den meisten Hotels kein Bergbau-Feuerlöschsystem vorgesehen.
Und jetzt stellen wir uns vor, wie ein modernes Bergbauhotel des 21. Jahrhunderts aussehen sollte. Das erste, was ich tun möchte, um die Effizienz und Sicherheit zu erhöhen, ist, den menschlichen Faktor zu eliminieren und ACS zur Steuerung des gesamten Systems zu verwenden. ACS-Elemente sind ein Automatisierungsschrank, Aktuatoren, Sensoren und eine Steuerung. Im Schrank selbst befinden sich viele Blöcke: SPS (speicherprogrammierbare Steuerung), Erweiterungsmodule für verschiedene Schnittstellen, elektrische Maschinen, Leistungsbusse, Signalwandler von Sensoren, Signalwandler für Aktoren, Frequenzumrichter usw. Die Frontplatte des Gehäuses ist normalerweise mit Bedienelementen ausgestattet - Tasten, Schaltern und Anzeigen der Betriebsarten.
Die Logiksteuerung ist ein sehr zuverlässiges Gerät. Im Allgemeinen ist das Wort Zuverlässigkeit der zweite Vorname von ACS. Stellen Sie sich vor, was passieren wird, wenn der Aufzug plötzlich beschließt, die Türen während der Fahrt zu öffnen, und das Flugzeug das Fahrwerk herauszieht. Deshalb wird der Sicherheit und dem unterbrechungsfreien Betrieb von ACS immer maximale Aufmerksamkeit geschenkt.
Vom ACS-Schrank führen viele Drähte zu den Sensoren und Aktoren. In Lüftungssystemen finden Sie beispielsweise Sensoren für Temperatur, Durchfluss, Druck und Stellantriebe - Stellantriebe, die die Ventile steuern.
Ein wichtiges Element von ACS ist das SPS-Programm. Es bestimmt das Verhalten des Systems in verschiedenen Situationen, steuert die Aktoren, verarbeitet Daten von externen Sensoren.
ACS oder Betreiber?
Oft werden große und teure Anlagen immer noch von einem menschlichen Bediener überwacht. Der Bediener sitzt an der ferngesteuerten Workstation (Workstation). Auf dem Monitorbildschirm einer solchen Fernbedienung sind die Betriebsparameter des gesamten Systems sichtbar. Ein klares Mimikdiagramm zeigt zuverlässig viele Daten an, und ein Blick auf den Bildschirm reicht aus, um zu verstehen, was mit dem Gerät passiert. Alle Daten und Steuerelemente werden an einem Ort zusammengefasst, einer Art Original-Bedienfeld eines kleinen Universums.
Wenn Sie das ACS-System mit einem Mitarbeiter vergleichen, der das System manuell überwachen und verwalten kann, können Sie eine Reihe offensichtlicher Vorteile feststellen. ACS arbeitet 24 Stunden am Tag, wird nicht müde, hört nicht mit dem Rauchen auf, sitzt nicht in sozialen Netzwerken, wird nicht durch Telefonanrufe abgelenkt und macht keine Fehler. Und die durchgeführten Prozesse sind vorhersehbar und wiederholbar. Man sollte auch nicht vergessen, dass eine Person nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit auf eine Situation reagieren kann. Zum Beispiel ist es schwer vorstellbar, dass es möglich ist, einen speziellen Knopf im Auto zu drücken, um bei Bedarf Airbags auszulösen. Die Elektronik hingegen tut dies zuverlässig bei einer bestimmten Geschwindigkeit und nur dann, wenn es wirklich notwendig ist. in dem Bruchteil einer Sekunde, in dem es sicher und effektiv ist.
Der industrielle Bergbau erfordert die koordinierte Arbeit aller Systeme: Lüftungs- und Stromverteilungssysteme, Feuerlöschsysteme, lokale Netzwerke, Sicherheitssysteme, Zugangskontrollsysteme sowie ein zuverlässiger Zugang zum Internet mit einem Backup-Kommunikationskanal sind erforderlich. Alle diese Systeme müssen effizient und in Echtzeit verwaltet werden.
Mining ist ein komplexer Prozess, Cryptocurrency-Mining-Geräte sind sehr teuer und Ausfallzeiten führen zu erheblichen finanziellen Verlusten. Wartung und häufige Reparaturen verursachen wiederum eine Reihe neuer Ausfallzeiten und führen zu großen Verlusten. Auch bekannte Fälle von Bränden auf Bergbaubetrieben mit Verlusten von Millionen Dollar. All diese Faktoren deuten darauf hin, dass der industrielle Betrieb von Bergbaumaschinen ein verantwortungsbewusster und komplexer Prozess ist und es unmöglich ist, ihn ohne Automatisierung zu belassen!
Objekte für den industriellen Bergbau
Es gibt zwei Haupttypen von Objekten für den industriellen Bergbau: ein Bergbauhotel und einen mobilen Container. Im ersten Fall befinden sich Bergbaumaschinen auf Gestellen im Gebäude. In solchen Gebäuden gibt es in der Regel viel Freiraum, hohe Decken und viel Platz für die Platzierung von Lüftungs- und Verteilungsgeräten. Aus unserer Sicht gibt es jedoch ein signifikantes Minus - die Stationarität solcher Objekte. Im zweiten Fall befindet sich das Gerät im mobilen Container. Die Plätze hier sind viel kleiner, die Ausstattung ist dichter, die Decken sind niedriger. Die Metallwände des Behälters sind schlecht wärmeisoliert: Im Winter gefriert der abgeschaltete Behälter während der Wartung, im Sommer ist es in der Sonne sehr heiß. In dem Gebäude, in dem sich die Bergbaubetriebe befinden, sitzt normalerweise ein Spezialist, der mit der Einstellung der Parameter und der Überwachung des Betriebs der Ausrüstung sowie der Wartung und Reparatur des Systems befasst ist. Ein solcher Spezialist kann nicht in der Nähe des Containers sein und kommt in der Regel nur, wenn dies für den Kundendienst erforderlich ist, und befindet sich in der Hauptzeit an der AWP-Konsole.
ACS für Bergbaucontainer
Jetzt auf dem Markt gibt es viele Lösungen in Form von Containern für den industriellen Bergbau. Sie unterscheiden sich nicht nur in Aufbau und Funktionsweise des Kühlsystems, sondern auch in ACS-Systemen. In solchen Behältern befindet sich meistens ein elektrischer Verteilerschrank, der aus einer Einführungsmaschine und einer Stromzählereinheit besteht. Vom Schrank aus erstrecken sich viele Stromkabel zu den Steckdosen für Bergleute in den Regalen. Viele, aber nicht alle Lösungen verwenden separate Maschinen für jede Steckdose. Unter dem Gesichtspunkt der Regeln für den Betrieb elektrischer Anlagen sind lediglich separate Maschinen für jeden Bergmann erforderlich, aber die Hersteller vernachlässigen diese einfache Regel häufig. Beispielsweise verbraucht der beliebte ASIC Antminer S9 etwa 1300 W, und das Fehlen einer einfachen Maschine bei einem Stromausfall kann einen Brand verursachen. Um die Sicherheit zu erhöhen, ist daher der Einsatz einzelner Maschinen erforderlich.
Ebenfalls in dem Container befindet sich ein Netzwerkvermittlungsgerät, das einen Internetzugang bietet. Was das Lüftungssystem betrifft, ist alles viel interessanter und komplizierter. Meistens wird freie Kühlung zum Kühlen verwendet. Im Inneren des Behälters muss eine konstante und angenehme Temperatur für Bergbaumaschinen von 30 bis 40 ° C eingehalten werden. Dies kann durch Einstellen der Motordrehzahl der Versorgungseinheit erfolgen. In der Regel werden spezielle Frequenzumrichter für Lüftungsanlagen eingesetzt. Und im Allgemeinen sieht die gesamte Palette der Geräte logisch und effizient aus. Die Hersteller stellen sicher, dass der Container effizient, sicher und voll funktionsfähig ist.
Unsere Erfahrung höherer Gewalt im Bergbau
Betrachten wir die folgende Situation. Der Container arbeitete im Winter mehrere Tage, danach kam es 2 Stunden lang zu einem technologischen Stromausfall. Und auf der Straße herrscht eine Temperatur von –30 ° C. Der Behälter friert während dieser 2 Stunden ein, die gesamte Elektronik kühlt sich dementsprechend auf die gleichen –30 ° C ab und nach zwei Stunden wird der Behälter mit Strom versorgt ... Dies ist übrigens eine ziemlich typische Situation unter rauen Winterbedingungen. Die meisten auf dem Markt angebotenen Behälter haben keinen Startplan, bei dem das System mit einem ACS sicherstellen muss, dass die Temperatur im Behälter nicht mit der Betriebstemperatur der Elektronik übereinstimmt, und mit dem Vorheizen beginnen muss. Und erst nach Erreichen einer positiven Temperatur starten Sie den Start der Elektronik. Bei hohen Gefriertemperaturen funktionieren die meisten Unterhaltungselektronikgeräte wie Motherboards, Prozessoren und Speicher nicht. Es besteht auch die Gefahr eines Ausfalls von Bergbaumaschinen.
Ein weiteres wichtiges Problem ist der gleichzeitige Anschluss einer großen Anzahl von Netzteilen an das Stromnetz. Bei Netzteilen ohne Sanftstarter beträgt der Anlaufstrom beispielsweise etwa 100 Ampere, und 10 Netzteile ergeben bereits 1 kA! Stellen Sie sich jetzt vor, Sie haben 10 Container mit jeweils 100 Netzteilen. Bei gleichzeitigem Start hat der Startstrom einen nicht akzeptablen Wert und kann die elektrische Verteilungsausrüstung beschädigen. Um dies zu vermeiden, sollte das ACS die Einbindung von Recheneinheiten gemäß der Auslösesequenz nacheinander vornehmen.
Hinweis Es gibt zwei Arten von Netzteilen: mit und ohne Sanftanlauf. Im ersten Fall wird die Kapazität des Gleichrichters über einen Thermistor mit einem kleinen Strom aufgeladen, der den Stromimpuls beim Anschluss an das Stromnetz verringert, aber ziemlich hoch bleibt. Im zweiten Fall werden die Kondensatoren zum Zeitpunkt des Einschaltens mit dem maximalen Strom aufgeladen, was zu den oben genannten Problemen führt, selbst wenn mehrere Netzteile angeschlossen sind. Meistens berücksichtigt niemand diese Faktoren.
Aber was ist, wenn wir brennen?
Eine andere Situation. Wenn ein Feuerlöschsystem im Behälter installiert ist (und viele Hersteller speichern es aus irgendeinem Grund), kann es nur aus zwei Gründen funktionieren: übermäßige Temperatur oder Rauch. Es gibt Lösungen mit der Verwendung von Wärmebildkameras, die jedoch mehrere Einschränkungen aufweisen. Die Versorgungseinheit liefert ca. 50.000 m3 Luft pro Stunde. Bei einem solchen Durchfluss erwärmt das Vorhandensein einer starken Zündquelle die Luft nicht, und Rauch tritt aus, noch bevor er den unter der Decke befindlichen Sensor erreicht.
Es stellt sich heraus, dass die Definition von Feuer durch Standardmethoden in diesem Fall unmöglich ist und daher eine rechtzeitige Unterdrückung des Feuers nicht möglich ist. Vor dem Löschen eines Feuers muss die Luftversorgungseinheit vollständig ausgeschaltet, alle Stromverbraucher abgeschaltet und bei Verwendung von Gas-Feuerlöschsystemen die Dichtheit des Behälters durch Absenken der Verschlüsse sichergestellt werden. Ein solcher Algorithmus zum Arbeiten in Containern ohne ACS ist einfach nicht möglich. Wenn sie ausgelöst werden, führt die Verwendung von Pulver-Feuerlöschsystemen zu enormen Schäden an der Elektronik, und die Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit eines solchen Objekts wird lange dauern.
Betrachten Sie ein anderes Beispiel. Unter bestimmten klimatischen Bedingungen tritt im Raum ein Taupunkt auf. Selbst nach einer kleinen Ausfallzeit im Zusammenhang mit einem technologischen Stillstand oder einer Wartung kann sich im Behälter Feuchtigkeit ansammeln, und wenn die Temperatur sinkt, kann sie sich in Form von Tau auf der Oberfläche von Bergmannsbrettern manifestieren. Das Starten in einer solchen Situation droht die Elektronik zu beschädigen. Das ACS-System muss die Startbedingungen der Elektronik überwachen und einen Start bei kritischer Luftfeuchtigkeit verhindern, um teure Geräte vor Beschädigungen zu schützen.
Häufiger ist das Einfrieren von Geräten. Wenn dies bei einem Miner passiert, der an Grafikkarten arbeitet, erfordert das Einfrieren einen Neustart des Systems. Um dieses Problem zu lösen, werden normalerweise einfache Watchdog-Timer verwendet, die ein Ende mit dem USB-Anschluss des Motherboards und das andere mit der Reset-Taste verbinden. Wenn jedoch der Kühler der Grafikkarte ausfällt, muss der Miner so schnell wie möglich getrennt werden. Wenn eine Person in der Nähe sitzt und den Abbauprozess steuert, kann sie dies natürlich über den Netzschalter tun. Bis zu diesem Zeitpunkt arbeitet die Grafikkarte jedoch im Überhitzungsmodus, wodurch der Prozessor beschädigt werden kann. Die Fernsteuerung jedes Bergmanns fehlt in fast allen Containern auf dem Markt. Auf den ersten Blick ist dies nicht wesentlich, aber in der Praxis bleiben verschiedene Probleme beim Betrieb des Geräts recht häufig und erfordern einen sofortigen Stromausfall, um Schäden zu vermeiden.
Grundlagen der effektiven Arbeit von ACS im Bergbau
Für den korrekten und langfristigen Betrieb eines Objekts ist ein sorgfältiges Zusammenspiel aller Systeme erforderlich. Es ist auch erforderlich, einen ausreichenden Satz von Aktuatoren einzurichten, damit das ACS die Anlage vollständig steuern kann. Es ist schwierig, alle möglichen Situationen vorherzusagen, da sie in der Regel nicht offensichtlich sind und daher manchmal unmöglich und fantastisch erscheinen. Statistiken über Gerätereparaturen und Brände in solchen Einrichtungen weisen jedoch auf das Gegenteil hin.
Ein korrekter Betrieb des Geräts ist nur möglich, wenn in der SPS durchdachte Zyklogramme programmiert sind. Diese Zyklogramme sollten einen automatischen Übergang von einem Modus in einen anderen ermöglichen. Zum Beispiel wäre es nach dem Anlegen von Strom logisch, die Spannungspegel des Netzes zu überprüfen, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Behälter zu überprüfen und gegebenenfalls die Luftheizung mit Heißluftpistolen einzuschalten. Und bis sich alle Parameter wieder normalisiert haben, ist es nicht akzeptabel, die Bergbaumaschinen mit Strom zu versorgen.
Die Einbeziehung der Bergleute muss schrittweise erfolgen, wobei jeder Bergmann abwechselnd mit Strom versorgt wird. Gleichzeitig ist es notwendig, den Betrieb der Versorgungseinheit im gewünschten Modus sicherzustellen. Tatsache ist, dass im Winter die Lufttemperatur manchmal auf –40 ... –30 ° C fällt. Es ist unmöglich, Geräte, die gerade erst anfangen, mit so kalter Luft abzubauen, zu spülen. Es ist notwendig, ein Gleichgewicht zwischen der Erwärmung der Luft durch die Bergleute im Behälter und dem Einströmen von kalter Luft aufrechtzuerhalten.
Das ACS-System muss auch mit dem Feuerlöschsystem interagieren und gegebenenfalls die Versorgungslüftung sofort ausschalten, die Stromversorgung aller Geräte unterbrechen und die Klappen schließen.
Für den genauen Betrieb aller Modi und fehlerfreie Übergänge von Modus zu Modus auf Wunsch des Bedieners oder wenn bestimmte Anzeigen von den Sensoren auftreten, sollte ein geeignetes Sequenzdiagramm erstellt werden. Es ist wichtig, alle möglichen Situationen vorauszusehen, in denen sich ein Container mit Ausrüstung befinden kann, und den korrekten Übergang von einem Zustand in einen anderen sicherzustellen. Nur wenn alle Situationen beschrieben sind, die Logik der Arbeit des Containers ausgearbeitet und alle Tests durchgeführt wurden, können wir sagen, dass das Objekt in allen möglichen Situationen ordnungsgemäß funktioniert und der menschliche Faktor die Aktualität der Aktionen nicht beeinflusst. Da alle Systeme regelmäßig Daten miteinander austauschen, wird ein Ausfall sofort erkannt. Wenn beispielsweise der Motor des Luftversorgungsaggregats ausfällt, kann dies bereits vor Beginn der Überhitzung der Geräte im Container festgestellt werden, da das automatische Steuerungssystem automatisch reagiert.
Die Kosten solcher ACS-Systeme sind relativ niedrig - zumindest im Vergleich zu den Kosten aller Bergleute und ihren möglichen Reparaturen. Und mit dem richtigen Ansatz für das Design von ACS reagiert das Steuerungssystem nicht nur auf bereits eingetretene Ereignisse, sondern sagt auch mögliche Geräteausfälle voraus, indem es die Messwerte verschiedener Sensoren mit bereits gesammelten Informationen vergleicht. Dadurch werden die Betriebskosten der Geräte erheblich reduziert und die Verwaltung eines solchen Objekts wird wirklich entfernt und effizient.