A julgar pela taxa de crescimento da complexidade da rede, uma enorme quantidade de equipamentos de mineração é colocada em operação todos os dias. O ritmo é alto e as empresas que operam equipamentos de mineração em escala industrial não têm tempo para projetar data centers completos com o nível adequado de segurança e automação.
Lançamentos bem-sucedidos e experiência operacional de equipamentos nos primeiros dias ou até meses aumentam a confiança na confiabilidade do equipamento. E os clientes que colocam o equipamento em hotéis de mineração têm certeza de que seu hardware está em boas mãos. Vamos ver o que é o hotel de mineração do século XXI.
ACS em Mineração
ACS significa "Sistema de Controle Automatizado". Esse sistema pode controlar processos de produção, estacionamento automático e caldeira a gás, além de ser útil na mineração.
No início do desenvolvimento da indústria, ao lado de cada equipamento havia um especialista que o controlava e monitorava a saúde de seu trabalho. Assim, elevadores controlavam o elevador, carregadores abriam as portas e os aviões eram engenheiros de vôo.
Hoje, a situação na mineração se assemelha ao século passado. Nos hotéis de mineração, as máquinas elétricas são usadas para proteção elétrica e acredita-se que esse nível de proteção seja suficiente. Ligar e desligar os mineiros é realizado pelo pessoal de manutenção, de maneira simples - retirando o plugue da tomada. O sistema de ventilação é muitas vezes automatizado e estabiliza a temperatura na sala, o que é suficiente. As coisas mais difíceis são com o sistema de extinção de incêndio. Na maioria das vezes, o equipamento de mineração está localizado em instalações industriais de uma grande área e com tetos altos. Com essa abordagem, os sistemas de extinção de incêndio a gás são caros de usar e os sistemas de pó são ineficazes. Por esse motivo, na maioria dos hotéis, o sistema de extinção de incêndios em minas não é fornecido.
E agora vamos imaginar como deve ser um hotel de mineração moderno do século 21. A primeira coisa que gostaria de fazer para aumentar a eficiência e a segurança é eliminar o fator humano e usar o ACS para controlar todo o sistema. Os elementos ACS são um gabinete de automação, atuadores, sensores e um controlador. No próprio gabinete existem muitos blocos: CLP (Controlador Lógico Programável), módulos de expansão para várias interfaces, máquinas elétricas, barramentos de força, conversores de sinal de sensores, conversores de sinal para atuadores, conversores de frequência, etc. O painel frontal do gabinete é geralmente equipado com controles - botões, interruptores e indicadores dos modos de operação.
O controlador lógico é um dispositivo muito confiável. Em geral, a palavra confiabilidade é o nome do meio do ACS. Imagine o que acontecerá se o elevador decidir abrir de repente as portas enquanto estiver dirigindo e o avião puxar o trem de pouso. É por isso que a segurança e a operação ininterrupta do ACS sempre recebem a máxima atenção.
No gabinete do ACS, existem muitos fios para os sensores e atuadores. Por exemplo, em sistemas de ventilação, você pode encontrar sensores de temperatura, vazão, pressão e atuadores - atuadores que controlam as válvulas.
Um elemento importante do ACS é o programa PLC. Determina o comportamento do sistema em várias situações, controla os atuadores, processa dados de sensores externos.
ACS ou operador?
Muitas vezes, instalações grandes e caras ainda são monitoradas por um operador humano. O operador fica na estação de trabalho com controle remoto (Estação de Trabalho). Na tela do monitor desse controle remoto, os parâmetros operacionais de todo o sistema são visíveis. Um diagrama claro de imitação exibe muitos dados de maneira confiável, e uma olhada na tela é suficiente para entender o que está acontecendo com o equipamento. Todos os dados e controles são reunidos em um único local, uma espécie de painel de controle original de um pequeno universo.
Se você comparar o sistema ACS com um funcionário que possa monitorar e gerenciar o sistema manualmente, poderá identificar várias vantagens óbvias. O ACS trabalha 24 horas por dia, não se cansa, não para de fumar, não se senta nas redes sociais, não se distrai com telefonemas e não comete erros. E os processos realizados são previsíveis e repetíveis. Além disso, não se deve esquecer que uma pessoa não pode reagir a uma situação com a velocidade necessária. Por exemplo, é difícil imaginar que é possível pressionar um botão especial no carro para implantar airbags quando necessário. A eletrônica, por outro lado, faz isso de forma confiável, a uma determinada velocidade e somente quando é realmente necessário; nessa fração de segundo quando será seguro e eficaz.
A mineração industrial requer a operação coordenada de todos os sistemas: sistemas de ventilação e distribuição elétrica, sistemas de extinção de incêndio, redes locais, sistemas de segurança, sistemas de controle de acesso, além de acesso confiável à Internet com um canal de comunicação de backup. Todos esses sistemas precisam ser gerenciados com eficiência e em tempo real.
A mineração é um processo complexo, o equipamento de mineração de criptomoeda é muito caro e qualquer tempo de inatividade leva a perdas financeiras significativas. Manutenção e reparos frequentes, novamente, causam uma série de novos períodos de inatividade e resultam em grandes perdas. Também são conhecidos casos de incêndios em fazendas de mineração com perdas de milhões de dólares. Todos esses fatores indicam que a operação industrial de equipamentos de mineração é um processo responsável e complexo e é impossível deixá-lo sem automação!
Objetos para mineração industrial
Existem dois tipos principais de objetos para mineração industrial: um hotel de mineração e um contêiner móvel. No primeiro caso, o equipamento de mineração está localizado em racks no interior do edifício. Como regra, nesses edifícios há muito espaço livre, tetos altos, muito espaço para a colocação de equipamentos de ventilação e distribuição. Mas, do nosso ponto de vista, há um menos significativo - a estacionariedade de tais objetos. No segundo caso, o equipamento está localizado dentro do contêiner móvel. Os lugares aqui são muito menores, o equipamento é mais denso, os tetos são mais baixos. As paredes metálicas do contêiner têm um isolamento térmico ruim: no inverno, durante a manutenção, o contêiner desligado congela, no verão é muito quente ao sol. No prédio onde as fazendas de mineração estão localizadas, geralmente está sentado um especialista envolvido na definição de parâmetros e no monitoramento da operação do equipamento, manutenção e reparo do sistema. Esse especialista não pode estar perto do contêiner e, como regra, ele vem apenas quando necessário para o serviço pós-venda e, no período principal, ele está no console do AWP.
ACS para contêiner de mineração
Agora no mercado existem muitas soluções em forma de contêineres para mineração industrial. Eles diferem não apenas no design e no princípio de operação do sistema de refrigeração, mas também nos sistemas ACS. Na maioria das vezes, dentro desses contêineres existe um armário de distribuição elétrica, composto por uma máquina introdutória e uma unidade de medição de eletricidade. Do gabinete, muitos cabos de energia se estendem até as tomadas dos mineiros localizados nas prateleiras. Muitas, mas nem todas as soluções, usam máquinas separadas para cada tomada. Do ponto de vista das regras para operação de instalações elétricas, máquinas separadas para cada minerador são simplesmente necessárias, mas os fabricantes geralmente negligenciam essa regra simples. Por exemplo, o popular ASIC Antminer S9 consome cerca de 1300 W e a ausência de uma máquina simples no caso de uma falha na fonte de alimentação pode causar um incêndio. Assim, para aumentar a segurança, é necessário o uso de máquinas individuais.
Também no contêiner está um equipamento de comutação de rede que fornece acesso à Internet. Quanto ao sistema de ventilação, tudo é muito mais interessante e complicado. Na maioria das vezes, o resfriamento livre é usado para resfriamento. Dentro do contêiner, é necessário manter uma temperatura constante e confortável para os equipamentos de mineração a 30-40 ° C, e isso pode ser feito ajustando a velocidade do motor da unidade de suprimento. Como regra, são utilizados conversores de frequência especializados para instalações de ventilação. E, em geral, toda a gama de equipamentos parece lógica e eficiente. Os fabricantes garantem que o contêiner seja eficiente, seguro e totalmente operacional.
Nossa experiência de força maior na mineração
Vamos considerar a seguinte situação. O contêiner trabalhou no inverno por vários dias, após os quais houve uma queda de energia tecnológica por 2 horas. E na rua há uma temperatura de –30 ° C. O contêiner congela durante essas 2 horas; todos os componentes eletrônicos, portanto, esfriam até os mesmos -30 ° C e, após duas horas, a energia é fornecida ao contêiner ... A propósito, essa é uma situação bastante típica em condições adversas de inverno. A maioria dos contêineres oferecidos no mercado não possui um cronograma de inicialização em que o sistema com um ACS deve garantir que a temperatura dentro do contêiner não corresponda à temperatura operacional dos eletrônicos e inicie o pré-aquecimento. E somente depois de atingir uma temperatura positiva, inicie o lançamento da eletrônica. Em altas temperaturas congelantes, a maioria dos eletrônicos de consumo, como placas-mãe, processadores e memória, não funciona. Existe também o risco de quebra de equipamentos de mineração.
Outro problema significativo é a conexão simultânea de um grande número de fontes de alimentação à rede elétrica. Por exemplo, em fontes de alimentação sem um soft starter, a corrente de partida é de cerca de 100 amperes e 10 fontes de alimentação já fornecerão 1 kA! Imagine agora que você tem 10 contêineres, cada um contendo 100 fontes de alimentação. Com uma partida simultânea, a corrente de partida terá um valor inaceitável e poderá danificar o equipamento de distribuição elétrica. Para evitar isso, o ACS deve fazer a inclusão de unidades de computação sequencialmente, de acordo com a sequência de disparo.
Nota Existem dois tipos de fontes de alimentação: com partida suave e sem. No primeiro caso, a capacitância do retificador é carregada através de um termistor com uma corrente pequena, o que reduz o pulso de corrente quando conectado à rede elétrica, mas permanece bastante alto. No segundo caso, no momento da ligação, os capacitores são carregados com a corrente máxima, o que leva aos problemas acima, mesmo quando várias PSUs estão conectadas. Na maioria das vezes, ninguém leva em consideração esses fatores.
Mas e se nós queimarmos?
Outra situação. Se um sistema de extinção de incêndio estiver instalado no contêiner (e muitos fabricantes o estiverem salvando por algum motivo), ele poderá funcionar apenas por dois motivos: temperatura excessiva ou fumaça. Existem soluções com o uso de termovisores, mas eles têm várias limitações. A unidade de suprimento fornece aproximadamente 50.000 m3 de ar por hora. Com esse fluxo, a presença de até uma fonte forte de ignição não aquece o ar e a fumaça sopra antes mesmo de atingir o sensor localizado sob o teto.
Acontece que a definição de incêndio por métodos padrão neste caso é impossível e, portanto, a supressão oportuna do incêndio não é viável. Além disso, antes de apagar um incêndio, será necessário desligar completamente o sistema de suprimento de ar, desconectar todos os consumidores atuais e, se forem utilizados sistemas de extinção de gás, verifique se o contêiner é à prova de vazamento abaixando as persianas. Esse algoritmo para trabalhar em contêineres sem ACS simplesmente não é possível. Além disso, se acionado, o uso de sistemas de extinção de incêndios em pó causará enormes danos aos eletrônicos, e a restauração da operabilidade de um objeto desse tipo levará muito tempo.
Considere outro exemplo. Sob certas condições climáticas, um ponto de orvalho ocorre na sala. Dentro do contêiner, mesmo após um pequeno tempo de inatividade associado a um desligamento ou manutenção tecnológica, a umidade pode se acumular e, quando a temperatura cai, ela pode se manifestar na forma de orvalho na superfície das placas de mineração. Começar em tal situação ameaça danificar os eletrônicos. O sistema ACS deve monitorar as condições de partida dos eletrônicos e impedir a inicialização quando ocorrer umidade crítica para proteger equipamentos caros de danos.
Situações mais frequentes são congelamentos de equipamentos. Se isso acontecer com um minerador trabalhando em placas de vídeo, o congelamento exigirá uma reinicialização do sistema. Para resolver esse problema, geralmente são usados cronômetros simples de vigilância que conectam uma extremidade à porta USB da placa-mãe e a outra ao botão Redefinir. No entanto, se o cooler da placa de vídeo quebrar, será necessário desconectar o minerador o mais rápido possível. Se uma pessoa se sentar nas proximidades e controlar o processo de mineração, é claro que será capaz de fazer isso usando o interruptor da fonte de alimentação. Mas até esse momento, a placa de vídeo funcionará no modo de superaquecimento, o que pode danificar o processador. O gerenciamento remoto de energia de cada minerador está ausente em quase todos os contêineres no mercado. À primeira vista, isso não é significativo, mas, na prática, vários problemas na operação do equipamento permanecem bastante frequentes e requerem uma queda de energia imediata para evitar danos.
Fundamentos do trabalho efetivo da ACS na mineração
Para a operação correta e de longo prazo de um objeto, é necessária uma interação cuidadosa de todos os sistemas. Também é necessário estabelecer um conjunto suficiente de atuadores para que o ACS possa controlar totalmente a instalação. É difícil prever todas as situações possíveis, como regra, elas não são completamente óbvias, portanto, às vezes, parecem impossíveis e fantásticas. No entanto, as estatísticas sobre reparos de equipamentos e incêndios nessas instalações indicam o contrário.
A operação correta do equipamento é possível apenas se houver ciclogramas bem pensados programados no PLC. Esses ciclogramas devem fornecer uma transição automática de um modo para outro. Por exemplo, depois de aplicar energia, seria lógico verificar os níveis de tensão da rede, verificar a temperatura e a umidade no interior do contêiner e, se necessário, ligar o aquecimento do ar com pistolas de calor. E até que todos os parâmetros voltem ao normal, é inaceitável fornecer energia ao equipamento de mineração.
A inclusão dos mineradores deve ser realizada em etapas, fornecendo alternadamente energia a cada minerador. Ao mesmo tempo, é necessário garantir o funcionamento da unidade de suprimento no modo desejado. O fato é que no inverno a temperatura do ar às vezes cai para –40 ... –30 ° C. É impossível purgar equipamentos que estão apenas começando a minerar com tanto ar frio. É necessário manter um equilíbrio entre o aquecimento do ar pelos mineiros dentro do contêiner e o influxo de ar frio.
O sistema ACS também deve interagir com o sistema de extinção de incêndio e, se necessário, desligar imediatamente a ventilação de suprimento, removendo a energia de todos os equipamentos e fechando os amortecedores.
Para uma operação precisa de todos os modos e transições sem erros de um modo para outro, a pedido do operador ou quando certas indicações dos sensores ocorrerem, um diagrama de sequência apropriado deve ser elaborado. É importante prever todas as situações possíveis em que um contêiner com equipamento possa estar localizado e garantir a transição correta de um estado para outro. Somente quando todas as situações são descritas, a lógica do trabalho do contêiner é elaborada e todos os testes são realizados, podemos dizer que o objeto funcionará corretamente em todas as situações possíveis e o fator humano não afetará a pontualidade das ações. Como todos os sistemas trocam dados regularmente, falhas de qualquer um deles serão imediatamente detectadas. Por exemplo, se o motor da unidade de suprimento de ar falhar, será possível descobrir isso antes mesmo que o superaquecimento do equipamento comece no contêiner, pois o sistema de controle automático responderá automaticamente.
Quanto ao custo de tais sistemas ACS, seu preço é relativamente baixo - pelo menos em comparação com o custo de todos os mineiros e seus possíveis reparos. E com a abordagem correta para o design do ACS, o sistema de controle não apenas responderá a eventos que já ocorreram, mas também preverá possíveis falhas no equipamento comparando as leituras de vários sensores com as informações já acumuladas. Assim, o custo de operação do equipamento será reduzido significativamente e o gerenciamento de um objeto desse tipo se tornará verdadeiramente remoto e eficiente.