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GesteinsPerspektiven 02/20

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38 DIGITALISIERUNG – AUTOMATISIERUNG – SENSORIK Abbaukontrolle: Mehr Der Bereich Abbaukontrolle bzw. Abbaumonitoring in der Nassgewinnung hat in den letzten zwanzig Jahren eine rasante Entwicklung durchlaufen. Viel Energie haben die Entwickler der verschiedenen Unternehmen in die Bereiche Datenerfassung, Darstellung der Messergebnisse und vernünftige Reaktionszeiten der Systeme investiert. Die Zeit ist aber längst reif, sich vermehrt Gedanken über die Sensorik zu machen. Die Positionsbestimmung ist da kein großes Thema mehr. Anders sieht es mit den Sensoren zur Tiefenerfassung aus. Neben Single-Spot-Echoloten gibt es eine ganze Palette von Sensoren, die heute noch ganz andere Bilder liefern können von dem, was wir unter Wasser nicht sehen. DER „SCOUT“ verkörpert einen Ansatz, der mit dem Einsatz mobiler, quasi autonom fahrender Sonden an verschiedenen Stellen untersucht und erprobt wird. Das primäre Ziel der Abbaukontrolle ist die Bereitstellung der Information über die Position des Gewinnungsgerätes, die aktuelle Tiefe und die zulässige Tiefe an genau dieser Stelle. Mit einem GPS – besser DGPS – und einigen Sensoren am Abbaugerät selbst, wie Lagesensoren für Saugbzw. Eimerkettenbagger oder einer Seillängenmessung für Tiefengreifer, kann die Aufgabe mit guter Genauigkeit gelöst werden. Die Position des Gewinnungsgerätes bzw. des Lösewerkzeugs kann aufgrund der Genauigkeit und der Verlässlichkeit der Sensoren als vertrauenswürdig angesehen werden. Aber wie sieht es mit dem Umfeld aus? Die normale Lösung wird in der Regel mit einigen Echolot-Sonden realisiert, die rund um das Abbaugerät angeordnet werden. Damit wird das Sichtfeld um das Abbaugerät schon erheblich erweitert. Die Bereiche in einiger Entfernung des Abbaugerätes bleiben aber außen vor. Ein Ansatz, der an verschiedenen Stellen untersucht und erprobt wird, ist der Einsatz mobiler, quasi autonom fahrender Sonden. Hier haben wir es aber mit einer technisch komplexen Komponente zu tun, die in Bezug auf Investitions- und Betriebskosten nicht gerade unerheblich zu Buche schlägt. Auch in Bezug auf die Energieversorgung gibt es noch Aufgaben zu lösen, da eine Batterieversorgung relativ teuer und pflegeintensiv ist. Es gibt bereits Lösungen mit Eigenenergieerzeugung an Bord, die zwar das Betriebsproblem lösen, aber im Handling mit dem Brennstoff auch nicht der Weisheit letzter Schluss sein können. Überlegungen mit einer Brennstoffzelle wurden ebenfalls bereits konzeptionell durchgeführt, aber noch nicht realisiert, da diese Technik noch sehr jung ist. Weite Bereiche möglichst schnell genau aufnehmen Eine Zusammenfassung des bisher Dargestellten führt zwangsläufig zu dem Ergebnis, dass, bei aller technischen Attraktivität der vorgenannten Ansätze eine Lösung mit geeigneten Sensoren an Bord des Gewinnungsgerätes definitiv ihren Charme hat. Bei den infrage kommenden Sensoren geht es ja darum, von einem Punkt am Gewinnungsgerät einen weiten Bereich unter Wasser möglichst schnell mit hoher zeitlicher Auflösung und guter Genauigkeit aufnehmen zu können. Ein Lösungsansatz ist hier zum Beispiel der Einsatz eines Dual-Axis-Sonars, mit dem ein kompletter Halbraum unter dem Gewinnungsgerät gescannt werden kann. Je nach örtlicher Auflösung dauert ein Scann von einigen Minuten bis zu einer Stunde. Theoretisch können sogar noch Messwerte in etwa 300 m Entfernung vom Gewinnungsgerät gewonnen werden. Die tatsächlich nutzbaren Bereiche hängen aber sehr vom Reflexionswinkel am Boden oder der Böschung ab. Weitere wichtige Einflussfaktoren sind die Trübung des Wassers, sonstige Schwebeteilchen und ggf. Strömungen im Wasser. Dennoch zeigen die Einsätze eines solchen Sensors unter ganz unterschiedlichen Einsatzbedingungen sehr erfreuliche Ergebnisse. In einem tiefen Gewässer, einem Bergsee, konnten Bereiche bei einer Tiefe von 80 m im Durchmesser von 200 bis 300 m mit guter Genauigkeit erfasst werden. Auch in eher sandigen Gewinnungsstätten liefert diese Technologie sehr hilfreiche Daten in Bezug auf die Mate- GESTEINS Perspektiven 2 | 2020

SENSORIK – AUTOMATISIERUNG – DIGITALISIERUNG 39 Details mit neuen Sensoren EXPLORER UND MULTI-BEAM-SENSOR (R.): Überlegungen mit einer Brennstoffzelle wurden bereits konzeptionell eruiert, aber noch nicht realisiert, da diese Technik sehr jung ist. rialbewegung und ebenso in Bezug auf das Verhalten der Böschung. Dennoch macht der Einsatz eines DAS nur Sinn, wenn auch eine entsprechende Wassertiefe erreicht wird. Bei Wassertiefen unter 15 bis 20 m ist der Einsatz eines solchen Sensors nur wenig sinnvoll. Wenn es um noch besser aufgelöste Bilder weit entfernt vom Gewinnungsgerät geht, also die Kombination von Online- und Offline-Vermessung, dann kann auch ein Multi-Beam-Sensor noch eine Stufe mehr liefern. Für den Einsatz auf einem Vermessungsboot ist neben dem Sensor auch eine Lageerfassung erforderlich, da jede Bewegung des Sensors zu einer Veränderung des Erfassungswinkels führt. Bei einem stationären Betrieb auf einem Gewinnungsgerät kann ein Multi-Beam-Sensor seine volle Leistungsfähigkeit nur ausspielen, wenn er um seine Vertikalachse automatisch rotiert, da in einem Messzyklus ja nur ein Querschnitt aufgenommen werden kann. Mit einem Multi-Beam-Sensor können Daten gewonnen werden, die schon recht eindrucksvoll zeigen, wie sich das Material im Gewinnungsprozess verhält. Auch im Falle der Rückverspülung wird ein guter Eindruck von der sich einstellenden Unterwasserlandschaft vermittelt. Ebenso liefert ein solcher Sensor hilfreiche Informationen zur erzielten Form bei der gezielten Einbringung von Material zur Herstellung einer bestimmten Kubatur. Die Aufgabe, echte Daten von Stördaten zu trennen Dual-Axis-Sonar und Multi-Beam haben für den Betriebsalltag durchaus unterschiedliche Eigenschaften. Das Dual- Axis-Sonar ist für einen unkomplizierten stationären Einsatz ausgelegt. Ein Multi- Beam-Sensor ist da schon bauart- und verkabelungsbedingt etwas pflegeintensiver. Beide Sensoren – Dual-Axis-Sonar und Muti-Beam – haben in Bezug auf die Daten, die sie liefern, einsatzbedingt einige Gemeinsamkeiten und sie liefern eine Unmenge von Datenpunkten. Ein Dual-Axis-Sonar liefert einige Zehntausend Datenpunkte bei einem Scann, der Multi-Beam-Sensor sogar einige Hunderttausend. Um diese Daten zügig zu verarbeiten, ist eine entsprechende Rechenleistung erforderlich. Dies stellt in der Regel aber heute kein wirkliches Problem mehr dar. Anders sieht es mit der inhaltlichen Seite der Daten aus, denn sie sind in der Form, wie sie vom Sensor kommen, nicht direkt verwendbar, sondern weisen aufgrund verschiedener Einflüsse eine Menge an Störungen auf. Dazu gehören unvermeidbare Störungen, die durch Saugrohr, Greiferschaufel oder durchs Wasser laufende Seile und Rohrleitungen verursacht werden. Hinzu kommen Reflexionen an Schwebstoffen und ggf. Mehrfachreflexionen am Grund oder in der Böschung. Natürlich gibt es auch Abschattungen. Um die Daten zu bereinigen, bedarf es passender Filtermethoden und einer gehörigen Portion an Know-how. Alle Erfahrung und alles Know-how hilft aber nur wenig, wenn die Daten automatisch verarbeitet werden müssen, und dies ist bei Abbaukontrollsystemen nun einmal der Fall. Uns hilft an dieser Stelle ein BOT-Programm, das Zugriff auf eine Vielzahl von unterschiedlichen DUAL-AXIS-SONAR: Mit einem solchen DAS- Sonar kann ein kompletter Halbraum unter dem Gewinnungsgerät gescannt werden. 2 | 2020 GESTEINS Perspektiven

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