50 NASSGEWINNUNG & AUFBEREITUNG Visualisierung unter Wasser DURCHBLICK: Die Daten werden dem Baggerführer auf einem Touchscreen-Monitor in zwei Bildebenen dargestellt. Ebenso kann die Windensteuerung der Verholautomatik in der Software der SPE-Abbaukontrollanlage angezeigt werden. Grafiken/Screenshots: SPE In jüngster Zeit ist eine rasante Entwicklung im Umfeld der Abbaukontrolle zu beobachten. Was ursprünglich mit der Erfassung von Betriebsdaten begann, reicht inzwischen bis hin zur (Teil-)Automatisierung des Gewinnungsbetriebes. Durch Vernetzung und Selbststeuerung zeichnet sich eine weiter zunehmende Digitalisierung mit dem Ziel der Vollautomatisierung bei der Nassgewinnung von Sand und Kies ab. Der Einsatz von Abbaukontrollanlagen bei der Nassgewinnung von Sand und Kies erlaubt eine Visualisierung der Vorgänge unter Wasser, ermöglicht damit eine Minimierung der söhligen Gewinnungsverluste und kann bei fachgerechtem Einsatz durch eine Minimierung des Schadenspotenzials im Zuge der Böschungsbaggerung zur Betriebssicherheit beitragen. Nach Tendenzen der Marktbereinigung in den vergangenen Jahren ist nunmehr eine übersichtliche Anzahl von leistungsfähigen Anbietern für moderne Anlagen zur Abbaukontrolle verblieben, darunter auch die SPE GmbH & Co. KG, deren Abbaukontrollanlage SPE, Typ Marpo_DGPS, durch einen passgenauen Funktionsumfang gekennzeichnet ist. Schritt für Schritt zur sicheren Nassgewinnung Konfiguration des digitalen Geländemodells: Vor der Installation werden Daten der Lagerstättenerkundung, Auflagen gemäß Planfeststellung zu Abbaugrenzen, Sollböschungsneigungen und gegebenenfalls zu Bauverbotszonen etc. sowie die Konstruktionsgeometrie des Schwimmbaggers in den Bordrechner eingegeben. Positionierung des Baggers: Die Position des Baggers wird über Satellitendaten bestimmt. Die Positionsdaten werden via Kabel oder Funk auf den Bordrechner übertragen und dort verarbeitet. Die Lage der Gewässersohle wird z. B. mit einem Echolot gemessen. Positionierung des Lösewerkzeuges: Die Tiefe des Lösewerkzeuges wird mittels Druckmessdose/Winkelmesser bestimmt oder direkt von der Steuerung (SPS) übertragen. Die Lage des Werkzeuges wird unter Berücksichtigung der Gerätegeometrie des Baggers ebenfalls über die Positionierung ermittelt. Option für 360°-Sonar: Bei Baggerungen in größeren Tiefen kann das Baggerfeld einschließlich Böschungsbereich durch ein 360°-Sonar fortlaufend kontrolliert werden. Dabei wird die sich einstellende Böschung und zulaufendes Material während der Baggerung kontinuierlich auf dem Bildschirm angezeigt, während der Bordrechner die Messdaten verarbeitet. Eingabe des Baggerseespiegels: Änderungen des Baggerseespiegels werden manuell oder mittels Funkpegel in den Rechner eingegeben. Visualisierung der Gewinnungsarbeit: Die Daten werden dem Baggerführer auf einem Touchscreen-Monitor in zwei Bildebenen dargestellt: Bildebene I: Lageplan, Position des Baggers, Topografie der Gewässersohle, Abbaugrenzen, Böschungsfußlinie sowie Schnittlinie für Bildebene II. Bildebene II: Vertikalschnitt, Geländemodell mit Position des Lösewerkzeuges sowie Soll- und Ist-Böschung. Auswertung der Baggerdaten: Die Positions-, Zeit- und Tiefendaten der Baggerung werden fortlaufend im Bordrechner gespeichert und stehen der Betriebsleitung zur Auswertung mit der Bürosoftware zur Verfügung. Dabei können der GESTEINS PERSPEKTIVEN 5/2019
NASSGEWINNUNG & AUFBEREITUNG 51 Abbaufortschritt durch Lagepläne, Tiefenkarten und Querprofile dargestellt sowie Produktions- und Restmengenermittlungen durchgeführt werden. Mehr als nur Kontrolle Zielsetzung dieser Konzeption ist neben einer Steigerung der Produktivität bei der Nassgewinnung von Sand und Kies auch eine erhöhte Sicherheit bei gleichzeitiger Reduzierung der Personalkosten. In Ergänzung zur Abbaukontrolle tragen dazu die Erfassung von Betriebsdaten, die weitgehende Automatisierung des Gewinnungsbetriebes sowie die Vernetzung und Verarbeitung der gewonnenen Daten bei. Für die Erfassung der Betriebsdaten müssen die einzelnen Systeme, welche in die Automatisierung einbezogen werden sollen, mit entsprechenden Messsystemen und Sensoren nachgerüstet werden, da ältere Steuerungen die Möglichkeiten zur Messdatenerfassung nicht vorsehen. So werden die im Betrieb vorhandenen Einzelsysteme wie Bandstraße, Bandwaage, Bagger- bzw. Jetpumpe, Schöpfrad, Siebanlage etc. mit Energiemess- bzw. Durchflussmessgeräten ausgestattet, welche in die SPS eingebunden werden. Neben den Betriebsstunden pro Einzelsystem lassen sich so Parameter wie elektrische Ströme, Durchflussmengen und Pumpendrücke über die Zeit aufzeichnen. Ziel ist es, für den Gewinnungsbetrieb diese Parameter in verwendbare Größen wie kWh/t bzw. Euro/t zu übersetzen. Die Daten der Einzelsysteme werden gebündelt und über industrielle Datentransferprotokolle entweder über das Internet oder auf einen lokalen Server in einer Datenbank gespeichert. Weiterführend stehen sie dann über internetfähige Visualisierungssysteme (Browserdashboard) dem Betriebsleiter zur Verfügung. Derzeitiger Stand der Technik bei der Nassgewinnung von Sand und Kies ist der Einsatz einer Abbaukontrollanlage, mit der durch die passende Sensorik (GPS, Singlebeam-Echolot, Multibeam-Sonar, Tiefensensor des Lösewerkzeugs) der Gewinnungsprozess überwacht und dem Baggerführer bereits ausgekieste Areale angezeigt werden können. Für eine weitere Automatisierung des Gewinnungsbetriebs sind zusätzliche Kernelemente wie die automatische Verholsteuerung und – im Fall eines Saugbaggers – eine Saugrohrautomatik notwendig. Die Saugrohrautomatik verwendet eine Vorklassifikation des Materials durch am Saugrohr angebrachte Sensorik, wodurch es möglich wird, gefördertes Material von reinem Wasser zu unterscheiden. Das Saugrohr wird beim Fördern von Wasser ohne Material automatisch in Richtung des liegenden Materials geführt. In einem weiteren Schritt soll das geförderte Material weiterhin klassifiziert werden (Sand, Sand-Kies- Gemisch, Kies). Die aus der Betriebsdatenerfassung erhobenen Parameter sollen mit den Erkenntnissen aus der Vorklassifikation des gewonnenen Materials am Saugrohr dazu verwendet werden, die Energiezufuhr der einzelnen Systeme (Bandstraße, Pumpendrücke etc.) je nach Art des geförderten Materials anzupassen. Auf diese Weise kann der Energieverbrauch minimiert werden. Übergreifende Zielsetzung im Bereich Industrie 4.0 ist die Vernetzung der beschriebenen Systeme durch Datenbanken und die Verarbeitung dieser gebündelten Daten durch eine künstliche Intelligenz (KI). Das heißt, die Abbaukontrollanlage, die Betriebsdaten, die Möglichkeiten zur automatisierten Verholung des Baggers sowie die Saugrohrautomatik sollen in einem letzten Schritt einer KI zur Entscheidungsfindung übergeben werden, welche anhand der erzeugten Datengrundlage die Gewinnung effizient ohne Eingriff von Personal in nicht allzu ferner Zukunft steuert. Durch die gesteigerte Rechenleistung in der Computertechnik sowie die verschiedenen Vernetzungsmöglichkeiten werden Methoden aus dem Bereich Deep Learning und neuronale Netze immer effizienter und schneller einsetzbar. www.spe-electronics.de WASSER MARSCH Pumpen gibt’s auch zur Miete Xylem stellte in diesem Frühjahr auf der bauma die neue selbst ansaugende Pumpe Godwin CD150S vor. Besonders interessant daran: Je nach Anforderung kann das Laufrad ausgetauscht werden. So ist die Pumpe für die Baustellenentwässerung von Schmutzwasser und sogar für Abwasserumleitungslösungen mit faserhaltigem Abwasser einsetzbar. Intelligent wird die Einheit in Verbindung mit der Xylem Field Smart Technology. Die Godwin CD 150S kann dadurch von überall gesteuert und überwacht werden, sofern ein internetfähiges Endgerät verfügbar ist. Dank Euro-5-Motor spart die neue Godwin-Pumpe 90 % Dieselemissionen gegenüber ihrem Vorgänger und braucht zudem 15 % weniger Kraftstoff. Ebenfalls neu im Programm ist die Tauchmotorpumpe Flygt 2201 für den Einsatz im Bergund Tagebau sowie auf Baustellen. Die Pumpe ist so robust, dass selbst stark abrasive Medien bis zu 140 m hoch gefördert werden können. IMMER PARAT: Flygt-Pumpen der BIBO- Reihe leisten Enormes und sind auch über den Mietservice erhältlich. Foto: Xylem Mit 6000 Produkten innerhalb Europas und weltweit 20.000 im Einsatz zeigt sich Xylem nicht nur als Wassertechnologie-Experte, sondern auch als leistungsfähiger Anbieter von Mietlösungen. www.xylem.de 5/2019 GESTEINS PERSPEKTIVEN
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