Digitale Transformation von Bergwerken: Erkenntnisse von Vale

Die großen Bergbauunternehmen setzen auf die Digitalisierung, um die Betriebssicherheit und Effizienz zu verbessern. In der Regel beinhaltet dieser Prozess die Ergänzung der Standardbetriebstechnik durch Plattformen für das Internet der Dinge (IoT) und das industrielle IoT (IIoT). Diese beiden Welten umfassen eine breite Palette von Technologien. Allein für die Konnektivität können Bergbauunternehmen zwischen Standards wie Long-Term Evolution (LTE) und Global System for Mobile Communications (GSM) oder Low-Power-Wide-Area-Network-Protokollen (LPWAN) wie LoRa (Long Range) wählen. 

Um zu sehen, wie Bergbaubetreiber diese Technologien nutzen, veranstaltete der IIoT-Marktführer Worldsensing

mit dem brasilianischen Minenbetreiber Vale. Über die Antworten auf einige der Fragen, die am Ende der Sitzung unbeantwortet blieben, haben wir in einem anderen Beitrag berichtet, aber hier übergeben wir an Luiz Barreto, Operational Technology Architect bei Vale, für die Fragen, die die Perspektive eines Minenbetreibers erfordern. 

Für welche Art von Anwendungen haben Sie bei Vale IoT-Lösungen eingesetzt? Welche Geschäftsprobleme haben Sie mit IoT gelöst? Welche LoRa-Technologie haben Sie verwendet? Welche IoT-Plattform haben Sie implementiert?

Luiz: Bei Vale nutzen wir IIoT für Situationen, die nicht unternehmenskritisch sind und einen hohen Bedarf an Geräten oder tragbaren/akkubetriebenen Geräten haben. Wir implementieren IIoT-Lösungen u. a. für die Überwachung von Vibrationen, Walzen und Förderbändern, Umweltstationen, geotechnischen Instrumenten und Standort- und Näherungsanforderungen. Wir haben keine spezifische Plattform, sondern einen Mix aus Lösungen, die in einer Roadmap definiert wurden. 

Jedes Produkt, das eine wichtige Lücke füllt und unsere Architektur unterstützt, ist eine potenzielle Option für die Einführung.

Bevorzugen Sie bei der Maschinenautomatisierung und Fernverwaltung zentralisierte Gateways, die die Daten an die Analyse- und Erfassungsserver zurückübertragen? Oder bevorzugen Sie eigenständige Gateways für kritische Maschinen?

Luiz: Ich verbinde "kritische Maschinen" mit unternehmenskritischen Situationen. Diese Fälle sind eher mit OT-Anwendungen vergleichbar und sollten jede Anlage, die mit ihrer Steuerung zusammenhängt, als kritisch betrachten. Jeder Teil des Systems sollte sich in unmittelbarer Nähe befinden, mit minimaler Latenzzeit erreichbar sein und in jeder Hinsicht über Redundanz verfügen. Wir können die gesammelten Daten jedoch auch an eine höhere Ebene senden (in der Regel an ein IT-Netzwerk oder in die Cloud), damit Anwendungen für maschinelles Lernen weitere Informationen extrahieren, die Prozesse verbessern und die Daten mit anderen Quellen in Beziehung setzen können. 

Wir haben Geräte in unmittelbarer Nähe zu unseren kritischen Maschinen installiert, und diese Geräte können auch Daten an eine zentralisierte Lösung senden, die eine erweiterte Analyse ermöglicht. Im Falle des IIoT verwenden wir dazu oft eine zentralisierte Architektur, da die Datenanalyse auf einer höheren, zentralisierten Ebene und nicht im Feld erfolgt.

Was ist die größte Kommunikationsherausforderung für das IoT im Bergbau?

Luiz: Bergbauunternehmen haben in der Regel Betriebsstätten, die weit von öffentlichen Anschlüssen entfernt sind, so dass die Einrichtung privater Anschlussmöglichkeiten ein Muss ist. In diesem Bereich gibt es kein Patentrezept, und es müssen verschiedene Konnektivitätsoptionen für die Anforderungen jedes Standorts implementiert werden. LoRaWAN für IIoT ist eine Lösung, die im freien ISM-Band arbeitet und es uns ermöglicht, unser eigenes privates LoRa-Netzwerk in einer einfachen Architektur und zu geringen Kosten zu haben. Andere Optionen, wie LTE, 5G, Wi-Fi-Mesh oder dedizierte Funkverbindungen, sind oder werden für verschiedene Anwendungsfälle verfügbar werden.

Ist die mobile Kommunikation eine Anforderung für Vale in Bergbauanlagen? Ist Satellit eine Technologie, die Sie in Betracht ziehen, um diesen Bedarf zu decken?

Luiz: Ja, wir haben zum Beispiel Lösungen für Push-to-Talk-Funkgeräte und für die Standortverfolgung. Einige Geräte, die sich bewegen, wie autonome Bohrer, Terrassenmaschinen und Transportfahrzeuge, benötigen ebenfalls eine zuverlässige private Konnektivität im Feld. Der Satellit wird für abgelegene Standorte genutzt, an denen wir keine Konnektivität haben und Latenz kein Thema ist. Wir prüfen auch, ob wir Satelliten als zweite Option für Backhaul-Redundanz in bestimmten Situationen einsetzen können.

Welche Erwartungen haben Sie in Bezug auf autonome Transportsysteme für die nächsten fünf Jahre?

Luiz: Wir haben bereits autonome Transportfahrzeuge, Bohrmaschinen und Terrassenmaschinen. Das bringt große Sicherheitsvorteile mit sich, da der Arbeiter aus dem Arbeitsbereich herausgenommen wird, und sorgt für eine bessere betriebliche Effizienz. Einige andere Bergbauunternehmen haben diesen Weg bereits eingeschlagen, und wir sind der festen Überzeugung, dass sich diese Entwicklung fortsetzen wird.

Was ist Ihrer Meinung nach der größte Vorteil der drahtlosen Fernübertragung für die Bergbauindustrie?

Luiz: Zu den Vorteilen von LPWANs wie LoRaWAN gehören niedrige Kosten, ein besserer Schutz vor Vandalismus an einigen Standorten (z. B. Vermeidung von Kabeldiebstahl), ein privates, von der öffentlichen Abdeckung unabhängiges Netz sowie eine zentrale Steuerung und Überwachung aller Geräte.

Was sind die potenziellen Herausforderungen für die IT- und OT-Nachfrage in den nächsten drei bis fünf Jahren?

Luiz: Wir stehen vor einer großen Herausforderung im Veränderungsmanagement, der Neudefinition von Standards für IT und OT. Die neuen Anforderungen müssen gut definiert und manchmal zwischen IT und OT aufgeteilt werden, damit wir optimale Ergebnisse erzielen können.

Welche Sicherheitsplattformen verwenden Sie bei Vale zum Schutz der OT/IoT-Ebene?

Luiz: Bei Vale vermischen wir das IIoT nicht mit OT. Sie sollten sich in unterschiedlichen, isolierten Netzwerkzonen befinden, da unser "Schwerpunkt" der Sicherheit bei OT liegt. Außerdem senden wir normalerweise keine IIoT-Daten ins Internet. Alle unsere Infrastrukturen befinden sich vor Ort oder in privaten Clouds.