Siemens Belgique

Un équipement d’automatisation ultrasophistiqué assure l’efficacité du fonctionnement de la mine de lignite à ciel ouvert de Garzweiler

For the business press
Erlangen, 12.05.2010

RWE Power AG, une des plus grandes sociétés de production électrique allemande, gère la mine de lignite à ciel ouvert de Garzweiler, située dans le triangle formé par les villes de Cologne, Aix et Moenchengladbach. Grâce à son haut degré d’automatisation, Garzweiler est une des mines à ciel ouvert les plus efficaces d’Europe. Son centre névralgique est le système de contrôle situé à la « station de répartition sur bandes transporteuses de Jackerath ». C’est de là que sont surveillés et contrôlés tous les processus ,à l’aide d’un automate Simatic PCS 7 de Siemens.

La mine de lignite à ciel ouvert de Garzweiler est située dans le secteur d’exploitation minière de lignite du Land allemand de Rhénanie-du-Nord-Westphalie. Elle s’étend à l’ouest de Grevenbroich, près de Neuss, jusqu’à l’autoroute A 44 reliant Aix à Düsseldorf. Le site présente trois veines de lignite d’une épaisseur moyenne combinée de 40 mètres. Le charbon se situe de 40 à 160 mètres sous la surface. Afin de maintenir la capacité d’approvisionnement, la mine a été étendue vers l’ouest au début 2006, jusqu’à fusionner avec le site adjacent de Garzweiler II qui couvre une zone de 48 kilomètres carrés. Les veines de lignite y descendent jusqu’à une profondeur maximale de 210 mètres. Au total, les réserves représentent 1,3 milliard de tonnes. La majeure partie du lignite est utilisée pour produire de l’électricité dans les centrales électriques locales. Le charbon de Garzweiler est acheminé vers les centrales électriques et les installations de raffinage de charbon – les centrales électriques de Frimmersdorf et Neurath, par exemple – par la voie ferrée de RWE Power AG, la « voie ferrée Nord-Sud », ou par des transporteurs à bande.

L’équipement d’automatisation de Siemens contrôle le système de transporteurs à bande
En 2006, Siemens a installé 25 sections de convoyage, composées de 60 bandes totalisant une longueur d’environ 85 kilomètres, pour transporter le charbon et les déblais. A la station de répartition, le matériau est distribué aux sections de transport longue distance. Six têtes de station avançables ont été utilisées pour les transporteurs à bande. L’installation a été conçue pour en accueillir neuf au final. Deux systèmes de bande de liaison ont été construits et quatre silos de castine ont été installés pour traiter l’eau usée. Un appareillage de commutation principal et des lignes aériennes de 110 kV ont été installés pour fournir de l’électricité à tous les appareils et systèmes. Outre la modernisation des installations existantes, Siemens a également fourni l’équipement électrique des nouvelles stations d’entraînement des transporteurs. Au total, 40 stations de transporteur à bande Z (central), 124 stations de type M (moteur), 17 stations de type ABCD, deux liaisons vers les stations de chargement de train et quatre liaisons vers les appareils de silo ont été construites.

Le projet englobait aussi la construction d’un nouveau système de contrôle des opérations et la connexion finale de l’ensemble des équipements d’automatisation et de conduite de processus. Cette opération a été réalisée en assurant le basculement entre les districts de Garzweiler I et II, sans interrompre la production. Siemens a fourni tout l’équipement d’automatisation pour la surveillance opérationnelle, de même que l’infrastructure de traitement des informations et de communication – depuis la source du signal jusqu’aux applications intranet et SAP. Les composants de contrôle et d’automatisation ont été installés dans l’équipement de manutention et les transporteurs à bande, le tout étant mis en réseau avec le système de conduite de processus central. La communication transite majoritairement par des câbles de fibres optiques.

Les transporteurs à bande de Garzweiler II sont contrôlés par un système de conduite de processus reposant sur Simatic PCS7. Des écrans frontaux ont été programmés pour visualiser les excavateurs, configurer les sections de convoyage et limiter les capacités. L’ensemble des processus est visualisé sur onze postes Simatic PCS-7 Multiclients, équipés de deux moniteurs. Les 26 automates programmables Simatic S7-400 contrôlent les 25 voies de roulage et 71 automates programmables sont utilisés dans les 67 contrôleurs de station de transporteur à bande et les quatre appareils de silo. Le système de contrôle est sécurisé contre tout accès non autorisé par un concept de droits et de rôles.

Les machines de production et les transporteurs à bande sont interconnectés par des câbles de fibres optiques et reliés au système de contrôle central par un réseau de transmission ouvert (OTN). L’OTN est compatible avec quasiment tous les standards d’interface existants, comme Ethernet industriel, RS 485 et S0. Ceci permet la transmission de différents types d’informations sur un seul réseau. Toutes les informations pour le contrôle de processus, la visualisation et la surveillance sont préparées sous forme de données de processus et d’évaluations. Le cœur de cette évaluation est une image de processus centrale, reprenant toutes les informations pertinentes de la mine à ciel ouvert. Des valeurs de processus critiques en termes de temps doivent être enregistrées et archivées dans un cycle de 100 millisecondes. Les systèmes archivent 56 000 messages et 3 300 valeurs analogiques en provenance de toutes les stations de transporteur à bande ainsi que 12 000 messages et environ 600 valeurs analogiques des excavateurs. La fonction d’archivage conserve les données des deux dernières années, ce qui permet à l’opérateur d’établir des prévisions sur la base d’analyses réelles.

Le bâtiment de contrôle des opérations est situé à la station de répartition de Jackerath et constitue le centre névralgique de tout le fonctionnement de l’exploitation minière à ciel ouvert de Garzweiler II. Toutes les informations y sont rassemblées. Le Simatic PCS 7 de Siemens surveille et contrôle tous les processus de convoyage et les mesures de traitement des eaux mentionnés ci-dessus. Les processus se déroulent de la sorte correctement. Grâce au système de contrôle avancé, le système excavateur-convoyeur à bande-épandeur conserve une marge de manœuvre et fonctionne sans erreur. La salle de contrôle constitue le cœur du système de contrôle des opérations. Toutes les données relatives aux processus, y compris les informations vidéo, y sont visualisées sur des postes de travail à terminaux vidéo modernes. Trois espaces de travail affichent les signaux vidéo sur cinq écrans multi-images de 32”. Les signaux sont ainsi affichés dans une grande qualité, conformément aux règles d’ergonomie de l’espace de travail. Les caméras sont également contrôlées à partir de ce centre. Ce projet constitue à l’heure actuelle un des plus grands projets de PCS7 au monde.

Le système de détection de métal et de pierres de Siemens évite l’endommagement des bandes des convoyeurs
Les excavateurs à roue-pelle utilisés sur les niveaux individuels de la mine à ciel ouvert en terrasse font 240 mètres de long et près de 100 mètres de haut, pour un poids de 13 000 tonnes. La possibilité d’évacuer les déblais et de mettre à jour les veines de charbon enfouies est une des raisons pour lesquelles on utilise des excavateurs à roue-pelle. Le sable excavé comprend souvent des pierres de différentes tailles et des pièces métalliques. Les bennes de l’excavateur chargent les déblais sur un transporteur à bande, qui les emporte.

Les excavateurs de Garzweiler creusent la terre jour et nuit. Ils sont manœuvrés par des équipes de quatre à cinq personnes. Le plus grand excavateur à roue-pelle utilisé à Garzweiler II extrait jusqu’à 240 000 mètres cubes par jour. Les déblais et le charbon sont transportés sur des transporteurs à bande de 2,8 mètres de large jusqu’à la station de répartition. De là, ils sont distribués vers les sections de transport longue distance.

En 2007, Siemens a équipé les excavateurs à roue-pelle d’un système de détection de métal et de pierres. Ce système, développé conjointement par RWE et Siemens, est installé directement dans la zone d’impact derrière la roue-pelle. Jusqu’à huit capteurs d’accélération distincts, positionnés sur le mur d’impact, la rampe et les garnitures, détectent l’impact de petites et moyennes pierres projetées contre la tôle. Les capteurs dans les garnitures détectent principalement les grosses pierres, qui ne sont pas projetées contre la tôle en raison de leur poids. Il y a aussi une bobine de détection de métal pour localiser les pièces métalliques. Le système de détection de pierres détermine la position des pierres, qui sont ensuite retirées par un extracteur. Le retrait désormais plus rapide des pierres représente un gain de temps et assure une plus grande disponibilité de l’excavateur. Un système de détection protège les transporteurs à bande des dégâts en empêchant les pierres de coincer et déchirer les bandes.

Une automate programmable Simatic S7-400 de Siemens contrôle le système de détection. Un module FM458-1 détecte les points de connexion et les endroits à problème sur la bande, et capte les positions et voies exactes des pierres extraites. Un système WinCC assure la visualisation. Il affiche les positions précises des découvertes, et journalise et archive les procédures de vérification. Les petites ou grandes pierres doivent être sélectionnées par le système afin d’initier le calcul et l’exécution du trajet vers un extracteur de pierres. Cette technique permet au personnel chargé du contrôle opérationnel de guider systématiquement les flux de matériaux. Le charbon est transporté vers les centrales électriques, les silos à charbon ou les stations de chargement de train tandis que les déblais sont transportés vers les épandeurs. Ceux-ci représentent la dernière étape du processus de transport. Ils déversent les déblais, retirés par les excavateurs dans le fond de la mine, à des endroits où le charbon a déjà été extrait et préparent ainsi le terrain pour sa réhabilitation ultérieure.

RWE Power AG entend extraire de 35 à 40 millions de tonnes de lignite par an jusqu’en 2045 sur une zone d’exploitation minière de 48 kilomètres carrés. Elle contribue ainsi largement à la production d’électricité rentable en Allemagne. Durant les 40 prochaines années, Garzweiler II et les centrales électriques reliées fourniront environ 20 % de l’alimentation à la Rhénanie-Du-Nord-Westphalie, ce qui correspond à six % du total des besoins allemands en électricité.

Légende : La possibilité de retirer les morts-terrains et de mettre à jour les veines de charbon enfouies est une des raisons justifiant l’utilisation d’excavateurs à roue-pelle dans la mine de lignite à ciel ouvert de Garzweiler (Source: RWE Power AG)


Légende : Le centre névralgique de la mine de lignite à ciel ouvert de Garzweiler : Le matériau est distribué par la station de répartition sur transporteurs à bande de Jackerath aux sections de transport longue distance. (Source: RWE Power AG)


Le secteur Industrie de Siemens (Erlangen, Allemagne) est le plus grand fournisseur au monde de technologies respectueuses de l’environnement dans les domaines de la production, des transports, des bâtiments et de l’éclairage. Siemens propose des technologies d’automatisation intégrées et des solutions sur mesure pour l'industrie qui lui permettent d'améliorer la productivité, l'efficacité et la flexibilité de ses clients dans l'industrie et les infrastructures. Le secteur comprend six divisions : Building Technologies, Drive Technologies, Industry Automation, Industry Solutions, Mobility et Osram. Au cours de l'exercice 2009 (clôturé le 30 septembre), le secteur Industrie de Siemens a généré un chiffre d'affaires de près de 35 milliards d’euros. Il emploie quelque 207 000 collaborateurs dans le monde. www.siemens.com/industry

La division Industry Solutions de Siemens (Erlangen, Allemagne) est l’un des plus grands fournisseurs mondiaux de solutions et de services pour établissements industriels et infrastructures. Regroupant les activités de Siemens VAI Metals Technologies, Water Technologies et Industrial Technologies, elle prend en charge l’ingénierie, l’installation, l’exploitation et les services pour tout le cycle de vie. Son portefeuille étendu de solutions environnementales aide les entreprises industrielles à utiliser efficacement l’énergie, l’eau et les équipements, à réduire les émissions polluantes et à respecter les directives en matière de protection de l’environnement. Durant l’exercice fiscal 2009 (clôturé le 30 septembre), la division a employé 31 000 personnes dans le monde et réalisé un chiffre d’affaires total de 6,8 milliards d’euros. Informations et téléchargements sur: http://www.siemens.com/industry-solutions et http://www.siemens.com/metals