Geavanceerde automatiseringsapparatuur waarborgt efficiënte werking in Garzweiler open bruinkoolmijn

For the business press
Erlangen, 12.05.2010

RWE Power AG is een van de grootste elektriciteitsproducenten in Duitsland en uitbater van de Garzweiler open bruinkoolmijn, die zich bevindt in de driehoek tussen de steden Köln, Aachen en Mönchengladbach. Dankzij de hoge automatiseringsgraad is Garzweiler een van de meest efficiënte dagbouwmijnen in Europa. Het zenuwcentrum is het bewakingssysteem in het “Jackerath bandverzamelpunt”. Alle processen worden van hieruit bewaakt en gestuurd via een Siemens Simatic PCS 7 processtuursysteem.

De Garzweiler open bruinkoolmijn bevindt zich in het Rijnlandse bruinkool-mijngebied in de Duitse deelstaat Noordrijn-Westfalen en loopt van Grevenbroich nabij Neuss tot aan de A4 Aachen-Düsseldorf. Er zijn drie lagen met een gemiddelde totale dikte van 40 meter. De bruinkool ligt tussen 40 en 160 meter onder het oppervlak. Om de energievoorziening te verzekeren, werd de dagbouwmijn begin 2006 naar het westen uitgebreid, tot ze samenvloeide met de naastliggende Garzweiler II, met een oppervlakte van 48 km². De bruinkool loopt hier tot een diepte van maximaal 210 meter en er is een reserve van in totaal 1,3 miljard ton. Het grootste deel van de hier ontgonnen bruinkool wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken in lokale centrales. De bruinkool van Garzweiler wordt naar verbruikers zoals elektriciteitscentrales en zuiveringsinstallaties – bijvoorbeeld de centrales in Frimmersdorf en Neurath – getransporteerd via de RWE Power AG spoorweg, ook wel de Noord-Zuid-spoorweg genoemd, of door bandtransport.

Siemens automatiseringsuitrusting stuurt de bandinstallatie
In 2006 installeerde Siemens 25 transporteursecties met 60 banden en een totale lengte van ongeveer 85 kilometer om de bruinkool en de deklaag te transporteren. Op het bandverzamelpunt wordt het materiaal verdeeld naar de daaropvolgende transportsecties. Zes pendelkoppen werden gebruikt voor de bandtransporteurs, hoewel de installatie ontworpen is voor negen pendelkoppen. Twee verbindingsbandsystemen werden gebouwd en vier kalksilo’s werden geïnstalleerd voor de behandeling van het afvalwater. Schakelapparatuur en 110 kV luchtlijnen werden geïnstalleerd om elektriciteit te leveren aan alle inrichtingen en systemen. Siemens leverde ook de elektrische uitrusting voor de nieuwe bandaandrijfstations en moderniseerde de bestaande voorzieningen. In totaal werden 40 Z (centraal), 124 M (motor) en 17 bandstations van het ABCD-type, twee verbindingen met de treinlaadstations en vier verbindingen met de bunkerinrichtingen gebouwd.

Het project omvatte ook de bouw van een nieuw bewakingssysteem en de aansluiting van de volledige automatiserings- en processtuurapparatuur. Dit gebeurde zonder de werking te onderbreken tijdens de omschakeling tussen de mijnbouwgebieden Garzweiler I en II. Siemens leverde de volledige automatiseringsapparatuur voor de bedrijfsbewaking alsook de infrastructuur voor de informatieverwerking en communicatie – van de signaalbron naar het intranet en SAP-toepassingen. Stuur- en automatiseringscomponenten werden geïnstalleerd in de transportapparatuur en bandtransporteurs, en werden met elkaar en met het centrale processtuursysteem verbonden. De communicatie verloopt vooral via glasvezelkabel.

De bandtransporteurs in Garzweiler II worden gestuurd door een processtuursysteem op basis van Simatic PCS7. Zogenaamde faceplates werden geprogrammeerd voor de visualisering van de graafmachines en voor de configuratie van de transporteursecties en de capaciteitsbegrenzingen. Alle processen worden gevisualiseerd op in totaal elf Simatic PCS-7 Multiclients met dubbele monitor. 26 Simatic S7-400 controllers sturen de 25 transportbanen, nog eens 71 worden gebruikt in de 67 bandstation-controllers en vier bunkerinrichtingen. Een concept op basis van rechten en rollen beveiligt het stuursysteem tegen ongeoorloofde toegang.

Alle productiemachines en bandtransporteurs zijn met elkaar verbonden door middel van glasvezelkabel, en met het centrale stuursysteem door middel van een Open Transport Network (OTN). De OTN is compatibel met nagenoeg alle bestaande interfacestandaards, zoals Industrial Ethernet, RS 485 en S0. Op die manier kunnen verschillende soorten informatie via één enkel netwerk worden verstuurd. Alle informatie voor de processturing, de visualisering en de bewaking wordt voorbereid in de vorm van procesdata en evaluaties. De kern van deze evaluatie is een centraal procesbeeld, gekoppeld aan alle informatie die relevant is voor de open mijn. Tijdkritische proceswaarden moeten worden geregistreerd en gearchiveerd in een 100-milliseconde-cyclus. Het systeem archiveert 56.000 berichten en 3.300 analoge waarden van alle bandstations, en ongeveer 12.000 berichten en circa 600 analoge waarden van de graafmachines. De archiveringsfunctie bewaart de gegevens van de voorbije 2 jaar, zodat de uitbater voorspellingen kan maken op basis van goed gefundeerde reële analyses.

Het gebouw voor de bedrijfsbewaking bevindt zich in het verzamelpunt Jackerath en vormt het zenuwcentrum van de volledige Garzweiler II open mijn. Alle informatie wordt hier verzameld en het Siemens Simatic PCS 7 processtuursysteem bewaakt en stuurt alle hierboven vermelde transportprocessen en watertechnische maatregelen. Dit waarborgt een vlot verloop van de processen. Dankzij het geavanceerde stuursysteem spaart het transportsysteem “graafmachine–band–spreider” resources en kan probleemloos worden gewerkt. De controlekamer vormt het hart van de bedrijfsbewaking, waar alle voor de processen relevante gegevens, inclusief video-informatie, worden gevisualiseerd op moderne beeldscherm-werkstations. De videosignalen worden weergegeven op vijf 32” multi-image-displays op drie werkstations. Dit waarborgt dat de signalen worden weergegeven in hoge kwaliteit overeenkomstig de werkstationvoorschriften. De camera’s worden hier ook aangestuurd. Dit project is momenteel een van de grootste PCS 7 projecten ter wereld.

Siemens metaal- en steendetectiesysteem voorkomt schade aan transportbanden 
De graafwielen die op de verschillende niveaus van de terrasvormige open mijn worden gebruikt, wegen ongeveer 13.000 ton, zijn 240 meter lang en bijna 100 meter hoog. Een van de redenen waarom graafwielen worden gebruikt, is om de deklaag te verwijderen en de daaronder liggende bruinkoollagen bloot te leggen. Het weggegraven zand omvat vaak stenen van uiteenlopende afmetingen en stukken metaal. De bakken van de graafmachine laden de deklaag op een transportband, die het materiaal afvoert.

De graafmachines in Garzweiler graven dag en nacht en worden per shift bemand door vier of vijf mensen. Het grootste graafwiel dat in Garzweiler II wordt gebruikt, kan tot 240.000 m³ per dag afgraven. De deklaag en de bruinkool worden via 2,8 meter brede bandtransporteurs vervoerd naar het bandverzamelpunt, vanwaar ze worden verdeeld naar de daaropvolgende transportsecties.

In 2007 rustte Siemens de graafwielen uit met een detectiesysteem voor metaal en steen. Dit systeem, dat gezamenlijk door RWE en Siemens werd ontwikkeld, is direct in de impactzone achter het wiel geplaatst. Tot 8 verschillende acceleratiesensoren op de impactwand, koker en guirlandes detecteren de impact van kleine en middelgrote stenen tegen de plaat. De sensoren in de guirlandes detecteren vooral grote stenen, die door hun gewicht niet tegen de plaat worden gegooid. Er is ook een metaaldetectorspoel voorzien om stukken metaal te lokaliseren. Het steendetectiesysteem bepaalt de positie van de stenen, die daarna door een steenkraan worden verwijderd. Omdat de stenen nu sneller dan vroeger kunnen worden verwijderd, spaart dit tijd en is de graafmachine meer beschikbaar. Een detectiesysteem beschermt de bandtransportsystemen tegen schade, want stenen kunnen de banden niet meer doen vastlopen en beschadigen.

Een Siemens Simatic S7-400 automatiseringseenheid stuurt het detectiesysteem. Een FM458-1 module detecteert de verbindingspunten en probleemlocaties op de band, en detecteert de exacte posities en banen van de stenen die moeten worden verwijderd. De visualisering gebeurt via een WinCC-systeem, dat de precieze positie van de gevonden objecten weergeeft, en de controleprocedures registreert en archiveert. Kleine of grote stenen moeten door het systeem worden geselecteerd om de verplaatsing van een steenkraan te berekenen en uit te voeren. Door deze techniek kan het bedieningspersoneel de materiaalstromen systematisch en doelgericht sturen. De bruinkool wordt naar centrales, bunkers of treinlaadstations getransporteerd, waar de deklaag naar de zogenaamde spreiders wordt gevoerd. De spreiders vormen de laatste stap in het transportproces. Hier wordt de deklaag die afkomstig is van de graafmachines aan de ontginningszijde van de mijn, in de zones gekipt waar de bruinkool reeds is uitgehaald, zodat ze vervolgens kan worden voorbereid om verder te worden benut.

RWE Power AG voorziet dat tot 2045 jaarlijks tussen de 35 en 40 miljoen ton bruinkool zal worden ontgonnen in dit mijnbouwgebied van 48 km², wat een belangrijke bijdrage moet leveren tot de kosteneffectieve energievoorziening in Duitsland. De komende 40 jaar zullen Garzweiler II en de aangesloten centrales ongeveer 20% van de elektriciteit voor Noordrijn-Westfalen leveren, wat overeenkomt met 6% van de totale Duitse elektriciteitsbehoefte.

Een van de redenen waarom graafwielen worden gebruikt in de Garzweiler open bruinkoolmijn is om de deklaag te verwijderen en de daaronder liggende bruinkoollagen bloot te leggen. (Bron: RWE Power AG)


Het zenuwcenter van de Garzweiler open bruinkoolmijn: Het materiaal wordt van het Jackerath bandverzamelpunt verdeeld naar de daaropvolgende transportbanden. (Bron: RWE Power AG)


De sector Siemens Industry (Erlangen, Duitsland) is wereldwijd de grootste leverancier van milieuvriendelijke technologieën op het vlak van productie-, transport-, gebouwen- en verlichtingsystemen. Siemens biedt geïntegreerde automatiseringtechnologieën en -oplossingen op maat voor de industrie, waarmee de productiviteit, efficiëntie en flexibiliteit van industriële klanten en infrastructuren kan worden verhoogd. De sector bestaat uit zes divisies: Building Technologies, Drive Technologies, Industry Automation, Industry Solutions, Mobility, en Osram. In boekjaar 2009 (afgesloten op 30 september) realiseerde de sector Siemens Industry een omzet van zo’n 35 miljard euro. Wereldwijd zijn er 207.000 medewerkers in dienst. www.siemens.com/industry

De divisie Siemens Industry Solutions (Erlangen, Duitsland) is wereldwijd een van de grootste leveranciers van oplossingen en diensten voor industriële ondernemingen en infrastructuren. Dankzij het bundelen van de activiteiten van Siemens VAI Metals Technologies, Water Technologies en Industrial Technologies staat de divisie in voor engineering, installatie, exploitatie en diensten voor de volledige levenscyclus. Door het uitgebreide aanbod van milieuoplossingen kunnen de efficiëntie van het energie- en waterverbruik en het gebruik van de uitrustingen van industriële ondernemingen worden geoptimaliseerd, en kunnen vervuilende emissies verlaagd en milieurichtlijnen nageleefd worden. In boekjaar 2009 (afgesloten op 30 september) had de divisie wereldwijd zo’n 31.000 medewerkers in dienst en werd een omzet van 6,8 miljard euro gerealiseerd. Meer informatie en downloads vindt u op: http://www.siemens.com/industry-solutions en http://www.siemens.com/metals