BESTECHが地下鉱山向けの新しいオンデマンド換気システムを提供

背景

換気がないと、鉱山の空気は危険な汚染物質で満たされます。鉱夫は、一酸化炭素などの汚染物質や、採掘サイクルから発生する粉塵が存在する地下1マイル以上の深さで作業する場合があります。作業者の安全は、鉱山の操業と成功に不可欠ですが、課題もあります。

鉱業会社は、安全な労働環境を確保するために、人材に新鮮な空気を提供する必要があります。この気流は、汚染物質を継続的に除去および希釈しています。鉱山の換気コストは高く、エネルギー価格が上昇し、鉱山が深くなるにつれてさらに高くなります。一般的な鉱山のエネルギーコストの約50%は、換気に関連しています。

多くの硬岩鉱山には、数十の主換気ファンと数百の補助ファンがあります。どちらのタイプも通常は手動で制御され、最大速度またはピーク容量で継続的に操作され、鉱山の各部分を24時間空気が流れるようにします。残念ながら、これらすべてのファンを最大速度で稼働させ続けると、ピーク需要がない期間でも、貴重なエネルギーが無駄になります。

オンデマンド換気(VOD: Ventilation-on-Demand)システムは、鉱山の生産要件に従って動作し、ピーク需要期間と非ピーク需要期間に自動的に調整されます。空気の流れは、よりエネルギー効率の高い操作に必要な場所と時間に向けることができます。例えば、鉱山の特定のエリアに入るディーゼルローダーは100%の空気量を必要とする場合がありますが、鉱山の別のエリアまたは同じエリアに別の時間に入るドリルは20%の空気量しか必要としない場合があります。そのため、ファンの速度は、最大速度で動作するファンと比較して、完全なパフォーマンス要件が完全なモータ速度の5〜10%で満たされるように設定できます。これにより、消費電力が70〜90%に削減されます。動作速度が遅いとモータの寿命も長くなり、最終的にはメンテナンスと運用のコストが削減されます。

カナダの鉱業にシステムオートメーションを提供する大手プロバイダであるBESTECHは、最近、鉱業会社が安全な方法でプロセス、機器、エネルギー使用量をより効率的に管理できるようにする新しいアプローチを作成しました。NRG1-ECO™ (エネルギー消費最適化)は、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせて、鉱山内の多くのオートメーション機器を管理します。

BESTECHのオートメーション製品開発者であるポール･ラロン氏は述べています。「VODモジュールと組み合わせると、鉱業会社は大幅なエネルギー節約を実現できます。ハードウェアとソフトウェアのシステムは、生産性と大気質を向上させながら、鉱山の温室効果ガス排出量を劇的に削減することもできます。」

課題

BESTECHがNRG1-ECO™テクノロジを開発したとき、ベストプラクティスと標準を確立するために業界の専門家と組織のコンソーシアムを形成しました。コンソーシアムのメンバーには、Center for Mining Excellence、鉱業の巨人であるヴァーレやエクストラータ･ニッケルなどの組織が含まれます。

ヴァーレ社はBESTECHに、コールマン鉱山用にVODシステムを調整するように依頼しました。コールマン鉱山には、地下設備にいくつかの可変周波数ドライブ(VFD)がすでに設置されています。BESTECHのエンジニアは、新たな課題に直面しました。簡単に構成して鉱山のファンに取付け、BESTECH NRG1-ECO™システムとシームレスに統合できるスキッドマウントVFDが必要でした。

BESTECHとヴァーレ社のエンジニアは、複数のサプライヤのVFDを評価し、既存の制御システムへの統合の容易さと、コントローラ、VFD、NRG1-ECO™間のシームレスな通信に基づいてロックウェル･オートメーションを選択しました。システムの信頼性も重要な問題でした。どの鉱山でもそうであるように、鉱山労働者は24時間年中無休で換気を利用できます。BESTECHのエンジニアは、Allen‑BradleyのVFDが信頼性が高く、仕事に適していることを発見しました。

ソリューション

鉱山全体の空気の流れを最適化するために、コールマン鉱山には、各鉱山レベルに新鮮な空気ファンを備えた既存のレギュレーターシステムがありました。鉱山の1つのレベルでは、補助ファンは地下のスキッドにあるAllen‑BradleyのPowerFlex 700H 600V VFDによって制御されます。PowerFlex VFDは、モータ速度を正確に調整し、負荷のニーズに合わせてトルクレベルを維持することにより、ファンの動作中に使用されるエネルギーを大幅に削減します。VFDは、「ソフトスタート」機能を提供することにより、モータへの機械的ストレスも軽減します。NRG1-ECO™の設置後、ヴァーレ社は、エネルギー使用と換気コストの削減を支援するために、鉱山の表面にあるポータブルeハウスに取付けられたAllen‑BradleyのPowerFlex 7000高圧VFDを設置しました。

PowerFlexドライブを使用すると、オペレータはファンモータの速度を機械的ではなく電気的に変更できるため、柔軟性が高まります。ドライブがない場合、ファンモータは、空気の流れに対するさまざまな要求に関係なく、継続的に全速力で動作するため、エネルギーが大幅に浪費されます。

新しいシステムの一部として、一連のエアフローメータ、気温センサ、一酸化炭素検出器も設置されました。鉱山の1つのレベルでは、ファン、レギュレータ、および気流センサは、ロックウェル･オートメーションのAllen‑BradleyのBulletin 1747 SLC 5/05プログラマブル･ロジック･コントローラ(PLC)およびAllen‑BradleyのMicroLogix 1400PLCによって制御されます。センサは、ロックウェル･オートメーションのAllen‑BradleyのCompactLogix L35Eプログラマブル･オートメーション･コントローラ（PAC）とシームレスに接続して、システム全体の制御を可能にします。EtherNet/IPネットワークは、ファン、レギュレータ、センサをコントローラに接続して、共通のネットワークインフラでシームレスな通信を可能にします。

Allen‑BradleyのStratix 8000™、Stratix 6000™、およびStratix 2000™管理型および非管理型イーサネットスイッチは、鉱山でのEtherNet/IPの導入を簡素化します。Stratix 8000スイッチは、Cisco Catalystオペレーティングシステム、機能セット、およびユーザインターフェイスを使用して、ITプロフェッショナルに使い慣れた環境を提供します。Stratix 6000スイッチは、ロックウェル･オートメーションの統合アーキテクチャへのCIPインターフェイスを使用して、簡単に鉱山にEtherNet/IPを配備できるようにします。Stratix 2000スイッチは構成を必要とせず、コントローラに簡単に接続するために単純なケーブル接続を使用します。また、EtherNet/IPネットワークをセグメント化し、ハブを繰り返すよりも効率的にネットワークトラフィックを転送します。

スイッチは、アドオンプロファイルを介してプログラミングソフトウェアの構成画面を使用して、ネットワークデバイスの統合と診断を容易にします。FactoryTalk® Viewヒューマン･マシン･インターフェイス(HMI)ソフトウェアフェースプレートをシステムの一部として使用すると、オペレータは診断データを表示して、システムアクティビティに関する情報に簡単にアクセスし、問題を素早く特定してトラブルシューティングできます。

RSLogix™ 5000プログラミングソフトウェアは、システム開発時間を最小限に抑え、CompactLogix L35Eコントローラ、ソフトスタータ、およびVFDに単一のプログラミング環境を提供しました。エンジニアは、RSLogix 500プログラミングソフトウェアを使用して、MicroLogix 1400コントローラとSLC 5/05 PLCをプログラミングしました。ロックウェル･オートメーションの統合アーキテクチャは、単一のEtherNet/IPネットワーク上で多分野にわたる機能を提供し、鉱山全体で制御、視覚化、および意思決定支援を統合するのに役立ちます。

BESTECHのエンジニアは、ロックウェル･オートメーションの統合アーキテクチャ･アクセラレータ･ツールキットを使用して、インストールを簡素化し、ソリューションの設計、開発、および提供にかかる全体的な時間を短縮しました。これらのツールは、エンジニアがコンポーネントを選択し、図面を作成し、コードを記述し、HMI画面をレイアウトし、マシンのトラブルシューティングとスタートアップを支援します。

システムの設置時に、オペレータは、表面制御室のFactoryTalk Viewソフトウェアを使用して、気流調整システムのデフォルトパラメータを事前設定します。鉱山への各入り口には、現在の空気の流れ、温度、および一酸化炭素レベルを示す独自のディスプレイが含まれています。この大気質データは、鉱山の各レベルですぐに利用でき、簡単に確認できるため、一酸化炭素レベルが高い、空気の流れが最小であるなど、潜在的に危険な状態を作業者に通知してから入ることができます。

結果

VODシステムを実装した後、鉱山は当初予想されていた30%の見積もりよりも大きなエネルギー節約を実現しました。VODシステムは、エネルギー使用量が1キロワット減少するごとに、鉱山の二酸化炭素排出量を1,577kgの一酸化炭素で削減するのにも役立ちます。ラロン氏は次のように述べています。「まとめると、これらの数値は、コールマン鉱山の大幅なコスト削減を示しています。年間約140万ドルのエネルギーコストの節約が見込まれており、VODシステムはこの全体的な節約に大きく貢献しています。VODシステムは、約300万キロワット時、つまり年間540トンの一酸化炭素の節約にも貢献しています。」

新しいBESTECHテクノロジは、他の鉱業大手の注目を集めています。ロックウェル･オートメーションと協力することにより、BESTECHはNRG1-ECO™を鉱山の既存のテクノロジと統合して、作業者の安全を損なうことなくコストを節約することができます。NRG1-ECO™はコールマン鉱山の追跡システムと統合されており、鉱山のオペレータがタグ付けを通じて緊急事態の人員の位置を検出するのに役立ちます。タグ付けにより、鉱山の特定のエリアで誰も検出されない場合、鉱山のオペレータはファンを減速したりオフにすることができ、エネルギー消費を削減するだけでなく、作業者の安全を維持するのにも役立ちます。安全技術者は、このシステムを使用して、リアルタイムデータを使用していつでも空気の質を理解することもできます。