Но если у объектов наземной инфраструктуры (карьеры, обогатительные фабрики) технический уровень решений достаточно высокий, то с объектами подземными вопрос решен не так хорошо, и перед производственниками по-прежнему стоит вопрос выбора базовой технологии для построения единой цифровой среды предприятия.
На практике задачу построения цифровой среды «умного рудника» поручают IT-руководителям, а кому как не им знать, что сбор данных для построения, мониторинга и управления цифровым двойником предприятия невозможен без сети передачи данных. Развертывание высоконагруженных систем требует предварительного проектирования и осознанного выбора базовой технологии связи.
Технологическая сеть на производственных площадках в современных реалиях обеспечивает возможность развертывания (на поверхности и в подземных горных выработках) не только систем голосовой связи (телефонной, мобильной, PTT), но также и систем высокоточного позиционирования персонала и транспорта, мониторинга состояния сотрудников, телеметрии технических средств в АСУТП, систем газоанализа, геоинформационных систем, систем интеллектуальной видеоаналитики для горных работ.
Следует отметить, что на горнодобывающих предприятиях существует трафик, который нетолерантен к задержкам, джиттеру и интерференции. В частности, для систем определения местоположения определены требования «реального времени» (данные должны обновляться не реже, чем раз в 5 с), что обеспечивает не только оперативную работу персонала, но и безопасность ведения работ (работает на предотвращение инцидентов), а также существенно облегчает поиск пострадавших при авариях.
К примеру, беспроводную сеть даже используют для взрывных работ – здесь крайне важна стабильность сигнала. Соответственно, формулируются определенные требования к пропускной способности и надежности или, с практической точки зрения, к «живучести» сети. Поскольку оперативные работы и требования к обеспечению безопасности в горных выработках рудников с подземным способом разработки очень похожи, то и требования в значительной мере остаются теми же.
Среди особенностей рудников стоит отметить среду распространения радиосигнала в горных выработках с высокой степенью переотражения, специфическую конфигурацию подземного пространства, отсутствие на большинстве рудников метановыделения, допускающее применение в подземных условиях оборудования нормального исполнения (без взрывозащиты), требования по стойкости аппаратуры к агрессивным средам, а также большее разнообразие видов транспортных средств, для организации движения которых требуются антиколлизионные меры.
Преимущества и недостатки различных технологий
Понятно, что чуть ли не самой распространенной проблемой в условиях рудника является обрыв кабеля, да и там, где на поверхности физическое соединение обеспечить проблематично, – применяют беспроводные решения.
Несмотря на техническую составляющую, на рынке все еще продвигаются системы с неоптимальной структурой с точки зрения технико-экономических показателей, например, построенные с применением RFID-считывателей и меток или на сетях группы стандартов IEEE 802.15 (ZigBee, UWB, Bluetooth), которые часто подаются как модный «интернет вещей».
С технико-экономической точки зрения оптимальным является применение промышленных Wi-Fi-сетей в качестве надежной беспроводной технологии для цифровизации рудников. При оценке параметров связи (дальность, пропускная способность, возможность использовать смартфоны и т. д.) становится понятным, что для построения единой беспроводной сети для цифровизации предприятия можно использовать технологии промышленного Wi-Fi и pLTE.
При сравнении этих технологий можно заметить, что преимущества pLTE для подземных горных выработок часто оборачиваются их же недостатками и предприятие попадает в заложники: сим-карты выдает оператор связи, он же выделяет разрешенный частотный диапазон (полосу) в аренду.
При этом конечного оборудования с поддержкой pLTE (датчики, исполнительные устройства) для сложных сред сейчас существенно меньше, а вот Wi-Fi-устройств для горнорудной промышленности довольно много, даже с защитой от искры. Стоит отметить и экономическую составляющую: оборудование с поддержкой Wi-Fi часто существенно дешевле LTE-оборудования.
Залогом успешного построения «цифрового рудника» на горнодобывающих предприятиях является правильно спроектированная мультисервисная сеть.
«Цифровой рудник»
«Цифровой рудник» сегодня – это аппаратно-программный комплекс на базе единой мультисервисной сети передачи данных, в котором индивидуальные светильники горнорабочих уже имеют на борту все необходимые модули, в частности, модули Wi-Fi, модули определения местоположения, датчики газов (CH4, O2, CO2, CO и др.), а также модуль оповещения, видеокамеру и другие.
Базовые станции Wi-Fi имеют встроенную аккумуляторную поддержку и встроенные антенны (увеличивают «живучесть»), а также обеспечивают автоматическое резервирование проводных каналов связи беспроводными.
Подземная сеть обеспечивает непрерывное радиопокрытие, поддерживает смартфоны с VoIP, интегрируется с системами АСУ ТП без дополнительных затрат, позволяет развернуть подземную систему видеонаблюдения.
Обеспечивается высокая скорость работы алгоритма определения местоположения персонала и транспорта.
Реализуется интеграция с системой предотвращения столкновений (коллизии транспорт-транспорт, транспорт-персонал).
Подземная сеть интегрируется с системами связи на объектах промышленного предприятия, находящихся на поверхности (карьер, обогатительный комбинат, административно-бытовые помещения и др.).
Обеспечивается защита данных внутри сети многофункциональной системы безопасности (планы горных работ, данные телеметрии, персональные данные и др.).
Считается, что проблема промышленного Wi-Fi – то, что он может работать только в условиях прямой видимости, а к примеру, технология LTE позволяет работать на отраженной волне и предоставлять связь достаточного уровня качества. Однако современные модификации стандарта Wi-Fi позволяют охватывать все больше технологических возможностей: определение местоположения (IEEE 802.11az), мониторинг объектов за стеной, захват и распознавание движений и жестов (IEEE 802.11bf). Растет и пропускная способность каналов. В 2024 году планируется к выходу стандарт Wi-Fi 7 (IEEE802.11be)2, позволяющий обеспечить скорость передачи данных до 46 Гбит/с, а также возможности параллельного использования нескольких точек доступа, что увеличивает гибкость сети, ее нагрузочную способность и стабильность радиосигнала для подключаемых клиентских устройств.
На сегодняшний день опыт эксплуатации подземного Wi-Fi-оборудования в горных выработках показывает, что в комплексных системах типа «Умная шахта» применяются самые современные стандарты связи, влияние переотражения волн сведено к минимуму или не имеет влияния на технические параметры системы. Еще одной особенностью построения промышленной беспроводной сети в руднике является необходимость резервирования каналов связи. Как правило, базовые станции LTE не имеют встроенного аккумулятора, и «живучесть» такой сети на промышленном объекте резко снижается все по той же причине – обрыв кабеля, а резервирование оказывается весьма затратным с экономической точки зрения.
Кроме того, конструктивное исполнение сетевых узлов должно обеспечивать их надежную эксплуатацию в сложных условиях, и, соответственно, фидер (линия передач) для выносных антенн также попадает в зону риска.
Комплексный подход к безопасности сегодня предлагает НПФ «Гранч». Все решения данного производителя построены с применением как оборудования, так и программного обеспечения (ПО) собственной разработки. Цифровизация рудника на такой технической базе хорошо согласуется с курсом на импортозамещение, в связи с тем, что с начала 2025 года объекты критической информационной инфраструктуры (а к ним относятся и горнодобывающие предприятия) не смогут использовать иностранное ПО, – значит, должны будут перейти на российское.
текст: Т. В. Насибуллина, фото: nornickel.ru