Технология SmartTag™ от Metso: следующее поколение и то, что за ним

SmartTag™ - это технология, основанная на методе RFID (Radio Frequency Identification,  радиочастотная идентификация), предназначенная для отслеживания руды по пути от карьера  через буровзрывные работы, бункеры горной массы, дробилки, промежуточные штабели и, наконец, на обогатительную фабрику. Здесь мы попытаемся проследить текущее состояние и перспективные пути развития системы отслеживания руды SmartTag™.

Подразделение PTI (технологических процессов и инноваций) компании Metso является мировым лидером в области совершенствования процессов переработки минерального сырья. Значительная часть консультаций посвящается исследованиям в области интеграции и оптимизации технологических процессов (PIO), куда входят исследования влияния схем буровзрывных работ на последующую переработку полезных ископаемых. Весьма важной для таких исследований является возможность отследить поступление конкретной руды на фабрику и прохождение  её по циклу переработки.

Для повышения точности такого отслеживания, подразделение PTI разработало систему для отслеживания руды с помощью маяков радиочастототной идентификации, именуемых SmartTag™. С момента появления на рынке в 2007 году датчики SmartTag™ были использованы в большом количестве  консультационных проектов, реализованных PTI, а также в нескольких системах постоянного слежения, установленных по всему миру.

Преимущества использования датчиков SmartTag™ включают в себя : увязывание пространственных данных рудника со временем отработки в технологическом процессе; повышенная уверенность в результатах  шихтовки  руды; активные изменения процесса для известных типов руды;  точное измерение времени нахождения материала в штабелях и бункерах.

С 2007 года произошел значительный прогресс в использовании радиочастотной технологии, что позволило отделу PTI расширить область применения системы SmartTag™ не только на этапе  вторичного дробления, но также охватить третью стадию и дальнейшее продвижение материала. Это было достигнуто за счет значительного уменьшения размеров датчиков SmartTags с диаметра 60 мм до 20 мм. Новые радиомаяки были успешно опробованы в ходе нескольких исследований.

Система SmartTag™

Радиомаяк SmartTag™ проходит по маршруту рудник – обогатительная фабрика в несколько  этапов. В первую очередь, маяк и место его внедрения регистрируются с помощью переносного компьютера или персонального помощника, когда маяк устанавливается в массу руды (например, во взрывной шпур). Маяк путешествует вместе с рудой через процессы погрузки, транспортировки и переработки. Его прохождение регистрируется на станциях обнаружения (на ленточных конвейерах), при этом регистрируется время и номер маяка. Затем данные радиомаяка загружаются в базу данных и подвергаются анализу. 

Для достижения этой цели в систему SmartTag™ включено пять основных компонентов. Первым из компонентов системы SmartTag™ является персональный помощник (PDA), который позволяет сделать процесс начального внедрения радиомаяка более эффективным и точным. Каждый радиомаяк включается в базу данных с использованием одной из трех функций: он связывается с координатами GPS; он связывается с заранее определенной точкой (например, взрывным шпуром); или он связывается с новой точкой, координаты которой будут точно определены позднее.

В настоящее время система не обеспечивает точного позиционирования с помощью GPS, но она может быть привязана к ближайшей точке из набора предварительно заданных, например, взрывных шпуров.

Следующим компонентом системы  является антенна. Антенны располагаются над конвейерными лентами. Антенна излучает сигнал, направленный на маяк, а также получает ретранслированный сигнал от маяка. Конструкция антенн определяется двумя параметрами: размером и прочностью. Размер антенны определяет размер и интенсивность излучаемого сигнального поля. В данных условиях размер поля высокой интенсивности для активации маяка должен быть как можно большим. Таким образом, антенны системы SmartTag™ выполняются самыми большими для данной частоты в данной радиочастотной системе.

Радиочастотное считывающее устройство затем декодирует сигнал от антенны и определяет номер (идентификатор) радиомаяка, проходящего мимо антенны. Последние модели регистраторов также имеют функцию автоматической настройки, что обеспечивает постоянное максимальное расстояние распознавания. В системе SmartTag™ считывающее устройство затем передает идентификатор по цепочке последовательной связи.

Этап регистрации или буферизации данных повышает надежность системы, а также делает возможным создание мобильных систем. Регистратор получает данные непосредственно с радиочастотного считывающего устройства, сохраняет идентификатор и время обнаружения маяка, а также проверяет жизненно важные параметры системы, например, состояние настройки антенны. Регистрация данных также делает систему SmartTag™ менее зависимой от линий связи (в т.ч. беспроводных), поскольку данные сохраняются в точке обнаружения, пока связь с прочим компьютерным оборудованием не будет восстановлена. Важнейшие линии связи, включая линию от антенны к считывающему устройству, выполнены проводными и имеют высокую надежность.

Сердцем программного обеспечения системы SmartTag™ является база данных SQL (Structured Query Language, язык структурированных запросов). Эта база данных, размещенная на выделенном сервере, сохраняет информацию о точках обнаружения, обнаруженных радиомаяках и точках их начального внедрения. Имеются различные программные приложения SmartTag™, которые либо вводят данные в базу данных, или используют данные для вывода информации. Сюда входят приложения SmartTagServer, которое считывает данные с регистраторов, SmartTagPDA, которое руководит обменом данными с PDAs и передает схемы расположения взрывных шпуров, и SmartTagRes, которое рассчитывает время прохождения маяка между двумя точками обнаружения.

Применение мини-радиомаяков

Для расширения области применения системы SmartTag™ на этап вторичного дробления и далее нужны были мини-радиомаяки. Для включения мини-маяков в систему SmartTag™ разработчики должны были решить две серьезные проблемы: во-первых, мини-датчики имеют меньшее расстояние обнаружения; во-вторых, их надо было сделать достаточно прочными.

С уменьшением размеров маяка размер антенны маяка также уменьшается. Размер антенны маяка прямо пропорционален наводимому сигналу при той же интенсивности поля. Таким образом, диапазон обнаружения маяка уменьшается с уменьшением размеров маяка.

В ходе исследований было установлено, что маяки размером 20 мм имеют недостаточный диапазон обнаружения для стандартного оборудования системы SmartTag™. Подразделение PTI опробовало два метода для решения данной проблемы: один метод заключался в применении двух антенн, а второй включал размещение антенны ближе к радиомаякам.

Обе системы были опробованы на руднике железной руды. Оба метода, с установкой двух антенн или с более близким расположением антенны, показали примерно одинаковые возможности обнаружения маяков. Тем не менее, с точки зрения простоты установки в качестве стандартного варианта была выбрана одна антенна, располагаемая под конвейерной лентой.

Вторая проблема, которую было необходимо решить для включения мини-радиомаяков в систему SmartTag™, состояла в защите датчиков, обеспечивающей сохранность во время взрыва. Ранее PTI использовало для защиты упаковку маяка в два слоя эпоксидной смолы. Этот метод обеспечивает хорошую защиту изделия и, несмотря на то, что он весьма длителен и дорогостоящ, является на сегодня предпочтительным методом защиты маяков. Исследуются также возможности применения в качестве защитного покрытия иных материалов, например, армированного нейлона. 

После заключения в капсулу из эпоксидной смолы мини-маяк имеет диаметр 20 мм. На рисунке 1 такой маяк показан рядом со стандартным маяком SmartTag™ для сравнения. Размеры мини-радиомаяков позволяют им легко проходить через сита грохотов с размером ячейки до 25 мм. 

Заключение

Подразделение PTI компании Metso успешно внедрило применение небольших или мини-радиомаяков в системе SmartTag™. Изменения в процедуре установки системы незначительны, а надежность системы в целом при этом увеличивается. В некоторых случаях мини-радиомаяки продемонстрировали в среднем даже более высокую прочность, чем датчики обычного размера.

Группа PTI ожидает, что успешное включение мини-радиомаяков в систему SmartTag™ позволит расширить возможности применения системы. Эти новые области применения могут включать более широкое использование системы в железорудной промышленности, где размер материала оказывает весьма существенное влияние на качество переработки. Группа PTI сейчас работает над вопросами надежности следующего поколения радиомаяков еще меньшего размера, которые смогут проходить через сита грохотов размером 10 мм. 

С уменьшением размеров радиомаяков и развитием системы SmartTag™ в настоящую распределенную систему контроля ее можно будет распространить за пределы рудника на всю технологическую цепочку переработки минералов. Станции обнаружения теперь можно будет располагать по всей обогатительной фабрике, в порту отгрузки и даже у потребителей, например, на входе в доменную печь.

Исследования на конкретных примерах

Здесь приводятся два исследования на конкретных примерах, в которых применение мини-радиомаяков показало существенные преимущества перед применением маяков обычного размера.

Исследование на конкретном примере 1: Контур вторичного дробления

Как часть более обширной исследовательской работы PIO, была исследована работа контура вторичного дробления, на который подавалось питание определенным типом руды. Чтобы определить источник руды в любой конкретный момент времени, и что еще более важно, во время исследования, станции обнаружения системы SmartTag™ были расположены в трех точках контура. Сюда входили: выход первичной дробилки, питание вторичной дробилки и выход вторичной дробилки.  

Было размещено всего 384 мини-радиомаяка: на восьми полигонах (полигоны определяются как зоны расположения различных типов руды в пределах модели горного блока) после взрывных работ, на приемных штабелях горной массы и в самосвалах, которые разгружали руду в первичную дробилку.

Из 384 маяков, внедренных во взорванную массу или штабели, было обнаружено 45%. Тем не менее, когда эту цифру сравнили с процентным соотношением маяков на каждом полигоне, экскавированном к концу исследования, стало понятно, что многие из радиомаяков, которые не были обнаружены, попросту не были экскавированы за это время.

Для определения процента сохранности маяков во время вторичного дробления сравнивалось число маяков, обнаруженных до и после прохождения через вторичную дробилку. Из 128 маяков, обнаруженных перед вторичной дробилкой, 97 были также обнаружены за этой дробилкой.

Тем не менее, поскольку после вторичной дробилки было обнаружено 52 маяка, которые не были обнаружены перед этой дробилкой, трудно определить реальную степень сохранности. Сравнение только числа маяков, обнаруженных в обеих точках, дает основания предполагать, что степень сохранности составляет не менее 76% для стадии вторичного дробления, хотя это соотношение может оказаться гораздо выше.

Грохот, расположенный непосредственно за вторичной дробилкой, использует сито с размером ячеек 55 мм, поэтому, как и ожидалось, ни один из маяков не поступил в возвратный поток для вторичного прохождения через вторичную дробилку.

Первичным назначением датчиков SmartTag™ было определение точки происхождения руды в ходе исследования технологических процессов на обогатительной фабрике. В ходе такого применения, когда питание фабрики включало руду, как из забоев, так и из складских штабелей, система SmartTag™ оказывала существенную помощь в определении материалов, проходивших переработку в ходе исследования. Мини-маяки были необходимы, чтобы отследить источник руды по всей цепочке через контур вторичного дробления. Датчики оказались достаточно прочными и надежными, чтобы выдержать и взрыв, и процесс вторичного дробления. 

Исследование на конкретном примере 2: Контур валковых дробилок высокого давления (ВДВД)

Подразделение PTI было привлечено для оценки работы технологической цепочки рудника, расположенного в Южной Америке. Система SmartTag™ использовалась в данном случае для того, чтобы инженеры PTI могли точно определить, когда будет перерабатываться руда из того или иного взорванного блока. Для этой цели станции обнаружения были расположены на ленточных конвейерах, доставляющих горную массу в первичную дробилку, на выходе из складского штабеля и на питании ВДВД.

При исследовании буровзрывного процесса радиомаяки были размещены в 68 взрывных шпурах, при этом использовалось 34 обычных маяка и 34 мини-маяка. Далее, 50 маяков были позднее добавлены в кузова 25 самосвалов, разгружавшихся в первичную дробилку; здесь в каждом случае использовалось по два разных типа маяков для каждого самосвала.

На станции обнаружения первичной дробилки было опознано всего 68 маяков, 23 было обнаружено на выходе из складского штабеля и 41 на станции обнаружения питания ВДВД.

Взрыв был произведен 22 января, а экскавация взорванного блока велась с 15 по 17 марта (два месяца спустя). Система SmartTag™ отслеживала материал, поступающий в технологический процесс в течение 30 часов. За этот период было обнаружено всего 67 разных маяков, из них 33 маяка обычного размера и 34 мини-маяка.

Для станций обнаружения на складском штабеле и питании ВДВД степень сохранности маяков рассчитывалась по отношению к 64 отчетливо распознанным радиомаякам, обнаруженным  в первичной дробилке. Из числа обычных маяков, распознанных на станции обнаружения первичной дробилки, 42,4% были затем обнаружены на точке питания ВДВД; однако для мини-маяков, распознанных на станции обнаружения первичной дробилки, 67,6% были также обнаружены в точке питания ВДВД. Это показывает, что степень сохранности мини-маяков в данной цепочке была выше, чем для обычных маяков. В гипотетической ситуации, когда размер ячеек грохота менее 50 x 50 мм, обычные маяки определенно не могут достичь ВДВД.

На обнаружение маяков на первичной дробилке влиял также тот факт, что вся система SmartTag™ была демонтирована еще до того, как была переработана вся руда из блока (по соображениям логистики).

Маяки использовались для отслеживания материала в ходе проведения оптимизационных мероприятий на фабрике. В ходе исследования материал, используемый  для питания фабрики, поступал из центральной части взорванного блока.

Неожиданностью явилось то, что три мини-маяка были дважды зарегистрированы в точке питания ВДВД. Объяснением этому может быть то, что они сохранились при прохождении чрез ВДВД и были возвращены с рециркуляционным потоком руды (после грохочения до размера +5 мм).

За дальнейшей информацией просим обращаться по адресу:

Michael Wortley, General Manager – PTI Products, Metso Process Technology & Innovation

Tel. +61 7 3623 2999, Email: michael.wortley@metso.com

Компания Metso является мировым поставщиком надежной технологии и услуг для горной, строительной и энергетической промышленности, в области автоматизации, вторичной переработки, а также целлюлозно-бумажной промышленности. В компании около 29000 сотрудников, работающих в более чем 50 странах. www.metso.com

Данная статья основана на докладе, представленном на симпозиуме 35^th APCOM Symposium 2011 в городе Уолонгдонг, Австралия.