Bergbau-Automatisierung, u.a. Strebhöhenregelung zur Prozessautomatisierung in Walzen- und Hobelbetrieben

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Mirjam Holm, Dr.-Ing. Stephan Beitler

Ein Themengebiet das am Institut für Elektrische Informationstechnik (IEI) verfolgt wird ist die Automatisierung im Bergbau. In einem gemeinsamen Projekt wurde für die Ruhrkohle AG (www.rag.de) und deren Tochterunternehmen, die RAG Mining Solutions (www.rag-mining-solutions.de) der Algorithmus einer Strebhöhenregelung am IEI entwickelt. Ziel der Strebhöhenregelung ist die Vollautomatisierung der Niveauregulierung der Gewinnungsmaschine, sowohl für den Hobel- als auch für den Walzenbetrieb.

Die im Projekt verfolgte Regelstrategie sieht für beide Betriebsarten vor, die Gewinnungsmaschine und den Schildausbau so am Hangendverlauf durch das Flöz zu führen, dass der Schnittkanal der Gewinnung(smaschine) optimal im Flöz positioniert wird.

Eine Herausforderung bei der Entwicklung der Regelung war der Verzicht auf zusätzliche Sensorik. Dies bedeutet, dass sich die Strebhöhenregelung, in Ihrer derzeitigen Variante, nur auf die bereits vorhandenen Sensoren stützt. Durch den Verzicht zusätzlicher Informationen basierend auf einer erweiterten Sensorik, werden auf Grund des stark totzeitbehafteten Systems die nicht gemessenen Daten für die Regelung geschätzt. Erweiterungen durch zusätzliche Sensorik und ergänzende, parallel entwickelte Techniken werden für die Verbesserung der Regelung genutzt.

Der Regler wurde an einem speziell für das Problem entwickelten Simulator entworfen. In durchgeführten Simulationen eines geregelten Gesamtsystems (Walzenbetrieb) hat sich das Konzept als zielführender Ansatz bestätigt. Nach den erfolgreichen Simulationen erfolgt in einer weiteren Phase des Projektes die Abstimmung eines Reglers für den Walzenbetrieb an einem realitätsnahen Versuchsaufbau. Neben der Reglerabstimmung dienten die Versuche auch der Schaffung aller notwendigen Kommunikationswege zum Datentransfer während des Betriebs und der Prüfung von Schnittstellen zwischen den einzelnen Teilsystemen.

Zusätzlich zum Konzeptentwurf und der Reglerentwicklung betreute das IEI während dieser Zeit die Versuche und unterstützte bei der Koordination und den notwendigen Abstimmungen zwischen den beteiligten Projektpartnern.

Aktuell wird am IEI weiterhin an einer optimierten Lösung mit dem Ziel eines autonomen Abbaus gearbeitet, um auch bei beliebigen und sich ändernden Umgebungsbedingungen einen autonomen Betrieb mit optimalem Gewinnungsergebnis zu erzielen.

M. Holm und C. Bohn:
Modelling of the cutting process of underground coal mining with shearer loaders for adaptive horizon control
^{In: Proceedings of the 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019, Vol. 19, Issue 1.3, pp. 423-430, June 2019. DOI: 10.5593/sgem2019/1.3/S03.054}  

M. Holm, S. Beitler, F. Kainer, A. Mozar, M. Junker and C. Bohn
The effect of longitudinal inclination in automatic controlled shearer workfaces
^{in Proceedings of the 14th SGEM GeoConference on Science and Technologies in Geology, Exploration and Mining, Albena, Bulgaria, June 2014, pp. 653-664. DOI: 10.5593/SGEM2014/B13/S3.085}

S. Beitler, M. Holm, A. Mozar, M. Junker and C. Bohn
The data preparation for longwall workface automation with the shield-data based horizon control
^{in Proceedings of the 14th SGEM GeoConference on Science and Technologies in Geology, Exploration and Mining, Albena, Bulgaria, June 2014, pp. 639-646.DOI: 10.5593/SGEM2014/B13/S3.083}

S. Beitler, F. Kainer, M. Holm and C. Bohn
Automatisierung der Gewinnung im Steinkohlebergbau
^{in Proceedings of the Workshop des GMA FA 1.30, Modellbildung, Identifikation und Simulation in der Automatisierungstechnik, Anif/Salzburg, Austria, Sept. 2013.}

M. Holm, S. Beitler, T. Arndt, A. Mozar, M. Junker and C. Bohn
Concept of Shield-Data-Based Horizon Control for Longwall Coal Mining Automation
^{in Proceedings of the 15th IFAC Symposium on Control, Optimization and Automation in Mining, Mineral and Metal Processing, San Diego, USA, Aug. 2013, pp. 98-103. DOI:10.3182/20130825-4-US-2038.00074}

M. Holm, S. Beitler, T. Arndt, A. Mozar, M. Junker and C. Bohn
Shield-data-based horizon control for longwall shearer guidance
^{in Proceedings of the 23th World Mining Congress, Montreal, Canada, Aug. 2013.}

S. Beitler, M. Holm, T. Arndt, A. Mozar, M. Junker and C. Bohn
A shield-data-based horizon control approach for thin seam coal mining utilizing plow technology
^{in Proceedings of the 30th International Symposium on Automation and Robotics in Construction and Mining ISARC, Montreal, Canada, Aug. 2013, pp. 955-962. DOI:10.22260/ISARC2013/0104}

S. Beitler, M. Holm, T. Arndt, A. Mozar, M. Junker and C. Bohn
State of the art in underground coal mining automation and introduction of a new shield-data-based horizon control approach
^{in Proceedings of the 13th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM, Albena, Bulgaria, June 2013, pp. 715-730. DOI: 10.5593/SGEM2013/BA1.V1/S03.066}