Der anhaltende Druck durch niedrige Rohstoffpreise zwingt Bergbauunternehmen dazu, über Lösungen zur Produktionsoptimierung und Kostensenkung nachzudenken. Um wettbewerbsfähig produzieren zu können, setzt der von Traditionen geprägte Bergbau zunehmend auf intelligente Automatisierungslösungen.
Entlang der gesamten Wertschöpfungskette, von der Exploration und dem Abbau der mineralischen Stoffe über die Infrastruktur, die Weiterverarbeitung bis zur Anlieferung beim Kunden, müssen alle Prozessschritte aufeinander abgestimmt sein, um einen wirtschaftlichen Betrieb sicherzustellen. Der Einsatz ferngesteuerter, intelligenter Systeme ermöglicht erste Schritte hin zu einem automatisierten Untertagebetrieb und erhöht die Sicherheit und Effizienz.
Welche Vorteile bietet Beckhoff für den Bergbaubetrieb?
- sichere Steuerung von Transport, Gasüberwachung und Alarmierung unter Tage
- robuste, langlebige Hardware in Schutzart IP67 für staub- und gasbelastete Umgebungen
- offene Automatisierungsplattform mit vielfältigen Schnittstellen für Feldgeräte
- integrierte Messtechnik und Condition Monitoring für präventive Wartung
- einheitliche Plattform für Ex‑ sowie Nicht‑Ex‑Signale mit Diagnose und Cloudanbindung
Unsere Technologien für den Bergbau
Das Steuerungssystem für die Prozessautomatisierung
Mit einem durchgängigen Komponentenbaukasten und einem tiefen, branchenübergreifenden Know-how realisiert Beckhoff offene Automatisierungssysteme auf der Grundlage PC-basierter Steuerungstechnik. Dabei werden alle Steuerungsfunktionen, wie SPS, Visualisierung, Cloud-Anbindung, Explosionsschutz, Sicherheits- und Messtechnik auf einer durchgängigen Plattform integriert. Für Bergwerke bieten wir ganzheitliche Lösungskonzepte zur Kommunikation von Zone 0/20 bis in die Cloud – egal ob es um die Automatisierung von Neuanlagen oder den Retrofit bestehender Systeme geht.
PC-based Control für den Bergbau:
- durchgängige Plattform zur Automatisierung aller Prozesse und Anlagen
- Sicherheitsfunktionen, Explosionsschutz und Messtechnik in einem System
- hohe Interoperabilität dank offener Schnittstellen in Hard- und Software
- Steuerungs- und Kabelredundanz für erhöhte Anlagenverfügbarkeit
- PC-basierte Steuerungstechnik ist weltweit und branchenübergreifend etabliert
Ideal geeignet für den Rohstoffabbau: der offene Feldbus EtherCAT
Als universell einsetzbarer und offener Highspeed-Feldbus eignet sich EtherCAT für alle Einsatzbereiche, von SPS und Antriebstechnik über Sensorik bis zur Mess- und Sicherheitstechnik. Mit EtherCAT benötigen Sie nur eine einzige Kommunikationstechnologie für Ihr Bergwerk und können zudem von der Sicherheit und optimalen Performance der durchgängigen EtherCAT-Architektur profitieren. Die EtherCAT-basierte Steuerung ist außerdem offen hinsichtlich der Integration von 3rd-Party-EtherCAT-Geräten sowie der Einbindung anderer Feldbussysteme.
Vorteile von EtherCAT für den Bergbau:
- schnelle Fehlerbeseitigung durch Diagnosefunktionen
- Kabelredundanz für hohe Anlagenverfügbarkeit
- Realisierung flexibler Topologien
- Extended-Distance-Technologie für Kommunikation zwischen verteilten Anlagen
- schlanke Anlagenverkabelung durch Remote-I/O
TwinCAT: die Steuerungsplattform für den Bergbau
Mit der Automatisierungssoftware TwinCAT bietet Beckhoff eine zentrale Plattform für Steuerungsaufgaben im Bergbaubetrieb. Für die Entwicklung der klassischen Prozessführung in der SPS stehen sowohl textbasierte als auch grafische Programmiersprachen zur Auswahl. Ergänzt wird die Umsetzung der Steuerungsaufgaben durch modulare Softwarefunktionalitäten für Visualisierung, Kommunikation sowie Auswertung der Produktionsdaten.
TwinCAT-Highlights für den Bergbau:
- steuerungsintegrierte Industrie-4.0- und IoT-Anwendungen
- Funktionen für prädiktive Wartung und umfassende Datenanalyse
- TwinCAT Controller Redundancy für erhöhte Anlagenverfügbarkeit
- Integration von Safety und Explosionsschutz auf einer Software-Plattform
- Unterstützung gängiger Standards wie NAMUR, HART und FDT/DTM
Unsere Produkt-Highlights für den Bergbau
Eigensichere Signalerfassung in IP20 und IP67
Mit den EtherCAT-Modulen der ELX- und EPX-Serie kombiniert Beckhoff kompakte I/Os mit Sicherheitsbarrieren für den direkten Anschluss eigensicherer Feldgeräte aus Zone 0/20 und 1/21. Das Ergebnis: äußerst kompakte EtherCAT-I/Os zum direkten Anschluss eigensicherer Sensoren und Aktoren. Mit der Zertifizierung gemäß ATEX, IECEx und NEC/CEC sowie weiteren länderspezifischen Standards können die EtherCAT-I/Os weltweit eingesetzt werden.
Die EPX-Module der EPX-Serie in Schutzart IP67 und eignen sich zur Realisierung modularer und schaltschrankloser Anlagenkonzepte. Die robusten EPX-Module können direkt an der Anlage montiert werden und ermöglichen eine zuverlässige Datenerfassung für Ex-Bereiche, in denen kein Schaltschrank installiert werden kann oder soll.
EtherCAT-Module mit eigensicheren Schnittstellen für Ex-Applikationen:
- direkter Anschluss eigensicherer Feldgeräte
- IP67-Module für Installation im Feld
- große Signalvielfalt mit hoher Auflösung und Genauigkeit
- umfangreiches Portfolio an Zertifikaten für den weltweiten Einsatz
Anschluss von Ethernet-APL-Feldgeräten ans modulare I/O-System
Die zunehmende Digitalisierung, insbesondere zur Diagnose und -überwachung, ist eines der zentralen Themen im Bergbau. Dabei stellen die meist weit verteilten Anlagen besondere Anforderungen, denen der speziell hierfür entwickelte Standard Ethernet-APL mit 10 MBit/s Übertragungsrate bei bis zu 1.000 m Leitungslänge gerecht wird.
Beckhoff integriert die Ethernet-APL-Technologie in das modulare Klemmenportfolio. Die kompakte ELX6233 kann in Kombination mit weiteren EtherCAT-Klemmen im Schaltschrank montiert werden. Pro ELX6233-Klemme lassen sich zwei Ethernet-APL-Feldgeräte anbinden. Wie alle EtherCAT-Klemmen der ELX-Baureihe ermöglicht die ELX6233 den direkten Anschluss von eigensicheren Feldgeräten aus Zone 0.
Durchgängige Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud
Eine vernetzte Steuerung ist im Bergbaubetrieb entscheidend, um die reibungslose Kommunikation über dezentrale Anlagenteile hinweg sicherzustellen. Aufgrund der Offenheit stellt PC-based Control die optimale Basis für entsprechende Industrie-4.0- und IoT-Konzepte dar: Flexible Schnittstellen in Soft- und Hardware ermöglichen sowohl die horizontale Integration als auch die vertikale Anbindung, z. B. an überordnete Leitsysteme.
Für die Kommunikation zwischen der Anlagensteuerung und cloudbasierten Diensten steht die Softwarebibliothek TwinCAT IoT zur Verfügung. Sie unterstützt die standardisierten Protokolle OPC UA und MQTT zur Kommunikation mit gängigen Cloud-Systemen, wie Microsoft Azure™, Amazon Web Services sowie Private-Cloud-Systeme im unternehmenseigenen Netzwerk.
Kompakte Steuerungen für den Bergbaubetrieb
Leistungsstarke Industrie-PCs bilden die Basis für einen zentralen Leitstand zur Führung und Überwachung der Prozesse im gesamten Betrieb. Mit den Embedded Controllern der CX-Serie, die nach ATEX, IECEx und NEC/CEC für den Einsatz in Zone 2 zertifiziert sind, kann die Steuerung auch lokal im Schaltschrank ablaufen, was insbesondere im Hinblick auf Modularisierung Potential zur effizienteren Prozessautomatisierung erschließt. Mit einem integrierten Interface ermöglichen die platz- und kostensparenden Controller den direkten Anschluss von I/O-Klemmen ohne den Einsatz von Buskopplern.
Je nach Bedarf können Embedded-Controller für die dezentrale Steuerung mit leistungsstärkeren Embedded-PCs, Industrie-PCs und vorhandenen Leitsystemen für die zentrale Steuerung kombiniert werden.
Skalierbare Embedded-PCs für den Bergbau:
- von der Kleinststeuerung bis zur performanten Mehrkernlösung
- flexible Erweiterung durch Schnittstellenmodule
- robuste Geräte mit hoher Schwingungs- und Schockfestigkeit
- erweiterter Temperaturbereich von -25...+60 °C
- Zertifizierung gemäß ATEX, IECEx und NEC/CEC
Vereinfache Inbetriebnahme von Feldgeräten mit TwinCAT
Die vollumfängliche Integration der HART-Funktionalität sowohl in das I/O-System als auch in das TwinCAT-Engineering stellt eine einfache Projektierung und Inbetriebnahme sicher. Durch die HART-Integration können Anwender HART-Feldgeräte direkt in die Steuerung einbinden. Darüber hinaus reduziert TwinCAT den Engineeringaufwand: Der TwinCAT-FDT-Container erlaubt die Einbindung von Feldgeräte-DTMs direkt in das TwinCAT-Engineering und bietet somit Programmierung und Feldgerätekonfiguration in einer Umgebung.
Der Beckhoff ComDTM ermöglicht die lückenlose Integration von TwinCAT-Steuerungen in vorhandene Prozessleitsysteme. Mit Hilfe des ComDTM lassen sich die DTMs, der an die HART-fähigen EtherCAT-Klemmen angeschlossenen Feldgeräte, in beliebigen FDT-Containern übergeordneter Systeme einbinden. Dadurch lassen sich Feldgeräte remote und ohne direkten Zugriff auf die SPS konfigurieren und parametrieren.
Steuerungskonzept für den Bergbau
FAQs zum Bergbau
Automatisierungstechnik trägt entscheidend dazu bei, Risiken im Bergbau zu minimieren, indem sie kritische Prozesse überwacht, gefährliche Eingriffe reduziert und präzise Steuerung auch unter extremen Umweltbedingungen ermöglicht. Durch kontinuierliche Datenerfassung und intelligente Steuerungssysteme lassen sich potenzielle Gefahren frühzeitig erkennen und automatische Schutzmaßnahmen auslösen.
Beckhoff bietet mit PC‑based Control eine durchgängige, offene Automatisierungsarchitektur, die Steuerung, Messtechnik, Visualisierung, Safety‑Funktionen und Cloud‑Anbindung auf einer Plattform vereint. Leistungsfähige Controller, ein großes Portfolio an I/O‑Modulen, auch als robuste IP67‑Boxen, die Extended‑Distance‑Funktionen von EtherCAT in Kombination mit modularen TwinCAT-Softwarebibliotheken ermöglichen dezentrale Datenerfassung, Fernwartung und effiziente Zustandsüberwachung für Predictive Maintenance und einfache Nachrüstung in rauen Bergbauumgebungen.
In explosionsgefährdeten Bereichen, wie sie im Bergbau häufig vorkommen, müssen Steuerungssysteme so ausgelegt sein, dass sie das Entstehen von Zündquellen verhindern und gleichzeitig sicherheitsrelevante Abschalt‑ und Schutzfunktionen zuverlässig ausführen. Moderne Automatisierungslösungen ermöglichen dies durch eigensichere Schnittstellen, kontinuierliche Überwachung und integrierte Safety-Technik.
Die modularen TwinSAFE-Komponenten von Beckhoff ermöglichen verschiedene Topologien für Anwendungen mit Anforderung an funktionale Sicherheit. Hiermit können auch dezentrale Topologien umgesetzt werden, bei denen die sicherheitsgerichtete Steuerung direkt im Feld ausgeführt wird. Durch die vorhandene Zertifizierung einiger TwinSAFE-Produkte können die Sicherheitsfunktionen sogar in explosionsgefährdeten Bereichen ausgeführt werden.
Prozess- und Zustandsdaten sind ein Schlüsselfaktor für die Optimierung im Bergbau. Sie ermöglichen die Überwachung von Anlagenzuständen, die Erkennung von Trends sowie die frühzeitige Identifizierung potenzieller Störungen. Etwa kann ein ansteigendes Vibrationssignal an einem Förderlager frühzeitig auf Lager- oder Unwuchtprobleme hinweisen, so dass gezielte Eingriffe vor einem Ausfall möglich sind. Moderne Automatisierungssysteme sammeln diese Signale kontinuierlich, korrelieren sie und lösen bei Bedarf Alarme, automatische Regelanpassungen oder geplante Wartungsaufträge aus, um Stillstände zu vermeiden.
Beckhoff realisiert dies mit PC‑based Control und einem durchgängigen EtherCAT‑I/O‑System, das Sensorik aus Standard‑ und Ex‑Bereichen nahtlos integriert. Mit TwinCAT Analytics und TwinCAT IoT werden die erfassten Werte in Echtzeit analysiert und über offene Schnittstellen wie OPC UA, HART oder NOA-Konzepte an lokale oder cloudbasierte Systeme übertragen, visualisiert und für Predictive Maintenance, Alarmierung und Prozessoptimierung genutzt.
Die Einbindung von IT‑ und IoT‑Technologien in bestehende Bergwerke ermöglicht zentrale Datensammlung, vernetzte Prozesssteuerung und die Anbindung an cloudbasierte Analyse‑ und Optimierungstools. Durch offene Schnittstellen und standardisierte Kommunikationsprotokolle können vorhandene Sensoren und Steuerungen eingebunden werden, ohne komplette Anlagen austauschen zu müssen.
Beckhoff setzt hierbei auf PC‑based Control als zentrale Plattform, die IT‑ und OT‑Systeme zusammenführt. Mit TwinCAT IoT und TwinCAT Analytics werden Daten über Standards wie OPC UA oder MQTT in Microsoft Azure, AWS oder private Clouds übertragen, dort verarbeitet und für digitale Services genutzt. Die modulare EtherCAT‑Architektur ermöglicht einfache Nachrüstung, während robuste IP67‑Module und Extended‑Distance‑Technologie die Vernetzung auch in weitläufigen und rauen Bergbauumgebungen sicherstellen – von der Feldebene bis zum zentralen Leitstand.
