Expace On Board Systems, S.A, es una empresa del Grupo MAXAM situada en el Parque Tecnológico de Leganés (Madrid) que está especializada en el desarrollo de soluciones basadas en el uso de las tecnologías de la información y las comunicaciones (TICs). Nacida en 2008, está orientada a la ingeniería, desarrollo y fabricación de equipos y sistemas electrónicos e informáticos tanto para el sector militar como el civil.

Información de Fueyo Editores
Dpto. Técnico de Expace On Board Systems (Grupo MAXAM)

EL SEGUIMIENTO DE PERSONAS Y MÁQUINAS MÓVILES EN LA MINERÍA Y OBRAS SUBTERRÁNEAS: EL SISTEMA “X-TRACKER”

El conocimiento en tiempo real de la posición de los trabajadores y las máquinas y vehículos móviles en las minas y obras subterráneas, así como su seguimiento, está cobrando cada vez una mayor importancia por razones de seguridad y operatividad. Disponer de esta información aporta importantes ventajas y ofrece también nuevas oportunidades desde el lado de la seguridad, tales como:

• La gestión adecuada de las situaciones de emergencia, especialmente cuando se trata de infraestructuras en las que las rutas de evacuación son complejas o varían en función del progreso de las labores, o de la localización de la incidencia.

• La monitorización y el seguimiento de personas aisladas o de grupos itinerantes (equipos de mantenimiento, servicios externos, visitas, etc.)

• El control de acceso a zonas restringidas, ya sea de forma permanente o temporal (zonas de voladura, polvorines, áreas cerradas, etc.)

Desde el punto de vista operativo, las oportunidades que se abren son también numerosas, e incluyen aspectos tales como:

• Medida de tiempos de recorrido de personas, vehículos y máquinas.
• Control de tráfico en rampas y accesos a niveles.
• Gestión optimizada de flotas.
• Bloqueo de máquinas a personal no autorizado.
• Sistemas anticolisión (CAS — Collision Avoidance Systems).

Por todo ello, los sistemas que permiten conocer y seguir la posición de personas y máquinas están teniendo un rápido desarrollo durante los últimos años, tanto en la minería subterránea como en las obras de construcción de túneles.

Existen diversas tecnologías para ello, pero las más extendidas son las que se basan en dispositivos emisores de radiofrecuencia activos (tags), que deben ser portados por cada persona, o que se fijan a los vehículos o máquinas a monitorizar, y que son detectados al pasar junto a una serie de balizas fijas que se sitúan en puntos críticos de la mina o túnel.

No obstante, el ambiente minero tiene unos condicionantes específicos en cuanto a la propagación de las señales de radio, por lo que no todas las soluciones que se utilizan para aplicaciones similares en superficie son válidas en los espacios subterráneos. En particular, la potencia de emisión de señal de los tags, su autonomía y la capacidad para detectar varios tags simultáneamente y en movimiento son aspectos críticos. Igualmente, el sistema debe ser fácilmente reconfigurable para poder adaptarse a la continua evolución y los cambios de la mina.

El sistema X-Tracker de Expace es un sistema de monitorización y control específicamente diseñado para los entornos subterráneos de configuración cambiante, que permite determinar las posiciones del personal y las máquinas móviles, así como realizar su seguimiento en tiempo real. Además, el sistema permite también la monitorización de parámetros ambientales (ventilación, gases), así como el estado y el control de elementos fijos (ventiladores, puertas, semáforos, barreras, maquinaria estática, etc.).

Se trata de un sistema robusto y probado, y dispone de un diseño modular que le permite adaptarse a las necesidades específicas de cada proyecto.

ESTRUCTURA DEL SISTEMA

El sistema está formado por los siguientes componentes:

1. Tags móviles (para personal o máquinas).
2. Balizas concentradoras (puntos de conexión a red).
3. Balizas inalámbricas.
4. Software de monitorización y control.

Los tags móviles se asignan a personas específicas o se montan en máquinas móviles, y su paso es detectado por las balizas inalámbricas, las cuales se suelen montar en puntos estratégicos de la mina (entradas a niveles o a tajos, puntos de carga, accesos a zonas controladas, etc.).

La precisión en cuanto al posicionamiento dependerá lógicamente del número de balizas instaladas en la mina. En la mayor parte de las aplicaciones, es suficiente dividir la mina o la obra en una serie de zonas, y situar las balizas fijas en los límites entre dichas zonas o en los accesos a las mismas. En cualquier caso, el número y situación de las balizas dependerá de los objetivos del sistema y los requisitos específicos de cada proyecto.

El rango de detección varía con la sección de las galerías y las condiciones ambientales, pero supera por lo general los 35 m. El sistema es capaz de detectar simultáneamente a varias personas viajando en el interior de un vehículo hasta 35 km/h.

El sistema X-Tracker utiliza la red troncal de transmisión de datos existente en la mina para enviar la información a la sala o salas de control, que pueden estar situadas en cualquier punto del exterior o el interior de la mina.

TAGS MÓVILES

Los tags móviles son elementos activos que emiten señales de radiofrecuencia en UHF en las bandas ISM de 866 MHz o 2.4 GHz, dependiendo de los condicionantes locales y requisitos del proyecto. Los tags personales incluyen una batería interna con más de 2 años de autonomía, y se pueden llevar colgados del cuello o se pueden fijar al cinturón, al casco o la ropa de los propios trabajadores. También se pueden adosar y conectar a cualquier lámpara de casco, con lo que se elimina la necesidad de disponer de una batería interna.

Los tags de los vehículos y máquinas móviles son esencialmente iguales en cuanto a su electrónica, pero se montan en carcasas plásticas cuyas dimensiones y forma dependen del punto y modo de fijación sobre la máquina.

Los tags envían señales de posicionamiento, así como el estado de carga de la batería. Opcionalmente, pueden incluir un botón de envío de señal de emergencia, un led de alarma o una pantalla de texto, así como una función de hombre muerto, que envía una señal de alarma cuando el tag lleva sin moverse un tiempo predeterminado.

BALIZAS INALÁMBRICAS (TB)

Las balizas inalámbricas (denominadas TBs por Tracking Beacons) se sitúan en puntos fijos de la mina, y detectan el paso de los tags móviles cuando éstos se aproximan a su posición. Las balizas pueden incorporar antenas omnidireccionales o direccionales, dependiendo de su posición específica y de si es necesario discriminar entre los dos lados de la misma.

Las TBs envían la información recibida de los tags móviles a la Balizas Concentradoras (BTBs) a través de una red inalámbrica en la banda de 2.4 GHz (Zigbee). Esto permite instalar las balizas allí donde no llega la red de transmisión de datos de la mina, o irlas desplazando a medida que la mina avanza.

Las balizas requieren alimentación eléctrica a 12-24 V DC o 220 V AC, pudiéndose alimentar en cascada desde las BTBs e incorporan una batería interna que les permite funcionar hasta 24 h en caso de fallo de la red eléctrica. Opcionalmente, pueden incluir también un pulsador de emergencia para aplicaciones relacionadas con la seguridad.

BALIZAS CONCENTRADORAS (BTB)

Las balizas concentradoras (o BTBs por Bridge+Tracking Beacons) reciben la información enviadas por las balizas simples tipo TB y la redirige al computador de supervisión a través del sistema general de transmisión de datos de la mina mediante un protocolo tipo ModBus sobre TCP/IP. Las BTBs también actúan como balizas ellas mismas.

Las balizas concentradoras son los puentes de conexión a la red troncal de datos de la mina, e incorporan para ello los elementos de interface necesarios en cada caso para acoplarse a la red de datos existente.

MONITORIZACIÓN Y CONTROL DE PARÁMETROS AMBIENTALES Y ELEMENTOS FIJOS

Las balizas concentradoras tipo BTB admiten hasta un total de 8 entradas analógicas y 8 digitales para la monitorización de equipos fijos o de parámetros ambientales (velocidad de aire, concentraciones de gases, estado de máquinas, etc.). También pueden incorporar salidas analógicas o digitales para el control de maquinaria (ventiladores, puertas motorizadas, bombas…) o sistemas de señalización (semáforos, barreras, paneles indicadores, etc.).

TRANSMISIÓN DE DATOS AL EXTERIOR

Las balizas concentradoras utilizan la red de datos de la mina para enviar a la sala (o salas) de control toda la información relativa a los tags móviles, así como de los parámetros ambientales y de los elementos fijos que controlan.

En principio puede utilizarse cualquier sistema de transmisión de datos existente en la mina, tales como:

• Red Ethernet cableada.
• Fibra óptica.
• Wi-Fi.
• Cables de pares telefónicos.
• Cable radiante (leaky feeder).

Lógicamente el volumen de datos a transmitir dependerá del número de tags y de balizas. Aunque en principio son preferibles las redes de banda ancha (fibra óptica, Ethernet), el sistema puede funcionar igualmente con cables telefónicos o leaky feeder.

SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN Y CONTROL

Una aplicación de sobremesa especialmente desarrollada permite la monitorización en tiempo real del sistema desde la sala o salas de control, que pueden estar situadas tanto en el exterior como en el interior de la mina. La aplicación muestra toda la información relativa a la posición de los tags móviles, ya sean personas o maquinaria móvil, y el estado de carga de la batería, así como el resto de parámetros que se hayan conectado al sistema.

La aplicación comprende dos módulos principales:

1. Drivers de comunicación y posicionamiento: Se trata de drivers de bajo nivel que reciben e interpretan los datos enviados por las balizas concentradoras BTBs y los transfieren al módulo de supervisión. Utilizan OPCs customizados, lo que permite transferir dicha información a aplicaciones tipo SCADA de terceros.
2. Módulo de supervisión y registro de datos: Este módulo lee la información proporcionada por los drivers y la representa en pantalla en tiempo real. Dicha información se almacena en una base de datos, lo que permite diversos modos de representación de la misma, como por ejemplo:

• Mapas de posiciones de personas y máquinas en tiempo real.
• Estado de carga de las baterías de los tags.
• Valores instantáneos y gráficos de evolución de parámetros ambientales.

Igualmente, el procesamiento de toda la información recibida permite implementar funciones de medición y control avanzado, tales como:

• Generación de alarmas automáticas por niveles de gases o de ventilación.
• Cálculos de tiempos de desplazamiento de personas y vehículos • Control de tráfico (semáforos, barreras, …).
• Control dinámico de ventilación (VoD — Ventilation on Demand).

CONCLUSIONES

Los sistemas de monitorización y control de minas están evolucionando hacia la inclusión del posicionamiento y seguimiento de personas y máquinas móviles, ya que eso les permite acceder a funciones de control avanzado, especialmente en los aspectos de seguridad, pero también en la optimización de distintas operaciones mineras, tales como el control de tráfico de vehículos, la gestión de flotas o el control dinámico de ventilación en función de la demanda real. Si bien en muchos casos estos sistemas son independientes entre sí, el sistema XTracker de Expace (Grupo MAXAM) permite la integración de ambas funciones en una infraestructura de hardware y software común, lo que abarata costes y asegura una adecuada coordinación de todas las actuaciones del mismo. Además, representa una solución idónea para minas de tamaño medio o pequeño, y para obras de construcción de túneles.