Cet article fait partie de la série La pyramide d’automatisation de la ventilation, lisez la vue d’ensemble complète ici.
Le niveau 3 a doté le système de ventilation de réflexes. Un dépassement de seuil de gaz déclenche une réponse sur le débit d’air. Une porte s’ouvre hors séquence et le système réagit. Une défaillance d’équipement se produit et la zone concernée s’ajuste automatiquement.
Le problème, c’est que des réflexes restent réactifs. Le système attend qu’un seuil soit franchi avant de faire quoi que ce soit. Il n’a aucune conscience de ce qui est sur le point de se passer sous terre, seulement de ce qui s’est déjà produit.
Le niveau 4 change la question que pose le système de ventilation. Au lieu de qu’est-ce qui vient de se passer, il demande qu’est-ce qui se passe en ce moment.
Des signaux à la présence
Le nouvel intrant que le niveau 4 introduit, c’est la localisation.
Aux niveaux 1 à 3, le système de ventilation n’a aucune connaissance fiable de l’endroit où se trouvent les équipements dans la mine. Il sait ce que le calendrier indique : un sautage est prévu à 17h00, le quart se termine à 18h00. Il sait ce que les capteurs rapportent : le CO est élevé au chantier 730-4, une porte au niveau 650 est ouverte. Mais il ne sait pas qu’un scoop vient d’entrer dans un chantier qui n’a pas été ventilé depuis deux heures, ni que deux camions diesel convergent vers le même rampe depuis des directions opposées.
Le niveau 4 intègre un système de localisation en temps réel (typiquement un RTLS utilisant des tag WiFi, des balises BLE ou une technologie ToF) et commence à utiliser la position des équipements comme intrant principal à la logique de ventilation. Le système sait maintenant où se trouve la demande d’air du véhicule diesel. Pas où elle est censée être, et pas parce qu’un capteur de gaz a déjà franchi un seuil. Il le sait parce que les équipements sont suivis en temps réel.
Ce que la Ventilation on Demand veut vraiment dire
Le terme est utilisé à toutes les sauces dans les présentations de fournisseurs, alors il vaut la peine d’être précis sur ce qu’il signifie à ce niveau.
La Ventilation on Demand (VoD) signifie que le débit d’air fourni à une zone est déterminé par les besoins réels de cette zone à un moment donné : non pas par une consigne fixe, non pas par un horaire, et non pas par un dépassement de seuil après le fait. Au niveau 4, ce besoin est calculé principalement à partir de la présence et du type d’équipement. Chaque engin diesel a un profil d’émissions connu, et les débits d’air minimaux requis par unité de puissance moteur sont documentés dans les règlements miniers provinciaux et fédéraux. Le modèle de demande n’est donc pas arbitraire : il repose sur les mêmes chiffres qu’utilisent les régulateurs. Lorsque le système sait quel équipement se trouve dans quelle zone, il peut calculer le débit requis pour cette zone et ajuster les vitesses des ventilateurs et les positions des volets en continu, au fil des déplacements des équipements dans la mine.
La différence clé avec le niveau 3 : le système répond avant que la qualité de l’air se dégrade. Le camion entre dans le chantier. Les ventilateurs accélèrent. Le chantier reçoit un débit suffisant pour la charge diesel qu’il accueille réellement, non pas en réponse corrective à une lecture de CO qui a déjà monté en flèche, mais en réponse anticipée à une charge connue qui entre dans une zone définie.
Un scénario concret : le problème des équipements qui convergent
Prenons une section de rampe où deux zones de ventilation se rejoignent. La zone A fonctionne à débit réduit, le dernier équipement l’ayant quittée il y a 40 minutes et le système ayant réduit le débit en conséquence. La zone B fonctionne à débit normal.
Un camion de transport quitte la zone B en direction de la zone A. Simultanément, un foreuse progresse vers la zone A depuis l’autre direction.
Sans le niveau 4, aucun des deux équipements n’a encore franchi la zone A. Aucun seuil de gaz n’a été dépassé. Le calendrier ne signale rien d’inhabituel. Le système de ventilation continue de faire fonctionner la zone A à débit réduit. Au moment où les deux engins sont dans la zone et que le CO commence à monter, le système est déjà en retard. Un événement de niveau 3 finira par se déclencher, mais la réponse est corrective plutôt que préparatoire.
Avec le niveau 4, le RTLS indique que les deux engins se dirigent vers la zone A. Le système calcule la charge diesel combinée du camion et de la foreuse, détermine le débit requis pour cette charge combinée et commence à augmenter le débit de la zone A jusqu’à la consigne appropriée avant l’arrivée des équipements. Quand les engins entrent dans la zone, la ventilation est déjà là où elle doit être.
C’est la différence opérationnelle entre réagir à la qualité de l’air et la gérer.
La question de la télémétrie : savoir plus que juste où
La localisation seule règle la majorité du problème, mais il y a une nuance qui mérite d’être développée. En l’absence de télémétrie supplémentaire, un système de niveau 4 doit supposer une charge diesel maximale pour tout équipement suivi. Si un camion de 65 tonnes se trouve dans une zone, le système ventile pour un camion de 65 tonnes en fonctionnement, même si ce camion est stationné avec le moteur coupé ou qu’il circule en mode électrique sur une variante hybride.
Cette hypothèse conservatrice est juste d’un point de vue sécurité. Mais elle laisse des économies d’énergie sur la table.
Sur un projet, nous avions développé une nouvelle génération de balises LTE pour le suivi souterrain. Le plan initial était de les installer comme infrastructure fixe, mais le client avait une meilleure idée : il les a installées directement sur les véhicules. Cette seule décision a changé ce que la balise pouvait faire. Ce n’était plus simplement un point de référence de localisation. C’est devenu une balise d’actif mobile qui se déplaçait avec l’engin, servait en même temps de répéteur pour le signal d’alarme d’évacuation, et comme ces unités disposaient de ports E/S, pouvait être câblée directement sur le circuit d’allumage du véhicule.
Ce dernier point a eu plus d’importance qu’il n’y paraît. Avec l’état d’allumage disponible comme signal en direct, le système de VoD pouvait distinguer un camion stationné dans une zone d’un camion qui tourne activement en diesel. Sur les équipements hybrides ou bi-mode, il pouvait aussi détecter si l’engin fonctionnait en mode diesel ou électrique. La consigne de ventilation pouvait alors être calculée sur la charge réelle plutôt que sur l’hypothèse du pire cas. Dans les zones où l’infrastructure LTE était déployée, ce qui dépasse généralement la portée du réseau électrique fixe, cela a donné des réductions mesurables du temps de fonctionnement des ventilateurs et de la consommation d’énergie. Les économies n’étaient pas théoriques. Elles se voyaient dans la consommation électrique.
Le point plus large est que le niveau 4 ne consiste pas simplement à connecter un RTLS à un contrôleur de ventilation. Il s’agit de savoir le plus possible sur chaque actif en temps réel. Plus de canaux de télémétrie signifie moins d’hypothèses conservatrices, et moins d’hypothèses conservatrices signifie un système qui peut faire moins de travail en toute sécurité.
Ce que l’infrastructure exige réellement
Faire fonctionner le niveau 4 de manière fiable sous terre dépend de quelques éléments qu’il est facile de sous-estimer lors de la planification.
La couverture RTLS doit être véritablement continue dans toutes les zones minières actives, pas seulement adéquate dans les chantiers. Une balise qui se déconnecte pendant 20 minutes dans une section mal couverte n’est pas un inconvénient mineur au niveau 4. C’est une lacune dans le modèle de contrôle de la ventilation. Le système revient soit aux hypothèses conservatrices pour cette zone, soit, pire encore, n’a aucune base pour un calcul quelconque. Les zones mortes dans le réseau de suivi se traduisent directement par un risque pour la sécurité ou une inefficacité énergétique, selon la direction dans laquelle on choisit de défaillir.
La mine a également besoin d’un modèle de zones de ventilation bien défini avec lequel le système de contrôle peut travailler en temps réel. Cela semble simple, mais ce ne l’est souvent pas. Les systèmes de coordonnées, les désignations de niveaux et les noms de chantiers utilisés par les opérations ne correspondent pas toujours proprement aux structures de données que les plateformes SCADA ou VoD attendent. Régler cette correspondance représente généralement plus de travail que ce que le cahier des charges laisse paraître.
La réactivité des ventilateurs et des volets devient aussi une contrainte réelle à ce niveau. Le niveau 4 exige des changements de consignes plus fréquents que tout ce qui est en dessous. Les ventilateurs contrôlés par des variateurs de fréquence et les volets avec des actionneurs fiables sont une exigence pratique, non seulement pour la vitesse de réponse, mais parce que les ajustements continus vont exposer tout problème de fiabilité mécanique dans le réseau de ventilation que les niveaux inférieurs ne mettaient jamais à l’épreuve.
Enfin, et c’est le plus souvent la source de vraies douleurs de projet : l’intégration entre le RTLS et le système de contrôle de la ventilation. Ce sont généralement des plateformes différentes, parfois de fournisseurs différents, avec des modèles de données différents, des taux de mise à jour différents et des modes de défaillance différents. L’interface entre eux a besoin d’un comportement de repli défini pour le cas où le flux RTLS est interrompu. Un système de ventilation qui se fige à son dernier état connu quand les données de localisation tombent est un système qui attend de causer un problème.
Ce que le niveau 4 ne fait pas
Le niveau 4 reste fondamentalement un système basé sur des règles. Les règles sont plus sophistiquées qu’au niveau 3, intégrant la localisation, le type d’équipement, la topologie des zones, l’état d’allumage et le mode de fonctionnement, mais ce sont toujours des règles écrites par des ingénieurs et encodées dans le système de contrôle. Un camion de 65 tonnes roulant au diesel dans la zone A demande X m³/s. Ajoutez un deuxième engin et le calcul se met à jour. Le système exécute la règle.
Ce qu’il ne fait pas, c’est remarquer que la zone A sous-performe de manière constante son débit modélisé depuis trois semaines parce qu’un volet en amont ne se ferme pas correctement. Il ne détecte pas que le rendement d’un ventilateur se dégrade à mesure qu’il vieillit. Il ne reconnaît pas que le profil d’émissions réel de la flotte a changé parce qu’un sous-traitant a amené sur le site des équipements plus anciens que ce que le modèle supposait.
Ces observations demandent un système qui ne se contente pas de consommer des données en temps réel, mais qui raisonne sur des tendances dans le temps. C’est le niveau 5, et il repose directement sur ce que le niveau 4 construit.
Article précédent de la série : Niveau 3 – Automatisation événementielle de la ventilation.
Prochain article de la série : Niveau 5 – Contrôle prédictif et optimisation à l’échelle du réseau.
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