Bei Auguste Victoria ist null Ausfall in Hardware gegossen Fehlertolerante Server bei der Ruhrkohle AG

Autor / Redakteur: Rainer Doh / Ulrike Ostler

Die Kontrolle und Steuerung von Betriebsanlagen im RAG-Bergwerk „Auguste Victoria“ ist eine in hohem Maße unternehmenskritische Aufgabe. Die Ruhrkohle AG sichert sich mit fehlertoleranten Stratus-Servern ab. Zurecht, wie es aussieht: Seit neun Jahren gab es bei den mittlerweile 38 Servern noch keine einzige Betriebsunterbrechung.

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Der Walzenschrämlader ist eine schneidende Gewinnungsmaschine, die das Flöz im Streb herausschneidet.
Der Walzenschrämlader ist eine schneidende Gewinnungsmaschine, die das Flöz im Streb herausschneidet.
(Bild: RAG)

Der Steinkohlebergbau in Deutschland wird seit Jahrzehnten immer weiter zurückgefahren und bis 2018 ganz beendet werden. Zu den wenigen verbliebenen Zechen gehört das seit 1899 bestehende Bergwerk August-Victoria in Marl, am Nordrand des Ruhrgebietes.

Hier arbeiten rund 3.500 Beschäftige, davon etwa zwei Drittel unter Tage. Sie bauen in rund 1.000 Metern Tiefe in einem nahezu 100 Kilometer langen Stollensystem Steinkohle ab. Dafür werden heute riesige Maschinen eingesetzt; Kohlenhobel und Walzenschrämlader schneiden und fräsen pro Tag etwa 14.000 Tonnen Kohle aus dem Flöz.

Die Steuerung und Kontrolle der Anlagen unter Tage werden in der Grubenwarte zusammengeführt. Sie bildet quasi das Gehirn eines jeden Bergwerks, die Koordinationszentrale für Produktionsbetrieb und Sicherheit.

Sicherheit und Dauerbetrieb

Die Grubenwarte hat zwei große Aufgabenbereiche. Sie ist zum einen als Sicherheitswarte für die Sicherheit der Bergleute unter Tage verantwortlich, insbesondere für die „Wetterführung“, also die Ableitung von Grubengasen, vor allem Methan und Kohlenmonoxid, und die Zufuhr von Frischluft. Zum anderen ist sie die zentrale Betriebswarte und in dieser Funktion zuständig für den Betrieb der Anlagen unter Tage.

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Die RAG Deutsche Steinkohle

Seit 1998 sind sämtliche Aktivitäten des heimischen Steinkohlebergbaus in der RAG Deutsche Steinkohle gebündelt. Unter dem Dach der RAG Aktiengesellschaft leistet das Unternehmen einen Beitrag zur nationalen Rohstoff- und Energieversorgungssicherheit.

Hauptabsatzmarkt der heimischen Steinkohle sind die Stromwirtschaft und die Stahlindustrie. Das Unternehmen trägt, trotz des Anpassungsprozesses, zur Deckung eines Drittels des gesamten deutschen Steinkohlebedarfs bei. Weltweit führende Bergbautechnologie wird im deutschen Steinkohlenbergbau erforscht, erprobt und anschließend global vermarktet.

In Ibbenbüren, im Saarland und in der Rhein-Ruhr-Region beschäftigt das Unternehmen in fünf Bergwerken und Servicebereichen rund 24 000 Mitarbeiter. Der Jahresumsatz beträgt mehr als drei Milliarden Euro.

Dabei werden Betriebsdaten der Maschinen gesammelt, also die Daten von Motoren, Pumpen, Förderbändern oder Aufzügen, beispielsweise Spannungsausfallmeldungen, Hoch- und Tiefstandsmeldungen, die Wassereinströmungen und Rohrbrüche unter Tage anzeigen. Viele Anlagen und Maschinen werden direkt von der Warte aus gesteuert.

So werden die großen Kohlehobel unter Tage zwar eingerichtet, die Steuerungsbefehle zum Betrieb werden jedoch einen Kilometer höher in der Grubenwarte abgesetzt. Die Betriebswarte weiß daher immer, welche Maschine sich in welchem Zustand befindet und kann entsprechende betriebliche Veränderungen vornehmen.

Fehlertolerante Server sichern die Betriebsfähigkeit

Der Kohlenhobel wird am Flöz entlanggezogen und schneidet mit seinen Meißeln die Kohle aus dem Flöz .
Der Kohlenhobel wird am Flöz entlanggezogen und schneidet mit seinen Meißeln die Kohle aus dem Flöz .
(Bild: RAG)
Die RAG hat in den Grubenwarten der fünf von ihr betriebenen Bergwerke, zu denen auch die Zeche Auguste Victoria gehört, anfangs herstellerspezifische Lösungen eingesetzt, die in den 90er-Jahren durch selbst entwickelte Unix-Anwendungen abgelöst wurden. 2002/2003 wurden diese Lösungen dann auf Windows-Systeme portiert. Auf dieser Grundlage war die IT in allen Bergwerken der RAG vereinheitlicht.

In jeder der vier RAG-Grubenwarten arbeiten heute Gruben- oder Betriebswarten-Rechner, die die Betriebs- und Zustandsdaten wie Spannung, Wasserstand und Wasserdruck erfassen, sowie die Server, die für die direkte Steuerung von Maschinen und Anlagen zuständig sind. Beide Rechnersysteme stellen die Betriebsfähigkeit des Bergwerks sicher.

Es versteht sich von selbst, dass die betreffenden IT-Systeme in höchstem Maße unternehmenskritisch sind. Ausfälle der IT würden unmittelbar zu einer Betriebsunterbrechung führen, was angesichts des komplizierten Ineinanderspielens einer Vielzahl von Maschinen, von Transportanlagen, der Abfuhr von Material, der Zufuhr von Wasser und Luft, schnell zu erheblichen Schäden führen kann.

Redundanz auf allen Ebenen

Dabei müssen Schäden an den Anlagen und Maschinen immer vor dem Hintergrund gesehen werden, dass sie sich in einem Kilometer Tiefe, in engen Stollen und unter äußerst widrigen Arbeitsbedingungen ereignen. Eine falsch ausgerichtete, zu früh angelaufene oder zu spät gestoppte Anlage kann in der Regel nicht einfach von einem Kundendiensttechniker wieder in Gang gebracht werden, sondern erfordert aufwändige Verfahren.

Die Server der Grubenwarte müssen daher hochverfügbar sein. Dafür verfügt die Grubenwarte zur Sicherstellung eines ausfallsicheren Dauerbetriebs über eine unabhängige Stromversorgung und kann Unterbrechungen bis zu zehn Minuten über eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) abfangen.

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Über Stratus-Technologie

Stratus baut fehlertolerante Server, die auf Basis von Standard-Technologie arbeiten, also mit Intel-Prozessoren und mit gängigem Windows-, Linux- oder VMware- Betriebssystem. Bei einem fehlertoleranten Server sind alle Hardwarekomponenten doppelt vorhanden.

Fällt eine Komponente aus, wird der Betrieb automatisch und vom Benutzer unbemerkt durch die redundante Komponente weitergeführt. Auf diese Weise können fehlertolerante Systeme bei Störungen ohne Datenverlust kontinuierlich weiterlaufen.

Damit unterscheiden sich fehlertolerante Systeme von softwarebasiertem Failover-Clustering, bei dem ein Ausfall der Hard-oder Software dazu führt, dass der Workload auf einen redundanten Server verlagert wird. Fehlererkennung und anschließendes Umschalten zum neuen System können mehr oder weniger lange Ausfallzeiten verursachen. Fehlertolerante Server reduzieren nicht die Folgen von Ausfällen, sondern verhindern Ausfälle komplett.

Kabel, Anschlüsse und Netze sind redundant ausgelegt. Um die Redundanz auch für die Server selbst herzustellen, hat sich die RAG beim Aufbau des Systems für den Einsatz fehlertoleranter Server von Stratus entschieden.

Eine Komponente kaputt. Na und?

Volle Kontrolle über die Vorgänge in einem Kilometer Tiefe – Grubenwarte der Zeche Auguste Victoria in Marl.
Volle Kontrolle über die Vorgänge in einem Kilometer Tiefe – Grubenwarte der Zeche Auguste Victoria in Marl.
(Bild: RAG)
Diese Systeme verfügen in allen betriebswichtigen Bereichen über redundante Bauteile und können so bei Komponenten-Fehlern ihren Betrieb ohne jegliche Unterbrechung fortsetzen. Auf diese Weise erreichen die fehlertoleranten Server eine außerordentlich hohe Verfügbarkeit. Für den praktischen Einsatz ist von Bedeutung, dass sich Stratus-Server gegenüber dem Betriebssystem wie ein einziger Rechner verhalten und von daher eine einfache Bedienung ermöglichen.

„Als Anwender sieht man die Redundanz der „ftServer“ nicht, man hat nur ein einziges System vor sich, das seine Redundanzen vollständig intern regelt", erläutert Riedel. „Wir haben daher mit diesen Systemen keinen besonderen Schulungs- oder Administrationsaufwand und die Anwendungssoftware können wir auf dem Stratus-Server ohne Anpassungen betreiben.“ Damit unterscheiden sich fehlertoleranten Server deutlich von Cluster-Systemen.

ftServer auf allen Zechen

Die RAG hatte bei der Reorganisation der Bergwerks-IT zunächst nur den zentralen Betriebsdatenrechner auf einen Stratus-Server übernommen. „Nachdem wir hier gesehen haben, dass unsere Erwartungen an die Verfügbarkeit voll erfüllt wurden, haben wir die Aufgaben aufgeteilt und betreiben nun für jedes Abbaurevier auf einer Bergwerksanlage separate Stratus-Server“, erläutert Dietmar Misch, Automatisierungsingenieur im Bergwerk Auguste-Victoria.

Dabei stehen zusätzliche Server für die Steuerung und Kontrolle des Übergangs von stillgelegten zu neu eröffneten Revieren bereit. Nach diesem Schema sind heute die ftServer an allen Zechen der RAG strukturiert: Jeweils ein Server ist für die Betriebsdatenerfassung zuständig, die übrigen übernehmen die Steuerung der Anlagen entsprechend der jeweiligen Anzahl der Reviere des Bergwerks. Insgesamt setzt die RAG damit 38 Stratus ftServer ein, die zum Teil bereits seit neun Jahren ohne Ausfall in Betrieb sind.

Blick auf die Betriebssteuerung in der Grubenwarte der Zeche Auguste Victoria in Marl
Blick auf die Betriebssteuerung in der Grubenwarte der Zeche Auguste Victoria in Marl
(Bild: RAG)
Zur Absicherung der hohen Verfügbarkeit hat die RAG entsprechenden Service-Verträge geschlossen. „Wir hatten auch tatsächlich schon mal eine technische Störung“, berichtet Misch. „Allerdings handelte es sich dabei lediglich um den Ausfall einer einzelnen Komponente, eines Festplatten-Controllers. Wir hatten die Störung zunächst gar nicht bemerkt, weil der Rechner seinen Betrieb ohne Unterbrechung fortgesetzt hatte. Es gab also trotz des Hardware-Fehlers keinerlei Betriebsunterbrechung. Und genau deswegen haben wir diese Systeme ja auch gekauft.“

Der Autor:

Rainer Doh ist Redakteur bei der Beratungsgesellschaft für strategische Kommunikation PR-COM in München.

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