DE10141043C2 - Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden und Anordnung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Ansteuerung von Ausbau
schilden bei der untertägigen Kohlegewinnung gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 und andererseits eine Anordnung zur Durchführung des
Verfahrens gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
Bei der Kohlegewinnung werden überwiegend elektro-hydraulische Steue
rungen für das automatische Setzen, Rauben und Rücken der Ausbauschilde
eingesetzt. Die Koordination aller den Ausbauschilden zugeordneten
Steuergeräte übernimmt dabei eine untertägige Steuerzentrale, die an einem
Ende des Strebs angeordnet ist. Diese Zentrale ist im Normalfall über eine
Punkt zu Punkt (peer-to-peer)-Verbindung mit einem separaten Rechner in der
übertägigen Leitzentrale des Bergwerks verbunden. Eine direkte Verbindung
dieses Rechners in der Steuerzentrale mit dem zentralen Leitrechner des
Bergwerks ist normalerweise nicht gegeben.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Ansteuerung der ein
zelnen Steuergeräte bekannt. In der einfachsten Ausführungsform ist eine
einzige untertägige Steuerzentrale an einem Ende der Kette von Steuergeräten
vorgesehen. Tritt nun ein Defekt, beispielsweise ein Kabelbruch, zwischen zwei
Steuergeräten auf, sind nur noch die Steuergeräte erreichbar, die zwischen der
defekten Stelle und der Steuerzentrale angeordnet sind. Steuergeräte hinter
der defekten Stelle sind von der Steuerzentrale nicht mehr erreichbar. Bei der
weiteren Gewinnung rücken die ausgefallenen Ausbauschilde nicht mehr mit.
Ein Fortsetzen des Gewinnungsbetriebs hätte scharfe Abbruchkanten in der
Schildfront zur Folge, die weitere Störungen nach sich ziehen. Demnach ist
eine sofortige Fehlerdiagnose und Reparatur erforderlich. Während der Zeit für
die Fehlerdiagnose, die bei einer einzigen Steuerzentrale durchaus bis zu 300
Minuten in Anspruch nehmen kann, und der anschließenden Reparatur, die
üblicherweise zwischen 0,5 bis 2 Stunden dauert, findet keine Kohlegewinnung
statt.
Neuere Steuersysteme weisen daher zwei untertägige Steuerzentralen auf,
wobei an jedem Ende des Strebs eine Steuerzentrale angeordnet ist. Es ist
jedoch immer nur eine Steuerzentrale aktiv geschaltet, das heißt, nur eine
Steuerzentrale übernimmt die Koordination aller Steuergeräte. Bei einem
Defekt im Streb wird als Ersatz von der ersten Steuerzentrale auf die zweite
Steuerzentrale umgeschaltet. Diese Maßnahme ist allerdings nur dann er
folgreich, wenn sich die Störung im Randbereich des Strebs befindet und von
der zunächst aktiven Steuerzentrale nur noch wenige Steuergeräte erreicht
werden können. Nach dem Umschalten auf die zweite Steuerzentrale am
anderen Ende des Strebs können wieder mehr Steuergeräte aktiviert werden.
Ereignet sich jedoch ein Kabelbruch in der Mitte des Strebs, fällt beim
Umschalten von der ersten auf die zweite Steuerzentrale mindestens die Hälfte
aller Steuergeräte aus. Eine Unterbrechung der Kohlegewinnung und eine
nachfolgende Reparatur ist somit sofort erforderlich. Während die Zeit der
Fehlerdiagnose beim Einsatz von permanent aktiven Steuerzentralen weniger
als eine Minute beträgt, fällt die planmäßige Kohlegewinnung durch die
anschließende Reparatur wiederum für etwa 0,5 bis 2 Stunden aus.
Aus der DE 200 09 816 U1 ist eine elektrohydraulische Steuervorrichtung für
Schreitausbaue eines untertägigen Strebbetriebs bekannt, wobei den
Schreitausbauen über ein als Ringnetz konfiguriertes Bus-System miteinander
gekoppelte elektrohydraulische Steuergeräte zugeordnet und die Steuergeräte
über eine erste oder eine zweite Vorzentrale endseitig der Schreitausbaue in
dem Bussystem ansprechbar sind. Die Vorzentralen sind gleichzeitig aktiviert
und sprechen jeweils Steuergeräte unterschiedlicher Schreitausbaue an. Bei
zwei gleichzeitig aktivierten Vorzentralen ist nicht ausgeschlossen, dass der
komplette Datensatz einer ersten Vorzentrale im Rahmen einer Parametrisie
rung bzw. neuen Segmentierung auf die zweite Vorzentrale übertragen werden
muss, beispielsweise weil der Defekt im äußeren Strebrandbereich auftritt.
In der Zeitschrift "Glückauf" 134 (1998) Nr. 10, Seiten 562 bis 567 wird eine
Steuerung für den hydraulischen Schreitausbau beschrieben, bei der eine oder
mehrere Strebzentralen vorgesehen sein können. Das dort vorgeschlagene
System kommt auch gänzlich ohne untertägige Strebzentralen aus. Bei dieser
Konstellation müsste für eine Umsegmentierung und Parametrisierung das
gesamte Datenvolumen von einer übertägigen Leitzentrale über das Bussystem
nach unter Tage geschickt werden, wodurch die als nachteilig angesehenen
hohen Initialisierungszeiten entstehen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Ansteuerung von Ausbauschilden bei der untertägigen Kohlegewinnung
sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen, mit
welchem bzw. mit welcher störfallbedingte Ausfallzeiten während der plan
mäßigen Kohlegewinnung verringert und somit Fördervorgaben besser erfüllbar
sind.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Maßnahmen des
Patentanspruchs 1 sowie mit einer Anordnung mit den Merkmalen im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 5.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden
bei der untertägigen Kohlegewinnung werden den im Streb angeordneten
Ausbauschilden elektro-hydraulische Steuergeräte zugeordnet. Diese Kette von
Steuergeräten steht mit einer untertägigen, permanent aktiven Steuerzentrale
über einen Datenbus in Verbindung, und zwar in der Weise, dass die
Steuergeräte der jeweils endseitigen Ausbauschilde des Strebs über den
Datenbus mit der Steuerzentrale verbunden werden. Des Weiteren sind auch
alle Steuergeräte an den Datenbus angeschlossen. Durch eine freie Segmen
tierung der Steuergeräte, das heißt eine Aufteilung der Steuergeräte im Streb
hinsichtlich der Steuerungs- und Überwachungsfunktion in ein erstes und ein
zweites Segment, können diese jeweils vom einen oder vom anderen Ende des
Strebs her angesteuert und überwacht werden. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist es möglich, gleichzeitig von dem einen Ende des Strebs her als
auch von dem anderen Ende des Strebs her Segmente der Kette von
Steuerungsgeräten anzusteuern und zu überwachen.
Mit einer einzigen aktiven Steuerzentrale, die sowohl Unter- als auch Übertage
einsetzbar ist, können sowohl die Segmentierung als auch die Parametrierung
der Steuergeräte wahlweise vom einen als auch vom anderen Ende des Strebs
her oder wahlweise von beiden Enden her durchgeführt werden. Die durch
dieses Verfahren gewonnene hohe Flexibilität der Segmentierung hat bei einem
Störfall, wie beispielsweise einem Kabelbruch zwischen zwei Ausbauschilden,
gegenüber der derzeit eingesetzten Methode den Vorteil, dass sehr kurze
Fehlerdiagnosezeiten realisierbar sind, insbesondere gegenüber der Lösung
mit nur einer Steuerzentrale ohne variable Segmentierung der einzelnen
Steuergeräte. Durch die Anbindung an den Datenbus sind auch bei einer CH4-
Abschaltung sehr kurze Wiedereinschalt- und Initialisierungszeiten für
Steuergeräte möglich, die unterhalb der Wiederanfahrzeit für die Motoren und
Antriebe liegen. Folglich ist ein früherer Wiederbeginn der Kohlegewinnung als
mit bekannten Systemen möglich. Zum Vergleich beträgt die Initialisierungszeit
der Steuergeräte bei nur einer Standard-Steuerzentrale, die nicht permanent
aktiv geschaltet ist, 5 bis 10 Minuten, wohingegen die Initialisierung der
Motoren und Geräte ca. 1 Minute beträgt.
Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn es
einen Defekt in der Kette von Steuergeräten gibt, der eine Umsegmentierung
der Kette zur Folge haben muss, um alle Steuergeräte nach wie vor
ansprechen zu können. Bei der Erfindung reicht ein erstes Segment von dem
einen Ende des Strebs bis zum Defekt und ein zweites Segment von dem
anderen Ende des Strebs her ebenfalls bis zum Defekt, so dass auch im
weiteren Betrieb beide Segmente von der Steuerzentrale gleichzeitig
ansprechbar sind. Die Aufteilung der Überwachung und Steuerung von zwei
Seiten aus hat den Vorteil, dass bei einer Störung, wie einem Kabelbruch
zwischen zwei Ausbauschilden, diese Segmentierung und Parametrierung der
Steuergeräte gegenüber der normalen Auslegung so verändert werden kann,
dass von beiden Enden des Strebs aus alle Steuergeräte bis zur Störungsstelle
wieder erreicht werden können. Eine Unterbrechung der Kohlegewinnung und
eine sofortige Reparatur ist in diesem Fall somit nicht notwendig. Der
Gewinnungsbetrieb kann ohne Unterbrechung weiter ablaufen und die
Reparatur in einem planmäßigen Wartungsintervall, zum Beispiel in einer Wartungs
schicht, durchgeführt werden. Durch die mit der Erfindung eröffnete Möglich
keit, Reparaturen auf ein planmäßiges Wartungsintervall verschieben zu
können, in dem ohnehin keine Kohle gewonnen wird, sind Fördervorgaben
besser erfüllbar und kostspielige Ausfallzeiten werden reduziert.
Tritt ein Defekt an einem Ausbauschild oder zwischen zwei Ausbauschilden
auf, rückt jedes ausgefallene Ausbauschild in der ansonsten gleichmäßig
vorrückenden Schildfront nicht mehr mit. Im Normalfall würde eine scharfe
Abbruchkante in der Schildfront durch die angrenzenden vorrückenden Aus
bauschilde auftreten. Eine sofortige Reparatur wäre notwendig. Die Erfindung
löst dieses Problem durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 2, gemäß
welchen nach dem Anpassen der Segmentierung in Bezug auf die Schadens
stelle die zu dem defekten Ausbauschild benachbarten Ausbauschilde derart
angesteuert werden, dass bei weiterem Vorrücken der Ausbauschilde ein
fließender Übergang zwischen den vorrückenden Segmenten der Schildfront
und dem defekten Ausbauschild geschaffen wird. Dies kann dadurch erzielt
werden, dass der Vorschub der dem defekten Ausbauschild benachbarten
Ausbauschilde minimal gehalten und mit zunehmendem Abstand vom defekten
Ausbauschild größer wird, so dass eine Art Beule in der Schildfront entsteht.
Durch diese Maßnahmen ist eine Unterbrechung der Kohlegewinnung nicht
erforderlich.
Vielmehr ist nach Patentanspruch 3 vorgesehen, nach Beendigung der För
derschicht den defekten Ausbauschild zu reparieren und die Schildfront durch
Vorrücken des nunmehr reparierten Ausbauschilds und der benachbarten,
gegenüber der Schildfront zurückgebliebenen Ausbauschilde auszugleichen. Im
Ergebnis entsteht eine ausgeglichene Schildfront mit einer Segmentierung
entsprechend der Schadensstelle in der Kette der Ausbauschilde.
Nach Patentanspruch 4 ist vorgesehen, dass die ursprüngliche Segmentierung
der Kette von Ausbauschilden wieder hergestellt wird und am Ende eines
Wartungsintervalls eine ausgeglichene Schildfront für die anschließende
Gewinnungsschicht zur Verfügung steht.
Die Steuerzentrale zur Ansteuerung der Steuergeräte ist permanent aktiv und
über einen Profibus mit den Steuergeräten im Streb verbunden, weshalb die
Steuerzentrale sowohl Übertage als auch Untertage positioniert sein kann.
Insbesondere ist es nach Patentanspruch 5 möglich, dass eine untertägige
einzige Steuerzentrale über einen Datenbus mit einem übertägigen zentralen
Leitrechner des Bergwerks direkt in Verbindung steht, so dass der Normal
betrieb direkt vom Leitrechner des Bergwerks überwacht wird und bei einem
eventuellen Störfall einen sofortigen Eingriff des Leitrechners ermöglicht. Die
Zwischenschaltung weiterer PC's, wie es im Stand der Technik teilweise üblich
ist, entfällt bei der erfindungsgemäßen Anordnung.
In einer Ausgestaltung des gegenständlichen Erfindungsgedankens ist nach
Patentanspruch 6 die einzige Steuerzentrale an einem Ende des Strebs
angeordnet, wobei sie über eine Kabelverbindung direkt mit den ihr strebseitig
benachbarten Steuergeräten verbunden ist. Eine solche Kabelverbindung zum
anderen Ende des Strebs ist nicht erforderlich, da eine Ansteuerung über den
Datenbus möglich ist.
Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Anordnung tragen zur
Optimierung der Kohlegewinnung dadurch bei, dass viele kleinere Reparaturen
nicht mehr direkt durchgeführt, sondern auf die planmäßigen Wartungs
schichten verschoben werden können. Gegebene Planungsziele der Kohle
gewinnung werden dadurch eingehalten und nicht durch Reparaturzeiten
unterbrochen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher er
läutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Anordnung zur Ansteuerung von Aus
bauschilden im Normalbetrieb,
Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in einem Stör
fall und
Fig. 3a bis 3e den Ausgleich einer Schildfront in
mehreren Schritten.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Kette 6 von Steuerge
räten 1 zur Ansteuerung nicht näher dargestellter Ausbau
schilde in einem Streb. Jedes Steuergerät 1 ist einem Aus
bauschild zugeordnet, wobei in dieser Darstellung das erste
Steuergerät 1 mit n = 1 bezeichnet ist, das letzte mit n, wobei
die Anzahl der Steuergeräte 1 grundsätzlich beliebig wähl
bar ist. Die Steuergeräte n = 1 und n sind jeweils über einen
Datenbus 2 mit einer Steuerzentrale 3 verbunden. Der von
der Steuerzentrale 3 in der Zeichnungsebene nach oben wei
sende Pfeil deutet die Verbindung des Datenbus 2 mit einer
nicht näher dargestellten übertägigen Leitwarte mit einem
Zentralrechner an. Über den Datenbus 2 sind die Steuerge
räte 1 sowohl von dem einen Ende 4 als auch von dem ande
ren Ende 5 des Strebs her gleichzeitig ansteuerbar. Das heißt
beispielsweise von einer Kopfstrecke her, in der auch die
Steuerzentrale 3 angeordnet sein kann und von einer dem
Streb zugeordneten Ladestrecke.
Die Steuergeräte 1 des Strebs können von der per
manent aktiven Steuerzentrale angesteuert und überwacht
werden, wobei eine Segmentierung und Parametrierung der
Steuergeräte 1 wahlweise von dem in der Zeichnungsebene
linken Ende her erfolgen kann, wie das Segmentierungsbei
spiel a mit den nach rechts weisenden Pfeilen verdeutlichen
soll.
Den umgekehrten Fall stellt das Segmentierungs
beispiel b dar, bei welchem die Segmentierung und Parame
trierung der Steuergeräte 1 von dem in der Zeichnungsebene
rechten Ende erfolgt.
Im Fall c ist die Kette 6 von Steuergeräten 1 in ein
erstes Segment 7 und in ein zweites Segment 8 aufgeteilt.
Die Ansteuerung der Segmente 7, 8 erfolgt von beiden En
den 4, 5 des Strebs her, wobei die beiden Segmente 7, 8 etwa
die gleiche Anzahl von Steuergeräten 7, 8 umfassen.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung gemäß Fig. 1, bei wel
cher zwischen den mit n und n + 1 bezeichneten Steuergerä
ten ein Störfall aufgetreten ist, beispielsweise ein Kabel
bruch. Nach einer Umsegmentierung der Ursprungsseg
mente 7, 8 in ein erstes Segment 9, das die Steuergeräte 1 bis
n umfasst und ein zweites Segment 10, das die Steuergeräte
n + 1 bis m umfasst, sind alle Steuergeräte 1 bis m von beiden
Enden 4, 5 des Strebs her überwachbar, so dass eine Kohle
gewinnung ohne Unterbrechung weitergeführt werden kann
und eine notwendige Reparatur im Rahmen einer planmäßi
gen Wartungsschicht grundsätzlich ausreichend ist.
Die Fig. 3a-3e zeigen prinzipiell die Verfahrens
schritte bei Auftreten eines Defektes zwischen zwei Steuer
geräten 1. In Fig. 3a ist die Standardsegmentierung der
Kette 6 von Steuergeräten 1 dargestellt. Die Kette 6 umfasst
dabei zwei gleich große Segmente 7, 8 (vgl. Fig. 1). Der
nach unten weisende Pfeil F verdeutlicht die Gewinnungs
richtung für den planmäßigen Kohleabbau.
Tritt nun nach einer gewissen Arbeitszeit ein De
fekt 11 z. B. eine Unterbrechung 12 zwischen zwei mit n
bzw. n + 1 bezeichneten Steuergeräten auf (Fig. 3b), wird als
erster Verfahrensschritt eine Fehlerdiagnose durchgeführt
und eine Umsegmentierung in die Segmente 9 bzw. 10
durchgeführt, so dass nach wie vor alle Steuergeräte 1 von
der Steuerzentrale 3 ansprechbar sind. Allerdings rücken die
ausgefallenen Ausbauschilde und die sie hier verdeutlichenden
Steuergeräte 1 in der Schildfront nicht mehr mit. Eine
Steuersoftware steuert in diesem Fall die Steuergeräte n - 3
bis n - 1 und n + 2 bis n + 5 in der Weise an, dass quasi eine
Beule in der Schildfront entsteht, wobei eine scharfe Ab
bruchkante vermieden wird (Fig. 3c). Die Gewinnung
braucht daher nicht unterbrochen zu werden.
Fig. 3d zeigt das Ende der Gewinnungsschicht und
den Beginn der Wartungsschicht. In dem Wartungsintervall
wird der Defekt 11 bzw. die Unterbrechung 12 behoben und
die Schildfront begradigt (Fig. 3e).
Schließlich wird die Standardsegmentierung ge
mäß Fig. 3a wieder hergestellt mit den ursprünglichen Seg
menten 7 und 8. Anschließend kann eine neue Gewinnungs
schicht bei ausgeglichener Schildfront begonnen werden.
1
Steuergerät
2
Datenbus
3
Steuerzentrale
4
Ende des Strebs
5
Ende des Strebs
6
Kette v.
1
7
Segment v.
6
8
Segment v.
6
9
Segment v.
6
10
Segment v.
6
11
Defekt
12
Unterbrechung
F Gewinnungsrichtung
F Gewinnungsrichtung
Claims (6)
1. Verfahren zur Ansteuerung von Ausbauschilden bei der untertägigen Kohle
gewinnung, bei welchem den in einem Streb angeordneten Ausbauschilden
elektro-hydraulische Steuergeräte (1) zugeordnet werden, die mit einer
einzigen Steuerzentrale (3) in Verbindung stehen, wobei die Steuergeräte
(1) der jeweils endseitigen Ausbauschilde in einem Streb über einen
Datenbus (2) mit der Steuerzentrale (3) verbunden und nach einer freien
Segmentierung der Steuergeräte (1) sowohl gleichzeitig von dem einen
Ende (4) des Strebs als auch von dem anderen Ende (5) des Strebs her
angesteuert und überwacht werden und bei einem Defekt (11) in einer Kette
(6) von Steuergeräten (1) die Segmentierung der Kette (6) angepasst wird,
wobei ein erstes Segment (9) von dem einen Ende (4) des Strebs bis zum
Defekt (11) geführt wird und ein zweites Segment (10) von dem anderen Ende
(5) des Strebs bis zu dem Defekt (11) geführt wird und beide Segmente (9,
10) von der Steuerzentrale (3) gleichzeitig ansprechbar sind.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass im Falle eines defekten Ausbauschilds die Segmentierung angepasst
wird und die zum defekten Ausbauschild benachbarten Ausbauschilde derart
angesteuert werden, dass bei fortschreitendem Vorrücken der
Ausbauschilde ein fließender Übergang zwischen den vorrückenden Segmenten
der Schildfront und dem defekten Ausbauschild geschaffen wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass nach Beendigung einer Gewinnungsschicht der defekte Ausbauschild
repariert und die Schildfront durch Vorrücken des reparierten Ausbauschilds
und der gegenüber der Schildfront zurückgebliebenen Ausbauschilde aus
geglichen wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekenzeichnet,
dass nach der Reparatur des defekten Ausbauschilds die ursprüngliche
Segmentierung wieder hergestellt wird.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentan
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Steuer
zentrale (3) über einen Datenbus (2) mit einem übertägigen zentralen Leit
rechner des Bergwerks verbunden ist.
6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentan
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Steuer
zentrale (3) an einem Ende (4, 5) des Strebs angeordnet ist, wobei sie über
eine Kabelverbindung direkt mit dem benachbarten Steuergerät (1) des ersten Segments verbun
den ist und mit dem Steuergerät (1) des zweiten Segments am anderen Ende (4, 5) des Strebs
über einen Datenbus (2) in Verbindung steht.
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