DE19912688A1 - Verfahren zum Austausch von Daten zwischen einer Einrichtung zur Programmierung und Auslösung elektronischer Zünder und den Zündern - Google Patents
Verfahren zum Austausch von Daten zwischen einer Einrichtung zur Programmierung und Auslösung elektronischer Zünder und den ZündernInfo
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Abstract
Beim Abbau von Rohstoffen werden Sprengungen durchgeführt, bei denen in vielen Bohrlöchern angeordnete Sprengladungen nach einem bestimmten Zeitplan nacheinander gezündet werden. Die elektronischen Zünder der Sprengladungen bilden ein Zündsystem. Die elektronischen Zünder sind gemeinsam über eine sogenannte Busleitung mit einer Einrichtung zur Programmierung und Auslösung verbunden. Bei der Kommunikation eines Zünders mit der Einrichtung zur Programmierung und Auslösung der Zünder treten allerdings dadurch Probleme auf, daß die übrigen, an der Busleitung angeschlossenen Zünder kapazitive Widerstände darstellen, die auf die Übertragung der Daten einwirken. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, daß vor einer beabsichtigten Kommunikation eines Zünders mit der Einrichtung an den Zündkreis mit vorgegebener Dauer eine Gleichspannung angelegt wird, die höher ist als die Spannung, die zur Signalerzeugung vorgesehen ist, daß danach die Signale, mit denen die Daten erzeugt werden, die der Zünder als Antwort übermittelt, mit einer niedrigeren Spannung erzeugt werden als die zuvor erhöhte Spannung und daß vor der Antwort eines weiteren Zünders die Gleichspannung erneut erhöht wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch von Daten zwischen einer
Einrichtung zur Programmierung und Auslösung elektronischer Zünder und den
Zündern entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Bei der Gewinnung von Rohstoffen, die im Erdreich lagern, ist es erforderlich, das den
Zugang zu den Rohstoffen verhindernde Gebirge wegzuräumen und anschließend die
Rohstoffe durch Herausbrechen aus ihren Lagerstätten zu gewinnen. Bei diesen
Abbauverfahren werden Sprengungen durchgeführt, bei denen in vielen Bohrlöchern
angeordnete Sprengladungen nach einem bestimmten Zeitplan nacheinander
gezündet werden.
Ein Verfahren zur Steuerung von Sprengzündern sowie ein sogenannter codierter
Aufbau zur Steuerung des Sprengens sind beispielsweise aus der EP 0 588 685 B1
bekannt. Die elektronischen Zünder der Sprengladungen bilden ein Zündsystem. Die
elektronischen Zünder sind gemeinsam über eine sogenannte Busleitung mit einer
Einrichtung zur Programmierung und Auslösung verbunden. Über diese Busleitung
werden die elektronischen Zünder angesteuert und erhalten elektrische Energie, die
von ihnen kapazitiv gespeichert wird. Ist die Kapazität eines Zünders aufgeladen, so
ist er in der Lage, mit Hilfe der in seinem Kondensator gespeicherten Energie
selbständig in Betrieb zu bleiben. Mit der gespeicherten Energie wird die Funktion zur
Zündung sowie zur Kommunikation zwischen dem Zünder und der Einrichtung zur
Programmierung und Auslösung der Zünder sichergestellt.
In der Regel hat jeder einzelne Zünder eine ihm zugeordnete Adresse, die aus einem
mehrstelligen digitalen Code besteht. Die Verzögerungszeit, mit der der Zeitpunkt
bestimmt wird, an dem der jeweilige Zünder ausgelöst wird, wird in Form codierter
Signale an jeden einzelnen Zünder übergeben. Die Signale können aus
Polaritätswechsel einer in einer vorgegebenen Höhe vorgegebenen Spannung
bestehen. Die Verzögerungszeit wird mit einem Adressencode gekoppelt, so daß
jeder Zünder aufgrund des Adressencodes nur die ihm zugeordnete Verzögerungszeit
lädt. Nachdem der Zünder die ihm zugeordneten Daten übermittelt bekommen hat,
muß er eine Antwort absenden, damit festgestellt werden kann, daß die
Verzögerungszeit ordnungsgemäß von der Elektronik des Zünders empfangen und
abgespeichert wurde.
Bei der Kommunikation eines Zünders mit der Einrichtung zur Programmierung und
Auslösung der Zünder treten allerdings dadurch Probleme auf, daß die übrigen, an
der Busleitung angeschlossenen Zünder kapazitive Widerstände darstellen, die auf
die Übertragung der Daten einwirken. Die Signale der Daten bestehen in der Regel
aus Polaritätswechsel in einer bestimmten zeitlichen Abfolge und in einer bestimmten
Anzahl. Diese Polaritätswechsel werden aufgrund der kapazitiven Widerstände
verzerrt, so daß eine eindeutige Übermittlung der Signale nicht immer gewährleistet
ist. Unter Berücksichtigung der kapazitiven Widerstände sind die
Datenübertragungsraten pro Zeiteinheit gering und die Programmierung eines
Zünders, die im Dialog der Elektronik des Zünders mit der Einrichtung zur
Programmierung und Auslösung der Zünder erfolgt, ist zeitaufwendig und nicht immer
störungsfrei.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Austausch von Daten
zwischen einer Einrichtung zur Programmierung und Auslösung von elektronischen
Zündern und den Zündern sicherer und schneller zu machen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten
Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den
Unteransprüche beansprucht.
Erfindungsgemäß wird vor einer beabsichtigten Kommunikation eines elektronischen
Zünders mit der Einrichtung zur Programmierung und Auslösung der Zünder an den
Zündkreis mit vorgegebener Dauer eine Gleichspannung angelegt, die höher ist als
die Spannung der Signale, mit der die Daten erzeugt werden, die der Zünder als
Antwort übermittelt. Die erhöhte Spannung liegt unterhalb einer kritischen Spannung
zur Auslösung eines Zünders. Die Zünder sind in der Regel so ausgelegt, daß sie
gegen eine Spannung resistent sind, d. h. nicht ausgelöst werden, die in einer
bestimmten Höhe über der Nennspannung liegt, die zur Generierung der Signale zur
Kommunikation mit den Zündern vorgesehen ist. Entsprechend der Erfindung wird der
vorgesehene Toleranzbereich aber nicht ausgeschöpft, um jegliches Risiko zu
vermeiden. Andererseits wird die Höhe der Spannung so gewählt, daß innerhalb einer
sehr kurzen Zeit die Aufladung der Kapazitäten der übrigen Zünder auf ein solches
Niveau erfolgt, daß eine Schwächung der Spannung vermieden wird, mit der die
Signale der Antwort des Zünders erzeugt werden.
Um die Antwort des Zünders zu übermitteln, wird die Spannung abgesenkt und die
Signale der Daten, die der Zünder als Antwort übermittelt, werden mit einer
niedrigeren Spannung erzeugt. Während der Übertragung der Signale des
antwortenden Zünders sind alle übrigen Zünder auf einem so hohen Niveau
aufgeladen, daß sie keine kapazitiven Widerstände mehr darstellen und dadurch eine
Kommunikation mit einer sehr hohen Übertragungsrate der Daten pro Zeiteinheit
möglich ist. Die Spannung im Zündkreis wird über eine solche Dauer auf einen
solchen Wert erhöht, daß während der nachfolgenden Antwort eines Zünders keine
Kapazitäten der übrigen Zünder aufgrund von Ladungsverlusten aufgeladen werden
müssen.
Die Höhe der kapazitiven und ohmschen Widerstände innerhalb des Zündkreises sind
abhängig von der Anzahl der angeschlossenen elektronischen Zünder. In weiterer
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, daß der kapazitive
Widerstand ermittelt wird und in Abhängigkeit seiner Größe die zur Aufladung der
Kapazitäten mindestens erforderliche Gleichspannung bestimmt wird. Zusätzlich kann
der durch die ohmschen Widerstände verursachte Spannungsabfall ausgeglichen
werden. Die Erhöhung der Gleichspannung kann damit individuell auf den jeweiligen
Anwendungsfall abgestimmt werden. Außerdem ist dadurch sichergestellt, daß die
Spannung keinen kritischen Wert überschreitet, der zur Auslösung eines Zünders
führt.
Anhand eines Ersatzschaltbildes wird die Erfindung näher erläutert.
Mit 1 ist das Ersatzschaltbild eines Zündkreises bezeichnet. Von der Einrichtung 2 zur
Programmierung und Auslösung der Zünder führt eine Busleitung 3, symbolisiert
durch zwei Leitungsstränge 3a und 3b, zu den Zündern 4a, 4b und 4c. Den Zündern
4a, 4b und 4c sind die jeweils zu zündenden Ladungen 5a, 5b und 5c zugeordnet. Die
drei dargestellten elektronischen Zünder stehen stellvertretend für eine beliebige
Anzahl von Zündern, die entsprechend der jeweiligen Vorgabe an der Busleitung 3
angeschlossen sind. Diese Busleitung 3 ermöglicht eine bidirektionale
Datenübertragung, das heißt, von der Einrichtung 2 zur Programmierung und
Auslösung der Zünder zu den Zündern hin und von der Elektronik der Zünder zur
Einrichtung 2 zurück.
Die Länge der Busleitung 3 und die Elektronik der Zünder verursachen einen
Spannungsabfall innerhalb des Zündkreises 1, was durch die mit 7a, 7b und 7c
bezeichneten ohmschen Widerständen symbolisiert wird. Mit 8a, 8b und 8c sind
Kondensatoren bezeichnet, welche die Energiespeicher der jeweiligen Zünder
darstellen sollen. Die in ihnen gespeicherte Energie ermöglicht die Kommunikation
zwischen den Zündern 4a bis 4c und der Einrichtung 2 zur Programmierung und
Auslösung der Zünder. Außerdem dient die gespeicherte Energie zur Auslösung der
Zünder.
Um die Zündung der einzelnen Zünder 4a bis 4c und der darüber hinaus hier nicht
weiter dargestellten Zünder in der vorgesehenen Reihenfolge zu den vorgesehenen
Zeitpunkten sicherzustellen ist es erforderlich, daß jeder Zünder eine ihm zugeordnete
Verzögerungszeit mitgeteilt bekommt. Jeder der Zünder 4a bis 4c hat eine in seiner
elektronischen Schaltung 6a bis 6c gespeicherte Adresse. Diese Adresse besteht aus
einem codierten Signal, einem Signal mit einer vorgegebenen Anzahl von
Polaritätswechseln in einer vorgegebenen Zeit. Die Übertragung der Daten erfolgt mit
einer Spannung in einer bestimmten Höhe, die von der Spannungsquelle 9 geliefert
wird.
Um die Übertragung der Daten sicherzustellen, antwortet der jeweils angesprochene
Zünder, wenn er die Daten mit der für ihn vorgesehenen Verzögerungszeit
ordnungsgemäß empfangen hat. Zur Überwindung des kapazitiven Widerstandes wird
vor der Antwort des Zünders in einer vorgegebenen Zeit die Spannung der
Spannungsquelle 9 so weit erhöht, daß die Kapazitäten der übrigen Zünder so weit
aufgeladen sind, daß zum Zeitpunkt der Antwort des Zünders keine Kapazitäten der
übrigen Zünder aufgrund von Ladungsverlusten der Kapazitäten aufgeladen werden
müssen. Somit stellen die übrigen Zünder für den antwortenden Zünder keine
kapazitiven Widerstände dar, die die Qualität der Antwortsignale beeinträchtigen.
Die Antwort des antwortenden Zünders erfolgt auf einem niedrigeren
Spannungsniveau als das zuvor erhöhte Spannungsniveau. Aus den oben genannten
Gründen erfolgt eine störungsfreie Übermittlung der Signale des Zünders an die
Einrichtung 2 zur Programmierung und Auslösung der Zünder. Wenn der antwortende
Zünder seine Antwort übermittelt hat und ein nachfolgender Zünder antworten soll,
wird auch vor seiner Antwort die Spannung im Zündkreis erhöht, damit bei der
nachfolgenden Antwort keine Behinderung der Signalübertragung durch kapazitive
Widerstände erfolgt.
Vor der Aufschaltung einer höheren Spannung ist es möglich, daß entsprechend dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel zunächst über eine mit 10 bezeichnete
Prüfeinrichtung, die über die Leitungen 11 und 12 an die Leitungsstränge 3a bzw. 3b
der Busleitung 3 angeschlossen ist, der kapazitive Widerstand sowie der
Spannungsabfall im Zündkreis 1 ermittelt werden. Diese Werte werden über die
Leitung 13 der Einrichtung 2 zur Programmierung und Auslösung der Zünder
übermittelt. Zur Überwindung des kapazitiven Widerstandes und zur Aufladung der
Kapazitäten liegt dann über eine vorgebbare Zeit am Zündkreis 1 eine höhere
Spannung an, als zur Generierung der Signale der Daten, die der Zünder als Antwort
übermittelt, erforderlich ist.
Dadurch, daß vor jeder Antwort eines Zünders die Wirkung der kapazitiven
Widerstände im Zündkreis 1 ausgeschaltet wird, ist eine störungsfreie Kommunikation
zwischen der Einrichtung 2 zur Programmierung und Auslösung der Zünder und den
Zündern 4a bis 4c mit einer hohen Übertragungsrate der Signale möglich.
Claims (5)
1. Verfahren zum Austausch von Daten zwischen elektronischen Zündern und einer
Einrichtung zur Programmierung und Auslösung von Zündern, wobei mehrere
elektronische Zünder in einem Zündkreis hintereinander angeordnet sind, den
Zündern jeweils eine Adresse zugeordnet ist, die Auslösung der Zünder in einer
vorgebbaren Verzögerungssequenz erfolgt und die Daten durch eine zeitliche
Abfolge von Signalen mit einer vorgegebenen Spannung erzeugt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß vor einer beabsichtigten Kommunikation eines
Zünders mit der Einrichtung an den Zündkreis mit vorgegebener Dauer eine
Gleichspannung angelegt wird, die höher ist als die Spannung, die zur
Signalerzeugung vorgesehenen ist, daß danach die Signale, mit denen die
Daten erzeugt werden, die der Zünder als Antwort übermittelt, mit einer
niedrigeren Spannung erzeugt werden als die zuvor erhöhte Spannung und daß
vor der Antwort eines weiteren Zünders die Gleichspannung erneut erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung im
Zündkreis über eine solche Dauer auf einen solchen Wert erhöht wird, daß
während der nachfolgenden Antwort eines Zünders keine der Kapazitäten der
übrigen Zünder aufgrund von Ladungsverlusten aufgeladen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte
Spannung unterhalb einer kritischen Spannung zur Auslösung eines Zünders
liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
kapazitive Widerstand im Zündkreis ermittelt und in Abhängigkeit seiner Größe
die zur Aufladung der Kapazitäten mindestens erforderliche Gleichspannung
bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
durch den ohmschen Widerstand im Zündkreis verursachte Spannungsabfall
ermittelt und die zu seinem Ausgleich erforderliche Spannung bestimmt wird.
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