DE19912688B4

DE19912688B4 - Verfahren zum Austausch von Daten zwischen einer Einrichtung zur Programmierung und Auslösung elektronischer Zünder und den Zündern

Info

Publication number: DE19912688B4
Application number: DE19912688A
Authority: DE
Inventors: Heinz Schäfer; Ulrich Steiner; Andreas Zemla; Jan Dr. Petzold
Original assignee: Orica Explosives Technology Pty Ltd
Current assignee: Orica Explosives Technology Pty Ltd
Priority date: 1999-03-20
Filing date: 1999-03-20
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2019-03-21
Also published as: JP2002540373A; NO20014075D0; AU773790B2; DE19912688A1; NO20014075L; NO320807B1; EP1234157B1; BR0009165A; EP1234157A1; CA2393565C; US6637339B1; JP4361701B2; MXPA01009389A; CN1111720C; ZA200107769B; CN1345411A; AU3657000A; WO2000057125A1; CA2393565A1; BR0009165B1

Abstract

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.

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

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.
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.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Spannung unterhalb einer kritischen Spannung zur Auslösung eines Zünders liegt.
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.
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.