DE3809741A1 - Rechnersystem fuer bergwerkseinrichtungen eines untertagebetriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rechnersystem für Bergwerkseinrichtungen eines Untertagebetriebes, beispielsweise für Walzenlader bzw. Vortriebsmaschinen, das mit einem vollständigen Programm zur Steuerung bzw. Datenübertragung solcher Einrichtungen bzw. Maschinen ausgestattet ist.

Es gehören elektrische Steuerungen für Ausbaugestelle des Untertagebergbaues zum vorbekannten Stand der Technik. Bei ihnen ist ein zentraler Steuerstand mit der Steuereinheit eines jeden Ausbaugestells durch zwei Freigabeadern verbunden, von denen eine die Freigabesignale für Automatikbefehle und die andere die Freigabesignale für Handbefehle überträgt. Die Automatikbefehle wirken nur auf die im unmittelbaren Bereich der Gewinnungsmaschine befindlichen Ausbaugestelle ein. Alle übrigen Ausbaugestelle lassen sich dagegen mittels Handbefehl verstellen, und zwar immer dann, wenn kein Automatikbefehl vorliegt. Dazu wird der den Handbefehl auslösende Impuls zeitlich zwischen zwei vom Programm des zentralen Rechners ausgehende Schaltimpulse plaziert. Diese werden vom Rechner mit Hilfe eines Standortsignals der Gewinnungsmaschine ausgelöst und setzen den automatisch ablaufenden Steuervorgang der in unmittelbarer Nähe der Gewinnungsmaschine befindlichen Ausbaugestelle in Gang (DE-PS 32 07 517).

Neben den einzelnen Gestellen des Schildausbaues sind vielfach auch in Streben des Untertagebergbaues eingesetzte Walzenlader bzw. zum Auffahren von Strecken dienende Teilschnittvortriebsmaschinen mit Mikroprozessoren bestückt, die zur Steuerung, Regelung, Datenübertragung und zu Diagnosezwecken solcher Maschinen dienen. Derart ausgerüstete Einrichtungen werden, soweit es sich um Walzenlader oder Teilschnittvortriebsmaschinen handelt, nicht nur von einem Maschinenbegleiter gefahren, der sich in unmittelbarer Nähe der Maschine befindet und diese bedient, sondern unter schwierigen Betriebsbedingungen auch ferngesteuert, und zwar von der Strecke oder gar von übertage aus. Dazu gehen alle wesentlichen Maschinendaten, wie Maschinenstandort, Vorschubgeschwindigkeit, Längs- und Querneigung, die Höhenlage der das Hangende und der das Liegende freischneidenden Walzen, sowie Spannungen, Ströme und Temperaturen, aber auch die hydraulischen Werte dem von der Maschine örtlich entfernten Bedienungsmann zu und werden hier angezeigt.

Auch werden verschiedentlich Walzenlader während der Gewinnungsfahrt nach einem festen Programm gesteuert. Die dazu notwendigen optimalen Solldaten ermittelt man zuvor durch einen Lernschnitt und speichert sie. Daher kann der Walzenlader beim nachfolgenden Schnitt diese gespeicherten Daten zur Führung seiner Schneidwalzen, also zur Einstellung seiner beiden Tragarme, nutzen und auftretende Längs- und Querneigungen des Maschinenkörpers selbsttätig ausgleichen. Den Änderungen der geologischen Verhältnisse wird durch abschnittweises Löschen der bisherigen Daten und Eingabe der aktuellen Daten Rechnung getragen. Weiterhin werden durch ein Überwachungsprogamm die durch Änderungen des Schneidhorizontes der Walzen gegebenenfalls von Walzenschnitt zu Walzenschnitt entstehenden Stufen auf einen Maximalwert begrenzt. Bei einer solchen Gewinnungsfahrt sorgt die Regelung dafür, daß die Motoren, welche die Schneidwalzen antreiben, mit ihrer Nennleistung betrieben werden und die Vorschubgeschwindigkeit der Maschine den Gebirgsdruck, die Härte der Kohle, aber auch Bergeeinlagerungen berücksichtigt. Um Blockierungen der Antriebsmotoren auszuschließen, kehrt die Regelung die Fahrtrichtung des Walzenladers um, wenn die Drehzahl der Schneidwalzenmotoren stark abfällt und fährt anschließend beide Schneidwalzen erneut mit verminderter Vorschubgeschwindigkeit in den Abbaustoß ein. Mittels an der Maschine vorhandener Diagnoseeinrichtungen werden außerdem Störungen erkannt, und es werden auch die Störungsursachen angezeigt. Außerdem gelangen ständig die Sollwerte zur Anzeige, und es werden Istwerte erfaßt und bewertet. Auch ist im Störungsfall ein Fehlersuchprogramm verfügbar. Schließlich werden im Display der Maschine Wartungsprogramme unter Berücksichtigung der Wartungsspielräume angezeigt.

Die dazu notwendigen Daten, Signale und Meßwerte werden mittels Puls-Code-Modulation übertragen und auf einen Hochfrequenzträger aufmoduliert, an die spannungsführende Energieversorgungsleitung aufgekoppelt oder direkt über Steuerleitungen einem Steuerstand zugeführt. Hier kann, beispielsweise zur Maschinendiagnose, die Anzeige auf einem Display erfolgen und bei der Störungsanalyse mit Hilfe eines Fehlersuchprogrammes die Störungsursache sowie die gestörte Meßstelle ermittelt und angegeben werden. In gleicher Weise wird auch das Wartungsprogramm des Walzenladers auf dem Display angezeigt (Eickhoff-Mitteilungen, 53. Jahrgang, Heft 1, November 1985, Seite 26).

Es liegt auf der Hand, daß für alle vorgenannten Maßnahmen eine große Anzahl von Sensoren und Gebern erforderlich ist, die sich praktisch über alle Baueinheiten eines Walzenladers oder einer Vortriebsmaschine - angefangen vom Antriebsmotor, bis hin zu den Tragarmen - verteilen. Sie alle sind mit einem zentralen Rechner des Walzenladers oder der Vortriebsmaschine verbunden, der sich entweder innerhalb der Maschine befindet oder aber auch außerhalb der Maschine, beispielsweise am Ende der Strecke oder übertage, angeordnet sein kann. Verdrahtung und Bauaufwand sind daher erheblich, da vielfach den Bergbauvorschriften bezüglich Schlagwetterschutz genügt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Bergwerkseinrichtungen der eingangs erläuterten Gattung den Verdrahtungsaufwand zu verringern und die Steuerung solcher Einrichtungen zu vereinfachen.

Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung daher von dem eingangs erläuterten Rechnersystem für Bergwerkseinrichtungen eines Untertagebetriebes aus und schlägt vor, es mit einem Zentralrechner auszurüsten, der das vollständige Programm zur Steuerung bzw. Datenübertragung enthält und der über serielle Datenbusleitungen mit einer Anzahl von fernprogrammierbaren Folgerechnern verbunden ist, die je eine der Bergwerkseinrichtungen oder einen Teil bzw. Teile derselben selbständig überwachen und/oder steuern und denen der Zentralrechner den dazu notwendigen Programmteil zuteilt. Jedem der beispielsweise in einem Walzenlader angeordneten Folgerechner, die über den Maschinenkörper des Walzenladers verteilt, aber auch innerhalb der Tragarme und gegebenenfalls der Schneidwalzen angeordnet sein können, sind daher nur die in seiner unmittelbaren Nähe angeordneten Sensoren und Geber zugeordnet und mit diesem verbunden. Die vom Zentralrechner aus fernprogrammierbaren Folgerechner erfassen alle Signale dieser Sensoren und Geber, sind aber gegebenenfalls auch mit Relais und Magnetventilen verbunden und können daher mittels des ihnen vom Zentralrechner zugeteilten Programms, spezielle Steuerungsaufgaben wahrnehmen, aber auch digitale und analoge Meßwerte dem Zentralrechner zuleiten. Folgerechner und Zentralrechner stehen über Schnittstellen und sich an diese anschließende serielle Datenbusleitungen, die beispielsweise als Vierdrahtleitungen ausgebildet sein können, miteinander in Verbindung. Infolgedessen kann jeder Folgerechner den ihm vom Zentralrechner zugeordneten Programmteil über die Datenbusleitung übernehmen, aber auch in umgekehrter Richtung über diese Leitung dem Zentralrechner die von seinen Sensoren bzw. Gebern ermittelten Meßwerte zuleiten. Ganz offensichtlich bringt die vorgeschlagene Lösung eine beträchtliche Verdrahtungsersparnis mit sich, da der in unmittelbarer Nähe der ihm zugeordneten Sensoren und Geber bzw. Relais und Magnetventile befindliche Folgerechner nur kurze Verbindungswege zu diesen Bauteilen aufweist und auch selbst nur über die serielle Busleitung mit dem entfernteren Zentralrechner in Verbindung steht und seine Versorgungsspannung von dem nächstgelegenen elektrischen Betriebsmittel erhält. Nicht nur die Störsicherheit einer derart ausgerüsteten und installierten Bergwerkseinrichtung erhöht sich dadurch wesentlich, sondern es wird durch die vorgeschlagene Maßnahme auch ein merklich verringerter Platzbedarf gegenüber der bisher üblichen Verwendung eines einzigen Rechners erzielt, da man in der Anordnung und Unterbringung der vom Volumen her beträchtlich kleineren Folgerechner variabler ist und noch vorhandene Freiräume im Innern des Maschinenkörpers beispielsweise zur Unterbringung von Leistungselektronik ausnutzen kann.

Vorteilhaft ist es, wenn man Zentralrechner und Folgerechner aus von Leiterplatten gebildeten einzelnen Modulen erstellt. Ein derartiger Aufbau erlaubt es, die einzelnen Bauteile sowohl des Zentralrechners als auch der Folgerechner in optimaler Weise vorzudisponieren, die Ersatzteilhaltung beim Hersteller und beim Kunden zu vereinfachen und auch die für die Auftragsabwicklung erforderliche Durchlaufzeit zu verringern. Weiterhin erleichtert ein derartiger Aufbau die Beseitigung von Störungen, die durch den Folgerechner bzw. Zentralrechner selbst bedingt sind.

Auch ist es zweckmäßig, den Zentralrechner des Rechnersystems mit einer Schnittstelle, beispielsweise einer Puls-Code-Modulationsschnittstelle, für den Anschluß einer bidirektionalen Fernbusleitung auszurüsten, um Signale und Meßwerte auch einer außerhalb des Grubengebäudes befindlichen Leitstelle seriell zuführen zu können.

Ferner empfiehlt es sich, für die Datenbusleitungen, die den Zentralrechner mit den Folgerechnern verbinden, optische Leiter, beispielsweise Glasfaserkabel oder metallische Leiter, vorzusehen. Signale, die von optischen Leitern seriell übertragen werden, unterliegen trotz der engen Nachbarschaft dieser Leiter mit den übrigen elektrischen Bauteilen eines Walzenladers oder einer Teilschnittvortriebsmaschine keinen durch elektrische oder magnetische Felder verursachten Störungen. Hierdurch bedingte Signalverzerrungen, die Ursache von Fehlanzeigen, Störungen oder dergleichen sein können, lassen sich dadurch ausschließen.

Eine große Anzahl von Folgerechnern läßt sich in der vorgeschlagenen Weise über einen einzigen Zentralrechner betreiben. Daher hat die vorgeschlagene Lösung einen weiten Anwendungsbereich und kann sowohl bei örtlich begrenzten Anlagen, wie Walzenlader oder Vortriebsmaschinen, - wobei Zentralrechner und Folgerechner sich beispielsweise innerhalb des Walzenladers oder der Vortriebsmaschine befinden - aber auch bei weit verzweigten Anlagen, zum Beispiel für einen ganzen untertägigen Abbaubereich, bestehend aus Streb- und Streckenförderer, Ausbau und Gewinnungseinrichtung, genutzt werden. Dem Schlagwetterschutz unterliegende Einsatzbereiche bilden für die vorgeschlagene Lösung kein Hindernis, da sich sowohl Zentralrechner als auch Folgerechner in der Schutzart "Eigensicher" und in rüttelfester Ausführung für solche Zwecke herrichten lassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand eines Blockschaltbildes im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert.

Der Zentralrechner (1) steht mit einer größeren Anzahl von Folgerechnern (2, 2 a) über serielle Busleitungen (3) in Verbindung. Zentralrechner (1) und Folgerechner (2, 2 a) besitzen weitgehend gleichen Aufbau. Sie unterscheiden sich nur durch das größere Speichervermögen des Zentralrechners (1) und der zum Anschluß der bidirektionalen Fernbusleitung (4) dienenden Schnittstelle (5). Dateneingabe (6) und Datenausgabe (7) sind neben der eigentlichen Rechnereinheit (8) gleichfalls Bestandteil des Zentralrechners (1) und auch der Folgerechner (2, 2 a).

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließt an die Rechnereinheit (8) von Zentral- (1) und Folgerechnern (2, 2 a) je ein Display (9) an, das beispielsweise zu Diagnosezwecken genutzt wird und die Anzeige von Meßwerten ermöglicht. Über die Leitungen (10) wird jeder der einzelnen Rechner (1, 2, 2 a) mit Betriebsspannung versorgt, die von einer oder im Bedarfsfall auch von mehreren der dem jeweiligen Rechner (1, 2, 2 a) nächstgelegenen Spannungsquellen bezogen wird. Mit der Schnittstelle (11) steht deshalb jede der Rechnereinheiten (8) über zur Potentialtrennung dienende Bauteile (12) in Verbindung. Sie ermöglichen dem Zentralrechner (1) und auch den Folgerechnern (2, 2 a) Betriebsenergie von verschiedenen Energiequellen zu beziehen, wie dies bei Ankopplung an eigensicheren Spannungsquellen, wegen der erforderlichen Rechnerleistung und der Peripheriegeräte, die vom Rechner mit elektrischer Energie versorgt werden, häufiger notwendig sein wird.

Claims (5)

1. Rechnersystem für Bergwerkseinrichtungen eines Untertagebetriebes, beispielsweise für Walzenlader bzw. Vortriebsmaschinen, das mit einem vollständigen Programm zur Steuerung bzw. Meßwertübertragung solcher Einrichtungen bzw. Maschinen ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Zentralrechner (1) besitzt, der das vollständige Programm zur Steuerung bzw. Datenübertragung enthält und der über serielle Datenbusleitungen (3) mit einer Anzahl von fernprogrammierbaren Folgerechnern (2, 2 a) verbunden ist, die je eine der Bergwerkseinrichtungen oder einen Teil bzw. Teile derselben selbständig überwachen und/oder steuern und denen der dazu notwendige Programmteil vom Zentralrechner (1) zugeteilt wird.

2. Rechnersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zentralrechner (1) und Folgerechner (2, 2 a) aus von Leiterplatten gebildeten einzelnen Modulen bestehen.

3. Rechnersystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralrechner (1) mit einer Schnittstelle (5), beispielsweise einer Puls-Code-Modulationsschnittstelle, für den Anschluß einer bidirektionalen Fernbusleitung (4) ausgerüstet ist.

4. Rechnersystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die seriellen Datenbusleitungen (3), die den Zentralrechner (1) mit den Folgerechnern (2, 2 a) verbinden, aber auch die bidirektionale Fernbusleitung (4), optische Leiter, beispielsweise Glasfaserkabel oder metallische Leiter, sind.

5. Rechnersystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch dem Zentralrechner (1) und den Folgerechnern (2, 2 a) zugeordnete Anzeigegeräte (9).