EP1456598B1 - Installation de tirs pyrotechniques programmables - Google Patents

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EP1456598B1
EP1456598B1 EP02793234A EP02793234A EP1456598B1 EP 1456598 B1 EP1456598 B1 EP 1456598B1 EP 02793234 A EP02793234 A EP 02793234A EP 02793234 A EP02793234 A EP 02793234A EP 1456598 B1 EP1456598 B1 EP 1456598B1
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firing
detonator
detonators
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Thierry Bernard
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F42D1/04—Arrangements for ignition
    • F42D1/045—Arrangements for electric ignition
    • F42D1/05—Electric circuits for blasting

Definitions

  • a fire campaign consists of making a plurality of holes in the rock, which is filled with explosives with a detonator for each firing. Some of these detonators are electronically controlled, which makes it possible to program the execution of the explosions according to a predetermined fire plan.
  • the execution of a fire plan therefore consists, after disposing of all the detonators in the drillings made and having connected them to a control unit, to identify each detonator by a sequence number and to apply to it a delay time which will determine the moment of ignition of the load compared to a general firing top.
  • the present invention relates to such an installation of programmable pyrotechnic shots in which all the detonators are connected to the control unit by son.
  • the document DE19912688 describes the preamble of claim 1.
  • an electronic detonator comprises a pyrotechnic primer, a power reserve, an electronic pilot and two electrical conductors that connect the electronic pilot to a firing line that travels on the ground from a central programming and control unit.
  • the electronic driver comprises an onboard microprocessor through which communication can take place between the detonator and the central unit.
  • the microprocessor is programmed or programmable to be able to receive requests issued in the firing line by the central unit and to respond to these requests either towards the central unit or towards the energy reserve it will release with a specified delay when the firing order is received from the Central Unit.
  • the programming of the microprocessor embedded in the electronic driver of the detonator can be done a priori before its implementation in the shooting range or, as is the case for the invention, a posteriori after being set up.
  • the firing line also serves to provide the electrical energy necessary to fill the energy reserve just before firing in order to satisfy the safety conditions requiring the detonators to be inactivated until the last moment.
  • a firing line may have a length of the order of one kilometer. For this reason, in current installations, it is relatively simple to transmit signals from the control unit to the address of each detonator as far as it can be from the control unit, since from the control unit fully controls the energy needed to provide these signals to reach their target. On the other hand, a detonator has very little embedded energy and if it is desired that it can respond to the central unit, it is found that the limited power of the signals it emits undergoes a strong attenuation which makes them almost inaudible. by the central unit if the detonator-transmitter is away from it on the firing line.
  • the present invention is a solution to this bidirectional communication problem between a central unit and each detonator of a firing line, a simple and economical solution.
  • the subject of the invention is a programmable pyrotechnic fire installation comprising a programming and firing control unit, a programming and control line comprising two conducting wires and a plurality of electronic detonators connected in parallel on this line.
  • the programming unit comprises means for establishing a DC voltage between two wires, means for generating pulses of this voltage to form coded signals, and means for reading current variations existing on the two-wire line while each detonator comprises an electronic module capable of generating, in response to some of the signals; encoded from the programming unit, corresponding to requests therefrom, pulses of current in the two-wire line to form coded signals.
  • a detonator when a detonator, regardless of its position on the firing line, has to respond to a request from the central unit, it will generate in the wire firing line overcurrent peaks, for example in closing the line on a resistor calibrated in a given time and this, according to a pulse program corresponding to a code generated by the onboard microprocessor, these overcurrent peaks being immediately detectable by the central unit which, by means of a resistor will convert them into a modulated voltage that can be interpreted by its microprocessor, this constituting the response of the detonator concerned to the request of this central unit.
  • holes 1 have been drilled in a rock 2 from, for example, soil 3.
  • detonators 4 and explosive charges 5 have been put in place, each detonator 4 being connected. to a line of fire on the ground 6 by conductors 7.
  • a central programming and control unit is represented at 8, connected to the firing line 6.
  • This unit 8 comprises a microprocessor 9 which acts on a device 10 for supplying a DC supply voltage between the two wires 6a, 6b of the line 6 and which makes it possible to insert into this DC voltage voltage drop sequences in order to form slots corresponding to any type of binary coding of a signal.
  • the central unit 8 is provided with a device 11 for converting voltage of the current flowing on the line 6a, 6b in order to make variations of this current comprehensible by the microprocessor 9.
  • the electronic driver 12 of the detonator shown schematically and partially at the figure 3 comprises a voltage regulator 13 whose input is connected to the line 6a, and the output to an onboard microprocessor 14, so as to constitute a supply of this microprocessor 14 increased with a capacity 15 to smooth the falls of the
  • This driver 12 also comprises a circuit 16 for detecting the codes conveyed by the line 6, the input of which is also connected to the line 6a and whose output is directed towards the microprocessor 14.
  • the electronic driver 12 has a current draw circuit 17 for example a transistor and a resistor, controlled by the microprocessor 14.
  • the microprocessor 14 controls a switch 18 of the line 6a, in a manner to be explained hereinafter.
  • Each of the detonators 4 is connected to the two-wire line 6a, 6b in parallel with it at point A, B ( figure 3 ).
  • the son 19 and 20 are used to connect the pilot son 6a and 6b of the firing line.
  • the line 6a has a section 23 internal to the pilot 12 which comprises the switch 18 and which emerges from the driver by the line 21 becoming 6a at the ground surface.
  • the line 6b has a section 24 internal to the pilot who the driver 22 out of the bore to form the wire 6b of the firing line at ground level.
  • the electronic drivers are connected one after the other. It is understood by this arrangement that the first detonator connected to the unit 8 is connected in series on the line 6a, 6b as the switch 18 is open. When the switch 18 is closed, this detonator is connected in parallel with the following on the line 6a, 6b.
  • the central unit 8 establishes a voltage for example 24 or 48 volts across the conductors 6a, 6b.
  • This voltage regulated by the device 13, constitutes the supply of the processor 14 as well as the load of the capacitor 15.
  • the microprocessor 9 of the central unit 8 transmits to the pilot 12 a sequence number recorded by the microprocessor 14, and a certain delay time.
  • the operating sequence of the microprocessor 9 may then comprise a request (a binary signal on the voltage of the line 6) to which the microprocessor 14 will respond by acting on the current draw circuit 17 to create overcurrent peaks which, converted by the device 11 will be assimilated as a response to its request by the microprocessor 9.
  • the last order transmitted by the microprocessor 9 to the embedded microprocessor 14 will be to close the switch 18.
  • the driver of the next detonator is in the same state with respect to of the CPU 8 that the previous driver and the programming sequence can start again.
  • the microprocessor 9 may include in its program other steps and other queries concerning the detonators. It will then transmit a general order to all the detonators to proceed with the charge of the energy reserve, not shown in the figures, followed if necessary by a verification of the state of this reserve and will finally transmit to all the detonators a top of firing.

Description

  • Dans le domaine des mines et des carrières, l'abattage des roches est réalisé par explosifs.
  • Une campagne de tirs consiste à réaliser une pluralité de forages dans la roche, que l'on remplit d'explosifs avec pour chaque forage un détonateur permettant la mise à feu. Certains de ces détonateurs sont à commande électronique, ce qui permet de programmer l'exécution des explosions selon un plan de tirs prédéterminé.
  • L'exécution d'un plan de tirs consiste donc, après avoir disposé tous les détonateurs dans les forages réalisés et les avoir reliés à une unité de commande, à identifier chaque détonateur par un numéro d'ordre et à lui appliquer un temps de retard qui va déterminer le moment de l'allumage de la charge par rapport à un top de mise à feu général.
  • La présente invention concerne une telle installation de tirs pyrotechniques programmables dans laquelle tous les détonateurs sont reliés à l'unité de commande par des fils. Le document DE19912688 décrit le préambule de la revendication 1.
  • Classiquement un détonateur électronique comprend une amorce pyrotechnique, une réserve d'énergie, un pilote électronique et deux conducteurs électriques qui relient le pilote électronique à une ligne de tir qui circule au sol depuis une unité centrale de programmation et de commande. Le pilote électronique comprend un microprocesseur embarqué grâce auquel une communication peut intervenir entre le détonateur et l'unité centrale. Le microprocesseur est programmé ou programmable pour être capable de recevoir des requêtes émises dans la ligne de tir par l'unité centrale et de répondre à ces requêtes soit en direction de l'unité centrale soit en direction de la réserve d'énergie qu'il libérera avec un temps de retard déterminé lorsque l'ordre de mise à feu sera reçu de l'unité centrale. La programmation du microprocesseur embarqué dans le pilote électronique du détonateur peut se faire a priori avant sa mise en place dans le champ de tir ou, comme c'est le cas pour l'invention, a posteriori après avoir été mis en place. La ligne de tir au sol sert également à apporter l'énergie électrique nécessaire pour remplir la réserve d'énergie et ce juste avant le tir afin de satisfaire aux conditions de sécurité demandant que les détonateurs soient inactivables jusqu'au dernier moment.
  • On rappellera qu'une ligne de tir peut posséder une longueur de l'ordre du kilomètre. Pour cette raison, dans les installations actuelles, il est relativement simple de transmettre à partir de l'unité de commande des signaux à l'adresse de chaque détonateur aussi éloigné qu'il puisse être de l'unité de commande, car à partir de l'unité de commande on maîtrise totalement l'énergie nécessaire à fournir à ces signaux pour qu'ils atteignent leur cible. En revanche, un détonateur possède très peu d'énergie embarquée et si l'on souhaite qu'il puisse répondre à l'unité centrale, on constate que la puissance limitée des signaux qu'il émet subit une forte atténuation qui les rend quasiment inaudible par l'unité centrale si le détonateur-émetteur est éloigné de celle-ci sur la ligne de tir.
  • La présente invention est une solution à ce problème de communication bidirectionnelle entre une unité centrale et chacun des détonateurs d'une ligne de tir, solution simple et économique.
  • A cet effet, l'invention a pour objet une installation de tirs pyrotechniques programmables comportant une unité de programmation et de commande des tirs, une ligne de programmation et de commande comportant deux fils conducteurs et une pluralité de détonateurs électroniques montés en parallèle sur cette ligne bifilaire, dans laquelle l'unité de programmation comporte des moyens d'établissement d'une tension continue entre les deux fils, des moyens pour engendrer des impulsions de cette tension pour former des signaux codés, et des moyens de lecture des variations de courant existant sur la ligne bifilaire tandis que chaque détonateur comporte un module électronique apte à engendrer, en réponse à certains des signaux codés de l'unité de programmation, correspondant à des requêtes de celle-ci, des impulsions de courant dans la ligne bifilaire pour former des signaux codés.
  • En d'autres termes, lorsqu'un détonateur, quelle que soit sa position sur la ligne de tir, a à répondre à une requête de l'unité centrale, il engendrera dans la ligne de tir filaire des pics de surintensité, par exemple en fermant la ligne sur une résistance calibrée dans un temps donné et ce, en fonction d'un programme d'impulsions correspondant à un code généré par le microprocesseur embarqué, ces pics de surintensité étant immédiatement détectables par l'unité centrale qui, au moyen d'une résistance, les convertira en une tension modulée apte à être interprétée par son microprocesseur, ceci constituant la réponse du détonateur concerné à la requête de cette unité centrale.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre non limitatif, d'un exemple de sa réalisation.
  • Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels :
    • la figure 1 est un schéma illustrant une installation de tirs pyrotechniques,
    • la figure 2 illustre de manière schématique une unité centrale de programmation et de commande de l'installation,
    • la figure 3 est un schéma fonctionnel de la partie du pilote électronique de chaque détonateur concernée par le dialogue avec l'unité centrale de programmation et de commande.
  • Pour réaliser une campagne de tirs, on a foré des trous 1 dans une roche 2 à partir par exemple du sol 3. Dans chacun de ces forages 1 on a mis en place des détonateurs 4 et des charges explosives 5, chaque détonateur 4 étant relié à une ligne de tir au sol 6 par des conducteurs 7. Une unité centrale de programmation et de commande est représentée en 8, connectée à la ligne de tirs 6.
  • Cette unité 8, voir figure 2, comporte un microprocesseur 9 qui agit sur un dispositif 10 de fourniture de tension d'alimentation continue entre les deux fils 6a, 6b de la ligne 6 et qui permet d'insérer dans cette tension continue des séquences de baisse de tension afin de former des créneaux correspondant à n'importe type de codage binaire d'un signal. En outre, l'unité centrale 8 est pourvue d'un dispositif 11 de conversion en tension du courant circulant sur la ligne 6a, 6b afin de rendre des variations de ce courant compréhensibles par le microprocesseur 9.
  • Le pilote électronique 12 du détonateur représenté schématiquement et partiellement à la figure 3, comporte un régulateur de tension 13 dont l'entrée est connectée à la ligne 6a, et la sortie à un microprocesseur embarqué 14, ce afin de constituer une alimentation de ce microprocesseur 14 augmenté d'une capacité 15 permettant de lisser les chutes de la tension dans la ligne 6. Ce pilote 12 comporte également un circuit 16 de détection des codes véhiculés par la ligne 6, dont l'entrée est également connectée à la ligne 6a et dont la sortie est dirigée vers le microprocesseur 14. Entre les lignes 6a et 6b, le pilote électronique 12 possède un circuit de tirage de courant 17 par exemple un transistor et une résistance, commandé par le microprocesseur 14. Enfin, le microprocesseur 14 commande un interrupteur 18 de la ligne 6a, d'une manière qui sera expliquée ci-après.
  • Chacun des détonateurs 4 est connecté à la ligne bifilaire 6a, 6b en parallèle de celle-ci au point A, B (figure 3). En réalité, de ce pilote électronique 12 sortent quatre fils 19, 20, 21, 22 qui forment les conducteurs 7 de la figure 1. Les fils 19 et 20 permettent de relier le pilote aux fils 6a et 6b de la ligne de tir. La ligne 6a possède un tronçon 23 interne au pilote 12 qui comporte l'interrupteur 18 et qui ressort du pilote par la ligne 21 devenant 6a au niveau de la surface du sol. De la même manière la ligne 6b possède un tronçon 24 interne au pilote qui par le conducteur 22 ressort du forage pour constituer le fil 6b de la ligne de tir au niveau du sol. Au moment de la mise en place des détonateurs dans les forages, l'interrupteur 18 est ouvert. Les pilotes électroniques sont raccordés les uns à la suite des autres. On comprend par ce montage que le premier détonateur raccordé à l'unité 8 est monté en série sur la ligne 6a, 6b tant que l'interrupteur 18 est ouvert. Lorsque l'interrupteur 18 est fermé, ce détonateur est monté en parallèle avec le suivant sur la ligne 6a, 6b.
  • La ligne de tir étant réalisée, l'unité centrale 8 établit une tension par-exemple 24 ou 48 volts aux bornes des conducteurs 6a, 6b. Cette tension, régulée par le dispositif 13, constitue l'alimentation du processeur 14 ainsi que la charge de la capacité 15. Par hachage de cette tension au moyen du dispositif 10, le microprocesseur 9 de l'unité centrale 8 transmet au pilote 12 un numéro d'ordre enregistré par le microprocesseur 14, et un certain temps de retard. La séquence de fonctionnement du microprocesseur 9 peut ensuite comprendre une requête (un signal binaire sur la tension de la ligne 6) à laquelle le microprocesseur 14 répondra en agissant sur le circuit de tirage de courant 17 pour créer des pics de surintensité qui, convertis par le dispositif 11 seront assimilés comme une réponse à sa requête par le microprocesseur 9. Le dernier ordre transmis par le microprocesseur 9 au microprocesseur embarqué 14 sera de fermer l'interrupteur 18. A cet instant, le pilote du détonateur suivant se trouve dans le même état à l'égard de l'unité centrale 8 que le pilote précédent et la séquence de programmation peut recommencer.
  • Lorsque tous les détonateurs sont ainsi programmés, l'installation de tir est prête à fonctionner. Le microprocesseur 9 peut comprendre dans son programme d'autres étapes et d'autres requêtes concernant les détonateurs. Il transmettra ensuite un ordre général à tous les détonateurs pour procéder à la charge de la réserve d'énergie, non représentée aux figures, suivi le cas échéant d'une vérification de l'état de cette réserve et transmettra enfin à tous les détonateurs un top de mise à feu.

Claims (2)

  1. Installation de tirs pyrotechniques programmables comportant une unité (8) de programmation et de commande des tirs, une ligne de programmation et de commande comportant deux fils (6a, 6b) conducteurs et une pluralité de détonateurs électroniques (4) montés en parallèle sur cette ligne bifilaire, l'unité de programmation (8) comportant des moyens (9, 10) d'établissement d'une tension continue entre les deux fils (6a, 6b), des moyens (9, 10) pour engendrer des impulsions de cette tension afin de former des signaux codés, et des moyens (11, 9) de lecture des variations de cou-rant existant sur la ligne bifilaire caractérisée en ce que chaque détonateur (4) comporte un module électronique (12) possédant des moyens (14, 17) aptes à engendrer, en réponse à certains des signaux codés de l'unité (8) de programmation, des impulsions de courant dans la ligne bifilaire (6a, 6b) pour former des signaux codés.
  2. Installation de tir selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque module électronique (12) de détonateur comporte un interrupteur (18) de la ligne bifilaire (6a, 6b), normalement ouvert et fermé en réponse à un signal émis par l'unité de programmation (8).
EP02793234A 2001-11-19 2002-11-14 Installation de tirs pyrotechniques programmables Expired - Lifetime EP1456598B1 (fr)

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