WO1999022278A1 - Datenübertragungsvorrichtung für die steuerung bzw. regelung eines betriebsprozesses - Google Patents

Datenübertragungsvorrichtung für die steuerung bzw. regelung eines betriebsprozesses Download PDF

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WO1999022278A1
WO1999022278A1 PCT/DE1998/003040 DE9803040W WO9922278A1 WO 1999022278 A1 WO1999022278 A1 WO 1999022278A1 DE 9803040 W DE9803040 W DE 9803040W WO 9922278 A1 WO9922278 A1 WO 9922278A1
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WO
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data transmission
control
transmission device
master
bus
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Application number
PCT/DE1998/003040
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Davoud Shahrokhshahi
Vasyl Silin
Jurijs Kacs
Original Assignee
Bösha Gmbh & Co. Kg
Bösha Poland Sp.Zo.O.
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Filing date
Publication date
Application filed by Bösha Gmbh & Co. Kg, Bösha Poland Sp.Zo.O. filed Critical Bösha Gmbh & Co. Kg
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Publication of WO1999022278A1 publication Critical patent/WO1999022278A1/de

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D23/00—Mine roof supports for step- by- step movement, e.g. in combination with provisions for shifting of conveyors, mining machines, or guides therefor
    • E21D23/12—Control, e.g. using remote control
    • E21D23/14—Effecting automatic sequential movement of supports, e.g. one behind the other
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D23/00—Mine roof supports for step- by- step movement, e.g. in combination with provisions for shifting of conveyors, mining machines, or guides therefor
    • E21D23/12—Control, e.g. using remote control
    • E21D23/14—Effecting automatic sequential movement of supports, e.g. one behind the other
    • E21D23/146—Transmission of signals and commands by cable

Definitions

  • the present invention relates to a
  • Data transmission device for the control or regulation of an operating process, in particular a data transmission system for the expansion control of a mining operation in underground mining.
  • serial fieldbuses are mainly used as a communication system for the exchange of information between automation systems and with connected decentralized field devices.
  • Profibus is the leading open fieldbus system in Europe that is used successfully worldwide. The area of application includes process, manufacturing and building automation. Profibus has been standardized in the fieldbus standard EN 50170 as an international, open fieldbus standard.
  • Profibus defines the functional and technical characteristics of a serial fieldbus system and differentiates between master and slave devices. Master devices determine the data traffic on the bus. If a master has bus access authorization, it may do so without an external request
  • the Profibus protocol describes the master as an active participant on the bus. Slave devices are passive participants on the bus. You do not receive bus access authorization, i.e. they only acknowledge received messages or only transmit messages to the master upon request.
  • the bus access authorization is regulated by a uniform bus access protocol and the bus access control.
  • the bus access protocol contains the functions of data backup and the processing of telegrams and transmission protocols.
  • the bus access control is used to determine the point in time at which a bus subscriber receives data may send. In addition, the bus access control ensures that only one participant has transmission authorization at a time.
  • the Profibus protocol contains two essential requirements for bus access control:
  • the Profibus bus access process therefore implements the token passing process for the communication of complex bus users (masters) with each other and subordinates the master-slave process for the communication of the complex bus users with the low-cost peripheral devices (slaves).
  • the token passing procedure guarantees the allocation of the bus access authorization (token) within a precisely defined time frame. To hand over the token
  • the master has the option of picking up messages from the slaves or forwarding messages to the slaves.
  • a token ring is used to denote the organizational sequence of active nodes that form a logical ring through their bus addresses.
  • the token bus access authorization
  • Participant of the token telegram he exercises the master function over the bus for a certain time and can communicate with all slave participants in a master-slave relationship and with all master participants in a master-master relationship.
  • Profibus can manage a maximum of 128 active participants (masters) on the bus.
  • a master-slave system was chosen for a longwall with more than 200 electro-hydraulic shields in order to ensure full compatibility with the standard.
  • the Strebbus master and slave alternate, whereby the slaves do not actively participate in bus events.
  • the master-slave configuration is also defined. If the predecessor was a master, the subsequent control unit goes into the slave state and vice versa. It is important that all control units are identical in terms of their hardware configuration.
  • an expansion control concept as described above requires an identical control unit in terms of hardware for each expansion, since the master-slave configuration is determined by the addressing of the control units and can change at any time because the extraction operation is variable in the number of required over a certain length of dismantling Shields must be in the face. If the number of shields in extraction operation changes, the configuration of the control units also changes, ie a control unit that was previously active as a master can then have to perform the task of a slave and vice versa.
  • the disadvantage here is that half of the control units are completely oversized in terms of hardware in order to perform the tasks as a passive participant on the bus (slave function).
  • a data transmission system of the aforementioned type is known from DE 295 14 236 U1.
  • master and slave devices are alternately provided as control devices along a face bus designed as a Profibus.
  • Embodiment it is also known from this utility model to design only every third control device as a master device, this master device then coordinating the two following devices. In this way it is even possible to control more than 256 control units via a single Profibus. However, this is done according to the extremely disadvantageous master-slave method.
  • the problem on which the present invention is based is the creation of a data transmission of the aforementioned type which comprises more than 128 control units actively involved in the data transmission and in particular nevertheless realizes the expansion control with little effort.
  • the basic idea of the invention provides that the communication between the control units is carried out by means of a pure master-master system by using a plurality of face buses.
  • the advantage of the invention is that all control units are registered as active participants (masters) on the Profibus and the data volume on the bus is reduced by approx. 50% and thus considerably shorter bus access times can be realized and thus also safety-relevant Data information can be exchanged more quickly.
  • the usual master-slave procedure is no longer necessary and the control units implement communication with each other according to their existing hardware.
  • the neighboring bus is relieved of the usual telegrams running via the face bus and only fulfills the following functions:
  • this device connection can be carried out without a complex Profibus basis and the associated hardware and software.
  • the functions of the neighboring bus are implemented by two UART interfaces from the control processor with the corresponding conversion to the RS 485 interface and electrical isolation.
  • Figure 1 shows the arrangement of power supply, buttress centers, control units, bus terminals, two buttress buses and neighboring bus in a schematic representation.
  • Fig. 2 shows the objects of Fig. 1 using three
  • FIG. 3 shows the objects of FIG. 1 in a further embodiment
  • FIG. 4 shows a more detailed schematic illustration of the connections between the face buses and the control devices according to FIG. 1.
  • a control unit 5 with an integrated module 6 is assigned to the expansion units (not shown).
  • Control unit 5 is designed in an intrinsically safe housing according to EN 50020.
  • the integrated module 6 is supplied with energy either via a housing 2 or a housing 3, which are designed as housings with a weatherproof or specially protected encapsulation.
  • a lamp 19 is housed, which with an energy saving lamp
  • Power supply of 230 volts is designed. Furthermore, there is a power supply unit 13 in the housing 2, in which the lamp voltage is transformed to 12 volts in order to supply several integrated components 6 with energy.
  • a power supply unit 13 is also provided, in which the applied voltage is transformed from 230 volts to 12 volts .
  • the lights 19 and power supplies 13 present in the individual lamp housings 2 and network housings 3 are each connected to one another via a 230 volt power supply cable.
  • the integrated modules 6 are each connected to one another via a central 8-, 10- or 12-pole data transmission line 18, in which a first longwall bus 9, a second longwall bus 10, a neighboring bus 8 and the power supply 12 are integrated.
  • the longwall center 1 is connected via a 4-pole line 17, into which the first longwall bus 9 and the second longwall bus 10 are integrated, via two bus terminals 4, which are necessary for coupling to the longwall center 1 and are usually installed in the first configuration Integrated block ⁇ of the one labeled STG 1
  • Control unit 5 connected.
  • the communication between the face buses 9, 10 is in the face center 1 via the interface 14 for the second face bus 10 and via the Interface 15 realized for the first longwall bus 9 by means of the integrated module 7 present there.
  • 1 shows eight control units 5, which are designated STG1, STG2, STG3, STG4, STG5, STG6, STG199 and STG200, STG199 and STG200 being intended to indicate that 200 control units 5 are used, for example.
  • the 4-pole line 17 starting from the longwall center 1 connects the control center 1 to the two bus terminals 4.
  • the first longwall bus 9 and the second longwall bus 10 originate from the two bus terminals 4, each of which is designed with two poles with the two poles 9a and 9b or 10a and 10b.
  • the first control device 5 which is designated in FIG. 4 with STG1
  • the two poles 9a, 9b of the first longwall bus 1 are tapped and connected to the integrated module 6 via a galvanic isolating unit 20.
  • the control units 5 are connected to one another via the cable 18, which in addition to the face buses 9, 10 includes the neighboring bus 8 and the power supply 12.
  • the neighboring bus 8 and the power supply 12 are only partially indicated schematically.
  • control units 5 Either in each of the control units 5 or in a connection unit assigned to the control units 5 or in the
  • FIG. 2 shows that the integrated modules 6 each have a Central 10 or 12-pole data transmission line 18, in which the first longwall bus 9, the second longwall bus 10, a third longwall bus 11, the neighboring bus 8 and the power supply 12 are integrated, are connected to one another.
  • the longwall center 1 is connected via a ⁇ -pole line 17, into which the first longwall bus 9, the second longwall bus 10 and the third longwall bus 11 are integrated, via three bus terminals 4, which are necessary for coupling to the longwall center 1 and generally in the first expansion are mounted, connected to the integrated module 6 of the control unit 5 labeled STG1.
  • FIG 3 shows a further form of the invention, in which more than three face buses 9, 10, 11 are used.
  • the integrated modules 6 are connected to one another via a central multi-pole data transmission line 18.
  • the number of wires of the data transmission line 18 depends on the number of face buses 9, 10, 11 used, the power supply and neighboring bus having to be added.
  • the multi-pole connecting line from the buttress central 1 to the integrated module 6 of the first control unit 5, designated STG 1, the number of bus terminals 4 and the number of interfaces 14, 15 which the integrated module 7 of the buttress central 1 manages depends on the number of face buses 9, 10, 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Datenübertragungsvorrichtung für die Steuerung bzw. Regelung eines Betriebsprozesses, wobei der Prozeß über eine Anzahl von Maschineneinheiten realisiert wird, denen jeweils mindestens ein Steuergerät (5) mit einer Steuereinheit zugeordnet ist, wobei das Steuergerät (5) zur Ansteuerung der Bewegungen der Maschineneinheit mit einer Bedieneinheit verbunden ist sowie Mittel zur Erfassung der Betriebszustände der Maschineneirheit umfaßt, und wobei die Steuergeräte (5) über mindestens eine Datenübertragungsleitung (18) mit einem Feldbus miteinander und mit mindestens einer Steuerungszentrale verbunden sind, daß die Kommunikation der Steuergeräte mit einem integrierten Baustein (7) mindestens einer Steuerungszentrale (1) ausschließlich mittels eines Master-Master-Systems realisiert wird und daß mindestens zwei Feldbusse (9, 10, 11) vorgesehen sind, die von der Steuerungszentrale (1) als ein gemeinsames Netz gebildet und verwaltet werden.

Description

"Datenübertragungsvorrichtung für die Steuerung bzw. Regelung eines Betriebsprozesses"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Datenübertragungsvorrichtung für die Steuerung bzw. Regelung eines Betriebsprozesses, insbesondere ein Datenübertragungssystem für die Ausbausteuerung eines Gewinnungsbetriebs im Untertagebergbau.
Heute werden vorwiegend serielle Feldbusse als Kommunikationssystem für den Informationsaustausch von Automatisierungssystemen untereinander und mit angeschlossenen dezentralen Feldgeräten eingesetzt.
Nachweislich können durch den Einsatz der Feldbustechnik Kosteneinsparungen bis zu 40% bei Verkabelung, Inbetriebnahme und Wartung im Vergleich zur konventionellen Technik erzielt werden. Profibus ist das führende offene Feldbussystem in Europa, das weltweit erfolgreich eingesetzt wird. Der Anwendungsbereich umfaßt die Prozeß-, Fertigungs-, und Gebäudeautomatisierung. Profibus wurde standardisiert in der Feldbusnorm EN 50170 als internationaler, offener Feldbusstandard.
Profibus legt die funktioneilen und technischen Merkmale eines seriellen Feldbussystems fest und unterscheidet nach Master- und Slave-Geräten. Master-Geräte bestimmen den Datenverkehr auf dem Bus. Ist ein Master im Besitz der Buszugriffsberechtigung, darf er ohne externe Aufforderung
Nachrichten aussenden. Das Profibus-Protokoll bezeichnet Master als aktive Teilnehmer am Bus. Slave-Geräte sind passive Teilnehmer am Bus. Sie erhalten keine Buszugriffsberechtigung, d.h. sie quittieren nur empfangene Nachrichten oder übermitteln nur auf Anfrage des Masters Nachrichten an diesen.
Die Buszugriffsberechtigung wird durch ein einheitliches Buszugriffsprotokoll sowie der Buszugriffssteuerung geregelt. Das Buszugriffsprotokoll enthält die Funktionen der Datensicherung und die Abwicklung der Telegramme und Übertragungsprotokolle. Mittels der BuszugriffSteuerung wird festgelegt, zu welchem Zeitpunkt ein Busteilnehmer Daten senden darf. Außerdem stellt die Buszugriffssteuerung sicher, daß zu einem Zeitpunkt immer nur ein Teilnehmer die Sendeberechtigung besitzt.
Das Profibus-Protokoll enthält zwei wesentliche Anforderungen an die Buszugriffssteuerung:
• Für die Kommunikation zwischen zwei Mastern ist sicherzustellen, daß jeder Teilnehmer innerhalb eines definierten Zeitrasters genügend Zeit für die Abwicklung seiner Kommunikationsaufgaben hat.
• Für die Kommunikation zwischen einem Master und einem Slave ist ein zyklischer, echtzeitbezogener Datenaustausch mit möglichst wenig Aufwand einzurichten.
Das Profibus-Buszugriffsverfahren realisiert deshalb das Token-Passing-Verfahren für die Kommunikation von komplexen Busteilnehmern (Mastern) untereinander und unterlagert das Master-Slave-Verfahren für die Kommunikation der komplexen Busteilnehmer mit den aufwandsarmen Peripheriegeräten (Slaves) .
Das Token-Passing-Verfahren garantiert innerhalb eines genau festgelegten Zeitrahmens die Zuteilung der Buszugriffsberechtigung (Token) . Zur Übergabe der
Sendeberechtigung von einem Master an den nächsten Master wird ein besonderes Telegramm (Token-Nachricht) in einer parametrierbaren maximalen Token-Umlaufzeit reihum einmal allen Mastern übergeben. Das Master-Slave-Verfahren ermöglicht dem Master, der die
Sendeberechtigung besitzt, die ihm zugeordneten Slave-Geräte anzusprechen. Hierbei besteht für den Master die Möglichkeit, Nachrichten von den Slaves abzuholen bzw. Nachrichten an die Slaves weiterzuleiten.
Mit dieser Zugriffsmethode ergeben sich folgende Systemkonfigurationen : • Master-Slave-System • Master-Master-System
• Eine Kombination aus den beiden Verfahren
Alle am Profibus liegenden aktiven Teilnehmer (Master) bilden einen logischen Token-Ring. Mit einem Token-Ring wird die organisatorische Aneinanderreihung von aktiven Teilnehmern bezeichnet, die durch ihre Busadressen einen logischen Ring bilden. In diesem Ring wird von einem Master zum nächsten Master in einer vorgegebenen Reihenfolge der Token (Buszugriffsberechtigung) weitergereicht. Erhält ein
Teilnehmer das Token-Telegramm, so übt er für eine gewisse Zeit die Masterfunktion über den Bus aus und kann mit allen Slave-Teilnehmern in einer Master-Slave-Beziehung und mit allen Master-Teilnehmern in einer Master-Master-Beziehung kommunizieren.
Profibus kann maximal 128 aktive Teilnehmer (Master) am Bus verwalten.
Da die Profibus-Norm nicht mehr als 128 aktive Busteilnehmer zuläßt, wurde im Steinkohlenbergau für einen Streb mit über 200 elektrohydraulischen Schilden ein Master-Slave-System gewählt, um die volle Kompatibilität zur Norm zu gewährleisten. Es wechseln sich am Strebbus Master und Slave ab, wobei die Slaves nicht aktiv am Busgeschehen teilnehmen. Bei der automatischen Adressierung der Steuergeräte über den Nachbarbus wird auch die Master-Slave Konfiguration festgelegt. War der Vorgänger ein Master, begibt sich das nachfolgende Steuergerät in den Slavezustand und umgekehrt. Hierbei ist wichtig, daß alle Steuergeräte von ihrer Hardwarekonfiguration her identisch sind.
Zusätzlich zu den beiden Busanschaltungen sind noch zwei eigensichere serielle Schnittstellen realisiert, die die Kommunikation mit dem rechten und linken Nachbarn ermöglichen (Nachbarbus) . Es handelt sich hierbei um Punkt-Zu-Punkt Verbindungen, die nach einer Seite hin eigensicher trennend sind. Es wird ein Protokoll anhand der Telegrammstruktur des Profibuss'es verwendet. Dieses Protokoll wurde einerseits aus Gründen der Datensicherheit, andererseits wegen des Master- Slave-Prinzips gewählt, da hierbei die Profibus-Telegramme für den Slave vom Master aus über den Nachbarbus gesendet werden.
Die vorstehende Verwirklichung eines Ausbausteuerungs- Konzeptes würde demzufolge nur 128 normale und 128 passive Busteilnehmer zulassen. Da heutzutage mindestens 200 Ausbaueinheiten in einem Gewinnungsbetrieb zu steuern sind, muß zwingend ein Master-Slave-Prinzip verwendet werden mit dem Nachteil, daß nur jedes zweite Steuergerät direkt von der Strebzentrale angesprochen werden kann, um der Profibus-Norm gerecht zu werden (DIN 19245 Teil 1+2 oder EN 50170, Volume 2, Part 2 bis 7). Für den einwandfreien Verlauf des Betriebsprozesses ist es besonders wichtig, daß alle Teilnehmer im Echtzeitbetrieb einen gleichberechtigten Zugriff zur Zentrale besitzen. Dieses kann nicht beim Master- Slave-Prinzip gewährleistet werden.
Außerdem erfordert die Realisierung eines Ausbausteuerungskonzeptes wie vorstehend beschrieben für jeden Ausbau hardwaremäßig ein identisches Steuergerät, da die Master-Slave-Konfiguration durch die Adressierung der Steuergeräte festgelegt wird und sich jederzeit ändern kann, weil der Gewinnungsbetrieb über eine bestimmte Abbaulänge variabel in der Anzahl der benötigten Schilde im Streb sein muß. Ändert sich die Anzahl der Schilde im Gewinnungsbetrieb, so ändert sich auch die Konfiguration der Steuergeräte, d.h. ein Steuergerät das bisher als Master tätig war kann dann die Aufgabe eines Slaves zu erfüllen haben und umgekehrt. Nachteilig hierbei ist, daß die Hälfte der Steuergeräte hardwaremäßig völlig überdimensioniert sind um die Aufgaben als passiver Teilnehmer am Bus (Slave-Funktion) wahrzunehmen. Außerdem müssen bei diesem System alle Steuergeräte auch die Repeaterfunktion als Translater und Verstärker erfüllen und benötigen dafür 4 physikalische Adern in der Übertragungsleitung, d.h. zwei in jeder Richtung. Die vorgenannten Punkte führen zu einer erheblichen Kostenbelastung mit dem zusätzlichen Nachteil, daß der Strebbus mit Telegrammen z.T. überlastet wird.
Aus der DE 295 14 236 Ul ist ein Datenübertragungsystem der vorgenannten Art bekannt. In dem darin beschriebenen Datenübertragungssystem sind längs eines als Profibus ausgeführten Strebbusses abwechselnd Master- und Slave-Geräte als Steuergeräte vorgesehen. Gemäß einer alternativen
Ausführungsform ist es aus diesem Gebrauchsmuster ebenfalls bekannt, nur jedes dritte Steuergerät als Master-Gerät auszuführen, wobei dieses Master-Gerät dann die beiden folgenden Geräte koordiniert. Auf diese Weise besteht sogar die Möglichkeit mehr als 256 Steuergeräte über einen einzigen Profibus anzusteuern. Dies geschieht jedoch nach dem wie ausgeführt äußerst nachteiligen Master-Slave-Verfahren.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung einer Datenübertragung der vorgenannten Art, die mehr als 128 aktiv an der Datenübertragung beteiligte Steuergeräte umfaßt und insbesondere die Ausbausteuerung trotzdem mit geringem Aufwand realisiert.
Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichenden Merkmale der Ansprüche 1 und 17 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß durch den Einsatz von mehreren Strebbussen die Kommunikation zwischen den Steuergeräten mittels eines reinen Master-Master-Systems abgewickelt wird. Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß alle Steuergeräte als aktive Teilnehmer (Master) am Profibus registriert sind und das Datenaufkommen am Bus um ca. 50% reduziert wird und somit erheblich kürzere Buszugriffszeiten realisiert werden können und damit auch sicherheitsrelevante Dateninformationen schneller untereinander ausgetauscht werden. Das sonst übliche Master-Slave-Verfahren erübrigt sich und die Steuergeräte realisieren ihrer vorhandenen Hardware entsprechend die Kommunikation untereinander. Außerdem ist der Nachbarbus von den sonst üblichen über den Strebbus laufenden Telegrammen entlastet und erfüllt nur folgende Funktionen:
• Token-Verkehr, der das Vorhandensein des Nachbarn prüft
• Übertragung der Nothalt-Nachrichten (wenn Strebbus ausfällt)
• Datenverkehr für Befehle, Rückmeldungen und Sensorinformationen bei der Nachbarsteuerung
Diese Geräteverbindung (Nachbarbus) kann im Gegensatz zu vorbeschriebenen Systemen ohne aufwendige Profibusbasis und dazugehörige Hard- und Software durchgeführt werden. Durch zwei UART-Schnittstellen vom Steuerungsprozessor mit dementsprechender Umwandlung zur RS 485-Schnittstelle und galvanischer Trennung werden die Funktionen des Nachbarbusses realisiert.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Bergbau unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
Fig. 1 die Anordnung von Energieversorgung, Strebzentale, Steuergeräte, Busterminals, zwei Strebbussen und Nachbarbus in einer schematischen Darstellung;
Fig. 2 die Gegenstände der Fig. 1 unter Verwendung von drei
Strebbussen;
Fig. 3 die Gegenstände der Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 4 eine detailliertere schematische Darstellung der Verbindungen zwischen den Strebbussen und den Steuergeräten gemäß Fig. 1. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist den nicht dargestellten Ausbaueinheiten jeweils ein Steuergerät 5 mit einem integrierten Baustein 6 zugeordnet. Das Steuergerät 5 ist in einem eigensicheren Gehäuse nach EN 50020 ausgeführt. Die Energieversorgung des integrierten Bausteins 6 erfolgt entweder über ein Gehäuse 2 oder ein Gehäuse 3, welche als Gehäuse mit einer Schlagwetter- oder sondergeschützten Kapselung ausgeführt sind. In dem Gehäuse 2 ist eine Leuchte 19 untergebracht, welche als Energiesparlampe mit einer
Spannungsversorgung von 230 Volt ausgelegt ist. Weiterhin befindet sich in dem Gehäuse 2 ein Netzteil 13, in welchem die Lampenspannung auf 12 Volt transformiert wird um mehrere integrierte Bausteine 6 mit Energie zu versorgen.
Sollte in einer Ausbaueinheit keine Leuchte 19 vorgesehen sein, so besteht die Möglichkeit mittels des Gehäuses 3, in dem ebenfalls ein Netzteil 13 vorhanden ist, in welchem die angelegte Spannung von 230 Volt auf 12 Volt transformiert wird, mehrere integrierte Bausteine 6 mit Energie zu versorgen. Die in den einzelnen Leuchtengehäusen 2 und Netzgehäusen 3 vorhandenen Leuchten 19 und Netzteile 13 sind jeweils über ein 230 Volt Energieversorgungskabel miteinander verbunden.
Die integrierten Bausteine 6 sind jeweils über eine zentrale 8-, 10- oder 12polige Datenübertragungsleitung 18, in die ein erster Strebbus 9, ein zweiter Strebbus 10, ein Nachbarbus 8 und die Energieversorgung 12 integriert sind, miteinander verbunden. Zusätzlich wird die Strebzentrale 1 über eine 4polige Leitung 17, in die der erste Strebbus 9 und der zweite Strebbus 10 integriert sind, über zwei Busterminals 4, die zur Ankopplung an die Strebzentrale 1 notwendig und in der Regel im ersten Ausbau montiert sind, mit dem integrierten Baustein β des mit STG 1 bezeichneten
Steuergeräts 5 verbunden. Die Kommunikation zwischen den Strebbussen 9,10 wird in der Strebzentrale 1 über die Schnittstelle 14 für den zweiten Strebbus 10 und über die Schnittstelle 15 für den ersten Strebbus 9 mittels des dort vorhandenen integrierten Bausteins 7 realisiert. Es sind in Fig. 1 acht Steuergeräte 5 abgebildet, die mit STG1, STG2, STG3, STG4, STG5, STG6, STG199 sowie STG200 bezeichnet sind, wobei STG199 und STG200 andeuten sollen, daß beispielsweise 200 Steuergeräte 5 verwendet werden.
In Fig. 4 ist die Verbindung der einzelnen Steuergeräte 5 mit den Strebbussen 9, 10 verdeutlicht. Die von der Strebzentrale 1 ausgehende 4-polige Leitung 17 verbindet die Steuerzentrale 1 mit den beiden Busterminals 4. Von den beiden Busterminals 4 gehen der erste Strebbus 9 und der zweite Strebbus 10 aus, die jeweils 2polig gestaltet sind mit den beiden Polen 9a und 9b bzw. 10a und 10b. In dem ersten Steuergerät 5, das in Fig. 4 mit STG1 bezeichnet ist, werden die beiden Pole 9a, 9b des ersten Strebbusses 1 abgegriffen und über eine galvanische Trenneinheit 20 mit dem integrierten Baustein 6 verbunden. Die Steuergeräte 5 sind untereinander über das Kabel 18 miteinander verbunden, das neben den Strebbussen 9, 10 den Nachbarbus 8 und die Energieversorgung 12 umfaßt. In
Fig. 4 sind der Nachbarbus 8 und die Energieversorgung 12 nur teilweise schematisch angedeutet.
Entweder in jedem der Steuergeräte 5 oder aber in einer den Steuergeräten 5 zugeordneten Anschlußeinheit bzw. in der
Datenübertragungsleitung 18 werden die Pinbelegungen der vier Pole 9a, 9b, 10a, 10b, der Strebbusse 9, 10 miteinander vertauscht. Dies ist in Fig. 4 durch die Kreuzung der Strebbusse im Bereich der Steuergeräte 5 angedeutet. Auf diese Weise wird erreicht, daß in dem auf das mit STG1 bezeichneten Steuergerät 5 folgenden mit STG2 bezeichneten Steuergerät 5 nicht der Strebbus 9, sondern der Strebbus 10 abgegriffen wird. Im darauf folgenden mit STG3 bezeichneten Steuergerät 5 wird dann wiederum der Strebbus 9 abgegriffen, im darauffolgenden dann wieder Strebbus 10 usw..
Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt, daß die integrierten Bausteine 6 jeweils über eine zentrale 10- oder 12polige Datenübertragungsleitung 18, in die der erste Strebbus 9, der zweite Strebbus 10, ein dritter Strebbus 11, der Nachbarbus 8 und die Energieversorgung 12 integriert sind, miteinander verbunden sind. Hier wird die Strebzentrale 1 über eine βpolige Leitung 17, in die der erste Strebbus 9, der zweite Strebbus 10 und der dritte Strebbus 11 integriert sind, über drei Busterminals 4, die zur Ankopplung an die Strebzentrale 1 notwendig und in der Regel im ersten Ausbau montiert sind, mit dem integrierten Baustein 6 des mit STG1 bezeichneten Steuergeräts 5 verbunden. Die Kommunikation zwischen den Strebbussen 9, 10, 11 wird in der Strebzentrale 1 über die Schnittstellen 14 für den dritten Strebbus 11, die Schnittstelle 15 für den zweiten Strebbus 10 und die Schnittstelle 16 für den ersten Strebbus 9 mittels des dort vorhandenen integrierten Bausteins 7 realisiert. Mit dieser Lösung können bis zu 380 Steuergeräte (also auch Ausbaueinheiten) nach dem reinen Master-Master- System im Rahmen des Profibus untereinander kommunizieren, was für die in Zukunft zu erwartenden Streblängen von 400 und mehr Metern von großer Bedeutung ist.
In der Fig. 3 ist eine weitere Form der Erfindung wiedergegeben, bei der mehr als drei Strebbusse 9, 10, 11 zum Einsatz kommen. Auch hier sind die integrierten Bausteine 6 über eine zentrale mehrpolige Datenübertragungsleitung 18 miteinander verbunden. Die Anzahl der Adern der Datenübertragungsleitung 18 ist abhängig von der Zahl der eingesetzten Strebbusse 9, 10, 11 wobei Energieversorgung und Nachbarbus zugezählt werden müssen. Die mehrpolige Verbindungsleitung von der Strebzentrale 1 zum integrierten Baustein 6 des ersten, mit STG 1 bezeichneten Steuergerätes 5, die Zahl der Busterminals 4 und die Zahl der Schnittstellen 14, 15, die der integrierte Baustein 7 der Strebzentrale 1 verwaltet ist abhängig von der Zahl der eingesetzten Strebbusse 9, 10, 11.
Mit dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit, daß mehr als 384 Steuergeräte 5 nach einem reinen Master-Master-System im Rahmen des Profibus untereinander kommunizieren. Bei Fig. 3 wird durch die Bezeichnung einer der Schnittstellen mit X und dem letzten der Steuergeräte mit STGX angedeutet, daß beliebig viele Busse, Schnittstellen und Steuergeräte verwendet werden können.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können für die Verwirk- lichung der Erfindung in verschiedenen Ausführungen wesentlich sein.

Claims

Patentansprüche :
1. Datenübertragungsvorrichtung für die Steuerung bzw.
Regelung eines Betriebsprozesses, wobei der Prozeß über eine Anzahl von Maschineneinheiten realisiert wird, denen jeweils mindestens ein Steuergerät (5) mit einer Steuereinheit zugeordnet ist, wobei das Steuergerät (5) zur Ansteuerung der Bewegungen der Maschineneinheit mit einer Bedieneinheit verbunden ist sowie Mittel zur Erfassung der Betriebszustände der Maschineneinheit umfaßt, und wobei die Steuergeräte (5) über mindestens eine Datenübertragungsleitung (18) mit einem Feldbus miteinander und mit mindestens einer Steuerungszentrale verbunden sind, daß die Kommunikation der Steuergeräte mit einem integrierten Baustein (7) mindestens einer Steuerungszentrale (1) ausschließlich mittels eines Master-Master-Systems realisiert wird und daß mindestens zwei Feldbusse (9, 10, 11) vorgesehen sind, die von der Steuerungszentrale (1) als ein gemeinsames Netz gebildet und verwaltet werden.
2. Datenübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldbusse (9, 10, 11) jeweils als Profibusse ausgelegt sind.
3. Datenübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profibusse nach der Norm EN 50170 ausgelegt sind.
4. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuereinheit ein integrierter Baustein (6) Verwendung findet.
5. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungsleitung (18) einen Nachbarbus zur Steuerung der Bewegungen der jeweils benachbarten Maschineneinheiten durch das Steuergerät (5) der jeweiligen Maschineneinheit umfaßt.
6. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der mindestens zwei Feldbusse (9, 10, 11) 2polig ausgeführt ist.
7. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedieneinheit als
Tastatur und/oder als Funksteuerung bzw. Infrarotsteuerung ausgeführt ist.
8. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung der Betriebszustände Sensor- und Aktoranschlüsse umfassen.
9. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungsleitung (18) zwischen den Steuereinheiten (5) genau zwei Feldbusse (9, 10) umfaßt.
10. Datenübertragungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zwei Feldbusse (9, 10) nur in jedem zweiten der Steuergeräte (5) abgegriffen und durch die anderen Steuergeräte (5) unabgegriffen hindurchgeführt oder an den anderen Steuergeräten (5) unabgegriffen vorbeigeführt wird.
11. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungsleitung (18) zwischen den Steuereinheiten (5) genau drei Feldbusse (9, 10, 11) umfaßt .
12. Datenübertragungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Feldbusse (9, 10, 11) nur in jedem dritten der Steuergeräte abgegriffen und durch die anderen Steuergeräte unabgegriffen hindurchgeführt oder an den anderen Steuergeräten (5) unabgegriffen vorbeigeführt wird.
13. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungsleitung (18) zwischen den Steuereinheiten (5) genau X Feldbusse (9, 10, 11) umfaßt, wobei X eine natürliche Zahl größer 3 ist.
14. Datenübertragungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der X Feldbusse (9, 10, 11) nur in jedem X-ten der Steuergeräte (5) abgegriffen und durch die anderen Steuergeräte (5) unabgegriffen hindurchgeführt oder an den anderen Steuergeräten (5) unabgegriffen vorbeigeführt wird.
15. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Datenübertragungsleitung (18) Lichtleitfasern für die Datenübertragung aufweist.
16. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuerungszentrale (1) über geeignete Verbindungsmittel mit einer außerhalb der Prozeßebene angeordneten Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist, die die von den einzelnen Steuergeräten (5) übertragenen Daten verarbeiten und visualisieren kann.
17. Datenübertragungssystem für die Ausbausteuerung eines
Gewinnungsbetriebes im Untertagebergbau, wobei der Ausbau über eine Anzahl von Ausbaueinheiten erfolgt, denen jeweils mindestens ein Steuergerät (5) mit einer Steuereinheit zugeordnet ist, wobei das Steuergerät (5) zur Ansteuerung der Bewegungen der Ausbaueinheit mit einer Bedieneinheit verbunden ist sowie Mittel zur Erfassung der Betriebszustände der Ausbaueinheit umfaßt, wobei benachbarte Steuergeräte (5) über mindestens eine Datenübertragungsleitung
(18) die mindestens zwei als Profibus ausgeführte Strebbusse (9, 10, 11) umfaßt, miteinander verbunden sind, wobei das Datenübertragungsystem weiterhin mindestens eine Strebzentrale (1) umfaßt und wobei die Kommunikation zwischen den Steuergeräten (5) und der Strebzentrale (1) nach dem reinen Master-Master-System im Rahmen des Profibusses realisiert wird.
8. Datenübertragungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuereinheit ein integrierter Baustein (6) Verwendung findet.
19. Datenübertragungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungsleitung (18) Lichtleitfasern für die Datenübertragung aufweist.
20. Datenübertragungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedieneinheit als Tastatur und/oder als Funksteuerung bzw. Infrarotsteuerung ausgeführt ist.
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