WO2022128980A1 - System zur dezentralen erfassung und drahtlosen übermittlung von erfassten daten im untertageeinsatz - Google Patents

Abstract

Bei dem System erfolgt eine zentrale Auswertung der dezentral erfassten Daten. Es sind mehrere zumindest temporär mobile Module an verschiedenen Positionen eines jeweiligen Untertagebauwerks angeordnet und die temporär mobilen Module ausgebildet, um Messdaten zu erfassen, zwischenzuspeichern und erfasste Messdaten drahtlos und automatisch an mehrere vollständig mobile Module zu übertragen, sobald ein vollständig mobiles Modul eine Distanz zu einem temporär mobilen Modul erreicht hat, bei der eine drahtlose Datenübertragung zwischen einem jeweiligen temporär und einem vollständig mobilen Modul möglich ist. Vollständig mobile Module sind ausgebildet, Daten die von mindestens einem temporär mobilen Modul empfangen worden sind, zwischenzuspeichern und bei Erreichen eines Datenzugangspunktes, der mit einer zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit verbunden ist, diese zwischengespeicherten Daten an den jeweiligen Datenzugangspunkt zu übermitteln. Temporär mobile Module sind weiter ausgebildet zwischengespeicherte Messdaten erst nach Erhalt eines drahtlos empfangenen Aufforderungssignals, das von einem vollständig mobilen Modul an das jeweilige temporär mobile Modul übermittelt worden ist, drahtlos zu übertragen.

Description

System zur dezentralen Erfassung und drahtlosen Übermittlung von erfassten Daten im Untertageeinsatz

Die Erfindung betrifft ein System zur dezentralen Erfassung und drahtlosen Übermittlung von erfassten Daten im Untertageeinsatz.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein dezentrales Kommunikations- und Datenübertragungssystem, das vorrangig für den Einsatz in untertägigen Bergwerken entwickelt wurde, aber auch in allen anderen Anlagen, Tunneln und Bergwerken sowohl über als auch untertage verwendet werden kann. Die

Datenübertragung erfolgt kabellos ohne dauerhafte Verbindung. Die Messsta- tionen/Datenlogger können beliebig verteilt werden und erfassen und speichern ihre Daten. Sobald ein Empfänger (z.B. ein Fahrzeug mit installiertem Data Collector) sich in Reichweite der Messstation befindet, werden die Daten automatisiert übertragen und können vom Empfänger in das übergeordnete

System gesendet werden, z.B. via Ethernet an einer zentralen Stelle mit WLAN-AccessPoint (Werkstatt, Aufbereitung). Ein Empfänger kann hierbei beliebig viele Messstationen besuchen und deren Daten aufnehmen, da diese über eine interne Kennung sowie einen Zeitstempel immer genau zugeordnet werden können. Ebenso kann sich jede Messstation mit jedem legitimierten Empfänger verbinden, um den Datenfluss so kontinuierlich wie möglich zu realisieren. Der Zeitverzug kann somit von bisher Stunden oder Tagen auf wenige Minuten reduziert werden und hängt in erster Linie von der zu fahrenden Distanz des Empfängers ab.

Die Datenübertragung im untertägigen Bereich stellt ein großes Problem dar, da die übertägigen drahtlosen Übertragungsmöglichkeiten, wie z.B. UMTS, LTE, WLAN, Internet via Satellit usw. nicht im bekannten Umfang verwendet werden können. Im Bergwerk verringern sich die Übertragungsdistanzen auf ein Minimum, weshalb aktuell vor allem kabelgebundene Lösungen verwendet werden, wozu das gesamte Bergwerk vorrangig mit Lichtwellenleitern oder anderen geeigneten leitungsgebundenen Datenübertragungsmöglichkeiten ausgestattet werden muss. An wichtigen Standorten werden Zugangspunkte (Access Points) installiert, wodurch der Zugriff von jedem Punkt im Bergwerk prinzipiell möglich ist. Alternativ kann WLAN verwendet werden, da über eine ausreichend dimensionierte Anzahl von Repeatern das Bergwerk vernetzt werden kann. Ebenso ist über die Nutzung von Schlitzkabeln eine drahtlose Datenübermittlung innerhalb eines begrenzten Bereiches möglich.

Der entscheidende Nachteil dieser Varianten sind die hohen Installations- und Instandhaltungskosten, die aufgrund von zwei wesentlichen Merkmalen eines Bergwerks entstehen. Dies sind Ortsveränderlichkeit und Dreidimensionalität. In einem Bergwerk werden Rohstoffe abgebaut, weshalb das Bergwerk mit jedem Tag wächst und sich verändert. Gleichzeitig werden andere Bereiche verwahrt, also abgeschlossen. Somit muss theoretisch fast jeden Tag ein Um- bau/Erweiterung des Netzwerkes für eine Datenübertragung erfolgen. Außerdem entstehen zusätzlich lange Strecken, die von untergeordneter Relevanz sind, da in diesen kaum neue Informationen aufgenommen werden. Um eine Datenübertragung zu gewährleisten, müssen diese Bereiche dennoch mit Netzwerktechnik ausgestattet werden.

Das zweite Merkmal, die Dreidimensionalität betreffend, macht sich vor allem durch folgende Problematik bemerkbar. Eine Lagerstätte breitet sich oftmals über viele 100 m in die Tiefe aus und kann deshalb nicht mit nur einem Angriffspunkt abgebaut werden. Mehrere Sohlen müssen in unterschiedlichen Tiefen erstellt und aufgrund von Abbau und Förderung gleichzeitig betrieben werden. Da für jede Sohle die Datenübertragung gewährleistet werden muss, kommen schnell große Anforderungen an die erforderliche Infrastruktur zusammen.

Diese Merkmale resultieren in der Konsequenz, dass sowohl der Aufbau als auch die Wartung, Instandhaltung und Aktualisierung eines Datenübertragungssystems, das Untertage eingesetzt werden soll, ein hoher Kostenfaktor wird, der für die klein- und mittelständischen Bergwerke kaum zu realisieren ist. Zusätzlich kommt hinzu, dass in vielen Bereichen eines Bergwerks verhältnismäßig wenige Daten erfasst werden, wodurch der Aufbau mit aktuellen Technologien dort überdimensioniert ist.

Es sind bereits Lader mit Datenloggern im Einsatz, die die Daten über die gesamte Arbeitsschicht speichern und frühestens zum Ende der Arbeitsschicht oder erst bei der nächsten Wartung übertragen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass sämtliche Daten bis zu 8 h veraltet sind und ein schnelles Eingreifen nicht möglich ist.

Ein weiterer aktueller Ansatz beschäftigt sich mit der langwelligen Übertragung durch die Erde hindurch, kurz Through-The-Earth (TTE). Aufgrund der sehr langwelligen Übertragung können Distanzen von bis zu 150 m quer durch das Gestein realisiert werden. Problematisch bei diesem Ansatz ist jedoch die sehr geringe Datenübertragungsrate. Hier gilt der Grundsatz: Je größer die Wellenlänge und je geringer die Frequenz, umso geringer ist die übertragbare Datenrate. Hinzu kommt, dass eine sichere Übertragung gewährleistet sein sollte, wozu die Telegramme einen Protokolloverhead erhalten, der die übertragbare Menge an den eigentlich interessierenden Messdaten weiter reduziert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung , Möglichkeiten für ein dezentrales Kom- munikations- und Datenübertragungssystem für Anlagen, Tunnel und Bergwerke untertage anzugeben, wobei eine konfigurierbare Datenerfassung und dezentrale Datenübertragung innerhalb eines untertägigen Berg- oder Bauwerks, ohne vollständige Verkabelung/Vernetzung und ohne dauerhafte ständige Kommunikation möglich sein sollen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem System, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter- bildungen können mit in abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.

Bei dem System sind mehrere zumindest temporär mobile Module an verschiedenen Positionen eines jeweiligen Untertagebauwerks angeordnet. Die temporär mobilen Module sind so ausgebildet, dass sie Messdaten erfassen, diese Zwischenspeichern und erfasste Messdaten drahtlos und automatisch an mehrere vollständig mobile Module übertragen, sobald ein vollständig mobiles Modul eine Distanz zu einem temporär mobilen Modul erreicht hat, bei der eine drahtlose Datenübertragung zwischen einem jeweiligen temporären und einem vollständig mobilen Modul möglich ist.

Vollständig mobile Module sind weiter ausgebildet, Daten die von mindestens einem temporär mobilen Modul empfangen worden sind, zwischenzuspeichern und bei Erreichen eines Datenzugangspunktes, der mit einer zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit verbunden ist, diese zwischengespeicherten Daten an den jeweiligen Datenzugangspunkt zu übermitteln und die temporär mobilen Module weiter ausgebildet sind, zwischengespeicherte Messdaten erst nach Erhalt eines drahtlos empfangenen Aufforderungssignals, das von einem vollständig mobilen Modul an das jeweilige temporär mobile Modul übermittelt worden ist, drahtlos zu übertragen.

Dazu sollten temporär und vollständig mobile Module Möglichkeiten zum drahtlosen Senden und Empfangen von Signalen, also Sende- und Empfangselemente aufweisen.

Temporär mobile Module können insbesondere eine Messstation mit mindestens einem Sensor zur Erfassung von Messdaten sein. Im Folgenden kann ein temporär mobiles Modul auch als Messstation bezeichnet sein. Ein vollständig mobiles Modul kann an einem Fahrzeug installiert oder daran integriert sein. Bei einem Fahrzeug kann es sich um alle im Untertageeinsatz einsetzbaren Fahrzeuge handeln. Dies betrifft auch Transportfahrzeuge, die mit einem vollständig mobilen Modul ausgestattet sein können.

Ein temporär mobiles Modul kann je nach Bedarf an einem geeigneten oder erforderlichen Ort platziert werden, wobei auch ein Ortswechsel möglich sein sollte. Dies kann in Anpassung an sich Untertage betriebs- bzw. arbeitsbedingt verändernde Verhältnisse erfolgen.

Eine Übertragung von Daten von einem temporär mobilen Modul zu einem vollständig mobilen Modul und/oder von einem vollständig mobilen Modul zu einem Datenzugangspunkt sollte bevorzugt seriell mittels eines Kommunikationsprotokolls erfolgen. Mit einem Kommunikationsprotokoll können nicht nur erfasste Messdaten übertragen werden. Vielmehr sollte(n) ein den jeweiligen Messdaten zugeordnetes Zeitsignal und/oder mindestens ein Identifikationscode für das jeweilige mobile Modul mit übertragen werden.

Bevorzugt sollten von einem temporär mobilen Modul erfasste Daten als unverarbeitete Rohdaten byteweise übertragen werden, wodurch sich das zu übertragende Datenvolumen reduzieren lässt. Die Datenübertragung sollte gesichert, insbesondere verschlüsselt und anschließend eine Zuordnung und Entsicherung oder Entschlüsselung mittels eines für ein jeweiliges temporär mobiles Modul spezifischen Identifikationscodes in der zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit erfolgen.

Mit temporär mobilen Modulen erfasste Messdaten können auch über mindestens einen Repeater an ein Zwischenspeichermodul drahtlos übertragen werden. Ein jeweiliges Zwischenspeichermodul sollte so ausgebildet sein, dass es drahtlos von mindestens einem temporär mobilen Modul empfangene Messdaten speichern kann und nach Erhalt eines Aufforderungssignals von einem vollständig mobilen Modul die zwischengespeicherten Messdaten an dieses vollständig mobile Modul zu übertragen. So können Untertagebereiche überbrückt werden, die selten oder gar nicht von vollständig mobilen Modulen erreicht werden.

Untertage kann auch mehr als ein Zugangspunkt vorhanden sein. Mehrere Zugangspunkte sind dann jeweils mit der zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit verbunden.

Ein temporär mobiles Modul kann so ausgebildet sein, die Konzentration mindestens eines chemischen Elements oder mindestens einer chemischen Verbindung in der Umgebungsatmosphäre, die Temperatur, die relative Luft- feuchte, den Atmosphärendruck, das Vorhandensein von Lebewesen, Maschi- nendaten oder Rohstoffdaten zu bestimmen. Es können auch andere für den Betreiber betriebsrelevante Daten bestimmt werden. Ein temporär mobiles Modul kann dabei auch so ausgebildet sein, dass sie die Anzahl und ggf. den Ort von Personen, die sich in ihrem Beobachtungsbereich befinden bestimmen kann. Dies ist z.B. mit geeigneter Videotechnik, die auch im Infrarotbereich sensitiv sein kann, möglich. Diese Liste an möglicher Sensorik ist beliebig erweiterbar, da es keine Einschränkung auf Art und Typ des Sensors gibt.

Bei der Erfindung können für mobile Module, die man auch als Datenlog- ger/Datenspeicher bezeichnen kann, in Kombination mit Funkmodulen genutzt werden. Die temporär mobilen Module, die die Messdaten erfassen (Messstationen) können frei im gesamten Feld aufgestellt oder auf Maschinen installiert werden. Fahrzeuge und Maschinen (z.B. Personentransporter, Steigerfahrzeuge, Dumper, Kipper), die regelmäßig von entfernten Punkten eines Bergwerks (z.B. Abbau/Vortrieb) zu den zentralen Teilen des Bergwerks (z. B. Aufbereitung/Werkstatt) fahren, verbinden sich beim Vorbeifahren mit den temporären mobilen Modulen und sammeln deren Messdaten, die sie bis zu deren weiteren Übertragung an einen zentral gelegenen Zugangspunkt Zwischenspeichern. Anschließend können die Messdaten in zentralen Bereichen des Bergwerks (Werkstatt, Aufbereitung usw.) in ein Intranet eingespeist und dann in einer zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit visualisiert, ausgewertet und gespeichert werden. Somit können die Installation und Wartung gegenüber vollständig vernetzten Bergwerken erheblich reduziert werden.

Da beispielsweise die Dumper als oder mit vollständig mobile(n) Modul sowohl den abgebauten Rohstoff als auch das Nebengestein dauerhaft vom Abbau zur Aufbereitung transportieren müssen, kann mit ihnen ein regelmäßiger Verkehr und somit auch eine drahtlose Datenübertragung über eine gewisse Distanz auch über mehrere übereinander angeordnete Bereiche eines Grubengebäudes wie beispielsweise Strecken gewährleistet werden, wodurch der Zeitverzug bei einer Datenübertragung im Vergleich zu den aktuell eingesetzten nicht fest verkabelten bzw. vollständig vernetzten Technologien erheblich reduziert werden kann. Die Erfindung betrifft die drahtlose Übertragung von Daten innerhalb eines untertägigen Bereiches. Für diese sollte eine serielle Master/Slave Kommunikation, z.B. auf Basis des Binary Synchronous Communication Protokolls von IBM zwischen temporären und vollständig mobilen Modulen aber auch zwischen vollständig mobilen Modulen und einem Datenzugangspunkt oder einem Zwischenspeichermodul eingesetzt werden. Die Kommunikation verläuft dabei dezentral zwischen den verschiedenen Modulen bzw. einem Zwischenspeichermodul und mindestens einem Datenzugangspunkt.

An jedem beliebigen Ort des untertägigen Bereiches können Messstationen mit Datenlogger (im Folgenden „Messstationen" bezeichnet), die in der Kommunikation als Slave agieren, installiert werden, die ihre erfassten bzw. gemessenen Daten zunächst Zwischenspeichern. Sobald ein Fahrzeug (z.B. Dumper, Steigerfahrzeug, Truppenfahrzeug) mit Data Collector/Cache, als vollständig mobiles Modul (im Folgenden „Data Collector" bezeichnet), das in der Kommunikation als Master agiert, an einer der Messstationen vorbeifährt, sollte zwischen beiden Teilnehmern eine serielle drahtlose Verbindung aufgebaut und die Daten auf den Data Collector übertragen werden. Somit ist das System hochflexibel, da die Messstationen an jeder Position aufgestellt werden können und ihre Position auch jederzeit wechseln können. Voraussetzung ist eine elektrische Stromversorgung, die beliebig realisiert werden kann (z. B. Netzanschluss oder Akkumulator). Die Umwandlung der mit der Messstation erfassten Rohdaten in Messdaten sollte erst übertage erfolgen, um untertage ein robustes System zu gewährleisten. Die byteweise Weiterleitung der Rohdaten in eine bestehende Infrastruktur über vorhandene Schnittstellen in andere Messsysteme ist hierbei möglich. Ein Data Collector eines vollständig mobilen Moduls kann mit beliebig vielen Messstationen ausschließlich nacheinander kommunizieren und die vorhandenen Messwerte Zwischenspeichern bis er diese an eine übergeordnete zentrale Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit weiterleiten kann (z.B. via AccessPoint - Datenzugangspunkt in das Intranet eines Bergwerks). Es können beliebig viele Data Collectoren für den Datentransport integriert werden. Durch die eineindeutige Kennung von Master und Slave können mehrere Master gleichzeitig mit unterschiedlichen Slaves kommunizieren, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Sobald ein Data Collector sich mit einem übergeordneten System verbindet (z.B. andere Messstation via ProfiNet, WLAN, ...) können alle Daten der abgefahrenen Messstationen vom Data Collector an die übergeordneten Kommunikationssysteme übermittelt werden. Eine Software, die in einer zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit hinterlegt worden ist, kann alle Informationen auswerten, indem die von temporären mobilen Einheiten erfassten und von dort übermittelten Nachrichten zunächst in Steuerzeichen, Strukturdaten und Messdaten unterteilt werden. Die Messdaten können anschließend über die Strukturdaten umgewandelt werden (z.B. Byte to Float). Ein intern für eine Messstation vergebener Identifikationscode (Slave-Nummer) kann dabei stets zur Verortung und zur eineindeutigen Ansprache der jeweiligen Messstation verwendet werden. Die Kodierung von Strukturdaten kann für jedes Bergwerk abgewandelt werden, wodurch eine erste Datensicherheit erreicht werden kann, da die Daten nur mit Hilfe der eineindeutigen Kodierung ausgewertet werden können. Da viele Maschinen im Bergwerk Umlaufzeiten von weniger als 15 Minuten haben, kann die Verzögerung zwischen Datenerfassung und Datenauswertung minimiert werden. Die Daten können sowohl gesichert (z.B. über ein CRC) als auch ungesichert übertragen werden. Erfasste Messdaten können als Rohdaten übertragen werden, um die erreichbare Bandbreite zu maximieren. Eine Verschlüsselung der Daten kann über einen Verschlüsselungscode z.B. eine Slave-Kennung erreicht werden. Eine Verschlüsselung kann aber auch mit üblichen Verschlüsselungsmethoden erweitert werden. Die Umwandlung der erfassten Rohdaten in auswertbare Messdaten kann sowohl bei der Übertragung von Rohdaten als auch von verschlüsselten Daten übertage durch eine geeignete Auswertesoftware in einer zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit erfolgen.

Abgelegene Bereiche untertage, die nur selten befahren werden und somit hohe Verzögerungen bei der Datenübertragung aufweisen, können über Zwischenverstärker (Repeater) an die zentralen Bereiche des Bergwerkes angeschlossen werden, um den Zeitverzug zu minimieren. Hierfür können Repeater in Reihe aufgestellt werden und leiten die erhaltenen Daten direkt weiter bis die Daten zu einem Ort mit erhöhtem Verkehrsaufkommen an ein Zwischenspeichermodul, das zum Empfangen der von temporär mobilen Modulen erfassten Messdaten und zum Senden dieser Daten an ein vollständig mobiles Modul ausgebildet ist, übertragen worden sind, wodurch eine regelmäßige Datenübertragung und gleichbedeutend eine geringere Verzögerung gewährleistet werden kann.

Alle temporär mobilen Module sind frei konfigurierbar und spezifisch auf ih- ren jeweiligen Anwendungsfall programmierbar. Dies ermöglicht ein einheitliches, spezifisches Setup für alle Messstationen und Data Collectoren, wobei sich nur die enthaltenen Daten ändern, da der Rahmen der Datenübertragung auf Grund der Vorgabe des jeweiligen Übertragungsprotokolls stets gleich ist. Dieser Aufbau ermöglicht jederzeit die Erweiterung des bestehenden Systems (weitere Messstationen oder Data Collectoren), ohne dass vorhandene Module zwingend aktualisiert werden müssen. Da ein Data Collector die Daten üblicherweise nicht auswertet, sondern nur zwischenspeichert und zum übergeordneten System weiterleitet, sind die erfassten Messdaten unabhängig vom verwendeten Übertragungsprotokoll. Daher können jederzeit neue Messstationen als temporär mobile Module in das bestehende System integriert werden. Für die Auswertung ist dabei nur eine Aktualisierung der Software zur Datenauswertung erforderlich, die diese Rohdaten in Nutzdaten übersetzen kann.

Mit der Erfindung kann eine Reduzierung der notwendigen Infrastruktur im Vergleich zu Kommunikationssystemen auf 802.11-Basis durch Verwendung von Radio-Transceivern in Kombination mit Microcontrollern, die für die Datenübertragung zwischen den verschiedenen Modulen eingesetzt werden können, erreicht werden. Hierdurch ergeben sich erhebliche Einsparungen im Energieverbrauch der Messstationen (Slave), da diese nur senden, falls diese zuvor von einem vollständig mobilen Modul (Master) angesprochen werden und aus Mikrocontrollern bestehen. Somit ist auch ein langfristiges Monitoring via Batteriebetrieb in den nicht an die Energieversorgung angeschlossenen und somit abgelegenen Bereichen möglich.

Es kann auch eine azyklische, regelmäßige Datenübertragung an ein übergeordnetes Modul durch die Verwendung mehrerer Data Collectoren bei gleichzeitig nicht unterbrochener Datenübertragung bei Ausfall einzelner Messstationen oder Data Collectoren realisiert werden.

Es gibt eine unabhängige Verbindungsmöglichkeit einer jeden in das System integrierten Messstation mit jedem Data Collector.

Neben einer Minimierung des Datenstromes zwischen Messstation und Data Collector durch byteweise Übertragung von Rohdaten, die erst mit zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit in lesbare Daten umgewandelt werden, ist auch eine Maximierung der möglichen Zwischenspeicherung auf den Messstationen und Data Collectoren, da nur Rohdaten zwischengespeichert werden, möglich. Es ist eine einfache, frei konfigurierbare und robuste Datenübertragung ohne zusätzlich notwendige Aktualisierungen durch spezifisch konfigurierte Messstationen, die unabhängig von Ihren Messdaten vom Data Collector ausgelesen werden können, möglich. Die Messstationen müssen somit nur einmal auf ihren spezifischen Einsatz programmiert werden und benötigen kein Update. Durch das Übertragungsprotokoll können die Data Collectoren mit jeder Messstation kommunizieren, wodurch beliebige Messstationen nachträglich dem System hinzugefügt werden können. Die Übersetzung und Auswertung der Messdaten erfolgt in einem zentralen Auswerteprogramm übertage (Übertragung von Rohdaten), wodurch auch die Datensicherheit erhöht wird. Das zentrale Auswerteprogramm kann leicht um neue Module (neue Messstationen) erweitert werden.

In Praxi kann eine zentrale Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit beispielsweise in einem Hauptgebäude eines Bergwerks, in dem sich die Grubenwarte bzw. die Arbeitsplätze und Computer der Steiger befinden, installiert sein. Dieses befindet sich normalerweise übertage.

Die Kernbereiche eines Bergwerks, die durch einen Schacht oder ein Stollenmundloch erreicht werden, sind meist schon mit einer Datenübertragung auf IEEE 802.11-Basis ausgestattet, weshalb dieses als Stand der Technik betrachtet werden kann. So kann beispielsweise in einem zentralen Grubenbauwerk (z.B. Bunker, Brecher oder untertägige Aufbereitung) bereits eine Ethernetverbindung von mindestens einem Datenzugangspunkt zu einer zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit vorhanden sein. Zum Datenzugangspunkt kann die drahtlose und automatische Datenübertragung von den vollständig mobilen Modulen und vom Datenzugangspunkt zur zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit erfolgen. Alle weiteren Bereiche des Bergwerks müssen nicht mehr auf die typischen Kommunikationsmedien zurückgreifen, sondern können mit dem neuen dezentralen Kommunikationssystem ausgestattet und darüber erreicht werden. Das dezentrale System kann dabei ergänzend in ein bereits bestehendes Netz integriert werden. Es kann ebenso in Kombination mit anderen Tools zur drahtlosen Übertragung zwischen Maschinen hinzugefügt werden.

Eine Rampe oder alternativ eine Wendel ermöglichen die Fortbewegung der verschiedenen vollständig mobilen Module innerhalb des Bergwerks in verschiedene Tiefen. Sowohl die Abbaurichtung als auch das Abbauverfahren haben keinen Einfluss auf die Verwendung des Systems.

Messstationen, die beliebig und nach Bedarf Untertage angeordnet werden können, können von jedem Data Collector ausgelesen werden und sind hierbei also frei positionierbar. Hierdurch ist die Position von Messstationen, insbesondere mit den temporär mobilen Modulen unabhängig von der Infrastruktur der untertägigen Anlage wählbar, wodurch das dezentrale System zur Kommunikation durch den Betrieb mit mobilen Maschinen als vollständig mobile Module äußerst flexibel verwendbar ist. Die Distanz bis zum übergeordneten Kommunikationssystem sowie die Frequentierung der Messstation bestimmen hierbei den Zeitverzug.

Im Realfall kann jedes Fahrzeug mit Data Collectoren als vollständig mobile Module ausgerüstet werden. Der Dumper als Beispiel eines vollständig mobilen Moduls kann alle bergrelevanten Materialien (z. B. Erz, Berge, Versatz ...) in alle Bereiche des Bergwerks transportieren und zeitgleich für einen kontinuierlichen Datenstrom von Messstationen zu einem Datenzugangspunkt sorgen. Somit ist auch ein kontinuierlicher, nur gering verzögerter Datenstrom von dem Zeitpunkt der Erfassung von Messdaten realisierbar. Ein Steiger fährt üblicherweise seine tägliche Runde und kann dabei an weniger häufig besuchten Orten die Daten von temporär mobilen Modulen aufnehmen und an das übergeordnete Kommunikationssystem über einen Datenzugangspunkt zur zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit übergeben. Als drittes Beispiel muss der Vortrieb von einem weiteren Dumper angefahren werden und transportiert sein Haufwerk bis nach übertage. Da er am zentralen Grubenbauwerk vorbeifährt, können somit die Daten des Vortriebs ebenfalls regelmäßig über einen Datenzugangspunkt oder direkt an die zentrale Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit übertragen werden. Über den Aufbau eines Repeaternetzwerks ist es möglich, die erfassten Messdaten von abgelegenen Positionen bis zu zentraleren Positionen wie einem Hauptförderweg (z. B. Rampe) zu einem Zwischenspeichermodul zu übertragen, wo sie kontinuierlich von den verschiedenen Data Collectoren vollständig mobiler Module aufgenommen und übertragen werden können. Somit könnten beispielsweise die Daten einer Erkundungsbohrung oder des Vortriebs mit deutlich geringer Übertragungsverzögerung an die zentrale Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit übermittelt werden.

Claims

Patentansprüche System zur dezentralen Erfassung und drahtlosen Übermittlung von erfassten Daten im Untertageeinsatz, bei dem eine zentrale Auswertung der dezentral erfassten Daten erfolgt, wobei mehrere zumindest temporär mobile Module an verschiedenen Positionen eines jeweiligen Untertagebauwerks angeordnet und die temporär mobilen Module ausgebildet sind, um Messdaten zu erfassen, zwischenzuspeichern und erfasste Messdaten drahtlos und automatisch an mehrere vollständig mobile Module zu übertragen, sobald ein vollständig mobiles Modul eine Distanz zu einem temporär mobilen Modul erreicht hat, bei der eine drahtlose Datenübertragung zwischen einem jeweiligen temporär und einem vollständig mobilen Modul möglich ist, und die vollständig mobilen Module weiter ausgebildet sind, Daten die von mindestens einem temporär mobilen Modul empfangen worden sind, zwischenzuspeichern und bei Erreichen eines Datenzugangspunktes, der mit einer zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit verbunden ist, diese zwischengespeicherten Daten an den jeweiligen Datenzugangspunkt zu übermitteln und die temporär mobilen Module weiter ausgebildet sind zwischengespeicherte Messdaten erst nach Erhalt eines drahtlos empfangenen Aufforderungssignals, das von einem vollständig mobilen Modul an das jeweilige temporär mobile Modul übermittelt worden ist, drahtlos zu übertragen. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein temporär mobiles Modul eine Messstation mit mindestens einem Sensor zur Erfassung von Messdaten und ein vollständig mobiles Modul an einem Fahrzeug installiert oder daran integriert ist.

3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragung von Daten von einem temporär mobilen Modul zu einem vollständig mobilen Modul und/oder von einem vollständig mobilen Modul zu einem Datenzugangspunkt seriell mittels eines Kommunikationsprotokolls erfolgt.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einem temporär mobilen Modul erfasste Daten als unverarbeitete Rohdaten byteweise übertragen werden.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung gesichert, insbesondere verschlüsselt und anschließend eine Zuordnung und Entsicherung oder Entschlüsselung mittels eines für ein jeweiliges temporär mobiles Modul spezifischen Identifikationscodes in der zentralen Erfassungs-, Auswertungs- und/oder Speichereinheit erfolgt.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit temporär mobilen Modulen erfasste Messdaten über mindestens einen Repeater an ein Zwischenspeichermodul drahtlos übertragbar sind und ein jeweiliges Zwischenspeichermodul ausgebildet ist, die drahtlos von mindestens einem temporär mobilen Modul empfangenen Messdaten zu speichern und nach Erhalt eines Aufforderungssignals von einem vollständig mobilen Modul die zwischengespeicherten Messdaten an dieses vollständig mobile Modul zu übertragen.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein temporär mobiles Modul ausgebildet ist, die die Konzentration mindestens eines chemischen Elements oder mindestens einer chemischen Verbindung in der Umgebungsatmosphäre, die Temperatur, die relative Luftfeuchte, den Atmosphärendruck, das Vorhandensein von Lebewesen, Maschinendaten, Rohstoffdaten oder Betriebszustände von Anlagen und Einrichtungen.