DE102013113069A1

DE102013113069A1 - Wireless communication in underground mining

Info

Publication number: DE102013113069A1
Application number: DE102013113069.0A
Authority: DE
Inventors: Kruno Pranjic; Daniel Mandrella; Jörg Kampmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: DE102013113069B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationsanordnung (1) sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Kommunikationsanordnung (1) insbesondere im untertägigen Bergbau, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, einzelne Kommunikationsmodule als Transceiver (2) auszubilden.The present invention relates to a communication arrangement (1) and a method for operating this communication arrangement (1), in particular in underground mining, wherein it is provided according to the invention to form individual communication modules as a transceiver (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationsanordnung im untertägigen Bergbau gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1. The present invention relates to a communication arrangement in underground mining according to the features in the preamble of claim 1.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsanordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 9. The present invention further relates to a method for operating a communication arrangement according to the features in claim 9.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, auch im untertägigen Bergbau Sensoren und Aktoren derart einzusetzen, dass sie mit einer entsprechenden Menge an Daten versorgt werden müssen bzw. diese senden. Zur Kommunikation der Daten untereinander sind beispielsweise BUS-Systeme bekannt, die, insbesondere aufgrund der Forderungen des Explosionsschutzes, kabelgebunden weitergegeben werden. Da mitunter Strecken von mehreren Kilometern überbrückt werden müssen und eine einfachere Handhabung bei Entfall der Kabelstrecken gegeben ist, ist eine Drahtloskommunikation wünschenswert. It is known from the prior art to use sensors and actuators also in underground mining in such a way that they must be supplied with an appropriate amount of data or send them. To communicate the data with each other, for example, BUS systems are known, which are passed on, especially due to the requirements of explosion protection, wired. Since sometimes distances of several kilometers must be bridged and easier handling given in the absence of the cable routes, a wireless communication is desirable.

Hierzu werden Sensoren oder Aktoren beispielsweise an verschiedenen Geräten unter Tage montiert. Die Daten der Funksender werden von einem Funkempfänger empfangen und zur weiteren Verwendung von diesem beispielsweise an eine Leitstelle weitergegeben. For this purpose, sensors or actuators are mounted, for example, on different devices underground. The data of the radio transmitter are received by a radio receiver and forwarded for further use of this, for example, to a control center.

Im untertägigen Bergbau sind der Funkdatenübertragung jedoch zahlreiche Problemstellungen bzw. Grenzen gesetzt. Zum einen müssen die Funkdaten durch Tunnelsysteme weitergeleitet werden, wobei die Tunnelsysteme selbst Kurven oder aber Höhensprünge haben, so dass sich die Funkwellen nicht geradlinig ausbreiten können. Zum anderen sind Störungen des Funksystems aufgrund des elektromechanischen oder aber auch elektrohydraulischen Betriebs von metallischen Maschinen gegeben. Darüber hinaus sind Gesteinsschichten vorliegend, die eine entsprechende Abschirmung hervorrufen und so die Ausbreitung des Funknetzes behindern. In underground mining, however, the radio data transmission numerous problems or limits are set. On the one hand, the radio data must be forwarded through tunnel systems, whereby the tunnel systems themselves have curves or jumps in height, so that the radio waves can not propagate in a straight line. On the other disturbances of the radio system due to the electro-mechanical or electro-hydraulic operation of metallic machines are given. In addition, rock layers are present, which cause a corresponding shielding and thus hinder the spread of the radio network.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik eine Möglichkeit aufzuzeigen, im untertägigen Bergbau eine Drahtloskommunikation bereit zu stellen, die einfach, möglichst flexibel und ausfallsicher auch über lange Strecken einsetzbar ist und zugleich kostengünstig in der Anschaffung sowie im Betrieb einsetzbar ist. It is therefore an object of the present invention, starting from the state of the art, to show a possibility of providing wireless communication in underground mining, which can be used simply, as flexibly and fail-safe as possible over long distances and at the same time can be used cost-effectively in purchase and in operation ,

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Kommunikationsanordnung im untertägigen Bergbau gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst. The aforementioned object is achieved with a communication arrangement in underground mining according to the features in claim 1.

Der verfahrenstechnische Teil der zuvor genannten Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsanordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 9 gelöst. The procedural part of the aforementioned object is further achieved according to the invention with a method for operating a communication arrangement according to the features in claim 9.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Kommunikationsanordnung im untertägigen Bergbau weist mehrere Sensoren und/oder Aktoren auf, wobei jeder Sensor oder aber Aktor über ein Drahtloskommunikationsmodul angeschlossen ist, so dass ein Drahtloskommunikationsnetz aufbaubar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Drahtloskommunikationsmodul ein Transceiver ist. Dies bedeutet, dass das Drahtloskommunikationsmodul drahtlos Kommunikationsdaten sendet (Transmitter), aber auch empfängt (Receiver). Somit wird sichergestellt, dass jedes Drahtloskommunikationsmodul nicht nur die Kommunikationsdaten sendet oder aber empfängt, um beispielsweise selbst mit einer Basisstation zu kommunizieren, sondern auch die Kommunikationsdaten seiner benachbarten Kommunikationsmodule, mithin seiner benachbarten Transceiver, empfängt und dann diese weitersendet oder aber für diese empfängt und an diese weitersendet. The communication arrangement according to the invention in underground mining has a plurality of sensors and / or actuators, wherein each sensor or actuator is connected via a wireless communication module, so that a wireless communication network can be built up. According to the invention, it is provided that the wireless communication module is a transceiver. This means that the wireless communication module wirelessly transmits (transmits) communication data, but also receives (receivers). Thus, it is ensured that each wireless communication module not only transmits or receives the communication data, for example to communicate with a base station itself, but also receives the communication data of its neighboring communication modules, hence its neighboring transceivers, and then resends or receives for them this retransmits.

Erfindungsgemäß ist es besonders einfach möglich, auch in weitreichend verwinkelten Stollensystemen oder aber Tunnelsystemen im untertägigen Bergbau ein Drahtlosdatennetzwerk aufzubauen. Dabei können Transceiver, deren Sensor oder aber Aktor nicht für eine Messung und/oder Steuerung vonnöten sind, als Repeater eingesetzt werden. Die Verteilung von Sendestationen oder aber Knotenpunkten ist somit überflüssig und spart Kosten sowie Installationsaufwand an dieser Stelle ein. Der Ausfall eines Transceivers kann von einem benachbarten Transceiver kompensiert werden, so dass die erfindungsgemäße Kommunikationsanordnung insbesondere ausfallsicher ist. According to the invention, it is particularly easy to set up a wireless data network even in extensive winding tunnel systems or tunnel systems in underground mining. In this case, transceivers whose sensor or actuator is not needed for a measurement and / or control can be used as a repeater. The distribution of transmitting stations or nodes is therefore superfluous and saves costs and installation costs at this point. The failure of a transceiver can be compensated by an adjacent transceiver, so that the communication arrangement according to the invention is particularly failsafe.

Bevorzugt werden weiterhin die einzelnen Transceivereinheiten batteriebetrieben eingesetzt. Mithin ist es möglich, an Engpunkten, die eine Behinderung der Drahtloskommunikation bedeuten würden, einen Transceiver zu positionieren, um so auch versteckte Winkel des Tunnelsystems sicher mit dem Drahtloskommunikationsnetz abzudecken. Furthermore, the individual transceiver units are preferably used battery-operated. Thus, it is possible to position a transceiver at bottlenecks that would impede wireless communication so as to securely cover even hidden angles of the tunnel system with the wireless communication network.

Hierzu sendet dann jeder Transceiver seine eigenen Daten drahtlos in das Kommunikationsnetz, wobei diese Daten von den jeweils benachbarten Transceivern weitergegeben werden, bis zu einem vorgegebenen Empfangspunkt für die jeweiligen Daten. Weiterhin empfängt der Transceiver die für ihn relevanten Daten bzw. liest diese aus dem Drahtloskommunikationsnetz aus. Darüber hinaus empfängt und sendet der Transceiver die Daten seiner benachbarten Transceiver ebenfalls weiter. For this purpose, each transceiver then sends its own data wirelessly into the communications network, these data being relayed by the respectively adjacent transceivers, up to a predetermined receiving point for the respective data. Furthermore, the transceiver receives the relevant data for him or reads them from the Wireless communication network. In addition, the transceiver also receives and transmits data from its neighboring transceivers.

Dabei ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, dass jeder Transceiver für seinen angeschlossenen Sensor und/oder Aktor relevante spezifische Daten über das Kommunikationsnetz sendet und empfängt oder aber alle Transceiver ihre Daten in einen Kommunikationsbus einspeisen und dann das BUS-Signal weiterleiten sowie aus dem Kommunikationsbus die jeweils spezifischen Daten ausliest und dann damit den Sensor und/oder Aktor speist. It is conceivable within the scope of the invention that each transceiver transmits and receives relevant specific data for its connected sensor and / or actuator via the communication network or else all transceivers feed their data into a communication bus and then forward the BUS signal as well as from the communication bus reads out the specific data and then feeds the sensor and / or actuator.

Ferner ist es möglich, dass die erfindungsgemäßen Transceiver explosionsgeschützt sind und somit auch in lokal besonders gefährdeten Einsatzgebieten nutzbar sind. Furthermore, it is possible for the transceivers according to the invention to be explosion-proof and thus also usable in locally particularly endangered fields of use.

Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass ein Transceiver als Koordinator für das Kommunikationsnetz ausgewählt ist. Der Koordinator koordiniert dann die Drahtloskommunikation der einzelnen Transceiver untereinander und vergibt eventuelle Vorrangrechte innerhalb des Kommunikationsnetzes. Furthermore, it is possible within the scope of the invention for a transceiver to be selected as the coordinator for the communications network. The coordinator then coordinates the wireless communication of the individual transceivers with each other and assigns any priority rights within the communication network.

Im Rahmen der Erfindung ist das System wiederum derart flexibel einsetzbar, dass ein beliebiger Transceiver als Koordinator auswählbar ist und eingesetzt werden kann. Somit ist es möglich, das Drahtloskommunikationsnetz schnell und unproblematisch zu modifizieren, wobei ein bidirektionaler bzw. omnidirektionaler Datenaustausch zwischen allen Transceivern möglich ist. In the context of the invention, the system can in turn be used so flexibly that any transceiver can be selected as a coordinator and can be used. Thus, it is possible to modify the wireless communication network quickly and without problems, whereby a bidirectional or omnidirectional data exchange between all transceivers is possible.

Der Koordinator sendet Daten aus zur Synchronisierung mit den im Umfeld befindlichen Tranceivern. Die Transceiver antworten periodisch auf die vom Koordinator ausgesendeten Anfragen mit statistischen Daten, die zum Beispiel Informationen über die Netzwerk-Qualität enthalten. Diese Informationen ermöglichen dem Koordinator eine sukzessive Verbesserung der Netzwerk-Struktur. The coordinator sends data for synchronization with the surrounding transceivers. The transceivers respond periodically to the queries sent by the coordinator with statistical data containing, for example, information about the network quality. This information allows the coordinator to successively improve the network structure.

Weiterhin erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeder Transceiver eine LED-Statusanzeige und/oder ein Display, insbesondere ein LCD-Display, zur Bedienung und/oder Anzeige der an ihn angeschlossenen Sensoren und/oder Aktoren besitzt. Somit ist es den Monteuren vor Ort wiederum möglich, sich über den jeweiligen Status und/oder die Werte eines jeweiligen Sensors und/oder Aktors direkt zu informieren. Insbesondere ist das Display separat aktivierbar und stellt sich weiterhin bevorzugt zur Energieeinsparung nach einer vorgegebenen Zeit wieder aus. Furthermore, according to the invention, it is provided that each transceiver has an LED status display and / or a display, in particular an LCD display, for operating and / or displaying the sensors and / or actuators connected to it. This makes it possible for the fitters on site in turn to obtain information about the respective status and / or the values of a respective sensor and / or actuator directly. In particular, the display can be activated separately and continues to be preferred for energy saving after a predetermined time again.

Weiterhin weist der erfindungsgemäße Transceiver bevorzugt mindestens einen Beschleunigungssensor und/oder Bewegungssensor und/oder Temperatursensor auf, mit dem Bewegungen und Neigungen oder auch Temperaturen erkennbar bzw. messbar sind. Hierdurch ist es möglich, den Maschinenzustand zu überwachen und die jeweilige Lage im Abbaubetrieb unter Tage zu überwachen. Furthermore, the transceiver according to the invention preferably has at least one acceleration sensor and / or motion sensor and / or temperature sensor with which movements and inclines or even temperatures can be detected or measured. This makes it possible to monitor the machine condition and to monitor the respective situation underground in the mining operation.

Durch den Beschleunigungssensor sind Messungen von Schwingungen, ruckartigen Bewegungen wie Bergschlag oder schnelle Bewegungen der Maschine, an die der Transceiver angebaut ist, möglichThe accelerometer enables measurements of vibrations, jerky movements such as rock fall or rapid movement of the machine to which the transceiver is attached

Weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsanordnung mit mindestens einem der zuvor genannten Merkmale, wobei erfindungsgemäß ein Transceiver seine Daten drahtlos sendet und für ihn bestimmte Daten empfängt und ausliest, wobei der Transceiver Daten benachbarter Transceiver oder Repeater weiterleitet. A further component of the invention is a method for operating a communication arrangement with at least one of the aforementioned features, wherein according to the invention a transceiver transmits its data wirelessly and receives and reads out specific data for it, wherein the transceiver forwards data from neighboring transceivers or repeaters.

Hierbei ist es möglich, dass jeder Transceiver individuelle und spezifische Daten über das Kommunikationsnetz sendet bzw. empfängt und diese individuellen und spezifischen Daten der benachbarten Transceiver in einer Kette über das Kommunikationsnetz weitergegeben werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass jeder Transceiver aus einem Kommunikationsnetzbus die für ihn relevanten Daten ausliest sowie die an ihn weitergegebenen Daten von einem Sensor und/oder Aktor in den Kommunikationsnetzbus einspeist. Gleichzeitig leitet der jeweilige Transceiver den Kommunikationsnetzbus an die ihn benachbarten Transceiver weiter. In this case, it is possible for each transceiver to send and / or receive individual and specific data via the communications network and to transmit these individual and specific data of the adjacent transceivers in a chain via the communications network. In the context of the invention, however, it is also possible for each transceiver to read from a communication network bus the data relevant to it and to feed the data forwarded to it from a sensor and / or actuator into the communication network bus. At the same time, the respective transceiver forwards the communication network bus to the transceiver adjacent to it.

Damit keine unbestimmte Weiterleitung und/oder unbeabsichtigte Wiederholung der Drahtlosdaten in der Kommunikation der Transceiver untereinander stattfindet, ist ein jeweils benachbarter Transceiver definiert. Die Definition kann dabei im Rahmen der Erfindung aufgrund einer vorgegebenen Entfernung ausgewählt werden und/oder die benachbarten Transceiver werden nach der Stärke ihrer Signale ausgewählt. So ist es beispielsweise möglich, eine fest vorgegebene Entfernung, die über die Funksignalstärke überprüfbar ist, einzustellen, so dass nur benachbarte Transceiver in einem Radius beispielsweise von 50 m oder 100 m erfasst werden, von denen gesendeten Daten empfangen sowie weitergegeben werden. Weiter entfernte Transceiver, beispielsweise in 120 m Entfernung, werden dann in der Weiterleitungsfunktion derer Daten ausgeblendet. Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, dass ergänzend oder aber unabhängig von einer vorgegebenen Entfernung die Stärke der Funksignale der in Reichweite stehenden Transceiver in eine Reihenfolge gebracht werden und dann nur die stärksten Transceiverdaten weitergeleitet werden bzw. ausgelesen werden und die schwächeren Transceiverdaten zunächst ausgeblendet werden. Gleichbedeutend sind stärkere Transceiverdaten mit einer örtlichen Nähe und schwächere Transceiverdaten mit einer größeren örtlichen Entfernung. Diese Regulierungsmöglichkeit ist insbesondere relativ zu sehen, so dass selbst bei nur beispielsweise drei oder vier sehr schwach empfangenen Daten eine Einstufung derart erfolgen kann, dass beispielsweise nur die stärksten dieser schwach empfangenen Daten weitergeleitet und empfangen werden. So that no indefinite forwarding and / or unintentional repetition of the wireless data takes place in the communication between the transceivers, an adjacent transceiver is defined. The definition can be selected within the scope of the invention on the basis of a predetermined distance and / or the adjacent transceivers are selected according to the strength of their signals. Thus, for example, it is possible to set a fixed distance, which can be checked via the radio signal strength, so that only adjacent transceivers in a radius of, for example, 50 m or 100 m are detected, from which transmitted data are received and forwarded. Remote transceivers, for example, 120 meters away, are then hidden in the forwarding function of their data. In the context of the invention, it is furthermore possible for the strength of the radio signals of the transceivers in range to be brought into an order in addition or independently of a predetermined distance and then only the strongest transceiver data to be forwarded or read out and the weaker transceiver data to be blanked out first become. Equally, stronger transceiver data with local proximity and weaker transceiver data with greater local distance. In particular, this possibility of regulation is relatively to be seen, so that even if only three or four very weakly received data are classified, for example, only the strongest of these weakly received data can be forwarded and received.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass ein Transceiver als Koordinator bestimmt wird und die Organisation des Kommunikationsnetzes verwaltet. Insbesondere kann der Koordinator dann wiederum mit einer weitgehenden Steuerungs- und/oder Bedienungseinheit kommunizieren, beispielsweise ein übertägig angeordneter Computer oder eine Auswertestation, über die das gesamte Funknetz steuerbar ist. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass ein Monteur mit entsprechenden Rechten sich an einer beliebigen Stelle in das Kommunikationsnetz einwählt und den dort jeweils nächsten Transceiver als Koordinator benutzt, um von dort aus einige oder viele oder alle Funktionen des Kommunikationsnetzes einzusehen, zu steuern und/oder zu regeln. Furthermore, it is provided that a transceiver is determined as a coordinator and manages the organization of the communication network. In particular, the coordinator can then in turn communicate with a far-reaching control and / or operating unit, for example a computer arranged on the surface or an evaluation station, via which the entire radio network can be controlled. In the context of the invention, however, it is also possible for an installer with appropriate rights to dial into the communication network at any point and to use the respective next transceiver as coordinator in order to view some or many or all functions of the communication network from there control and / or fix.

Die Erfindung ist nicht auf den Bergbau begrenzt. Die Kommunikationsanordnung kann auch in industriellen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen beispielsweise ganze Maschinenparks gleichzeitig parallel betrieben werden. The invention is not limited to mining. The communication arrangement can also be used in industrial applications in which, for example, entire machine parks are operated simultaneously in parallel.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Eine bevorzugte Ausführungsvariante wird in der schematischen Figur dargestellt. Further advantages, features, characteristics and aspects of the present invention are the subject of the following description. A preferred embodiment is shown in the schematic figure.

Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Drahtloskommunikationsnetz zum Beispiel zum Einsatz in einem untertägigen Bergbau. Hierzu sind einzelne Transceiver 2 ausgebildet, die mit einem jeweiligen Sensor 3 oder Aktor 4 gekoppelt sind. Die einzelnen Transceiver 2 kommunizieren derart untereinander, dass sie Daten benachbarter Transceiver 2 weiterleiten. Ein Transceiver 2, an dem kein Sensor 3 oder Aktor 4 angeschlossen ist, kann beispielsweise als Repeater 5 eingesetzt werden. Wiederum ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Transceiver 2 als Koordinator 6 bzw. Kontroller ausgewählt wird, so dass über diesen Transceiver 2 eine Kommunikation mit einer externen Bedieneinheit 7, beispielsweise einem Kontrollzentrum, welches über Tage angeordnet ist, erfolgen kann und von diesem aus das Drahtloskommunikationsnetz koordinierbar ist. The figure shows an inventive wireless communication network, for example, for use in an underground mining. These are individual transceivers 2 formed with a respective sensor 3 or actor 4 are coupled. The individual transceivers 2 communicate with each other in such a way that they receive data from neighboring transceivers 2 hand off. A transceiver 2 where no sensor 3 or actor 4 connected, for example, as a repeater 5 be used. Again, the invention provides that a transceiver 2 as coordinator 6 or controller is selected so that via this transceiver 2 a communication with an external operating unit 7 , For example, a control center, which is arranged over days, can take place and from there the wireless communication network is coordinated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kommunikationsanordnung communication system
22: Transceivertransceiver
33: Sensorsensor
44: Aktoractuator
55: Repeaterrepeater
66: Koordinatorcoordinator
77: Bedieneinheitoperating unit

Claims

Communication arrangement, in particular for use in underground mining, comprising a plurality of sensors ( 3 ) and / or actuators ( 4 ) with a wireless communication module for establishing a wireless communication network, characterized in that the wireless communication module is a transceiver ( 2 ).

Communication arrangement according to Claim 1, characterized in that the transceiver ( 2 ) transmits and receives its own data wirelessly and that the transceiver ( 2 ) the data of its neighboring transceiver ( 2 ) passes on.

Communication arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that a transceiver ( 2 ) as a repeater ( 5 ) can be used.

Communication arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transceiver ( 2 ) is explosion-proof.

Communication arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transceiver ( 2 ) is battery operated and in particular has an accumulator.

Communication arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a transceiver ( 2 ) as coordinator ( 6 ) is selected for the communication network.

Communication arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transceiver ( 2 ) has an LED status display and / or a display for operation and / or display.

Communication arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transceiver ( 2 ) has an integrated acceleration sensor and / or motion sensor.

Method for operating a communication arrangement according to at least Claim 1, characterized in that a transceiver ( 2 ) transmits its data wirelessly and receives and reads certain data for it, whereby the transceiver ( 2 ) Data of neighboring transceivers ( 2 ) or repeaters ( 5 ).

Method according to Claim 9, characterized in that a transceiver ( 2 ) Data of neighboring transceivers ( 2 ) receives and forwards the neighboring transceivers ( 2 ) are selected after a predetermined distance and / or that the adjacent transceivers ( 2 ) are selected according to the strength of their signals.

Method according to claim 9 or 10, characterized in that a transceiver ( 2 ) as coordinator ( 6 ) and manages the organization of the communication network.