Title:
Drahtloskommunikation im untertägigen Bergbau
Kind Code:
B4


Abstract:

Kommunikationsanordnung zum Einsatz im untertägigen Bergbau, aufweisend mehrere Sensoren (3) und/oder Aktoren (4) mit einem drahtlos Kommunikationsmodul zum Aufbau eines drahtlos Kommunikationsnetzes, dadurch gekennzeichnet, dass das drahtlos Kommunikationsmodul ein explosionsgeschützter Transceiver (2) ist. embedded image




Inventors:
Pranjic, Kruno (44653, Herne, DE)
Mandrella, Daniel (45770, Marl, DE)
Kampmann, Jörg (44649, Herne, DE)
Application Number:
DE102013113069A
Publication Date:
07/12/2018
Filing Date:
11/26/2013
Assignee:
Pranjic, Kruno, 45886 (DE)
International Classes:



Foreign References:
67356302004-05-11
Attorney, Agent or Firm:
Bockermann Ksoll Griepenstroh Osterhoff, 44791, Bochum, DE
Claims:
Kommunikationsanordnung zum Einsatz im untertägigen Bergbau, aufweisend mehrere Sensoren (3) und/oder Aktoren (4) mit einem drahtlos Kommunikationsmodul zum Aufbau eines drahtlos Kommunikationsnetzes, dadurch gekennzeichnet, dass das drahtlos Kommunikationsmodul ein explosionsgeschützter Transceiver (2) ist.

Kommunikationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transceiver (2) seine eigenen Daten drahtlos weiterleitet und empfängt und dass der Transceiver (2) die Daten seines benachbarten Transceivers (2) weitergibt.

Kommunikationsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transceiver (2) als Repeater (5) einsetzbar ist.

Kommunikationsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transceiver (2) batteriebetrieben ist und insbesondere einen Akkumulator aufweist.

Kommunikationsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transceiver (2) als Koordinator (6) für das Kommunikationsnetz ausgewählt ist.

Kommunikationsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transceiver (2) eine LED Statusanzeige und/oder ein Display zur Bedienung und/oder Anzeige aufweist.

Kommunikationsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transceiver (2) einen integrierten Beschleunigungssensor und/oder Bewegungssensor aufweist.

Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsanordnung nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transceiver (2) seine Daten drahtlos sendet und für ihn bestimmte Daten empfängt und ausliest, wobei der Transceiver (2) Daten benachbarter Transceiver (2) oder Repeater (5) weiterleitet.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transceiver (2) Daten benachbarter Transceiver (2) empfängt und weiterleitet, wobei die benachbarten Transceiver (2) nach einer vorgegebenen Entfernung ausgewählt werden und/oder dass die benachbarten Transceiver (2) nach der Stärke ihrer Signale ausgewählt werden.

Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transceiver (2) als Koordinator (6) bestimmt wird und die Organisation des Kommunikationsnetzes verwaltet.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationsanordnung im untertägigen Bergbau gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsanordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 8.

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.

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.

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.

Aus der US 6,735,630 B1 ist eine Kommunikationsanordnung bekannt, wie sie beispielsweise zur Überwachung von Schlachtfeldern, in Krankenhäusern oder aber auch von zu überwachenden Landesgrenzen eingesetzt wird. Hierzu wird von einem Server aus ein Kommunikationsnetz über eine Vielzahl von Nodes betrieben.

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.

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Kommunikationsanordnung im untertägigen Bergbau gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.

Der verfahrenstechnische Teil der zuvor genannten Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsanordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 8 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

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 explosionsgeschützter 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.

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.

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.

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.

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.

Die erfindungsgemäßen Transceiver sind explosionsgeschützt und somit auch in lokal besonders gefährdeten Einsatzgebieten nutzbar.

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.

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.

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.

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.

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.

Durch den Beschleunigungssensor sind Messungen von Schwingungen, ruckartigen Bewegungen wie Bergschlag oder schnelle Bewegungen der Maschine, an die der Transceiver angebaut ist, möglich

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.

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.

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.

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.

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.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Eine bevorzugte Ausführungsvariante wird in der schematischen Figur dargestellt.

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.

Bezugszeichenliste

1 -
Kommunikationsanordnung
2-
Transceiver
3-
Sensor
4-
Aktor
5-
Repeater
6-
Koordinator
7-
Bedieneinheit