《控制系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制系统.pdf（13页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104102184A43申请公布日20141015CN104102184A21申请号201410063196922申请日20140225102013206723220130415DEG05B19/41820060171申请人玛珂系统分析和开发有限公司地址德国达豪72发明人马丁路透约翰内斯柯尼希74专利代理机构北京安信方达知识产权代理有限公司11262代理人周靖王漪54发明名称控制系统57摘要本发明涉及一种用于地下开采的控制系统，其具有至少两个控制计算机和至少一条连接所述控制计算机的网络电缆，其中所述控制计算机被设计为，借助于高频信号至少通过第一网络电缆的线路来传输数据。所述控。
2、制系统的特征在于，每个控制计算机被进一步设计为，借助于低频信号至少通过所述第一网络电缆的线路来传输数据。30优先权数据51INTCL权利要求书2页说明书6页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图4页10申请公布号CN104102184ACN104102184A1/2页21一种用于地下开采的控制系统（10），其具有至少两个控制计算机（12、14、36）和至少一条连接所述控制计算机（12、14、36）的网络电缆（16），其中所述控制计算机（12、14、36）被设计为，借助于高频信号至少通过第一网络电缆（16）的线路（18）来传输数据，其特征在于，每个控。
3、制计算机（12、14、36）被进一步设计为，借助于低频信号至少通过所述第一网络电缆（16）的线路（18）来传输数据。2如权利要求1所述的控制系统（10），其特征在于，所述高频信号被电容耦合入所述网络电缆（16）。3如权利要求1或2所述的控制系统（10），其特征在于，每个控制计算机（12、14、36）包括至少一个收发机（30、32）和/或接收器用于传输所述低频信号，所述收发机和/或接收器，特别是电阻式地，与所述网络电缆（16）耦合。4如前述权利要求中至少一项所述的控制系统（10），其特征在于，所述高频信号根据单对以太网（OPEN）标准来形成。5如前述权利要求中至少一项所述的控制系统（10），其特。
4、征在于，以太网交换机（38）被设置在每个控制计算机（12、14、36）中。6如前述权利要求中至少一项所述的控制系统（10），其特征在于，所述低频信号是用于机器的或是来自机器的紧急停止信号和/或控制信号，例如时间信号或位置信号。7一种用于控制系统（10），特别是用于如前述权利要求中至少一项所述的控制系统的控制计算机，其特征在于，物理接口（26），所述物理接口至少将高频信号电容耦合到第一网络电缆的线路，以及至少一个收发机（30、32）和/或接收器，所述收发机和/或接收器，特别是电阻式地，与所述网络电缆（16）的第一线路（18）耦合。8一种用于如权利要求1至6中至少一项所述的控制系统（10）的网络电。
5、缆（16），其特征在于，正好四条线路（18、20、22、24），即特别被互相绞合的第一线路和第二线路（18、20），以及第三线路和第四线路（22、24），所述第三线路和第四线路分别具有比所述第一线路和第二线路（18、20）更大的导线截面。9如权利要求8所述的网络电缆（16），其特征在于，所述第一线路和第二线路（18、20）被互相绞合，其中通过绞合产生的有效横断面积（70）大约相应于所述第三线路和/或第四线路（22、24）的导线截面。10一种用于如权利要求8或9所述的网络电缆（16）的插拔连接器（60），权利要求书CN104102184A2/2页3其特征在于，所述插拔连接器（60）通过单次压接与。
6、所述网络电缆（16）连接，并且此外被设计为将所述网络电缆（16）与控制计算机（12、14、36）电连接。权利要求书CN104102184A1/6页4控制系统0001本发明涉及一种用于地下开采的控制系统，其具有至少两个控制计算机和至少一个连接所述控制计算机的网络电缆。控制计算机被设计为，借助于高频信号至少通过第一网络电缆线路来传输数据。0002这种控制系统在原理上是已知的并且例如被用于地下开采（特别是在有爆炸危险性的区域处）。在用于有爆炸危险性的区域中时，所使用的电流和电压必须被选择使得其不提供足以引起爆炸的能量。0003对于已知的控制系统，通常是将多个控制计算机以长链布置，以便例如控制工作面的。
7、单个安全壳。在这里，网络电缆线（例如以太网缆线）的使用是可取的。0004本发明的基本任务是，以如下方式改进控制系统，即，使得能够实现更有效的网络电缆线使用。0005所述任务通过具有权利要求1的特征的控制系统并且特别是通过以下方式解决，即每个控制计算机被进一步设计为借助于低频信号至少通过第一网络电缆线路来传输数据。0006因此根据本发明，在控制计算机之间的网络电缆被多次利用，即不但在高频区域中（例如在超过1MHZ的区域中）又在低频区域中（就是说例如低于1MHZ），借助网络电缆传输数据。对此，借助于高频信号传输的数据不依赖借助于低频信号传输的数据。这样在例如高频信号失灵时，数据传输借助于低频信号本。
8、身能进一步实现。0007根据本发明，高频信号和低频信号通过相同的网络电缆线路来传输。因此，网络电缆用途的提高不是必然地伴随着网络电缆的线路或导线数的增加。因此，已存在的网络电缆能被进一步利用。0008本发明的有利实施例在说明书、附图，以及从属权利要求中给出。0009按照第一有利实施例，高频信号被电容耦合入网络电缆。此外，电容耦合设备被设置在控制计算机中，其将高频信号调制到至少第一网络电缆线路上。为了进行电容耦合，例如与所述线路串联连接的电容器能被使用，所述电容器能同时用作高通滤波器，以便将低频信号从高频信号分开。0010按照另一有利实施例，每个控制计算机包括至少一个收发机和/或接收器，用于传输。
9、低频信号，所述收发机和/或接收器（特别是电阻式地）与网络电缆耦合。通过收发机和/或接收器，低频信号在网络电缆线路上调制和/或接收。以这种方式，能够借助于低频信号实现双向通信。0011由于高频信号和低频信号借助于电容和电阻耦合的不同耦合，高频信号和低频信号的相互影响能被防止或大大地抑制。0012高频信号能被根据单对以太网（OPEN）标准来形成。OPEN标准是一种以太网变型，其允许在使用两条线路的条件下进行100MBIT/秒的双向数据传输。使用OPEN标准的高频信号，能在控制系统的控制计算机之间交换大数据量。此外通过OPEN标准，目前所使用的网络拓扑（就是说控制系统的控制计算机之间连接的布置）能被。
10、确定。如果所述拓扑是已知的，则地址分配能借助于高频信号在使用虚拟局域网（VLAN）的条件下实现。以这种方式，说明书CN104102184A2/6页5控制系统的每个控制计算机能被针对地请求和寻址。0013按照另一有利实施例，以太网交换机被设置在每个控制计算机中。在这种情况下，以太网交换机用作，将借助于高频信号传输的数据分别转发到正确的控制计算机。以太网交换机识别，为该以太网交换机分配的控制计算机的、确定的数据是否被确定，并且将这些数据转发到控制计算机。0014按照另一有利实施例，低频信号是用于机器的或是来自机器的紧急停止信号和/或控制信号，例如时间信号或位置信号。因此，借助于低频信号，例如紧急停。
11、止的实现是可能的，所述紧急停止不依赖于控制计算机的软件。这是特别有可能的，因为紧急停止信号不借助高频信号被传输并且因此首先不必被控制计算机处理。换言之，所述紧急停止信号能直接被收发机或接收器接收。以这种方式，紧急停止信号也能在控制计算机的运算器失灵时被传输并且关闭在控制系统上所连接的机器。因此，可靠的紧急关闭是可能的。0015同样，借助低频信号，时间关键（ZEITKRITISCH）的信息（如时间信号或位置信号）能不依赖于控制计算机的软件和高频信号被传输。有利的是，例如时间信号那么不再必须通过控制计算机的软件处理，因此能消除依赖于控制计算机负荷率的延迟。与控制系统连接的机器的控制能以这种方式更快。
12、地和更直接地实现。0016借助于低频信号，还能在两个控制计算机之间实现冗余通信，以便确保高频信号的正确的传输。0017此外，例如时间信号或位置信号（就是说例如碾压位置（WALZENPOSITION）或刨平位置（HOBELPOSITION）能借助低频信号作为全局消息被传输到控制系统的所有控制计算机。以这种方式，用于控制机器的至少基本信息可用于所有控制计算机，其中所述信息能被提供而不使用高频信号。0018使用低频信号的另一可能性形成了对控制系统拓扑的确定。对此，借助于低频信号，在控制系统上连接的所有控制计算机首先被获取并且随后被寻址。地址分配也能在这里通过VLAN实现。0019此外，本发明包括用于。
13、控制系统的控制计算机，其中设置有物理接口，所述物理接口至少将高频信号电容耦合到第一网络电缆线路。此外，设置有至少一个收发机和/或接收器，所述收发机和/或接收器（特别是电阻式地）与网络电缆的第一线路耦合。也被称为PHY零件或PHY半导体的物理接口，例如能包括与网络电缆的第一线路串联接通的电容器。如上已提到的，电容器既用于耦合高频信号又用作将低频信号从高频信号分开的滤波器。0020本发明还包括用于控制系统的网络电缆，所述网络电缆正好包括四条线路。第一和第二线路特别是被互相绞合（VERDRILLT）。第三和第四线路分别具有比第一和第二线路更大的导线截面。0021可选地，第一和/或第二线路也能与第三和。
14、/或第四线路绞合。通过这些线路的绞合，低频信号和高频信号的传输质量能被改进。特别地，对于较长的传输链路，所述绞合和/或额外设置的屏蔽物尤其改进了高频信号的传输质量。0022第一和第二线路特别是能被用于高频信号和低频信号的同时传输。所述第一和第二线路具有小的导线截面并且因此特别是适用于有爆炸危险性的区域中的数据传输，因为其只传导小的电流和电压并且因此能满足用于这种区域的要求。0023第三和第四线路例如能用于控制计算机的电力供应，其中例如第三线路传导电源说明书CN104102184A3/6页6电压，并且第四线路是接地线。在这种情况下，第三和第四线路的导线截面能被选出，使得控制系统的所有组件能被供电。
15、。控制系统组件的能源供应的协调既能借助按照OPEN标准（就是说通过以太网）和VLAN的高频信号又能借助低频信号实现。0024按照一有利实施例，第一和第二线路被互相绞合，其中通过绞合产生的有效横断面积大约相应于第三和/或第四线路的导线截面。因此，由第一和第二线路通过绞合产生的束能有跟第三和/或第四线路类似的厚度。以这种方式，由三个束组成的网络电缆能被用几乎相同或类似的厚度组装。0025此外，本发明包括用于网络电缆的插拔连接器。该插拔连接器的特征在于，其通过单次压接与网络电缆连接并且此外被设计为将网络电缆与控制计算机电连接。通常需要两次压接，以便将插拔连接器与网络电缆连接。根据本发明，这种费用因此。
16、减半。0026按照一优选实施例，插拔连接器包括单独的壳元件。因此，所述插拔连接器能以简单和成本合适的方式被制造和装配。再者，所述插拔连接器的机械稳定性相对具有多部分的壳的传统插拔连接器被改进。0027在下文中，本发明仅示例性地借助可能的实施例并参照附图被详细说明。在附图中示出的是0028图1为根据本发明的控制系统；0029图2为根据本发明的控制计算机；0030图3为根据本发明的插拔连接器在（A）未压接和（B）压接状态下的剖面图；0031图4为根据本发明的网络电缆的六种变型（AF）；0032图5为图4E的网络电缆的截面图。0033图1示出控制系统10，其包括通过网络电缆16连接的第一控制计算机1。
17、2和第二控制计算机14。0034网络电缆16包括四条线路，其中第一线路18和第二线路20被互相绞合地实现。第三线路22传导12V的电源电压。接地线路通过第四线路24提供。第三和第四线路22、24被实现为具有比第一和第二线路18、20更大的导线截面。对于所示实施例，第三和第四线路22、24的导线截面大约两倍于第一和第二线路18、20的导线截面。0035第一控制计算机12和第二控制计算机14被相同地实现并且分别包括PHY零件26。每个PHY零件26包括两个输出导体，所述输出导体分别被连接到两个电容器28的第一端口。第一线路18以电容器28的第二端口连接到每个控制计算机12。同样地，第二线路20分别。
18、被与电容器28的剩余的第二端口耦合。因此，PHY零件26能借助第一和第二线路18、20传输高频信号，所述信号电容器28是可穿透的。在这种情况下，被传输的信号被设计为根据OPEN标准的差分信号。0036此外，每个控制计算机12、14包括第一收发机30以及第二收发机32。收发机30、32分别通过电阻器34与电容器28的第二输入端并且因此与第一线路18或第二线路20连接。电阻器34以如下方式选出，即，使得第一和第二线路18、20分别被阻抗相同地实现并且因此高频信号的传输不被损害。0037第一收发机30被设计为双向收发器（BIDITRANSCEIVER），其传输用于机器的时间信号和控制指令。第二收发机。
19、32被设置为用于传输紧急停止信号并且被同样地设计为双向收发器。在所示例子中，紧急停止信号借助第一线路18被传输。时间信号通过第二线说明书CN104102184A4/6页7路20传输。因此，分离的线路可用于紧急停止信号。0038图2示出控制计算机36的内部组成，两条网络电缆16被连接到所述控制计算机。由于两条网络电缆16被连接到控制计算机36的可能性，任意长的控制计算机36的链能连结成控制系统10。0039控制计算机36内部实质上被对称地构造并且包括两个PHY零件26、两个第一收发机30和两个第二收发机32。第一和第二收发机30、32通过电阻器34与网络电缆16的第一线路18或第二线路20电阻式。
20、耦合。PHY零件26借助于电容器28与第一和第二线路18、20电容式连接。0040控制计算机36的电力供应通过第三线路22和接地的第四线路24实现。0041PHY零件26与以太网交换机38连接，所述以太网交换机评估从PHY零件26接收的数据，并且查明是否为控制计算机36确定了被接收的数据。为控制计算机36确定的数据被转发到同时也被用作媒体访问控制（MAC）的运算器40。该运算器40此外还与第一收发机30和紧急停止单元42连接。紧急停止单元42例如能通过被设置在输入单元46的紧急停止开关44激活。输入单元46用作人机接口（MMI）并且此外与运算器40连接。0042控制计算机36还包括外设接口48。
21、，所述外设接口不但与运算器40耦合而且与紧急停止单元42耦合。借助外设接口48，工作过程50例如能够通过相应的（未示出）机器控制装置来控制。0043在运行中，较大的数据量从运算器40转移到以太网交换机38，所述以太网交换机借助于PHY零件26将所述数据作为高频的、根据OPEN标准形成的信号通过网络电缆的第一和第二线路18、20传输。同样，借助于PHY零件26和以太网交换机38，通过OPEN标准被传输的数据被邻近的控制计算机36接收。0044此外，例如时间信号借助于收发机30被运算器40调制到第二线路20上。0045如果紧急停止开关44被操作，这通过紧急停止单元42识别，所述紧急停止单元将相应的。
22、紧急停止信号分发到第二收发机32。第二收发机32将紧急停止信号在第一线路18上作为低频信号传输到邻近的控制计算机36，其将所述信号转发到控制系统10的所有控制计算机36。0046反过来，如果通过第一线路18到来的紧急停止信号被第二收发机32接收并且被转发到紧急停止单元42，则紧急停止单元42通知运算器40和外设接口48，因此在外设接口48上所连接的机器能被立即停止。再者，所接收的紧急停止信号被进一步传递。0047图3A示出未压接状态下的插拔连接器60。插拔连接器60包括由金属制成的、一体式的壳元件62，其中在一端上（所示实施例中在右侧）插入网络电缆16。网络电缆16穿过壳元件62的压接部分64。
23、，在壳元件中设置空腔65。0048在网络电缆16的前端设置带有触点的四条线路18、20、22、24，其中第一线路18和第二线路20被示出。所有线路18、20、22、24分别与触点终端66连接。插拔连接器60总共包括四个触点终端66，其中两个在图3A和图3B中被示出。触点终端66被布置在两个位于邻近的对中。0049借助触点终端66，插拔连接器60能将网络电缆16的线路18、20、22、24与控制计算机36连接。0050图3B示出在压接之后的、图3A的插拔连接器60，其中通过压接，压接部分64被挤说明书CN104102184A5/6页8压并且因此其截面缩小。通过压接，空腔65被压缩并且以这种方式将。
24、压力施加到网络电缆16上，因此网络电缆16固定和不可分地与插拔连接器60连接。0051在图4A至图4F中示出网络电缆16的各种变型，其各自正好包括四条线路18、20、22、24并且可用所述线路连接控制计算机36。图4A至图4F示出的所有网络电缆16包括屏蔽物68，其被布置为围绕四条线路18、20、22、24并且例如通过网络电缆16的衬板形成。0052图4A示出具有四条被相互平行布置的线路18、20、22、24的网络电缆16，所述线路相互之间未被绞合。0053图4B所示的网络电缆16示出所谓的星形扭绞（STERNVERSEILUNG），其中所有四条线路18、20、22、24被互相扭绞或绞合。通过。
25、整条网络电缆16的长度看到，第一半长度被右旋地扭绞，第二半长度被左旋地扭绞。0054图4C示出另一网络电缆16，其中第二线路20和第三线路22以及第一线路18和第四线路24被互相扭绞或绞合。0055图4D所示的网络电缆16与图4C的网络电缆16的不同之处仅在于，第二和第三线路20、22以及第一和第四线路18、24被互相绞合的对分别被额外的屏蔽物68围绕。0056已参考图1描述的网络电缆16在图4E中示出。所示网络电缆包括被互相绞合的第一和第二线路18、20以及未绞合的第三和第四线路22、24。第三和第四线路22、24具有比第一和第二线路18、20更大的导线截面。0057图4F示出另一网络电缆1。
26、6，其中第一线路18和第三线路22以及第二线路20和第四线路24被互相扭绞或绞合。0058垂直于按照图4E的网络电缆16延伸方向的截面在图5中示出。网络电缆16具有通过屏蔽物68定义的圆形截面。在所述屏蔽物之内，第一、第二、第三和第四线路18、20、22、24被布置，其中第三和第四线路22、24具有比第一和第二线路18、20更大的（对于所示实施例大约两倍大的）导线截面。0059第一和第二线路18、20被互相绞合。通过所述绞合产生有效的横断面积70，所述横断面积需要被互相绞合的第一和第二线路18、20。有效的横断面积70大约相应于第三和第四线路22、24的导线截面。0060附图参考标记列表006。
27、110控制系统006212第一控制计算机006314第二控制计算机006416网络电缆006518第一线路006620第二线路006722第三线路006824第四线路006926PHY零件007028电容器007130第一收发机007232第二收发机说明书CN104102184A6/6页9007334电阻器007436控制计算机007538以太网交换机007640运算器007742紧急停止单元007844紧急停止开关007946输入单元008048外设接口008150工作过程008260插拔连接器008362壳元件008464压接部分008565空腔008666触点终端008768屏蔽物008870有效的横断面积说明书CN104102184A1/4页10图1说明书附图CN104102184A102/4页11图2说明书附图CN104102184A113/4页12图3A图3B图4A图4B图4C说明书附图CN104102184A124/4页13图4D图4E图4F图5说明书附图CN104102184A13。