CS247621B1

CS247621B1 - Involvement of an intelligent system for autonomous control of a mineral extraction device

Info

Publication number: CS247621B1
Application number: CS836580A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Krulik; Vlastimil Ehrenberger; Cyril Klimes; Lubomir Petras
Original assignee: Vladimir Krulik; Vlastimil Ehrenberger; Cyril Klimes; Lubomir Petras
Priority date: 1983-09-09
Filing date: 1983-09-09
Publication date: 1987-01-15
Also published as: CS658083A1

Abstract

Zapojení inteligentního systému pro autonomní řízení ústrojí pro dobývání užitkového nerostu s použitím řídicích modulů řeší problém racionální komunikace mezi několika řídicími moduly. Podstata vynálezu spočívá v tom, že každý řídicí modul /1 až 9/ obsahuje nejméně jeden číslicový nebo hybridní počítač nebo diskrétní procesor a jednotlivé řídicí moduly /1 až 9/ jsou propojeny dvěma sériovými sběrnicemi /10, 11/ s opačnými směry přenosu řídicí informace, přičemž nejméně jeden z řídicích modulů /1 až 9/ je tvořen řídicím modulem /7/ pro spojení s nadřazeným řídicím centrem. Uvedené řídicí moduly /1 až 9/ umožňují řadu funkcí. Zapojení inteligentního systému podle vynálezu lze s výhodou použít v případech všech kdekoliv umístěných systémů, u nichž je požadována vysoká spolehlivost a přijatelná rychlost přenosu informace mezi jednotlivými řídicími moduly.The connection of an intelligent system for autonomous control of a device for mining a useful mineral using control modules solves the problem of rational communication between several control modules. The essence of the invention lies in the fact that each control module /1 to 9/ contains at least one digital or hybrid computer or discrete processor and the individual control modules /1 to 9/ are interconnected by two serial buses /10, 11/ with opposite directions of control information transmission, while at least one of the control modules /1 to 9/ is formed by a control module /7/ for connection with a superior control center. The said control modules /1 to 9/ enable a number of functions. The connection of an intelligent system according to the invention can be advantageously used in the cases of all systems located anywhere, for which high reliability and an acceptable speed of information transmission between individual control modules are required.

Description

Vynález se týká zapojení inteligentního systému především pro autonomní řízení ústrojí pro dobývání užitkového nerostu.The invention relates to the integration of an intelligent system, in particular for the autonomous control of a mineral-mining device.

Jsou známa zapojení inteligentních systémů na bázi víceprocesorových řídicích struktur tvořených moduly s počítači vzájemně propojenými paralelní sběrnicí umožňující komunikaci mezi jednotlivými moduly v režimu MASTER - SLAVĚ. Jedním ze známých propojení řídicích modulů jsou stejnosměrná kruhová propojení Newhallova typu, dále řešení Pierceova typu a řešení s vkládáním rámců.It is known to connect intelligent systems based on multi-processor control structures consisting of modules with computers interconnected by a parallel bus enabling communication between individual modules in the MASTER - CLEAR mode. One of the known control module connections are DC Newhall-type DC circuits, Pierce-type solutions, and frame insertion solutions.

V kruhovém spoji Newhallova typu je v klidovém stavu přenášena zvláštní zpráva - takzvané pověření. Kterýkoliv modul smí zahájit vysílání pouze tehdy, jestliže přijal pověření.In the Newhall-type circular link, a special message - the so-called credential - is transmitted in the idle state. Any module may only start transmitting if it has received credentials.

Po vyslání zprávy modul pověření opět odešle a předá tak řízení dalšímu modulu.After sending the message, the module sends the credential again, passing control to the next module.

U kruhového spojení Pierceova typu je celková délka kruhu rozdělena na pevný počet rámců, ve kterých lze data přenášet. Každý z rámců může být označen jako plný nebo prázdný. Modul smí k vysílání použít pouze rámec, který je při příjmu označen jako prázdný.For a Pierce-type ring connection, the total length of the ring is divided into a fixed number of frames in which data can be transmitted. Each frame can be marked as full or empty. The module may only use a frame that is marked as empty when received.

Kruhový spoj s vkládáním rámců dovoluje modulu žádajícímu o vysílání prodloužit přenášený informační blok o vysílanou zprávu - rámec a po příjmu potvrzení opět informační blok zkrátit.A circular link with frame insertion allows the requesting module to extend the transmitted information block by the transmitted message-frame and shorten the information block after receiving the acknowledgment.

Nevýhodou těchto řešení je skutečnost, že bu3 nevyhovují požadavku vysoké spolehlivosti nebo přijatelné rychlosti komunikace, případně snadného způsobu rekonfigurace u systémů s větším počtem řídicích modulů, nebo jednoduché technické realizovatelnosti.The disadvantage of these solutions is that either they do not meet the requirement of high reliability or acceptable communication speed, or easy reconfiguration in systems with multiple control modules, or simple technical feasibility.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení inteligentního systému pro autonomní řízení ústrojí pro dobývání užitkových nerostů podle vynálezu s použitím řídicích modulů vzájemně propojených sériovou sběrnicí, opatřených čidly, regulačními a řídicími obvody.The above drawbacks are overcome by the wiring of an intelligent system for the autonomous control of the utility minerals of the invention using control modules interconnected by a serial bus, provided with sensors, control and control circuits.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že každý řídicí modul obsahuje nejméně jeden číslicový nebo hybridní počítač nebo diskrétní procesor, a jednotlivé řídicí moduly jsou propojeny vněj ší sériovou sběrnicí a vnitřní sériovou sběrnicí s opačnými směry přenosu řídicí informace, přičemž alespoň jeden z řídicích modulů je tvořen řídicím modulem externího spojení pro spojení s nadřazeným externím řídicím centrem.SUMMARY OF THE INVENTION Each control module comprises at least one digital or hybrid computer or discrete processor, and the individual control modules are interconnected by an external serial bus and an internal serial bus with opposite directions of control information transmission, wherein at least one of the control modules is formed. an external link control module for connection to a superior external control center.

Vzájemně propojené řídicí moduly jsou tvořeny řídicím modulem souřadnice x, řídicím modulem souřadnice y a řídicím modulem souřadnice z pro vyhodnocování funkcí a pohybu ústrojí pro dobývání užitkových nerostů podle souřadnic x, y, z, nejméně jedním řídicím modulem integrálních čidel pro zjišťování podmínek v okolí ústrojí, dále řídicím modulem inteligentních akčních členů pro vykonávání předepsaných funkcí ústrojí, jedním řídicím modulem diagnostiky pro provádění diagnostiky všech řídicích modulů připojených na vnější sériovou sběrnici a vnitřní sériovou sběrnici jedním řídicím modulem externího spojení pro zajištění spojení s nadřazeným externím řídicím centrem, nejméně jedním řídicím modulem rekonfigurace pro nahra zení kteréhokoliv z ostatních řídicích modulů při jeho poruše, a řídicím modulem arbitra pro organizování optimální činnosti inteligentního sytému.The interconnected control modules consist of a coordinate control module x, a coordinate control module y, and a coordinate control module z for evaluating the functions and movement of the minerals extraction apparatus according to the x, y, z coordinates, by at least one integral sensor control module for detecting conditions furthermore, an intelligent actuator control module for performing prescribed functions of the device, one diagnostic control module for diagnosing all control modules connected to the external serial bus and the internal serial bus by one external link control module to provide a connection to a superior external control center, at least one reconfiguration control module to replace any of the other control modules in the event of a failure, and the Arbiter's control module to organize optimal him.

Výhody zapojení inteligentního systému pro autonomní řízení ústrojí pro dobývání užitkového nerostu spočívají v možnosti plně autonomního řízení všech funkcí dobýyacího ústrojí, v dosažení vysoké spolehlivosti celého ústrojí, při možnosti jakékoliv rekonfigurace jednotil¹vých řídicích modulů v případě poruchy, v dosažení vyšší rychlosti řízení, v jednoduché serio vé komunikaci mezi jednotlivými řídicími moduly a ve využitelnosti integrálních čidel pro sledování okolního prostředí, především při jeho použití v ústrojí pro dobývání užitkového nerostu bez stálé přítomnosti lidské obsluhy.The advantages of the intelligent system for autonomous control device for the extraction of useful mineral consist in the possibility of fully autonomous control of all functions dobýyacího device, achieving high reliability of the entire system, when the possibility of any reconfiguration jednotil ¹ Default control modules in case of failure in achieving higher speed control in simple serial communication between individual control modules and the usability of integral sensors for monitoring the environment, especially when used in a mining plant without the constant presence of human operators.

Zapojení inteligentního systému pro autonomní řízeni ústrojí pro dobývání užitkového nerostu juVi.e vynálezu bude následovně blíže popsáno v příkladném provedení s pomocí přípoje3 obr. 1 znázorňuje základní zapojení zmíněného inteligentního systému s dvěma sériovými sběrnicemi zajištujícími přenos informace mezi jednotlivými řídicími moduly ve dvou proti sobě položených směrech, obr. 2 znázorňuje formát přenášené informace na obou sériových sběrnicích.The invention will be described in more detail below in an exemplary embodiment with the aid of a connection3. FIG. 1 shows the basic connection of said intelligent system with two serial buses ensuring the transmission of information between individual control modules in two opposites Fig. 2 shows the format of the transmitted information on both serial buses.

Zapojení inteligentního systému pro autonomní řízení ústrojí pro dobývání užitkového nerostu bez stálé lidské obsluhy /obr. 1/ je tvořeno řídicími moduly 2 až 9_, z nichž každý obsahuje nejméně jeden číslicový nebo hybridní počítač, nebo diskrétní procesor.Connection of an intelligent system for autonomous control of a device for the extraction of utility mineral without permanent human operation / fig. 1) consists of control modules 2 to 9, each comprising at least one digital or hybrid computer, or a discrete processor.

Jednotlivé řídicí moduly jsou propojeny vnější sériovou sběrnicí 10 a vnitřní sériovou sběrnicí 11 s navzájem opačnými směry přenosu řídicí informace. Řídicí modul T_ externího spojení stejných komunikačních vlastností jako ostatní řídicí moduly je opatřen spojovacím prostředkem pro komunikaci s nadřazeným externím řídicím centrem. Jako spojovacího prostředku je možno použít bu3 radiový přijímač vysílač, nebo přijímač-vysílač přenášející informaci po kabelu, či optickém vláknu.The individual control modules are interconnected by an external serial bus 10 and an internal serial bus 11 with opposite directions of control information transmission. The external connection control module T of the same communication characteristics as the other control modules is provided with a connection means for communication with a superior external control center. Either a radio transceiver or a transceiver transmitting information over a cable or optical fiber may be used as the connecting means.

Řídící modul _1 souřadnice x, řídicí modul £ souřadnice £ a řídicí modul 3^ souřadnice £ jsou propojeny se všemi ostatními řídicími moduly 4_ až 9_ pomocí vnější sériové sběrnice 10 a vnitřní sériové sběrnice 11.The x coordinate control module 1, the x coordinate control module 6, and the x coordinate control module 3 are connected to all other control modules 4 to 9 via the external serial bus 10 and the internal serial bus 11.

Pro funkci těchto řídicích modulů _1 až je důležité především spojení s řídicími moduly 4^ až' 2_n integrálních čidel určenými pro provádění analýzy okolního prostředí, a dále s řídicími moduly 5^ až' 5^ inteligentních akčních členů vykonávájících předepsané funkce ústrojí.For the function of these control modules _1 it is particularly important to the connection control module 4 to ^ '2 _n integral sensors intended for analyzing the environment, and also with the control module 5 to ^' 5 ^ intelligent actuator device performing prescribed functions.

Řídicí modul £ diagnostiky je určen pro provádění diagnostiky všech modulů připojených k sériovým sběrnicím 10 a 11. Jeden řídicí modul J je určen pro externí spojení s nadřízeným externím řídicím centrem. Nejméně jeden řídicí modul 3. až 8 rekonfigurace zajištuje nahra —i —p zení kteréhokoliv z ostatních řídicích modulů při jeho poruše. Řídicí modul j) arbitra je určen pro funkci arbitra pro organizování optimální činnosti inteligentního systému.The diagnostic control module 6 is designed to perform diagnostics of all modules connected to the serial buses 10 and 11. One control module J is intended for external connection to a master external control center. The at least one reconfiguration control module 3-8 provides the replacement of any of the other control modules upon failure. The Arbiter Control Module (j) is designed to function as an Arbiter to organize optimal intelligent system operation.

Při funkci probíhá přenos informace současně po obou sériových sběrnicích 10, 11.In operation, the information is transmitted simultaneously on both serial buses 10, 11.

Směr přenosu informace na vnější sériové sběrnici 10 je opačný vůči směru přenosu informace na vnitřní sériové sběrnici 11 /obr. 1/.The direction of information transmission on the external serial bus 10 is opposite to the direction of information transmission on the internal serial bus 11 / FIG. 1 /.

Každý řídicí modul 2 až 9_ přijímá informaci z obou sériových sběrnic 10, 11, to znamená z obou směrů a stejně informaci na obě sériové sběrnice 10, 11 vysílá. Prvé přijetí informace z jednoho směru obsahující pokyny pro řízení, vede k zahájení či přípravě požadované činnosti, která může být zastavena nebo zrušena, jestliže informace z druhého směru nepotvrdí správnost přenosu.Each control module 2 to 9 receives information from both serial buses 10, 11, i.e. from both directions, and sends the same information to both serial buses 10, 11. The first receipt of information from one direction containing the driving instructions leads to the initiation or preparation of the desired action, which can be stopped or canceled if the information from the other direction does not confirm the correctness of the transmission.

V tom je nutno spatřovat jednu z hlavních výhod řešení. Tímto opakováním přenosu informace se zvyšuje spolehlivost přenosu i jeho rychlost. Dvě sériové sběrnice 10, 11 umožňují v případě poruchy v cestě jednoho směru vysílání realizovat na základě pokynů řídicímo modulu 9 arbitra nouzovou formu přenosu s využitím druhé sběrnice, jako druhé cesty přenosu.This is one of the main advantages of the solution. This retransmission of information increases both the reliability of the transmission and its speed. The two serial buses 10, 11, in the event of a failure in one direction of transmission, enable an emergency form of transmission using the other bus as the second transmission path, based on instructions from the Arbiter control module 9.

Řídicí modul 7 externího spojení přijímá a vysílá informace z externího řídicího centra a do něj, a· na základě informací jak z jednotlivých řídicích modulů, včetně řídicího modulu 2 arbitra, tak z externího řídicího centra, organizuje činnosti ústrojí jako celku.The external link control module 7 receives and transmits information to and from the external control center, and organizes the activities of the device as a whole, based on information from both the individual control modules, including the arbitrator control module 2 and the external control center.

Řídicí moduly 8, až' 8 rekonfigurace mohou v případě poruchy některého ze zbývajících modulů nebo jejich částí po rekonfiiguraci řídicího systému případně jeho dílčích částí nahradit podle pokynů řídicího modulu 2 arbitra zmíněné vadné řídicí moduly, případně jejich části, a tím zajistit další bezchybný provoz ústrojí jako celku.The reconfiguration control modules 8 to 8 may, in the event of a failure of any of the remaining modules or parts thereof after the control system or parts thereof have been reconfigured, replace the defective control modules or parts thereof according to the Arbitrator Control Module 2, thereby ensuring further error-free operation. as a whole.

Přenášená informace A, /obr. 2/ se skládá z rámců B, přičemž každý rámec B přísluší jed247S21 nomu komunikačnímu řídicímu modulu na sériových sběrnicích' 10, 11. Každý rámec se skládá ze zpráv £, jejichž počet je o jeden menší, než počet komunikujících řídicích modulů. Řídicí modul, který je na příjmu, může číst pouze z jednoho jemu příslušejíoícho rámce B a to všechny zprávy od ostatních modulů a do rámců ostatních modulů může zapsat vždy po jedné zprávě.The transmitted information A / FIG. 2 / consists of frames B, each frame B belonging to the n247S21 nom communication control module on the serial buses 10, 11. Each frame consists of messages 8 of one number less than the number of communicating control modules. The control module that is in receipt can read only one of its respective B frames, and all messages from other modules can write one message at a time into the frames of the other modules.

Poloha rámců B jednotlivých řídicích modulů nemusí být pevná.The position of the frames B of the individual control modules need not be fixed.

Z hlediska rychlosti přenosu je naopak výhodné, aby poloha jednotlivých rámců ve formátu přenášené Informace A se měnila tak, aby každý řídicí modul přijímal jako prvý svůj rámec a vysílal jako prvý rámec následujícího řídicího modulu.Conversely, in terms of transmission speed, it is preferable that the position of the individual frames in the format of the transmitted Information A be changed so that each control module first receives its frame and transmits first the frame of the next control module.

V případě, že vysílá řídicí modul' £ souřadnice' x, pak jeho činnost při přenosu mezi řídicími moduly £ a £ bude následující:If the control module transmits the coordinates x, then its operation during transmission between the control modules £ and £ will be as follows:

Řídicí modul £ souřadnice x nejprve odvysílá rámec B následujícího řídicího modulu £ souřadnice y, do kterého předtím doplnil svou zprávu' C pro modul £ integrálních čísel.The x coordinate control module 8 first transmits the frame B of the following y coordinate control module 6 to which it previously added its message 'C' to the integral number module.

Po odvysílání tohoto prvého rámce B přenášené Informace A pokračuje v následném vysílání dalších rámců B v pořadí podle toho, jak jsou jim odpovídající řídicí moduly umístěny na sběrnici 10, to znamená v pořadí rámec B řídicího modulu £, souřadnice £ až řídicí modul £, £.After transmitting this first frame B of transmitted Information A, it continues to transmit further frames B in the order of how the corresponding control modules are located on the bus 10, i.e., in the order B of the control module 8, the coordinates až to the control module,, £. .

Vždy· před vysíláním každého rámce' B doplní řídicí modul £ souřadnice' x každý rámec' B o svou zprávu. Jako poslední vysílá řídicí modul £ souřadnice x svůj v tomto okamžiku prázdný rámec B.Always, before transmitting each frame 'B, the control module 6 adds a coordinate' x to each frame 'B with its message. Finally, the control module 8 transmits its empty frame B at this time.

Řídicí modul £ souřadnice' £ přijímá vysílanou informaci od řídicího modulu £ souřadnice x. Jako prvý přijímá svůj rámec' B, to znamená rámec' B řídicího modulu £ souřadnice £ a podle jeho obsahu zahajuje řídicí činnost. Následující rámec' B přijímá a poté znovu dále vysílá stejně, jak tomu bylo u řídicího modulu' £ souřadnice' x.The coordinate control module přijím receives the transmitted information from the x coordinate control module.. First, it receives its frame 'B', that is, the frame 'B' of the control module 8, and coordinates, according to its content, to start the control operation. The next frame 'B receives and then retransmits the same as in the control module' x 'coordinates' x.

Jako poslední odvysílá řídicí modul £ souřadnice' £ opět svůj prázdný rámec B. Tato činnost se postupně opakuje u každého řídicího modulu na obou sériových sběrnicích £0, 11, přičemž informace na vnitřní sériové sběrnici’ '11 se šíří v opačném směru, například pro řídicí modul £ souřadnice £ v pořadí řídicí modul £, £, £ až £.Lastly, the control module 8 transmits its empty frame B again. This operation is repeated for each control module on both serial buses 80, 11, the information on the internal serial bus 11 being propagated in the opposite direction, e.g. the control module £ coordinates £ in the order of the control modules £, £, £ to £.

Řídicí modul £ inteligentních akčních členů ovládá inteligentní akční členy, které řídí požadované funkce ústrojí. Řídicí modul může být kdykoliv použit pro nahrazení kteréhokoliv z ostatních řídicích modulů, u něhož se vyskytne porucha.The smart actuator control module 6 controls the smart actuators that control the desired functions of the device. The control module can be used at any time to replace any of the other control modules that fail.

Zapojení inteligentního systému podle vynálezu lze mimo ústrojí pro dobývání užitkových nerostů s výhodou využít v případech všech ústrojí, u nichž je požadována vysoká spolehlivost a přijatelná rychlost přenosu informace mezi jednotlivými řídicími moduly.The wiring of the intelligent system according to the invention can be advantageously used outside the mining plant in all cases where a high reliability and an acceptable rate of information transmission between individual control modules is required.

Claims

d connection of the Intelligent System for Autonomous Operation of the Mining Equipment 3 using control modules interconnected by serial bus equipped with sensors, control and control circuits, characterized in that each control module (1 to 9) comprises at least one digital or hybrid computer or the discrete processor and the individual control modules (1 to 9) are interconnected by an external serial bus (10) and an internal serial bus (11) with opposite directions of control information transmission, wherein at least one of the control modules (1 to 9) is a control module 7 / an external connection for connection to a superior external control price tr, f: ·. '

2. Connection of an intelligent system for autonomous control of a mining and quarrying system according to claim 1, characterized in that the interconnected control modules (1 to 9) consist of a control module (1) x coordinate, control module (2) y coordinate, control module (3) coordinates z for evaluation of functions and movement of the device for mining of minerals according to coordinates x, y, z, by at least one control module (4) of integral sensors for detecting conditions around the device, further by at least one control module (5) of intelligent actuators for performing the prescribed functions of the device, by one diagnostic module (6) for performing the diagnostics of all, the control modules (1 to 5, 7 to 9) connected to the external serial bus (10) and the internal serial bus (11), by one control module (7) / external connection to establish a connection with the superior external controller center, at least one reconfiguration control module (8) to replace any of the other control modules (1 to 7 and 9) upon failure, and an arbitrator control module (9) as an arbiter to organize optimal operation of the entire intelligent system.