ES2335101T3 - Procedimiento para identificar un dispositivo esclavo desconocido o no marcado tal como en un sistema de voladura electronico. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para detectar dispositivos esclavos no identificados en un sistema que incluye un dispositivo maestro y una pluralidad de dispositivos esclavos, que comprende las siguientes etapas: a) dotar a cada dispositivo esclavo en el sistema de una identificación y cargar una o más identificaciones de dispositivo esclavo en el dispositivo maestro; b) tras la etapa a), conectar al menos un dispositivo esclavo al sistema; c) tras la etapa b), emitir una orden de detección en el sistema desde el dispositivo maestro; d) emitir una secuencia de reloj en el sistema tras emitir dicha orden, comprendiendo dicha secuencia de reloj impulsos de reloj secuenciales correlacionados con posibles identificaciones de dispositivos esclavos de modo que cada impulso de reloj secuencial corresponde a una diferente multiplicidad de posibles identificaciones; y e) tras la etapa c), emitir una respuesta sólo desde cualquier dispositivo esclavo en el sistema que no se haya identificado al dispositivo maestro, incluyendo cada una de dichas respuestas la identificación del dispositivo esclavo.
Description
Procedimiento para identificar un dispositivo
esclavo desconocido o no marcado tal como en un sistema de voladura
electrónico.
La presente invención va dirigida, en general, a
sistemas que comprenden dispositivos maestros y esclavos, y más
particularmente a un procedimiento para identificar un dispositivo
esclavo desconocido o no marcado en el sistema tal como en un
sistema de voladura electrónico. El documento ZA 9 401 443 A da a
conocer un procedimiento para instalar un sistema de voladura
programable para la explotación de minas, que monitoriza el sistema
con el fin de detectar la conexión de un detonador nuevo para el
sistema.
En el sistema de la presente invención, se emite
una orden por un dispositivo maestro a todos los dispositivos
esclavos conectados al sistema, haciendo que todos los dispositivos
esclavos que no se han identificado ante el dispositivo maestro
respondan con información de identificación y opcionalmente otra
información perteneciente al dispositivo esclavo. Por ejemplo, la
presente invención puede usarse en un sistema de voladura
electrónico, de modo que cuando los detonadores se conectan
inicialmente al sistema, la máquina de voladura puede identificar
cualquier detonador conectado al sistema que aún no se haya
identificado, evitando así la detonación de detonadores no
identificados.
La figura 1 es una vista global que muestra un
diseño de un sistema de voladura electrónico en el que puede
emplearse la presente invención.
La figura 2 es una vista global que muestra un
diseño de una configuración alterna de un sistema de voladura
electrónico de este tipo.
La figura 3 es una vista en sección de un
detonador preferido que puede usarse en el sistema de voladura
electrónico de las figuras 1 y 2.
La figura 4 es una representación esquemática de
los aspectos eléctricos principales del módulo de encendido
electrónico (EIM) del detonador de la figura 3, que incluye un
circuito integrado de aplicación específica (ASIC).
La figura 5 es una representación esquemática de
un diseño de circuito preferido para el ASIC de la figura 4.
La figura 6a es un gráfico de tensión frente a
tiempo que ilustra una comunicación basada en modulación de tensión
preferida desde una máquina de voladura a (un) detonador(es)
en el sistema de voladura electrónico de las figuras
1 y 2.
1 y 2.
La figura 6b es un gráfico de tensión frente a
tiempo que ilustra una comunicación basada en modulación de tensión
preferida desde un registrador a (un) detonador(es) en el
sistema de voladura electrónico de las figuras 1 y 2.
La figura 7a es un gráfico de corriente frente a
tiempo que ilustra una respuesta basada en modulación de corriente
preferida de vuelta desde un detonador a una máquina de voladura en
el sistema de voladura electrónico de las figuras 1 y 2.
La figura 7b es un gráfico de corriente frente a
tiempo que ilustra una respuesta basada en modulación de corriente
preferida de vuelta desde (un) detonador(es) a un registrador
en el sistema de voladura electrónico de las figuras 1 y 2.
La figura 8 es un gráfico que ilustra una
comunicación a un detonador y una respuesta de vuelta desde el
detonador a cualquier orden de provocación de respuesta diferente a
una orden de detección de bus automática.
La figura 9 es un gráfico que ilustra una
comunicación a un detonador y una respuesta de vuelta desde el
detonador en respuesta a una orden de detección de bus
automática.
Las figuras 10a, 10b, 10c y 10d son un diagrama
de flujo que ilustra una secuencia lógica preferida para la
operación de un sistema de voladura electrónico de las figuras 1 y
2.
La figura 11 es un diagrama de flujo que ilustra
una secuencia lógica preferida para la operación de un detonador
que puede usarse en el sistema de voladura electrónico de las
figuras 1 y 2, empezando con la recepción por el detonador de una
orden de disparo.
La figura 12 es un gráfico de tensión y
corriente frente a tiempo en un condensador de disparo en un
detonador tal como el de la figura 3, que muestra un proceso de
carga regulado por tensión guía de corriente constante.
Para describir la presente invención con
referencia a los detalles de una realización preferida particular,
se indica que la presente invención puede emplearse en un sistema
electrónico que comprende una red de dispositivos esclavos, por
ejemplo, un sistema de voladura electrónico en el que los
dispositivos esclavos son detonadores electrónicos. Tal como se
representa en la figura 1, una realización de un sistema de voladura
electrónico de este tipo puede comprender varios detonadores 20, un
bus 18 de dos líneas, alambres 19 de detonador que incluyen
conectores para acoplar el detonador al bus 18, un registrador (no
mostrado) y una máquina 40 de voladura. Los detonadores 20 están
preferiblemente conectados a la máquina 40 de voladura en
disposiciones paralelas (tal como en la figura 1) u otras que
incluyen una rama (tal como con el bus 18' ramificado mostrado en
la figura 2), conexiones en árbol, estrella o múltiples conexiones
paralelas. Una realización preferida de un sistema de voladura
electrónico de este tipo se describe a continuación, aunque un
experto en la técnica apreciará fácilmente que también pueden
usarse otros sistemas o dispositivos, y pueden realizarse muchas
configuraciones, variaciones y modificaciones de incluso el sistema
particular descrito en el presente documento, sin alejarse del
espíritu y el alcance de la presente invención.
La máquina 40 de voladura y el registrador
pueden tener cada uno preferiblemente un par de terminales que
pueden recibir un alambre de cobre no aislado (bus) de un calibre
hasta, por ejemplo, 14. Los terminales del registrador también
pueden estar configurados preferiblemente para recibir alambres de
detonador de acero (insensibles a la polaridad) y el registrador
debe tener una interfaz adecuada para conectarse a la máquina 40 de
voladura. La máquina 40 de voladura y el registrador pueden operarse
preferiblemente por una persona que lleve ropa típica usada en
operaciones de explotación de minas y de voladura, por ejemplo,
guantes gruesos. La máquina 40 de voladura y el registrador pueden
ser preferiblemente dispositivos alimentados por batería de mano
portátiles que requieren introducir una contraseña para permitir la
operación y tienen pantallas iluminadas que proporcionan menús,
instrucciones, reproducción mediante teclas y mensajes (incluyendo
mensajes de error) según sea apropiado. La máquina 40 de voladura
puede tener preferiblemente una tapa articulada y controles e
indicadores que incluyen un bloqueo para la tecla de encendido, un
teclado numérico con flechas de arriba/abajo y un botón
"intro", una pantalla, un botón de armado, (una) luz (luces)
indicadora(s) y un botón de disparo.
La máquina 40 de voladura y el registrador deben
diseñarse para una operación fiable en el intervalo anticipado de
temperaturas de operación y resistencia de temperaturas de
almacenamiento anticipadas y son preferiblemente resistentes a
nitrato de amonio y explosivos de emulsión usados normalmente. La
máquina 40 de voladura y el registrador también son preferiblemente
lo suficientemente robustos para resistir el tratamiento típico en
un entorno de explotación de minas o de voladura tal como cuando se
dejan caer o se pisan y por tanto pueden tener carcasas que sean
estables, resistente al agua y a la corrosión y estar selladas
frente al entorno para operar en la mayor parte de las condiciones
meteorológicas. La máquina 40 de voladura y el registrador deben,
según sea apropiado, cumplir los requisitos aplicables del documento
CEN prCEN/TS 13763-27 (NMP 898/FABERG N 0090 D/E) E
2002-06-19 y los requisitos
gubernamentales y de la industria. En la práctica, el registrador
se diseña preferiblemente para que no pueda disparar cualquier
detonador eléctrico y electrónico conocido y la máquina 40 de
voladura para que no pueda disparar todos los detonadores eléctricos
conocidos y cualquier otro detonador electrónico conocido que no
esté diseñado para su uso con la máquina 40 de voladura. Una prueba
eléctrica inicial del sistema para detectar un dispositivo de este
tipo puede emplearse además para proporcionar una garantía adicional
de que no se disparan detonadores no previstos.
El bus 18 puede ser un par dúplex o trenzado y
debe elegirse para tener una resistencia previamente seleccionada
(por ejemplo, en la realización descrita en este caso,
preferiblemente de 30 a 75 \Omega por conductor único. El extremo
del bus 18 no debe derivarse, aunque su aislamiento de alambre debe
ser lo suficientemente robusto como para garantizar la minimización
de fugas hacia la tierra, una capacitancia parásita y una
inductancia parásita (por ejemplo, en la realización descrita en
este caso, preferiblemente una fuga inferior a 100 mA para todo el
bus, una capacitancia parásita entre conductores de 50 pF/m y una
inductancia parásita entre conductores de 1 \muH/m) bajo todas las
condiciones de campo que se produzcan.
Los alambres 19 de detonador y los contactos
deben elegirse de modo que tengan una resistencia previamente
seleccionada medida desde el terminal de detonador al conector
detonador-a-bus (por ejemplo, en la
realización descrita en este caso, de 50 a 10 \Omega por único
conductor más 25 m\Omega por contacto de conector). Se reconocerá
que el conector detonador-a-bus
particular que se usa puede limitar la elección del alambre de bus.
Desde un punto de vista funcional, los detonadores 20 pueden
acoplarse en cualquier punto en el bus 18, aunque evidentemente
deben estar a una distancia segura con respecto a la máquina 40 de
voladura.
Tal como se muestra en la figura 3, un detonador
20 adecuado para su uso en un sistema de voladura electrónico tal
como el descrito en este caso puede comprender un módulo 23 de
encendido electrónico (EIM), una carcasa 29, una carga 36 (que
comprende preferiblemente una carga principal y una carga base),
alambres 19 de detonador y una conexión 34 de extremo que puede ser
rizo en el extremo abierto de la carcasa 29. El EIM 23 es
preferiblemente programable e incluye un dispositivo 28 de
encendido y una placa de circuitos a la que pueden conectarse
diversos componentes electrónicos. En la realización descrita en
este caso, el dispositivo 28 de encendido es preferiblemente un
dispositivo herméticamente sellado que incluye un sellado de
vidrio-a-metal y un alambre 27 de
puente diseñado para encender de manera fiable una carga contenida
dentro del dispositivo 28 de encendido tras el paso a través del
alambre 27 de puente de electricidad a través de clavijas 21 a un
nivel de tensión "disparo total" predeterminado. El EIM 23
(incluyendo su sistema electrónico y parte de o todos sus
dispositivos 28 de encendido) puede insertarse preferiblemente por
moldeo en una encapsulación 31 para formar un único conjunto con
terminales para el acoplamiento de los alambres 19 de detonador. La
solicitud de patente estadounidense pendiente de tramitación
conjunta del cesionario con n.º de serie 10/158,317 (en las páginas
5-8 y las figuras 1-5) y el n.º de
serie 10/158,318 (en las páginas 3-8 y las figuras
1-6), ambas presentadas el 29 de mayo de 2002, se
incorporan por el presente documento mediante referencia para sus
enseñanzas aplicables de la construcción de detonadores de este tipo
bajo la descripción que se expone en el presente documento. Tal
como se enseña en esas solicitudes, un EIM 23 en general como el
representado en la figura 3 puede fabricarse y manejarse de forma
independiente, para su incorporación posterior por parte de un
usuario en el conjunto de detonador adaptado del propio usuario
(incluyendo una carcasa 29 y una carga 36).
La placa de circuitos del EIM 23 es
preferiblemente un microcontrolador o dispositivo lógico programable
o de forma más preferible un chip 30 de circuito integrado de
aplicación específica (ASIC), un condensador 24 de filtrado, un
condensador 25 de almacenamiento preferiblemente, por ejemplo, de
3,3 a 10 \muF (para contener una carga y alimentar el EIM 23
cuando el detonador 20 responde de vuelta a un dispositivo maestro
tal como se analiza más abajo), un condensador 26 de disparo
(preferiblemente, por ejemplo, de 47 a 374 \muF) (para contener
una reserva de energía que se usa para disparar el detonador 20),
componentes electrónicos adicionales y almohadillas 22 de contacto
para conectarse a los alambres 19 de detonador y el dispositivo 28
de encendido. Un conector 32 de tierra de carcasa que sobresale a
través de la encapsulación 31 para entrar en contacto con la
carcasa 29 y conectado, por ejemplo, a una clavija con cubierta
metálica en el ASIC 30 (que se describe a continuación), que se
conecta al sistema de circuitos dentro del ASIC 30 (por ejemplo, una
resistencia controlada por silicio integrado o un diodo) que puede
proporcionar una protección frente a una descarga electroestática y
radiación electromagnética y de radiofrecuencia que de otro modo
podría causar daño y/u operar de manera incorrecta.
Con referencia a la figura 4, se muestra un
diseño esquemático electrónico preferido de un detonador 20 tal
como el de la figura 3. El ASIC 30 es preferiblemente un chip de
señal mixta con dimensiones de 3 a 6 mm. Las clavijas 1 y 2 del
ASIC 30 representado son entradas a los alambres 19 de detonador y
por tanto el bus 18, la clavija 3 es para la conexión al conector
32 de tierra de carcasa y por tanto la carcasa 29, la clavija 6
está conectada al condensador 26 de disparo y el alambre 27 de
puente, la clavija 7 está conectada al condensador 24 de filtrado,
la clavija 10 está conectada al alambre 27 de puente, la clavija 13
está conectada a tierra y la clavija 14 está conectada al
condensador 25 de almacenamiento.
Haciendo referencia específicamente ahora a la
figura 5, el ASIC 30 puede estar compuesto preferiblemente por los
siguientes módulos: corrección de polaridad, interfaz de
comunicaciones, EEPROM, núcleo lógico digital, generador de
referencia, control de condensador de puente, detectores de nivel y
alambre de puente FET. Tal como se muestra, el módulo de corrección
de polaridad puede emplear diodos rectificadores insensibles a la
polaridad para transformar la tensión entrante (independientemente
de su polaridad) en una tensión con puesta a tierra común al resto
del sistema de circuitos del ASIC 30. La interfaz de comunicación
preferiblemente conmuta de manera descendente las tensiones
recibidas desde la máquina 40 de voladura de modo que son
compatibles con el núcleo digital del ASIC 30 y también conmuta y
transmite la corriente de intercomunicación (descrita a
continuación) al puente rectificador (y las líneas de bus de
sistema) basándose en la salida desde el núcleo digital. El módulo
EEPROM almacena preferiblemente la identificación en serie única, el
tiempo de retardo, registros de orificio y diversos valores de
compensación analógicos del ASIC 30. El núcleo lógico digital
contiene preferiblemente la máquina de estados, que procesa los
datos entrantes desde la máquina 40 de voladura e intercomunicación
saliente a través de la interfaz de comunicación. Los generadores de
referencia proporcionan preferiblemente las tensiones reguladas
para energizar el núcleo digital y el oscilador (por ejemplo, 3,3 V)
y también las partes analógicas para cargar el condensador 26 de
disparo y descargar el MOSFET de disparo. El control de condensador
de puente contiene preferiblemente un generador de corriente
constante para cargar el condensador 26 de disparo y también un
MOSFET para descargar el condensador 26 de disparo cuando se desee.
Los detectores de nivel están preferiblemente conectados al
condensador 26 de disparo para determinar, basándose en su tensión,
si está en un estado cargado o descargado. Finalmente, el MOSFET de
alambre de puente permite preferiblemente el paso de carga o
corriente desde el condensador 26 de disparo a través del alambre 27
de puente tras la actuación poniendo a tierra.
\vskip1.000000\baselineskip
La comunicación de datos en un sistema tal como
se muestra en las figuras 1 y 2 puede consistir preferiblemente en
un protocolo en serie independiente de polaridad de bus de 2
alambres entre los detonadores 20 y un registrador o máquina 40 de
voladura. Las comunicaciones desde la máquina 40 de voladura pueden
realizarse o bien en un modo individual (dirigidas sólo a un
detonador 20 particular) o en modo de difusión en el que todos los
detonadores 20 recibirán la misma orden (normalmente órdenes de
carga y disparo). El protocolo de comunicación es preferiblemente
en serie, contiene comprobación de error cíclico de redundancia
(CRC) y bits de sincronización para una precisión de temporización
entre los detonadores 20. También hay una orden para detección
automática de los detonadores 20 en el bus 18 que de otro modo no
habían entrado en la máquina 40 de voladura.
Cuando la máquina 40 de voladura y los
detonadores 20 están conectados, la tensión de estado inactivo del
sistema se ajusta preferiblemente a V_{B,H}. Los detonadores 20
esclavos obtienen entonces preferiblemente su energía desde el bus
18 durante el estado en alto, que energiza sus condensadores 25 de
almacenamiento. Las comunicaciones desde la máquina 40 de voladura
o el registrador a los ASIC 30 se basa en la modulación de tensión
pulsada a la tasa en baudios apropiada, que descifran los ASIC 30 en
los paquetes de datos asociados.
Tal como se muestra en las figuras 6a y 6b,
pueden usarse diferentes tensiones V_{L,L} y V_{L,H} de
operación por el registrador frente a las de la máquina 40 de
voladura, V_{B,L} y V_{B,H}. En la realización descrita en este
caso, valores adecuados para V_{L,L} y V_{L,H} son de 1 a 3 V y
de 5,5 a 14 V, respectivamente, mientras que valores adecuados para
V_{B,L} y V_{B,H} son de 0 a 15 V y 28 V o superior,
respectivamente. Además, un detonador 20 en un sistema de este tipo
puede utilizar preferiblemente esta diferencia para detectar si
está conectado a la máquina 40 de voladura o el registrador (es
decir, si está en el modo de registrador o de voladura), tal como
pasando al modo de registrador cuando la tensión es inferior a un
valor determinado (por ejemplo, 15 V) y el modo de voladura cuando
está por encima de otro valor (por ejemplo, 17 V). Esta
diferenciación permite al ASIC 30 del detonador 20 encender
preferiblemente, cuando está en el modo de registrador, un MOSFET
para descargar el condensador 26 de disparo y/o deshabilitar su
lógica de carga y/o disparo. La diferenciación por el detonador 20
también se simplifica de manera ventajosa si no hay ningún
solapamiento entre los rangos alto/bajo de la máquina 40 de
voladura y el registrador, tal como se muestra en las figuras 6a y
6b. (Cada una de estas figuras representa valores nominales para
alto y bajo, aunque es además preferible que los valores aceptables
máximos y mínimos para los altos y bajos tampoco permitan un
solapamiento).
Por otro lado, en lugar de una modulación de
tensión, la comunicación desde los ASIC 30 a la máquina 40 de
voladura o el registrador se basa en modulación de corriente
("intercomunicación de corriente"), tal como se muestra en las
figuras 7a y 7b. Con la modulación de corriente, los ASIC 30
conmutan la cantidad de corriente al registrador (entre I_{L,L},
preferiblemente 0 mA, e I_{L,H}, preferiblemente un valor que
asciende al menos a 0,1 mA aunque sustancialmente inferior a
I_{B,H}) o la máquina 40 de voladura (entre I_{B,L},
preferiblemente 0 mA, e I_{B,H}, preferiblemente un valor que
asciende al menos a 5 mA aunque no tan alto como para sobrecargar
posiblemente el sistema cuando responden múltiples detonadores 20),
que a continuación detecta y descifra estos paquetes de impulsos de
corriente en los datos asociados enviados. Esta intercomunicación
de corriente desde los detonadores de vuelta al maestro puede
realizarse cuando la tensión del bus 18 es alta o baja, aunque, si
se realiza cuando el bus 18 es alto, los ASIC 30 rellenan
continuamente los condensadores 25 de almacenamiento, provocando un
consumo de corriente de fondo alto (especialmente cuando muchos
detonadores 20 están conectados al bus 18). Cuando el bus 18 se
mantiene preferiblemente bajo, sin embargo, los diodos de puente
rectificador presentan una polarización inversa y los ASIC 30
consumen corriente de operación desde los condensadores 25 de
almacenamiento en lugar del bus 18, para mejorar la relación señal a
ruido de la corriente de intercomunicación detectada en la máquina
40 de voladura o registrador. Por tanto, la intercomunicación de
corriente se conduce preferiblemente cuando el bus 18 se mantiene
bajo. La interrupción de corriente por los ASIC 30 puede
conseguirse de manera adecuada mediante diversos procedimientos
conocidos tales como modulación de la tensión en una resistencia de
detección, un bucle de realimentación de corriente en un
amplificador operacional o incorporando sumideros de corriente
constante, por ejemplo un espejo de corriente.
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En comunicaciones a y desde los dispositivos
maestros y los dispositivos esclavos, la interfaz de comunicación
de datos en serie puede comprender preferiblemente un paquete que
consiste en un número variable o, de manera más preferible, fijo
(preferiblemente de 10 a 20) de "bytes" o "palabras"
teniendo cada uno preferiblemente una longitud de, por ejemplo,
doce bits, enviándose preferiblemente primero el bit más
significativo. Dependiendo de la aplicación, podrían usarse de
manera alterna otras palabras de tamaño adecuado, y/o podría usarse
un número diferente de palabras dentro del paquete. También podría
emplearse de manera alterna una estructura de paquete diferente
para comunicaciones desde el dispositivo maestro en comparación con
las de comunicaciones desde los dispositivos esclavos.
La primera palabra del paquete de la realización
descrita en este caso es preferiblemente una palabra de
sincronización inicial y puede estar estructurada de modo que sus
tres primeros bits sean cero de modo que se recibe de manera eficaz
como una palabra de nueve bits (por ejemplo, 101010101, o cualquier
otra disposición adecuada).
Además de contener diversos datos tal como se
describe a continuación, las palabras subsiguientes también pueden
contener cada una preferiblemente varios bits, por ejemplo, cuatro
bits al inicio o final de cada palabra, que se proporcionan para
permitir una resincronización de flujo medio (que da como resultado
una palabra estructurada como 0101_D7:D0 o D7:D0_0101 y que tiene
por tanto ocho bits que pueden usarse para transportar datos, o
"bits de datos"). Esquemas preferidos de sincronización y
resincronización inicial se describen además bajo el título
correspondiente a continuación.
Otra palabra del paquete puede usarse para
comunicar órdenes, tal como se describe bajo el título
correspondiente a continuación.
Preferiblemente se usan de cinco a ocho bytes
adicionales del paquete para la identificación en serie (ID en
serie) para identificar de manera unívoca (tal como se desea) cada
detonador en un sistema. Los bits de datos de los datos de ID en
serie pueden consistir preferiblemente al menos en parte de datos
tales como el número de revisión, el número de lote y el número de
oblea, por motivos de trazabilidad. En órdenes de difusión desde el
dispositivo maestro, estas palabras no tienen que contener un ID en
serie para un detonador particular y por tanto pueden consistir en
valores arbitrarios, o en valores simulados que podrían usarse por
algún otro fin.
Palabras adicionales del paquete se usan
preferiblemente para transportar información de tiempo de retardo
(registro) (y comprenden suficientes bits de datos para especificar
un intervalo adecuado de tiempo de retardo, por ejemplo, en el
contexto de un sistema de voladura electrónico, un retardo máximo de
la orden de, por ejemplo, un minuto) en aumentos adecuados, por
ejemplo, 1 ms en el contexto de un sistema de voladura electrónico.
(Un ajuste de cero se considera preferiblemente un error por
defecto).
En la realización descrita en este caso, se usan
preferiblemente una o más palabras adicionales del paquete para
grabar información, que pueden usarse para definir identificaciones
de orificio de voladura (ID de orificio), comprendiendo con estas
palabras suficientes bits de datos para alojar el número máximo
deseado de ID de orificio.
Una o más palabras adicionales del paquete se
usan preferiblemente para una comprobación de redundancia cíclica
(por ejemplo, usando un algoritmo CRC-8 basado en el
polinomio, x^{8} + x^{2} + x + 1), o inferior preferiblemente,
una comprobación de paridad o una comprobación de corrección de
errores, por ejemplo, usando un código de Hamming. Preferiblemente,
no se usan ni la palabra de sincronización inicial ni los bits de
sincronización en el cálculo de CRC para o bien la transmisión o la
recepción.
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En la realización y aplicación descritas en este
caso, un intervalo preferido de posibles tasas de comunicación
puede ser de 300 a 9600 baudios. En un paquete enviado por el
dispositivo maestro, se usa la palabra de sincronización inicial
para determinar la velocidad a la que el dispositivo esclavo recibe
y procesa la siguiente palabra en el paquete desde el dispositivo
maestro; de manera similar, en un paquete enviado por el dispositivo
esclavo, se usa la palabra de sincronización inicial para
determinar la velocidad a la que el dispositivo maestro recibe y
procesa la siguiente palabra desde el dispositivo esclavo. Algunos
de los primeros bits (suficientes para obtener una sincronización
relativamente precisa), aunque no todos, de esta palabra de
sincronización inicial se muestrean preferiblemente con el fin de
permitir tiempo para procesar y determinar la tasa de comunicación
antes de recibir la palabra siguiente. La sincronización puede
efectuarse por ejemplo mediante el uso de un contador/temporizador
que monitoriza transiciones en el nivel de tensión, de bajo a alto o
de alto a bajo, y preferiblemente se realiza un promedio de las
tasas de los bits muestreados. A lo largo de la transmisión de las
palabras siguientes del paquete, es decir, el "flujo medio", la
resincronización se conduce a continuación preferiblemente por el
dispositivo de recepción suponiendo que partes de sincronización
(por ejemplo, de 4 bits) se proporcionan en (preferiblemente cada
una de) esas palabras siguientes. De este modo, puede garantizarse
que la sincronización no se pierde durante la transferencia de un
paquete.
Si se solicita, un dispositivo esclavo responde
de vuelta, tras la transmisión de un paquete desde el dispositivo
maestro, a la última tasa muestreada de ese paquete, que es
preferiblemente la de la última palabra del paquete. (Esta tasa
puede considerarse como la tasa de la palabra de sincronización
inicial como sesgada durante la transmisión del paquete, en una
máquina de voladura electrónica, tal sesgado es generalmente más
pronunciado durante la comunicación desde el detonador al
registrador). Con referencia a las figuras 8 y 9, se muestra la
comunicación desde un dispositivo maestro a uno esclavo y una
respuesta sincronizada de vuelta desde el dispositivo esclavo.
Tal como se representa en la figura 8, el
dispositivo puede configurarse y programarse preferiblemente para
iniciar una respuesta de vuelta a órdenes dirigidas individualmente
no posteriores a un periodo predeterminado (tras el borde posterior
de extremo de la transferencia de entrada en serie) que comprende el
tiempo requerido para completar la transferencia de entrada, la
configuración de interfaz en serie para una respuesta de vuelta, y
la parte inicial de la palabra de sincronización (por ejemplo,
000101010101). Preferiblemente, el bus 18 debería ponerse (y
mantenerse) en bajo dentro del retardo de captura y
procesamiento.
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Los bits de datos de la palabra de orden desde
el dispositivo maestro (por ejemplo, la máquina de voladura o
registrador) en el paquete de comunicación en serie pueden
organizarse preferiblemente de modo que se usa un bit para indicar
(por ejemplo, ajustándose en alto) que el dispositivo maestro está
comunicando, otro se usa para indicar si pide una lectura o una
escritura, otro indica si la orden es una orden de difusión o una
única orden de dispositivo, y se usan otros bits para transportar la
orden particular. De manera similar, los bits de datos de la
palabra de orden desde el dispositivo esclavo (por ejemplo, el
detonador) pueden organizarse preferiblemente de modo que se usa un
bit para indicar que el dispositivo está respondiendo (por ejemplo,
ajustándose en alto), otro indica si se ha producido un error de
CRC, otro indica si se ha producido un error de dispositivo (por
ejemplo, verificación de carga), y otros bits se usan de forma
discreta para transportar "banderas de estatus".
Los bits de datos de bandera desde dispositivos
pueden usarse para indicar el estado actual del dispositivo y se
incluyen preferiblemente en todas las respuestas de dispositivo.
Estas banderas pueden disponerse, por ejemplo, de modo que una
bandera indica si se ha detectado o no el dispositivo en el bus,
otra indica si se ha calibrado, otra indica si está cargándose
actualmente y otra indica si ha recibido una orden de disparo. Un
valor de bandera de 1 (alto) puede significar entonces una respuesta
afirmativa y 0 (bajo) negativa.
Un conjunto preferido de órdenes útiles de
máquina de voladura/registrador fundamentales pueden incluir:
verificación mediante lectura de detonador desconocido (de ajustes
de dispositivo); continuidad de comprobación única (de alambre de
puente de detonador); retardo de programa/trabajo; detección de bus
automática (detectar dispositivos no identificados); verificación
mediante lectura de detonador conocido; continuidad de comprobación
(de los alambres de puente del detonador); carga (de los
condensadores de disparo); verificación de carga; calibración (de
los relojes internos del ASIC); verificación de calibración; disparo
(inicia secuencias llevando a disparar los detonadores); descarga;
verificación de descarga; y, única descarga. Tal como se explicará
además a continuación, algunas de estas órdenes son órdenes "de
difusión" (enviadas con cualquier identificación en serie
arbitraria y su código de CRC apropiado concomitante) que sólo
provocan una respuesta desde cualquier detonador que no se ha
identificado previamente o en el que se ha producido un error,
mientras que otras van dirigidas a un detonador específico
identificado mediante su ID en serie. Las figuras
10a-d muestran un diagrama de flujo de una
secuencia lógica preferida de cómo pueden usarse tales órdenes en la
operación de un sistema de voladura electrónico, y detalles
específicos de la realización preferida descrita en este caso se
exponen para cada orden individual bajo los títulos de
operación.
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En uso, los detonadores 20 se conectan
preferiblemente en primer lugar cada uno individualmente a un
registrador, que preferiblemente lee el ID en serie del detonador,
realiza diagnósticos y correlaciona el número de orificio con el ID
en serie del detonador. En este punto, el operador puede programar
entonces el tiempo de retardo del detonador si aún no se ha
programado. Una vez que un detonador 20 se conecta al registrador,
el operador energiza el registrador y ordena la lectura del ID en
serie, la realización de diagnósticos, y, si se desea, la escritura
de un tiempo de retardo. A medida que se lee el ID en serie, el
registrador puede asignar un número de orificio secuencial y
retiene un registro del número de orificio, el ID en serie y el
tiempo de retardo.
La secuencia anterior puede conseguirse de
manera favorable usando la verificación mediante lectura de
detonador desconocido anteriormente mencionada y órdenes de
continuidad de comprobación única y posiblemente la orden de
retardo de programa/trabajo. Detalles preferidos de estas órdenes se
exponen a continuación.
Mediante esta orden, la máquina 40 de voladura o
el registrador pide una verificación mediante lectura del ID en
serie, el tiempo de retardo, la información de trabajo, y banderas
de estatus (en particular incluyendo su estatus de carga) de un
detonador 20 desconocido único. La bandera de detección de bus no se
ajusta mediante esta orden. (Como una alternativa a esta orden, el
registrador podría en su lugar realizar una versión de las órdenes
de detección de bus automática y verificación mediante lectura de
detonador conocido descritas a continuación).
Mediante esta orden, el registrador pide una
comprobación de continuidad de un detonador 20 único del que se
conoce el ID en serie. El registrador puede emitir (preferiblemente)
esta orden antes de la programación (o reprogramación) de un tiempo
de retardo para el detonador 20 particular. En respuesta a esta
orden, el ASIC 30 del detonador 20 hace que se lleve a cabo una
comprobación de continuidad en el alambre 27 de puente. La
comprobación de continuidad puede conseguirse de manera favorable,
por ejemplo, al provocar el ASIC 30 (a su tensión de operación) una
corriente constante (por ejemplo, aproximadamente 27 \muA con un
alambre 27 de puente nominal de 1,8 \Omega en la realización
descrita en este caso) que va a hacerse pasar a través del alambre
27 de puente a través de, por ejemplo, un interruptor MOSFET y medir
la tensión resultante a lo largo del alambre 27 de puente, por
ejemplo, con un elemento A/D. La resistencia global del alambre 27
de puente puede calcularse entonces a partir de la caída óhmica a
lo largo del alambre 27 de puente y la corriente constante usada.
Si la resistencia calculada está por encima de un intervalo de
valores umbral (por ejemplo, en la realización descrita en este
caso, un intervalo de 30 a 60 k\Omega), el alambre 27 de puente se
considera abierto, es decir, no continuo. Si se detecta un error de
este tipo, entonces el detonador 20 responde de vuelta con un
código de error correspondiente (es decir, fallo de comprobación de
continuidad tal como se indica mediante el bit de datos respectivo
de la palabra de orden).
Mediante esta orden, si el detonador 20 aún no
se ha programado con un tiempo de retardo o si se desea un nuevo
tiempo de retardo, el operador puede programar el detonador 20 en
consecuencia. A través de esta orden, la máquina 40 de voladura o
el registrador pide una escritura de la información de retardo y de
trabajo para un único detonador 20 del que se conoce el ID en
serie. Esta orden también ajusta preferiblemente la bandera de
detección de bus (transportada mediante el bit de datos respectivo
de la palabra de orden) en alto.
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Después de que algunos o todos los detonadores
20 puedan haberse procesado así mediante el registrador, se
conectan al bus 18. Varios detonadores 20 pueden conectarse
dependiendo de las especificaciones del sistema (por ejemplo, hasta
mil o más en la realización particular descrita en este caso). El
operador energiza entonces la máquina 40 de voladura, que inicia
una comprobación para la presencia de detonadores incompatibles y
fuga, y preferiblemente puede que se le pida que introduzca una
contraseña para continuar. El registrador se conecta entonces a la
máquina 40 de voladura y una orden emitida para transferir la
información registrada (es decir, número de orificio, ID en serie,
y tiempo de retardo para todos los detonadores registrados), y la
máquina 40 de voladura proporciona una confirmación cuando se ha
recibido esta información. (Aunque se usa en la realización
preferida, no tiene que usarse un registrador por separado para
registrar los detonadores 20, y podría configurarse un sistema en
el que la máquina 40 de voladura registra los detonadores 20, por
ejemplo, usando una orden de detección de bus automática o se usan
otros medios para transportar la información pertinente a la máquina
40 de voladura y/o llevar a cabo cualquier otra función que se
asocia normalmente con un registrador tal como las funciones
descritas anteriormente).
La máquina 40 de voladura puede programarse
preferiblemente para exigir entonces al operador que lleve a cabo
una comprobación de diagnóstico de sistema antes de proceder a armar
los detonadores 20, o realizar una comprobación de este tipo
automáticamente. Esta orden hace que la máquina 40 de voladura
compruebe y realice diagnósticos en cada uno de los detonadores 20
esperados, y notifica cualquier error, que debe resolverse antes de
que pueda producirse un disparo. La máquina 40 de voladura y/o los
ASIC 30 también se programan preferiblemente de modo que el
operador también puede programar o cambiar el retardo para
detonadores 20 específicos tal como se desea.
La máquina 40 de voladura y/o los ASIC 30 se
programan preferiblemente para permitir al operador armar los
detonadores 20, es decir, emitir la orden de carga (y los ASIC 30
para recibir esta orden) una vez que no haya errores, lo que
provoca la carga del condensador 26 de disparo. De manera similar,
la máquina 40 de voladura y/o los ASIC 30 se programan
preferiblemente para permitir al operador emitir la orden de disparo
(y los ASIC 30 para recibir esta orden) una vez que se hayan
cargado y calibrado los condensadores 26 de disparo. La máquina 40
de voladura y/o los ASIC 30 también se programan preferiblemente de
modo que, si la orden de disparo no se emite dentro de un periodo
establecido (por ejemplo, 100 s), los condensadores 26 de disparo se
descargan y el operador debe iniciar la secuencia si se desea
realizar un disparo.
La máquina 40 de voladura también se programa
preferiblemente de modo que, tras el armado, una(s) luz
(luces) indicadora(s) de armado se ilumina(n) (por
ejemplo, en rojo), y a continuación, tras una carga con éxito de
los detonadores 20, esa luz preferiblemente cambia de color (por
ejemplo, a verde) u otra se ilumina para indicar que el sistema
está listo para disparar. La máquina 40 de voladura también se
programa preferiblemente de modo que el usuario debe apretar juntos
botones de armado y disparo separados hasta el disparo o si no se
descargan los condensadores 26 de disparo y el operador debe
reiniciar la secuencia para realizar el disparo.
La secuencia anterior puede conseguirse de
manera favorable con otras órdenes indicadas anteriormente, de las
que se analizan a continuación detalles preferidos.
Esta orden permite a la máquina 40 de voladura
detectar cualquier detonador 20 desconocido (es decir, no
registrado) que esté conectado al bus 18, haciendo que tales
detonadores respondan con su ID en serie, datos de retardo, datos
de trabajo, y ajustes de bandera de estatus actual. La máquina 40 de
voladura y el ASIC 30 están configurados y programados de modo que
esta orden se usa como sigue:
- 1.
- La máquina 40 de voladura difunde el paquete de orden de detección de bus automática en el bus 18. Todos los detonadores 20 que reciben la orden que no se han detectado previamente en el bus 18 (tal como se indica mediante su ajustes de bandera de estatus de detección de bus respectivos) calculan un valor "de reloj" que está correlacionado con sus ID en serie y/o información de tiempo de retardo, y entonces entran en un estado de espera. El valor de reloj correlacionado puede calcularse, por ejemplo, a partir de un número de 11 bits derivado de CRC-8 del ID en serie combinado y bits de datos seleccionados (por ejemplo, 8 bits) de la palabra de registro de retardo del paquete de orden de detección de bus automática, de modo que se consigue un tiempo adecuado entre cada posible valor de reloj para la iniciación de una respuesta (incluyendo cualquier retardo tal como se describe a continuación) desde un detonador 20 correspondiente.
- 2.
- La máquina 40 de voladura empieza entonces a emitir una secuencia "de reloj" en el bus 18 que continúa (excepto cuando se detiene o aborta tal como se describe a continuación) hasta que alcanza un número que está correlacionado con el ID en serie del detonador más alto posible en el sistema (por ejemplo, usando el número de 11 bits descrito anteriormente, puede haber 2.048 posibles valores de reloj). Debe dejarse tiempo entre el final del paquete de orden de detección de bus automática y la emisión de un reloj que está correlacionado con el primer ID en serie posible, para permitir el cálculo mediante los ASIC 30 de los valores de reloj que están correlacionados con sus ID en serie. Esto puede conseguirse incluyendo un tiempo de espera (por ejemplo, 10 \mus en la realización descrita en este caso) entre el final del paquete de orden de detección y el borde de entrada de la primera transición del reloj. Para permitir una intercomunicación de corriente (tal como se describe en otro punto en el presente documento), el bus 18 se mantiene preferiblemente en bajo durante este tiempo, aunque de manera alternativa puede mantenerse en alto.
- 3.
- Cuando se alcanza el valor de reloj para un detonador 20 no registrado particular, responde el ASIC 30 de ese detonador 20. En la realización descrita en este caso, se deja tiempo (durante el que el bus 18 se mantiene en alto o en bajo, preferiblemente en bajo) para la iniciación de una respuesta que se retarda por un periodo predeterminado tal como se muestra en la figura 9. El sistema puede configurarse preferiblemente de modo que, si el bus 18 no se pone en bajo antes de un periodo de espera predeterminado (por ejemplo, 4,096 ms), el proceso de detección se abortará.
- 4.
- Tras detectar una respuesta desde uno o más detonadores 20, la máquina 40 de voladura detiene la secuencia de reloj y mantiene el bus (preferiblemente en bajo) hasta que se recibe el paquete de respuesta completo, punto en que se reanuda la secuencia de reloj. De manera alternativa, podría permitirse un tiempo adecuado para la transmisión de un paquete completo entre el recuento de cada valor de reloj que está correlacionado con un posible ID en serie, sin embargo, esto sería más lento. La máquina 40 de voladura registra al menos el ID en serie (y opcionalmente también los ajustes de dispositivo) de cualquier detonador 20 de respuesta. Si más de un ASIC 30 empieza a responder simultáneamente, la máquina 40 de voladura preferiblemente ignora tales respuestas y preferiblemente reanuda la secuencia de reloj tal como lo haría de otro modo.
- 5.
- El proceso que empieza con el paquete de detección de bus automática se repite entonces usando un tiempo de retardo diferente o un ID en serie simulado diferente hasta que no responda ningún detonador 20 no registrado (es decir, hasta que se cuente una secuencia de reloj completa sin que responda ningún dispositivo), punto en que se considera que están identificados todos los detonadores 20 conectados al bus 18.
- 6.
- Cuando la secuencia de detección de bus automática está completa, la máquina 40 de voladura envía entonces (en cualquier orden deseado tal como mediante el ID en serie) la orden de verificación mediante lectura de detonador conocido (que se describe inmediatamente a continuación) a cada detonador 20 conocido individual, es decir, a todos los que respondieron a la orden de detección de bus automática, así como todos los que inicialmente estaban identificados ante la máquina 40 de voladura mediante el registrador.
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Mediante esta orden, la máquina 40 de voladura o
el registrador pide una verificación mediante lectura de un
detonador 20 único del que se conoce el ID en serie. En respuesta a
esta orden, el detonador 20 proporciona su ID en serie, tiempo de
retardo, información de trabajo, y banderas de estatus (notablemente
incluyendo su estatus de carga). Esta orden preferiblemente ajusta
la bandera de detección de bus en alto de modo que el dispositivo
ya no responde a una orden de detección de bus automática.
El sistema debe configurarse de modo que se
requiera emitir esta orden antes de que pueda emitirse la orden de
carga (que se describe inmediatamente a continuación). Mediante esta
orden, la máquina 40 de voladura difunde una petición a todos los
detonadores 20 conectados al bus 18 para realizar una comprobación
de continuidad. En respuesta, cada ASIC 30 en los detonadores 20
realiza una comprobación de continuidad sobre el alambre 27 de
puente tal como se describió anteriormente con respecto a la orden
de continuidad de comprobación única enviada a un detonador 20
específico.
Mediante esta orden, la máquina 40 de voladura
pide una carga de todos los detonadores 20 conectados al bus 18.
Tras cargar cada detonador 20, su bandera de estatus de carga se
ajusta en alto. Los detonadores 20 responden de vuelta a la máquina
40 de voladura sólo si se ha producido un error (por ejemplo, un
error de CRC, la bandera de detección de bus no está en alto, o -
si se escalona se usa la carga como se describe posteriormente - el
registro de trabajo se ajusta a cero), en cuyo caso la respuesta
incluye el código de error correspondiente.
Si se conecta un gran número de detonadores 20
al bus 18, la carga puede preferiblemente escalonarse de modo que
los detonadores 20 se cargan cada uno en diferentes momentos tal
como mediante las siguientes etapas:
- 1.
- La máquina 40 de voladura difunde la orden de carga en el bus 18.
- 2.
- La máquina 40 de voladura entonces comienza a emitir una secuencia de reloj a una frecuencia temporal seleccionada en el bus 18, secuencia que continúa hasta un determinado número máximo correspondiente al número máximo del registro de trabajo, por ejemplo, 4.096.
- 3.
- Cuando el número de relojes alcanza un número programado en el registro de trabajo de un detonador 20 particular, ese detonador 20 se carga. Los detonadores 20 pueden tener valores de trabajo únicos o pueden agruparse por número de trabajo en bancos (de por ejemplo, 2 a 100) que por tanto se cargan de manera concurrente. La frecuencia de reloj debe temporizarse y los valores de trabajo de detonador ajustados de manera secuencial de modo que se garantiza que se consigue un tiempo de carga mínimo deseado individual (es decir, sin solapamiento) para cada detonador 20 o banco de detonadores 20, que puede realizarse de varias maneras (por ejemplo, usando números de trabajo de 1, 2, 3 ... a una frecuencia de reloj dada tiene el mismo efecto que los números de trabajo de 2, 4, 6 ... a una frecuencia de reloj que es el doble de rápida). Cuando se recibe el reloj correspondiente al detonador 20, el ASIC 30 comienza a cargar el condensador 26 de disparo (véase, por ejemplo, la figura 5) hasta que la tensión de condensador alcanza un umbral cargado predefinido, punto en el que entonces se mantiene la carga superior del condensador 26 de disparo.
\newpage
- 4.
- Si el umbral de tensión de condensador no se consigue dentro una ventana deseada especificada (por ejemplo, en la presente realización, entre 1,048 s y 8,39 s después de que el ASIC 30 comience a cargar el condensador 26 de disparo), entonces el ASIC 30 excede el tiempo de espera y ajusta la bandera de estatus de carga en bajo (aunque no es necesario programarlo para enviar una respuesta que comunica el error en este momento, suponiendo que se use la orden de verificación de carga que se describe posteriormente).
- 5.
- El proceso de carga finaliza cuando el bus 18 se mantiene en bajo durante más de un periodo de espera predeterminado, por ejemplo, 4,096 ms.
\vskip1.000000\baselineskip
El tiempo mínimo requerido para cargar una red
de detonadores de manera escalonada por tanto es esencialmente
igual al tiempo de carga deseado de condensador individual (o banco)
(que a su vez depende del proceso de carga particular usado y el
tamaño del condensador 26 de disparo) multiplicado por el número de
detonadores 20 (o bancos). Por ejemplo, en la presente realización,
pueden ser deseables aproximadamente 3s por condensador con un
sistema que incluye 100 detonadores o bancos de detonadores en el
que se emplea el proceso de regulación de corriente constante que
se describe posteriormente, y da como resultado un tiempo de carga
global de 300 s. Como alternativa, el cronometrado de carga puede
controlarse sobre un amplio intervalo de valores de trabajo, por
ejemplo, cronometrando a un determinado número de impulsos (en el
que todos los detonadores con valores de trabajo hasta este número
de impulsos se cargarán), pausando el cronometrado momentáneamente
para permitir que estos detonadores se carguen adecuadamente hasta
la capacidad completa antes de emitir impulsos de reloj
adicionales, pausando y reanudando de nuevo si se desea, y así
sucesivamente.
En cuanto al dispositivo, la electricidad
suministrada a cada condensador 26 de disparo durante la carga puede
preferiblemente ser a través de un proceso de carga regulado por
tensión guía de corriente constante, como se muestra en la figura
12. En un proceso de carga de este tipo, el consumo de corriente se
mantiene constante a una cantidad relativamente baja (por ejemplo,
a 1 mA) mientras que la tensión aumenta de manera lineal con el
tiempo hasta que se alcanza una "tensión guía" (que es la
tensión de regulador, que se elige a su vez de manera adecuada con
la capacitancia del condensador 26 de disparo y la energía de
disparo del alambre 27 de puente), tras lo cual la tensión
permanece constante a la tensión guía y el consumo de corriente
disminuye por tanto rápidamente. Tal regulación de carga, que se
conoce por ejemplo en el campo de los cargadores de batería de
ordenadores portátiles, puede conseguirse mediante varios
procedimientos tales como un espejo de corriente usando dos
transistores bipolares o MOSFET, una tensión de fuente de puerta
fija en un JFET o MOSFET, o una realimentación de corriente usando
un op amp o comparador.
Mediante esta orden, la máquina 40 de voladura
difunde una petición a todos los detonadores 20 en el bus 18 para
verificar que están cargados. Si no se cargó un ASIC 30 (como se
refleja mediante un ajuste de bandera de estatus de carga en bajo
por el procedimiento de carga descrito anteriormente) o tiene un
error de CRC, inmediatamente responde de vuelta con el código de
error apropiado y otra información que incluye sus banderas de
estatus. La orden de verificación de carga también puede
proporcionar de manera efectiva una verificación de la capacitancia
apropiada del condensador 26 de disparo si se emplea un tiempo de
ventana de carga como se describió anteriormente con referencia al
proceso de carga, y sus límites se definen respectivamente para
corresponderse con el tiempo requerido (usando el proceso de carga
seleccionado) para cargar un condensador 26 de disparo con los
límites superior e inferior de capacitancia aceptable. Por ejemplo,
en la realización descrita en este caso, usando una carga limitada
por tensión guía de corriente constante (1 mA), un condensador de
47 \muF se carga nominalmente a 25V en 1,2 s, y una ventana de
desde 0,5 a 3 s corresponde a límites de capacitancia máxima/mínima
aceptables (es decir, aproximadamente de 20 a 100 \muF), o un
condensador de 374 \muF se carga nominalmente a 25V en 9,4 s, y
una ventana de desde 6,25 hasta 12,5 s corresponde a límites de
capacitancia máxima/mínima aceptables (es decir, aproximadamente de
250 a 500 \muF). Si la máquina 40 de voladura recibe un mensaje
de error en respuesta a esta orden, puede volver a difundir la orden
de carga y terminar la secuencia, o de manera alternativa podría
configurarse y programarse para permitir el diagnóstico individual y
carga individual de cualquier detonador 20 específico que responda
con errores.
Cada uno de los detonadores 20 contiene un
oscilador interno (véase la figura 5), que se usa para controlar y
medir la duración de cualquier retardo o periodo de tiempo generados
o recibidos por el detonador 20. La frecuencia de oscilador exacta
de un detonador 20 dado no se conoce y varía con la temperatura. Con
el fin de obtener temporización repetible y precisa de voladura,
esta variación debe compensarse. En la presente realización esto se
consigue pidiendo al detonador 20 que mida (en cuanto a su propia
frecuencia de oscilador) la duración de un impulso de calibración
fijo, NOM (preferiblemente, por ejemplo, de 0,5 a 5 s en una
realización tal como la descrita en este caso), que se genera
mediante la máquina 40 de voladura usando su oscilador interno como
referencia. En la presente realización, el detonador 20 entonces usa
la duración de impulso medida, CC, para calcular el retardo de
disparo en cuanto a los recuentos del oscilador usando la siguiente
fórmula: recuentos = DLY*(CC/NOM) donde DLY es el valor del registro
de retardo. (En la presente realización se supone que la
temperatura del detonador 20 se ha vuelto estable o cambia de manera
insignificante en el momento en que se realiza la voladura en
realidad).
Mediante la orden de calibración (los bytes de
dirección de los que pueden contener datos arbitrarios), la máquina
40 de voladura difunde una petición para calibrar todos los
detonadores 20 en el bus 18. Un detonador 20 responde de vuelta a
la orden de calibración sólo si se ha producido un error (por
ejemplo, un error de CRC o las banderas de detección de bus o de
estatus de cargas no están en alto), en cuyo caso la respuesta
incluye el código de error correspondiente. Si no hay ningún error,
inmediatamente después de recibirse el paquete de calibración, el
detonador 20 espera hasta que el bus 18 se pone en alto durante un
periodo establecido (por ejemplo, el mismo periodo descrito
anteriormente como NOM), en cuyo punto el ASIC 30 comienza a contar
a su frecuencia de oscilación hasta que el bus 18 se pone de nuevo
en bajo para finalizar la secuencia de calibración. El número de
recuentos contados por el ASIC 30 durante este periodo establecido
entonces se almacena en el registro de calibración de detonador (y
se usa posteriormente por el ASIC 30 para determinar los valores de
cuenta atrás) y la bandera de calibración se ajusta en alto.
Poniendo el bus 18 en bajo finaliza la secuencia de orden de
calibración, y el flanco ascendente de la siguiente transición a
alto en el bus 18 entonces se reconoce como el inicio de una nueva
orden.
Mediante esta orden, la máquina 40 de voladura
difunde una petición para verificar la calibración de todos los
detonadores 20 en el bus 18. En respuesta, cada detonador 20
comprueba que el valor en su registro de calibración está dentro de
un determinado intervalo (por ejemplo, en la realización descrita en
este caso, +/-40%) de un valor correspondiente al número ideal o
nominal de ciclos de oscilador que se produciría durante el periodo
NOM. Un detonador 20 responde de vuelta sólo si el valor de
calibración está fuera del intervalo o se ha producido otro error
(por ejemplo, un error de CRC o las banderas de estatus de
calibración, de carga, o de detección de bus no están en alto), en
cuyo caso la respuesta incluye el código de error
correspondiente.
Mediante esta orden, la máquina 40 de voladura
difunde una petición para disparar todos los detonadores 20 en el
bus 18. Un detonador 20 responde de vuelta a esta orden sólo si se
ha producido un error (por ejemplo, un error de CRC, las banderas
de estatus de calibración, de carga, o de detección de bus no están
en alto, o el registro de retardo está ajustado a cero), en cuyo
caso la respuesta incluye el código de error correspondiente. Si
no, en respuesta a esta orden, el ASIC 30 de cada detonador 20
inicia una secuencia de cuenta atrás/disparo y ajusta la bandera de
disparo en alto. La máquina 40 de voladura y el registrador y/o el
ASIC 30 pueden configurarse y programarse de manera favorable de
modo que este proceso es el siguiente (véase también la figura
11):
- 1.
- Tras recibir la orden de disparo, si hay errores de CRC o de procedimiento y el ASIC 30 todavía no ha recibido con éxito una orden de disparo, entonces el dispositivo responde de vuelta inmediatamente con el código de error apropiado. (En cuyo caso, como se muestra en la figura 10d, la máquina 40 de voladura preferiblemente responde difundiendo una orden de descarga a todos los detonadores 20; de manera alternativa, puede diseñarse para permitir el diagnóstico y la corrección individual de cualquier detonador 20 respondiendo con un error, o puede emitir órdenes de disparo adicionales como se indica en la etapa 3 posterior). Si no hay ningún error, entonces el ASIC 30 entra en una "cuenta atrás de predisparo", el tiempo de retardo para el que está programado mediante información de retardo del paquete que transporta la orden de disparo. Por ejemplo, dos bits de un byte de registro de retardo pueden corresponder a cuatro retardos de cuenta atrás de predisparo diferentes que se basan en la secuencia de calibración y desplazamiento anteriores, por ejemplo, con un valor de 1-1 corresponde a un retardo de 4,096 s, 1-0 a un retardo de 2,048 s, 0-1 a un retardo de 1,024 s, y 0-0 a un retardo de 0,512 s.
- 2.
- En cualquier momento durante la cuenta atrás de la cuenta atrás de predisparo, el detonador 20 puede recibir una descarga u orden de descarga única, u otra orden de disparo. Si la orden de disparo se envía de nuevo, entonces el ASIC 30 verifica si no hay ningún error de CRC. Si hay un error de CRC, entonces se ignora la nueva orden de disparo y la cuenta atrás de predisparo existente continúa avanzando. Si no hay ningún error de CRC, entonces el ASIC 30 reinicializa su valor de cuenta atrás de predisparo al valor determinado por el registro de retardo del nuevo paquete de orden de disparo, e inicia una nueva cuenta atrás de predisparo basándose en el nuevo valor de retardo. Dependiendo del valor de retardo de cuenta atrás de predisparo inicial, puede ser posible, y se prefiere, enviar la orden de disparo varias (en la realización descrita en este caso, tres) veces adicionales antes de la expiración de la cuenta atrás de predisparo.
- 3.
- Si no se envía ninguna orden de descarga antes de la expiración de la cuenta atrás de predisparo, el ASIC 30 comprueba que la tensión del bus 18 supera un valor umbral absoluto mínimo. Si no, entonces el detonador 20 se descarga automáticamente; si no, comienza una "cuenta atrás de disparo final" y la interfaz de comunicación del detonador 20 se deshabilita preferiblemente de modo que no puedan recibirse más órdenes. El tiempo de cuenta atrás de disparo final se determina preferiblemente basándose en la calibración descrita anteriormente y un valor de retardo programado en un registro de retardo en el ASIC 30. Al concluir la cuenta atrás de este tiempo de cuenta atrás de disparo final, el ASIC 30 hace que el condensador 26 de disparo se descargue a través del alambre 27 de puente, dando como resultado la detonación.
\vskip1.000000\baselineskip
Se ha descubierto que un sistema construido
según las especificaciones preferidas descritas en el presente
documento, con hasta mil o más detonadores 20 conectados en red a la
máquina 40 de voladura, puede proporcionar de manera fiable una
precisión de retardo de temporización de más de 80 ppm (por ejemplo,
0,8 ms con retardo de 10 s).
Mediante esta orden, la máquina 40 de voladura
difunde una petición para descargar todos los detonadores 20 en el
bus 18. Un detonador 20 responde de vuelta a esta orden sólo si se
ha producido un error de CRC en cuyo caso la respuesta incluye el
código de error correspondiente (la orden de descarga no se realiza
en este caso). Si no, en respuesta a esta orden, el ASIC 30 de cada
detonador 20 detiene cualquier cuenta atrás de disparo que pueda
estar avanzando, y hace que el condensador 26 de disparo se
descargue.
Mediante esta orden, la máquina 40 de voladura
difunde una petición para verificar la descarga de todos los
detonadores 20 en el bus 18. En respuesta, el ASIC 30 de cada
detonador 20 verifica que el condensador 26 de disparo está
descargado, respondiendo de vuelta sólo si se ha producido un error
de verificación o de CRC (por ejemplo, un error de CRC o las
banderas de estatus de calibración, de carga, o de detección de bus
no están en alto), en cuyo caso la respuesta incluye el código de
error correspondiente.
Esta orden es la misma que la orden de descarga
analizada anteriormente excepto en que requiere un ID en serie
correcto de un detonador 20 específico en el bus 18, detonador que
responde de vuelta con su ID en serie, información de retardo y
trabajo, banderas de estatus, y cualquier código de error.
Un experto en la técnica reconocerá que incluso
el sistema particular descrito en este caso está sujeto a numerosas
adiciones y modificaciones. Por ejemplo, no todas las órdenes
descritas anteriormente se requerirían necesariamente, podrían
combinarse, separarse, y si no modificarse de muchos modos, y
numerosas órdenes adicionales podrían implementarse. Como algunos
de muchos ejemplos, una orden podría implementarse para eliminar
todas las banderas de detección de bus de los detonadores 20 en el
bus 18, para permitir reinicializar el proceso de detección de bus,
una orden podría implementarse para permitir la carga individual y/o
verificación de carga de detonadores 20 seleccionados, etc. Además,
otros esquemas de sincronización (por ejemplo, usando una tercera
línea de reloj en lugar de sincronización dinámica) y/o podrían
usarse protocolos si fuera adecuado para una aplicación
particular.
Aunque la presente invención se ha descrito en
el contexto de una realización particular preferida, se entenderá
que numerosas variaciones, modificaciones, y otras aplicaciones
también están dentro del alcance de la presente invención. Por
ejemplo, un experto en la técnica apreciará que otro modo de
identificar dispositivos esclavos no identificados en el sistema
sería transmitir una orden que incluye la información de
identificación de todos los dispositivos individuales conocidos
para el dispositivo maestro, estando los dispositivos esclavos
configurados y/o programados de modo que cualquier dispositivo
esclavo cuya información de identificación no se incluyó con la
orden, se identifica ante el dispositivo maestro en respuesta a esta
orden. Además, la presente invención también puede emplearse en
numerosos sistemas maestro/esclavo diferentes de sistemas de
voladura electrónica, tales como en diversas aplicaciones militares,
aerospaciales, o automovilísticas. Por tanto, no se pretende con la
descripción detallada anterior de una realización preferida limitar
la invención en modo alguno; en su lugar la invención está limitada
sólo por las siguientes reivindicaciones.
Claims (21)
1. Un procedimiento para detectar dispositivos
esclavos no identificados en un sistema que incluye un dispositivo
maestro y una pluralidad de dispositivos esclavos, que comprende las
siguientes etapas:
- a)
- dotar a cada dispositivo esclavo en el sistema de una identificación y cargar una o más identificaciones de dispositivo esclavo en el dispositivo maestro;
- b)
- tras la etapa a), conectar al menos un dispositivo esclavo al sistema;
- c)
- tras la etapa b), emitir una orden de detección en el sistema desde el dispositivo maestro;
- d)
- emitir una secuencia de reloj en el sistema tras emitir dicha orden, comprendiendo dicha secuencia de reloj impulsos de reloj secuenciales correlacionados con posibles identificaciones de dispositivos esclavos de modo que cada impulso de reloj secuencial corresponde a una diferente multiplicidad de posibles identificaciones; y
- e)
- tras la etapa c), emitir una respuesta sólo desde cualquier dispositivo esclavo en el sistema que no se haya identificado al dispositivo maestro, incluyendo cada una de dichas respuestas la identificación del dispositivo esclavo.
2. El procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende además cargar una o más identificaciones de
dispositivo esclavo en el dispositivo maestro.
3. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que dicha respuesta incluye además otra información relativa
al dispositivo esclavo.
4. El procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende además la etapa de emitir por dicho dispositivo
maestro una petición de otra información a cualquier dispositivo
esclavo que respondió en la etapa e).
5. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que, si un dispositivo esclavo responde en la etapa e), la
etapa c) se repite hasta que ningún dispositivo esclavo responda en
la etapa e).
6. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que la etapa b) incluye la etapa de conectar una pluralidad de
dispositivos esclavos al sistema, y dichos sistema y dispositivos
esclavos están configurados y/o programados para impedir que más de
un dispositivo esclavo responda simultáneamente en la etapa e).
7. El procedimiento según la reivindicación 6,
en el que la etapa a) incluye la etapa de registrar las
identificaciones de una pluralidad de dispositivos esclavos.
8. El procedimiento según la reivindicación 7,
que comprende además la etapa de ajustar una bandera de estatus de
detección en alto en cada dispositivo esclavo cuya identificación se
ha registrado, en el que dicha bandera de estatus de detección en
alto representa que se considera que un dispositivo esclavo se ha
identificado al dispositivo maestro.
9. El procedimiento según la reivindicación 1,
que comprende además la etapa de emitir una secuencia de reloj en el
sistema tras emitir dicha orden de detección, comprendiendo dicha
secuencia de reloj impulsos de reloj secuenciales.
10. El procedimiento según la reivindicación 9,
que comprende además la etapa de contar por parte de dispositivos
esclavos dichos impulsos de reloj secuenciales.
11. El procedimiento según la reivindicación 10,
que comprende además la etapa de ajustar una bandera de estatus de
detección en alto en cualquier dispositivo esclavo que respondió en
la etapa e).
12. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que dicho sistema es un sistema de voladura electrónico, dicho
dispositivo maestro es una máquina (40) de voladura, y dicho
dispositivo esclavo es un detonador (20) electrónico.
13. El procedimiento según la reivindicación 10,
en el que dichos impulsos de reloj secuenciales están
correlacionados con posibles identificaciones de dispositivos
esclavos mediante uno o más cálculos que incluyen una comprobación
de redundancia cíclica de identificaciones de dispositivos esclavos
y parámetros enviados por el dispositivo maestro.
14. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que dicha orden de detección se emite junto con datos que
representan la identificación de todos los dispositivos esclavos
para los que se cargaron identificaciones en el dispositivo maestro
en la etapa a), y la etapa e) incluye la etapa de recibir por cada
dispositivo esclavo dicha orden comprobando dicho datos con
respecto a la identificación proporcionada a dicho dispositivo
esclavo en la etapa a).
15. Un dispositivo esclavo para su uso en un
sistema que incluye un dispositivo maestro y otros dispositivos
esclavos conectados al sistema, en el que el dispositivo maestro se
precarga con información de identificación que corresponde a al
menos un dispositivo esclavo en el sistema, teniendo dicho
dispositivo esclavo una identificación y estando configurado y/o
programado para emitir una respuesta al dispositivo maestro que
incluye una identificación del dispositivo esclavo en respuesta a
una orden de detección desde el dispositivo maestro sólo si dicho
dispositivo esclavo no se ha identificado al dispositivo maestro,
en el que dicho dispositivo esclavo está configurado y/o programado
para emitir dicha respuesta tras la emisión en el sistema de un
valor de reloj correlacionado con la identificación de dicho
dispositivo esclavo.
16. El dispositivo esclavo según la
reivindicación 15, en el que dicho dispositivo esclavo está además
configurado y/o programado para incluir otra información junto con
dicha respuesta.
17. El dispositivo esclavo según la
reivindicación 16, en el que dicho dispositivo esclavo es un
detonador (20) electrónico.
18. Un sistema que incluye un dispositivo
maestro y una pluralidad de dispositivos esclavos conectados cada
uno al dispositivo maestro y teniendo cada uno una identificación,
en el que el dispositivo maestro se precarga con información de
identificación correspondiente a al menos un dispositivo esclavo en
el sistema, estando dicho sistema configurado y/o programado de
modo que, en respuesta a una orden de detección desde el dispositivo
maestro, sólo cualquier dispositivo esclavo conectado al sistema
que no se ha identificado al dispositivo maestro envía su
identificación al dispositivo maestro; en el que cada uno de dichos
dispositivos esclavos está configurado y/o programado para enviar
dicha identificación tras la emisión en el sistema de un valor de
reloj correlacionado con la identificación de dicho dispositivo
esclavo.
19. El sistema según la reivindicación 18, en el
que dichos dispositivos esclavos incluyen ajustes de estatus de
bandera de detección que pueden ajustarse en alto o bajo.
20. El sistema según la reivindicación 19, en el
que dicho sistema es un sistema de voladura electrónico, dicho
dispositivo maestro es una máquina (40) de voladura, y dichos
dispositivos esclavos son detonadores (20) electrónicos.
21. El sistema según la reivindicación 18, en el
que cada dispositivo esclavo tiene dicha identificación que reside
en una memoria fija en el dispositivo esclavo.
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