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Die Erfindung betrifft eine Netzwerkinfrastruktur für mobile, in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbare Maschinen, mit eigensicheren Netzwerk-Teilnehmern und mit nicht-eigensicheren, in druckfesten Gehäusen angeordneten Netzwerk-Teilnehmern, wobei auf der Maschine wenigstens ein in einem druckfesten Gehäuse angeordnetes Steuergerat zur Ansteuerung wenigstens eines nicht-eigensicheren Teilnehmers vorgesehen ist.
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In explosionsgefahrdeten Bereichen wie beispielsweise im Kohlebergbau bestehen mittlerweile ahnlich hohe Automatisierungsbestrebungen wie Ubertage. Bei der Maschinensteuerung und Uberwachung von mobilen Maschinen, die in explosionsgefahrdeten Bereichen eingesetzt werden, kommen meist zentral angeordnete Leitstände zum Einsatz, die in solchen Bereichen positioniert sind, in denen keine Probleme mit Explosionsschutz bestehen. Um von z. B. übertägigen Leitstellen aus auch komplexe Automationsablaufe steuern und überwachen zu konnen, wird eine große Anzahl verschiedener Sensoren und Aktoren einschließlich Mess- und Diagnosesysteme benötigt, die jedoch im explosionsgefahrdeten Bereich eingesetzt werden mussen. Die hohen Anforderungen an Produktivitat und Zuverlässigkeit sowie die immer häufigere Anwendung von z. B. leistungsstarken Feldbusprotokollen stellt immer größere Anforderungen an die Struktur- und Leistungsfahigkeit der Netzwerkinfrastruktur fur die Kommunikation zwischen und die Steuerung der einzelnen Maschinengruppen.
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Ubliche Netzwerkinfrastrukturen fur Steuerungssysteme von mobilen, in explosionsgefahrdeten Bereichen eingesetzten Maschinen bestehen aus einem einzigen, zentralen Steuerungsgerat. Dieses einzelne Steuergerät kontrolliert und uberwacht samtliche Maschinenfunktionen und steuert den Informations- und Datenfluss im Netzwerk. Samtliche Ein- und Ausgangssignale sowie die Sensorik und Aktorik werden direkt durch das zentrale Steuergerät erfasst und gesteuert. Dies erfordert eine komplexe und hierdurch fehleranfällige Verkabelung der einzelnen Gerät mit der Zentraleinheit. Bei Ausfall des zentralen Steuergerates besteht die Gefahr, dass die gesamte Kommunikation oder Steuerungsfunktion innerhalb des Netzwerkes außer Funktion geraten kann.
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Wegen des im Bergbau erforderlichen Explosionsschutzes erfolgt in einem Netzwerk fur den explosionsgefahrdeten Bereich eine Unterteilung des Netzwerkes in eigensichere Netzwerk-Teilnehmer, die die strengen Anforderungen an die Eigensicherheit fur den jeweiligen Explosionsschutz erfüllen, sowie in nicht-eigensichere und deswegen in druckfesten Gehausen angeordnete Netzwerk-Teilnehmer, wobei mit den druckfesten Gehausen sichergestellt wird, dass die ohne die druckfesten Gehause nicht zugelassenen Netzwerkteilnehmer gleichwohl im explosionsgefahrdeten Bereich eingesetzt werden konnen. Diese Trennung zwischen nicht-eigensicheren und eigensicheren Netzwerk-Teilnehmern erhoht in Verbindung mit der sternformigen Ausrichtung des Netzwerkes den Verkabelungsaufwand betrachtlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Netzwerkinfrastruktur fur explosionsgefährdete Bereiche zu schaffen, die die vorgenannten Schwachstellen mindert bzw. vermeidet.
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Zur Losung dieser Aufgabe ist bei einer erfindungsgemäßen Netzwerkinfrastruktur auf der Maschine, außerhalb des druckfesten Gehauses fur das erste Steuergerat, wenigstens ein zweites, eigensicheres Steuergerät zur Ansteuerung wenigstens eines eigensicheren Teilnehmers vorgesehen, wobei das erste Steuergerat einen Datenverteiler fur mehrere, nicht-eigensichere Teilnehmer und das zweite Steuergerat einen Datenverteiler fur mehrere eigensichere Netzwerk-Teilnehmer bildet, und wobei zwischen dem ersten Datenverteiler und dem zweiten Datenverteiler eine elektrisch entkoppelte Datenkommunikationsverbindung vorgesehen ist.
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Die erfindungsgemaße Netzwerkinfrastruktur bzw. -Topologie ist als ein verteiltes System mit mehreren Datenverteilern ausgelegt, wodurch der Verkabelungsaufwand deutlich reduziert werden kann. Durch die Schaffung wenigstens eines Datenverteilers für die eigensicheren Teilnehmer und eines separaten Datenverteilers fur die nicht-eigensicheren Teilnehmer konnen beispielsweise die druckfesten Gehause mit einer minimierten Anzahl von Durchfuhrungen versehen werden, obwohl gleichwohl eine kabelgebundene Datenkommunikation zwischen den Steuergeräten möglich ist.
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Die Datenkommunikationsverbindung kann uber elektrisch leitfähige Datenkommunikationsleitung erfolgen, die vorzugsweise kupferbasiert sind und über eine zusätzliche Barriere elektrisch entkoppelt sind. In bevorzugter Ausgestaltung hingegen besteht die Datenkommunikationsverbindung aus einer Glasfaserleitung oder Lichtwellenleitung. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann die Datenkommunikationsverbindung fur das zweite Steuergerat uber einen einzigen druckfesten Ausgang aus dem das erste Steuergerat aufnehmenden druckfesten Gehause herausgefuhrt sein. Zusatzlich zu der elektrisch entkoppelten Datenkommunikationsverbindung konnte eine Spannungsversorgungsverbindung zwischen dem ersten Steuergerat und dem zweiten Steuergerat vorgesehen werden, wobei auch hier diese elektrische Spannungsversorgungsverbindung moglichst auf eine einzige Durchführung am druckfesten Gehause reduziert ist. Zur Erhöhung der Verfügbarkeit des Netzwerkes kann zumindest die Datenkommunikationsverbindung redundant ausgeführt sein. Sofern innerhalb einzelner Verbindungszweige ein Storungsfall auftritt, kann eine Umschaltung auf eine funktionsfahige Kommunikationsstrecke vorteilhafterweise durch die Datenverteiler erfolgen.
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In bevorzugter Ausgestaltung sind an das erste Steuergerat, vorzugsweise ausschließlich, nicht-eigensichere Netzwerk-Teilnehmer angeschlossen, die ggf. in separaten, druckfesten Gehausen angeordnet sind. Innerhalb eines druckfesten Gehauses konnen auch mehrere nicht-eigensichere Netzwerk-Teilnehmer zusammen angeordnet werden. Weiter vorzugsweise sind an das eigensichere, zweite Steuergerät ausschließlich eigensichere Netzwerk-Teilnehmer angeschlossen.
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Das einen Datenverteiler fur mehrere eigensichere Teilnehmer bildende zweite Steuergerät kann insbesondere als eigensicherer Netzwerk-Switch mit kombinierten Daten- und Energieversorgungsanschlüssen ausgebildet sein. Ein solcher Netzwerk-Switch mit kombinierten Daten- und Energieversorgungsanschlussen und einer vorteilhaft einsetzbaren, eigensicheren Eternet-Netzwerkschnittstelle ist im Einzelnen in der
DE 20 2010 000 110 der Anmelderin beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt zur Ergänzung der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen wird. Die Netzwerk-Schnittstelle fur explosionsgefahrdete Bereiche kann hierzu insbesondere mit einem Widerstandsnetzwerk zur Hochfrequenz-Leistungsentkopplung und mit einem Kondensatorennetzwerk zur Gleichstrom-Leistungsentkopplung gegenuber anderen Netzwerk-Schnittstellen versehen sein, wobei das Kondensatorennetzwerk jeweils steckeranschlussseitig und das Widerstandsnetzwerk jeweils elektronikseitig relativ zu einem Übertragungsglied der Netzwerk-Schnittstelle angeordnet ist, so dass zwischen Widerstands- und Kondensatorennetzwerk jeweils das Ubertragungsglied zwischengeschaltet ist. Das eine Datenverteiler bildende zweite Steuergerat kann jedoch auch einen anderen Aufbau haben.
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Weiter vorzugsweise kann an das erste Steuergerat wenigstens ein weiteres, in einem druckfesten Gehause angeordnetes, nicht eigensicheres Steuergerät angeschlossen oder anschließbar sein, oder an das eigensichere, zweite Steuergerat ist wenigstens ein weiteres, eigensicheres Steuergerat anschließbar oder angeschlossen, wobei dann die zusatzlichen Steuergerste vorzugsweise ebenfalls Datenverteilerfunktionen aufweisen. Die erfindungsgemaße Netzwerkinfrastruktur ist mithin vorzugsweise nicht auf zwei Steuergeräte, nämlich ein Steuergerät fur eigensichere Netzwerk-Teilnehmer und ein Steuergerät fur nicht-eigensichere Teilnehmer beschrankt, sondern kann durch zusatzliche Steuergeräte im Prinzip beliebig erweitert werden.
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Für die Datenverteilerfunktion ist besonders vorteilhaft, wenn das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät jeweils mit zumindest einem Mikroprozessor versehen sind. Ferner ist vorteilhaft, wenn die eigensicheren Teilnehmer und die nicht-eigensicheren Teilnehmer in einem eigenen Adressbereich miteinander kommunizieren. Das erste Steuergerat kann uber einen Datenkuppler zum Datenaustausch an eine stationäre Off-Board-Steuereinheit angeschlossen sein. Besonders vorteilhaft ist dann, wenn sowohl die Netzwerk-Teilnehmer als auch die stationäre Off-Board-Steuereinheit und/oder ggf. die Leitzentrale in demselben Adressbereich agieren. Je nach Größe des Netzwerkes kann auch ein separater Adressbereich erforderlich sein.
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Die einzelnen Teilnehmer der Netzwerkinfrastruktur und die Datenverteiler sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass jederzeit Daten von jedem Teilnehmer mit jedem anderen Teilnehmer ausgetauscht werden konnen, wobei die Kommunikation uber eine ”Punkt-zu-Punkt”-Verbindung erfolgt. Jeder Teilnehmer kann derart aufgebaut sein, dass er selbstandig und autonom entscheiden kann und/oder benötigte Informationen gezielt bei ggf. jedem anderen Teilnehmer anfordern kann. Zumindest an die die Datenverteiler bildenden Steuergerste sollten vorzugsweise nur solche Teilnehmer angeschlossen sein, die uber eine Mikroelektronik verfugen.
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Eine Netzwerkinfrastruktur kann durch Verkettung weiterer Teilnehmer annahernd beliebig, vorzugsweise in einer Linienstruktur oder Ringstruktur, wachsen, wozu Steuergerste mit Datenverteilerfunktion unmittelbar im explosionsgefahrdeten Bereich und/oder in druckfesten Gehausen fur nicht-eigensichere Teilnehmer angeordnet werden konnen. Bei den Teilnehmern kann es sich auch um Eingabe-Ausgabe-Einheiten (I/O-Einheiten) handeln, die ggf. mehrere Funktionen wie Einlesen von Sensordaten und/oder Ansteuern von Aktoren wie Ventilen o. dgl. übernehmen konnen.
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Weitere Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Netzwerkinfrastruktur ergeben sich aus den in der Zeichnung beispielhaft gezeigten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch an einer mobilen Maschine für den Einsatz in explosionsgefahrdeten Bereichen den Aufbau einer erfindungsgemaßen Infrastruktur;
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2 eine erfindungsgemäße Infrastruktur gemaß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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3 die Netzwerkinfrastruktur gemäß 2 zusammen mit einer stationären Off-Board-Steuereinheit;
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4 beispielhaft Erweiterungsmoglichkeiten fur die Netzwerkinfrastruktur nach 2;
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5 eine Netzwerkinfrastruktur gemaß einem dritten Ausfuhrungsbeispiel; und
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6 ein mögliches Ausfuhrungsbeispiel einer Netzwerk-Schnittstelle für die bidirektionale, kupferbasierte Datenkommunikation zwischen eigensicheren Netzwerk-Teilnehmern.
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In 1 ist mit Bezugszeichen 1 eine mobile Maschine, hier in Ausgestaltung eines sogenannten Continuous Miner, schematisch stark vereinfacht dargestellt. Die Maschine 1 umfasst eine an einem Schwenkarm 2 befestigte Schneidesalze 3, ein Maschinengehause 4 sowie ein Fahrwerk 5, mit dem die Maschine 1 z. B. in untertagigen, gasexplosionsgefahrdeten Bereichen verfahren werden kann. Die Schneidesalze 3 wird mittels eines Motors M angetrieben, der, um die Anforderungen an den Explosionsschutz zu erfullen, in einem ersten druckfesten Gehause 6 angeordnet ist. Dem Fahrwerk 5 ist ein separater Motor M zugeordnet, der in einem zweiten druckfesten Gehause 7 angeordnet ist. Die Ansteuerung der beiden Motoren M fur die Schneidesalze 3 und das Fahrwerk 5, aber auch die Ansteuerung anderer, ggf. beweglichen Aggregate wie z. B. des Schwenkarms 2 an der Maschine, und auch die Datenkommunikation mit anderen Maschinenkomponenten wie z. B. hydraulischen Aktoren oder die Abfrage von Sensoren erfolgt über eine insgesamt mit Bezugszeichen 10 bezeichnete Netzwerk-Infrastruktur bzw. Netzwerk-Topologie für entsprechende mobile Maschinen 1. Die Netzwerk-Infrastruktur 10 umfasst hier mehrere eigensichere Netzwerk-Teilnehmer 21, 22, 23, die sämtlich für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen zugelassen sind und bei denen es sich im Prinzip um beliebige eigensichere Gerate. Die eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 21–23 können beispielsweise Eingabe/Ausgabe-Einheiten bilden, mit denen z. B. mehrere Eingaben von Sensoren (nicht gezeigt) eingelesen oder Aktoren wie Ventile (nicht gezeigt) angesteuert werden. Die eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 21, 22, 23 konnen unterschiedlich aufgebaut sein, mit unterschiedlichen Funktionen oder unterschiedlichen Funktionalitäten ausgestattet sein und weisen vorzugsweise eine leistungsfahige Mikroelektronik auf, mit der ggf. mess- und regelungstechnische Aufgaben durchgefuhrt und Informationen verarbeitet werden können.
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In der Netzwerk-Infrastruktur 10 ist samtlichen eigensicheren Netzwerk-Teilnehmern 21, 22, 23 ein eigensicheres Steuergerat 20 zugeordnet, welches, da es wie die eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 21, 22, 23 die fur den jeweiligen Einsatzbereich der Maschine 1 bestehenden Anforderungen an Explosionsschutz erfullt, in beliebiger Position innerhalb oder außerhalb des Maschinengehäuses 4 der Maschine 1 angeordnet werden kann. Das eigensichere Steuergerät 20 bildet einen Datenverteiler im explosionsgefahrdeten Bereich, wobei die einzelnen Netzwerk-Teilnehmer 20, 21, 22 über die Datenverteilerfunktion des Steuergerates 20 Informationen oder Daten untereinander austauschen konnen oder Informationen abfragen können.
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Auf der mobilen Maschine 4 ist ferner zumindest ein weiteres Steuergerat 30 für wenigstens einen nicht-eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 31 angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel in 1 ist das Steuergerat 30 in einem druckfesten Gehause 8 angeordnet, welches mit der Maschine 1 mitbewegt wird, und innerhalb des druckfesten Gehauses 8 sind zugleich mehrere, nicht-eigensichere Netzwerkteilnehmer 31, 32 angeordnet. Wie das Steuergerat 20 fur die eigensicheren Teilnehmer bildet das Steuergerat 30 für die nicht-eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 31–33 einen Datenverteiler.
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Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel besteht nur eine einzige Datenkommunikationsverbindung 40 zwischen dem im druckfesten Gehäuse 8 angeordneten ersten Steuergerat 30 fur die nicht-eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 31, 32 und dem zweiten, eigensicheren Steuergerat 20 mit Datenverteilerfunktion fur die eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 21, 22, 23. Die kabelgebundene Datenkommunikationsverbindung 40 bei der Netzwerk-Infrastruktur 10 besteht vorzugsweise aus einem Lichtwellenleiter 41, der mittels einer druckfesten Durchführung 42 aus dem druckfesten Gehauses 8 herausgefuhrt ist. Der Lichtwellenleiter 41 kann beispielsweise an geeigneten Lichtwellenleiteranschlussen (nicht gezeigt) an den Steuergeraten 20, 30 angeschlossen sein, um die beiden Steuergerste 20, 30 elektrisch entkoppelt miteinander zu verbinden. Parallel zum Lichtwellenleiter 41 könnte auch zusätzlich eine Energieversorgungsleitung zwischen den beiden Steuergeraten 20, 30, vorgesehen sein.
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Da bei der mobilen Maschine 1 der Motor M für das Fahrwerk 5 zusammen mit einem nicht eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 33, der z. B. aus einem Eingabe-Ausgabegerat mit Mikroprozessor bestehen kann, in einem separaten druckfesten Gehause 7 angeordnet ist, ist eine weitere Datenkommunikationsverbindung zwischen dem Steuergerat 30 und dem weiteren, nicht-eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 33 über ein separates Kabel bzw. vorzugsweise einen separaten Lichtwellenleiter 43 vorgesehen. Der Lichtwellenleiter 43 wird durch eine separate, druckfeste Durchfuhrung Durchgang 44 aus dem druckfesten Gehause 8 ausgekoppelt und dann wiederum uber einen druckfesten Durchgang 45 in das andere druckfeste Gehäuse 7 eingekoppelt.
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Beiden Steuergeraten 20, 30 kann eine annähernd beliebige Anzahl weiterer Netzwerk-Teilnehmer zugeordnet sein. Jeder eigensichere Netzwerk-Teilnehmer 21, 22, 23 oder auch jeder nicht-eigensichere Netzwerk-Teilnehmer 31, 32, 33 kann jeweils modular aufgebaut und individuell aus verschiedenen Funktionsbausteinen zusammengestellt sein und/oder einen Mikroprozessor u. dgl. aufweisen, um die erforderlichen Funktionen, Berechnungen und Ansteuerungen vornehmen zu konnen.
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In 2 ist eine Netzwerk-Infrastruktur 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die mobile Maschine nicht dargestellt und es ist nur ein einziges druckfestes Gehause 108 gezeigt, in welchem das erste Steuergerät 130 mit den nicht-eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 131, 132, 133 und ggf., wie angedeutet, weiteren nicht-eigensichere Netzwerk-Teilnehmer angeordnet sind. Außerhalb des druckfesten Gehauses 108 ist ebenfalls nur ein einziges eigensicheres Steuergerat 120 angeordnet, an welches ausschließlich eigensichere Netzwerk-Teilnehmer 121, 122, 123 angeschlossen sind. An den eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 122 ist, wie beispielhaft dargestellt, ein weiterer eigensicherer Netzwerk-Teilnehmer 124 angeschlossen. Die Netzwerk-Teilnehmer 122, 124 bilden in der Netzwerkinfrastruktur 100 eine Verkettung in Linienstruktur, die ggf. beliebig verlängert werden kann. Sowohl das erste Steuergerät 130 fur die nicht-eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 131–133 im druckfesten Gehause 108 als auch das zweite Steuergerat 120 fur die eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 121–124 bildet einen Datenverteiler, uber den die jeweiligen Netzwerk-Teilnehmer 121–124 untereinander und/oder mit den Netzwerk-Teilnehmern 131–133, oder umgekehrt, Daten austauschen oder voneinander Daten abfragen oder anfordern konnen. Das druckfeste Gehause 108, in dem ggf. samtliche nicht-eigensicheren Gerate bzw. Netzwerk-Teilnehmer 130–133 angeordnet sind, weist einen einzigen Durchgang 142 für einen Lichtwellenleiter 141 als Datenkommunikationsverbindung 140 auf.
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Die 3 zeigt dieselbe Netzwerkinfrastruktur 100, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, wobei die die Steuergräte 120, 130 sowie die Netzwerkteilnehmer 120–124, 130–133 mitfuhrende Maschine an eine stationare, z. B. übertage oder in einer untertagigen Strecke angeordnete Off-Board-Steuereinheit 160 oder Leitzentrale angeschlossen ist. Die Datenkommunikation zwischen dem im druckfesten Gehause 108 angeordneten, nicht-eigensicheren Steuergerat 130 und einem ggf. in einem druckfesten Gehäuse 161 angeordneten Steuerrechner 162 der Steuereinheit 160 erfolgt uber einen ersten, im Gehause 108 angeordneten Datenkoppler 139 und einen zweiten, dem Steuerrechner 162 zugeordneten Datenkoppler 169. Mit den Datenkopplern 139, 169 kann der gesamte Datenaustausch wiederum uber ein Lichtwellenleiterkabel 165, wie gezeigt, übertragen werden. Für die Lichtwellenleiterübertragung handelt es sich bei den Datenkopplern 139, 169 vorzugsweise um Langstrecken-Datenkoppler. Das Lichtwellenleiterkabel 165 kann über eine weitere druckfeste Durchführung 147 in das auf der mobilen Maschine mitbewegte Gehause 108 hineingefuhrt werden. Der Datenaustausch konnte alternativ aber auch über Funk oder uber ein elektrisch leitendes, insbesondere kupferbasiertes Kabel erfolgen, wobei dann die beiden Datenkoppler 139, 169 zugleich Trennkoppler oder Barrieren bilden.
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4 zeigt eine Netzwerk-Struktur 200, die im Wesentlichen denselben Aufbau hat wie die Netzwerk-Struktur 100 und mit einem ersten, in einem Gehäuse 108 angeordneten, nicht-eigensicheren Steuergerät 130 mit Datenverteilerfunktion fur mehrere nicht-eigensichere Netzwerk-Teilnehmer 131–133 versehen ist, die ebenfalls in dem druckfesten Gehause 108 angeordnet sind, und die ein zweites, eigensicheres Steuergerat 120 umfasst, welches einen Datenverteiler fur mehrere eigensichere Netzwerk-Teilnehmer 121–124 bildet. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel nach 4 ist innerhalb des druckfesten Gehäuses 108 ein zusätzliches, nicht-eigensicheres, drittes Steuergerät 230 mit mehreren angeschlossenen nicht-eigensicheren Netzwerk-Teilnehmern 231, 232, 233 angeordnet, das an das erste, nicht eigensichere Steuergerat 130 angeschlossen ist. Ferner ist an einem geeigneten Ausgang des zweiten Steuergerates 120 ein separates, eigensicheres Steuergerat 220 angeschlossen, an welches wiederum weitere eigensichere Netzwerk-Teilnehmer 221, 222, 223 etc. angeschlossen sind. Es versteht sich, dass sowohl an die eigensicheren Steuergerate 120, 220 als auch an die nicht-eigensicheren Steuergerste 130, 230 weitere Steuergeräte angeschlossen sein könnten, um die Netzwerk-Infrastruktur 200 je nach Anforderungsprofil zu erweitern. Es versteht sich auch, dass z. B. nur ein eigensicheres Steuergerat 120 und mehrere nicht-eigensichere Steuergeräte 130, 230, oder umgekehrt, vorgesehen sein könnten, wobei die nicht-eigensicheren Steuergrate in demselben druckfesten Gehause 108 oder auch in unterschiedlichen druckfesten Gehäusen angeordnet sein konnten.
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5 zeigt eine Netzwerk-Infrastruktur 300 für eine Ausführungsform mit elektrisch leitendem, vorzugsweise kupferbasiertem Kabel 342 als Datenkommunikationsverbindung 340. Um die im druckfesten Gehause 308 angeordneten nicht-eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 331, 332, 333 sowie das nicht-eigensichere Steuergerät 330 trotz der Kabeldurchführung 345 für das Kupferkabel 346 galvanisch von den Netzwerkteilnehmern im explosionsgefahrdeten zu trennen und die Zulassung für den explosionsgefahrdeten Bereich zu erhalten, ist dem nicht-eigensicheren Steuergerat 330 ein Trennkoppler 339 als galvanisch trennende Barriere vorgeschaltet. Sowohl das nicht-eigensichere Steuergerat 330 wie auch das eigensichere Steuergerat 320 fur die zugehörigen Netzwerk-Teilnehmer 321–324 bilden Datenverteiler, wodurch die einzelnen eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 321–324 wie auch die nicht-eigensicheren Netzwerk-Teilnehmer 331–333 beliebig miteinander kommunizieren oder Daten austauschen konnen.
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In 6 ist beispielhaft eine insgesamt mit Bezugszeichen 470 bezeichnete, vorteilhaft zumindest bei den eigensicheren Netzwerk-Teilnehmern einsetzbare und Anforderungen an Explosionsschutz erfullende Netzwerk-Schnittstelle für die eigensichere Datenübertragung in eine Signalrichtung dargestellt. Fur die bidirektionale Datenubertragung ist jede Netzwerkschnittstelle an jedem Netzwerkanschlussstecker sowohl mit einem Receiverteil als auch mit einem Transmitterteil und ggf. auch mit zusatzlichen Energieversorgungspins versehen. Der in der linken Halfte dargestellte Schaltungsteil der Netzwerkschnittstelle 470 bildet mit dem Tx-PHY-Halbleiterbauelement einen Transmitterteil und der rechte Schaltungsteil bildet mit dem Rx-PHY-Halbleiterbauelementen einen Receiverteil der Netzwerk-Schnittstelle. Zwischen den PHY-Halbleiterbausteinen und den nur partiell angedeuteten Steckeranschlussen 471 bzw. 481 befindet sich jeweils ein Übertragungsglied 480, das in an sich bekannter Weise aus einem Kern mit darauf angeordneten Wicklungen bestehen kann, wie dies dem Fachmann für den Aufbau entsprechender Netzwerk-Schnittstellen, insbesondere Schnittstellen fur das Ethernet-Protokoll, bekannt ist. Die Netzwerk-Schnittstelle 470 fur den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen weist jeweils zwischen dem Übertragungsglied 480 und dem Tx-PHY auf der Transmitterseite bzw. dem Rx-PHY auf der Receiverseite eine elektronikseitige Schaltungsstufe 491 auf. Die PHY sind jeweils der zugehörigen Elektronik (nicht gezeigt) eines eigensicheren Netzwerkteilenehmer oder des eigensicheren Steuergerätes zugeordnet. Ferner ist zwischen dem Übertragungsglied 491 und dem Steckeranschluss 471 am Transmitterausgang bzw. 481 am Steckereingang zum Receiverteil eine steckeranschlussseitige Schaltungsstufe 492 angeordnet. Jede der elektronikseitigen Schaltungsstufen 491 umfasst, wie dargestellt, ein insgesamt mit Bezugszeichen 495 bezeichnetes Widerstandsnetzwerk, während die steckeranschlussseitige Schaltungsstufe 492 mit einem Kondensatorennetzwerk 496, hier bestehend aus den beiden Kondensatoren C1, C2 im Transmitterteil bzw. den beiden Kondensatoren C3, C4 im Receiverteil, versehen ist. Zwar ist in den Figuren im Kondensatorennetzwerk 496 in jedem Signalpfad jeweils nur ein Kondensator C1, C2, C3, C4 dargestellt; aus Redundanzgründen sollten die Kondensatoren allerdings vorzugsweise doppelt ausgeführt sein und sie können jeweils aus zwei in Reihe geschalteten Kapazitaten bestehen, damit im Fehlerfall, falls ein Kondensator C1, C2, C3, C4 kurzgeschlossen ist, trotzdem der zweite, in Reihe geschaltete Kondensator noch die Leistungsentkopplung sicherstellen kann. Da in jeder Ubertragungsstrecke bzw. in jedem Signalpfad mit wenigstens einem Kondensator C1, C2, C3, C4 eine Kapazitat angeordnet ist, wird sicher gewahrleistet, dass keine DC-Leistung ubertragen werden kann. Die Kapazitaten sollten, auch zur Minimierung der Baugroße, möglichst klein gewahlt werden, wobei jedoch das zu ubertragende HF-Signal moglichst wenig gestört werden soll, damit auch ein 100 Mbit-Signal störungsfrei ubertragen bzw. empfangen werden kann. Die Kondensatoren in jedem Ubertragungsweg können hierzu beispielsweise zusammen etwa 16 nF, aber auch größere Kapazitaten, aufweisen.
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Um eine 100 Mbit-Übertragungsrate für eine eigensichere Ethernet-Schnittstelle zu erreichen, sind vor jedem Übertragungsglied 490 in jedem Signalpfad für die Übertragungsstrecke zwei Widerstände R5, R6, R7, R8, R9, R10 sowie R11, R12 als Bestandteile des Widerstandsnetzwerkes 495 angeordnet, welche die Leistung des Hochfrequenz-Signals begrenzen, damit beliebige und beliebig viele Geräte mit dieser Schnittstellenspezifikation (Punkt-zu-Punkt-Verbindung) in eigensicheren Netzwerk-Topologien zusammengeschaltet werden konnen. Die genannten Widerstande R5 bis R16 im Widerstandsnetzwerk 495 sorgen fur eine Begrenzung der Leistungsverkopplung bezogen auf die HF-Leistung (hochfrequente Wechselspannungsleistung), insbesondere in Kombination mit einer eigensicheren Spannungsversorgung der Transmitter-Halbleiterbausteine Tx-PHY und der Receiver-Halbleiterbausteine Rx-PHY. Zusätzlich sind im Widerstandsnetzwerk 495 noch die Widerstande R1, R2, R3, R4 vorhanden, wie dies auch fur eine ”klassische” Ethernet-Netzwerk-Schnittstelle bekannt ist. Durch die Anordnung der Widerstande ist jedes Widerstandsnetzwerk 495 als 2-Tor-Netzwerk sowohl fur den Transmitterteil mit dem zugehorigen Tx-PHY als auch den Receiverteil mit dem zugehörigen Rx-PHY ausgefuhrt, wobei die Widerstandsnetzwerke 495 derart dimensioniert werden, dass eine Abschlussimpedanz Z0 von jeweils ca. 100 Ω besteht und gleichzeitig eine HF-Leistungsbegrenzung ermöglicht wird. Die Widerstande R5 bis R16 können beispielsweise mit 3 Ω und die Widerstände R1 bis R4 mit z. B. 47 Ω ausgelegt sein. Die Widerstandsdimensionierung sollte derart gewahlt werden, dass zum Einen eine ausreichende HF-Leistungsbegrenzung erreicht wird und gleichzeitig die Dampfungsverluste nicht zu groß werden. Bei einer maximalen Spannung fur die einzelnen PHY-Halbleiterbausteine von z. B. etwa 2,7 Volt kann so die Gesamtleistung in den Signalpfaden unterhalb einer oberen Schranke gehalten werden, um die Anforderungen an Explosionsschutz zu erfüllen.
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Für den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen, die in den Schutzbereich der anhangenden Anspruche fallen sollen. Die mobile Maschine fur explosionsgefährdete Bereiche kann beispielsweise auch aus einer Streckenvortriebsmaschine, einem Walzenlader, einem Fahrlader, einem Kipper (Dumper), einem Stapler, einem Transportfahrzeug fur Schildausbaugestelle, einem Personentransportfahrzeug oder auch einer Einschienenhangebahn bestehen, soweit diese in explosionsgefahrdeten Bereichen eingesetzt werden sollen und entsprechen (auch) mit eigensicheren Netzwerkteilnehmern versehen sind. Die die Datenverteiler bildenden Steuergerste sowie auch sämtliche Netzwerkteilnehmer konnen vorzugsweise in einem eigenen Adressbereich miteinander kommunizieren, wobei die gesamte Netzwerk-Infrastruktur über einen der beiden Datenverteiler, vorzugsweise den nicht-eigensicheren Netzwerk-Verteiler nach außen hin abgeschirmt sind. Mit expliziten Berechtigungen kann der Zugriff von oder nach außen erteilt oder verweigert werden. Die Datenverteiler und alle Netzwerk-Teilnehmer können auch im selben Adressbereich wie das Bergwerk agieren und jeder Netzwerk-Teilnehmer kann seinerseits die Kommunikation zu anderen Netzwerk-Teilnehmern ggf. jederzeit zuschalten oder abschalten. Eine erfindungsgemaße Netzwerk-Infrastruktur kann im Prinzip beliebig durch Verkettung weiterer Netzwerk-Teilnehmer in Linienstruktur oder Ringstruktur wachsen, wobei durch den ersten, im druckfesten Gehause angeordneten Datenverteiler und den zweiten, eigensicheren Datenverteiler im explosionsgefährdeten Bereich die Erweiterung in dem einen oder anderen Bereich unabhängig voneinander erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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