本发明涉及一个由传感器控制传动装置的自动控制器，具有可编程的优点，尤其适用于采矿设备。 一般来说，自动化有许多优点，例如，用于采矿方面，在自动化的许多功能中包括：
-加强用户安全（监测在输送设备上工作的人员的安全，
-执行那些需要动用大量工人但是没有自动化仍不可能或难于完成的任务（运输，并将煤从废石中选出，或区分不同等级的煤），
-增加整套装置及机械设备的性能。
对于机械设备和整套装置的控制系统，尤其是自动控制器，在采矿业中已应用多年，但其使用的发展是缓慢的。其中有各种原因：
-这些系统一般较复杂，并需要在很多领域经过培训且具很高资历的人员，
-故障通常不易查出。
可由用户编程序的自动控制器的出现，使得有可能在自动控制领域产生具有深远意义的进展。
不同于其它计算机类型的系统，可编程序自动控制器有一个重要的优点，即它不需用经很长时间才能编写出的代价昂贵而复杂的程序。人们经几个星期的培训后即可迅速掌握自动控制器的操作。
此外，用户的要求时常很快变化，而自动控制器不需要任何人在配线级介入，例如在自动控制系统中增加或拆去传感器，或将系统扩展到其它机器或装置上。使用普通的仪器时，为了在车间里进行改装，这些操作可能需要将仪器取到地面来，从而使得在运输，管理及执行的整个期间都有损坏仪器的危险。
可能提出使输送装置，抽吸系统控制装置，托架提升监视系统等自动化的各种独立设想。
为在工业环境中操作而设计的商品自动控制器的各种应用显示了对模块化自动控制器的需求，这些控制器应当是可编程和使用标准部件的，它应适于在容易产生甲烷的矿井底部工作的特殊条件，以及可置换常用的各种中继系统。
所考虑的这些情况导致了下述和一个采矿环境中的操作条件有关的限制的确定
-仪器安全：在不考虑电源和输出电路的情况下，可编程序自动控制器必须是内在安全的（欧州标准的Ib级）;
-必须始终监视传感器连接线和传感器状态;
-必须提供信息传输，以便对许多机器进行集中控制;
-简便快速的故障查找;
-给定操作条件下的高度可靠性;
-可靠操作（自动控制器自监视）;
-电安全（检测正常工作的内插装置）。
为此，本发明提出一个适用于根据传感器的状态控制传动装置的自动控制器，包括一个中央部件和连接于传感器和传动装置的输入/输出板，该控制器的特征在于包括一个连接中央部件的组成部分的第一总线，一个通过接口模件将至少一块控制板连接到第一总线上的第二总线，以及至少一个将一组输入/输出板连接到每一控制板的第二总线。
这种结构赋予根据本发明的自动控制器在所用的控制板数量和由此而控制的输入/输出板的数量以高度灵活的模块化特性。
在本发明的一个较佳实施例子中，自动控制器由一个单向导体元件（二极管）电路连接于各传感器或传动装置，该电路反相并联于一交流电源，电流是否能够通过其中一个特定的单向元件取决于一个特定传感器或一个特定传动装置的动态元件关闭了包括这些单向元件的并联支路中的哪一个元件;用这种方法能够确定这个动态元件的位置，及到该传感器或该传动装置的连接线是断路还是短路。
根据本发明的另一个较佳实施例，其中至少要在某些输入/输出板的前面板上提供与由这些板子控制的输入/输出有关的显示元件，这些元件便于对上述四种类型的信息作出不同的反应。
本发明3提供各种类型的输入板，尤其用于参数入口的板子和与远程输入模件相联的多路输入板。
根据本发明的另一个较佳实施例，其中的自动控制器带有一对话模件，它能够把用对话总线连接到这一模件上的远程控制台上开发的用户程序传送到中央部件。
通过下面的说明，可了解到本发明的目的，特征及优越性，说明以非限制性例子并参照附图的方式给出，其中：
-图1是根据本发明的自动控制器的配置简图，包括许多插有电路板的框架;
-图2是图1中的自动控制器的中央部分的框架;
-图3是框架控制模件的框图;
-图4是参数调节模件的框图;
-图5是多路数字输入模件框图;
-图6是图5中的多路数字输入模件通过一个远程多路数字输入模件作媒介与八个传感器连接的电路简图;
-图7是远程多路数字输入模件的框图;
-图8是一个高速数字输入模件的框图;
-图9是一个数字输出模件的框图;
-图10是一个传感器与自动控制器的连接电路图。
图1所示为本发明的自动控制器，它由一些基本模件组成，模件数量要依所要求的应用而定。该自动控制器有一38×8输入/输出的大型配置;它适于控制采矿设备。自动控制器包括电源和SI/NSI（内在安全）型接口，接口连接于防爆外罩20和21中的输出端，外罩20和21以IP55级工业金属板严密固定于一组框架22至28上（内在安全要求至少为IP54级）。这些外罩被装上防爆引线贯通件（lead-throughs），从而使内在安全电源输出可以直接接入框架组，在这些框架中，装有在印刷线路板上实现的电路以及用于连接传感器和传动装置的接线板。各种金属板框架也是严密固定在一起的，并在它们中间存在着直接的机械联系。
这些金属板框架可分为两组。框架22至24在符合相应标准格式时，每个可容纳16块板（或等量的板子），而框架25至28则容纳内连接板，例如，4或5块板子，每块板带有16块分级接线板。这些内连接框架与一条对话总线BD连接，总线BC直接连到传感器C，总线BMD连到远程多路输入模件EDM上。
框架22至24具有一个中央部件UC及一个供用户使用的模块部件，该中央部件实际上包括在所有配置中。在所示例子中，中央部件占有框架22中的七块板，而用户部分占有框架22的剩余板以及框架23与24的全部板。由于本发明的优良特性，每一框架具有一个框架控制板，该板留有38个插槽，而每个槽在容积上又可容纳8个输入/输出端。
自动控制器的简化型可以将框架减至只有20，22和25。
框架和防爆外罩实际上主要用于电源和传动装置。框架最好装有：
-一个防爆输入端，用于连接矿井中的供电干线（1100伏），可在该输入端安装一个绝缘闸盒，
-门上的观察孔（用于监视电源的正常工作），
-防爆引线贯通件（18个，每个装有三个导体），直接装入具有内在安全电子仪器的金属板框架中。
在所举例子中，外罩20包括：
-一个1100伏/220伏变压器，将主电源提供给各种电源模件，
-各种电源模件：
·5V-5ADC电源转换器（AL5CC），将电源提供给自动控制器的所有电路板;
·12V-1.5ADC转换器（AL12CC），将电源供给传动装置接口（电动机械的或固态中继），
·±12V-420mA电源（AL12CC），用于模拟输入和输出板，
·多路输出16伏交流电源（AL16CA）（10），向带有线路监视的输入电路供给电流（可选择12或24伏）。
一般来说，有必要提供几个16伏电源，这是因为电源必须是内在安全的，所以它们只能为32个输入电路提供电源。对于内在安全工作的要求也意味着相对于12伏（在德国使用的）和24伏（一般多用于法国）来说，16伏电压更好一些。
各种电源的输出是内在安全的。由于内在安全的要求不允许输出端的任何混合，所以在各种电源之间必须实行电绝缘。
金属板框架22至28分别被横向绞接在三部分中：
-一个基本元件，其顶部和底部有开口，可由闭锁金属片关闭，
-相对基本元件左侧旋转90°的一个框。适于接纳欧州标准的卡片框，
-一个上了玻璃的门，相对框的左侧旋转90°。
上了玻璃的门可以观察到电路板的前面板上的各种标记（输入和输出状态）。
这些框架可以连接在一起，以适应使用的尺寸（输入/输出数量）。顶部和底部的开口用于框架间相互接线。
框架25至28容纳连接传感器和传动装置的接线板，它们只包括基本元件和一个绞接的实心门（不使用旋转框）。
图2所示为中央部件UC与用户部分的连接，其中可见三条独立的总线：微处理器总线BM，框架间相互连接总线BIC和输入/输出总线BES。
左边所示的中央部件部分包括一个处理部件，一个显示元件和一个总线BM和BIC之间的接口模件。
处理部件部分包括一个微处理器MPU，一块随机存取存贮器（RAM）板（该存贮器可被读写），一块系统EPROM板和一块用户EPROM板，一块与开发系统对话的板，和一块可选择的用于与其它自动控制器对话的板。
构成处理部件的板子可以是以商品供应的板子，例如，选择这些板子的限制仅仅是：5伏电源，无自感应圈和低值电容器（小于100uF）。
实际上，使用当前技术的商品板子将可满足这些条件。
举一例子，所考虑的自动控制器装有欧州插件（Eurocard）规格（100×160mm）和国家半导体CIMBUS标准的工业级（-40℃到+85℃）板子，使用NSC800微处理器（CMOS技术）：
-微处理器（MPU）板-CIN804，
-系统RAM板-CIM108，
-系统EPROM板-CIM100，
-用户EPROM板-CIM100，
-开发系统对话板（RS232C串联连接和电流环路）-CIM201，
-（可选择的）控制器间对话板（与前面所述具有相同的连接）
-CIM201。
原则上，系统EPROM包括自动控制器赖以工作的各种程序：与开发系统的连接，自动控制器语言解释程序，检测程序等等。
MPU和RAM板实际上组合成一个MPU+RAM盒式容器，EPROM板组合成一个EPROM盒式容器，而对话板合并成一个DIA模件。
在考虑的实施例中，程序可以在地面使用MERLIN GERIN CDF 1000程序设计控制台编写并调试，自动控制器在连接和对话（BD）级别与该控制台兼容。所用程序设计语言与MERLIN GERIN为其PS自动控制器所用的相同，如：GRAFCET SCHEMA RELAIS和ASSEMBLEUR PB。源程序（GRAFCET，SCHENA RELAIS或ASSEMBLEUR）是从CDE1000控制台的键盘输入的。一旦全部源程序输入后，即可进行编译，以获得一个可运行程序（可为自动控制器理解的），该运行程序通过一条连接于控制台的电缆传送到“EPROM盒式容器”模件中的EPROM中。然后“EPROM盒式容器”被插入：
-地面上的自动控制器，它用于初步测试，
-（以其最后型式）一旦程序在地面上通过全部测试，自动控制器下至矿井。
如果程序不能排除错误，“EPROM盒式容器”可以用UV照射的方法擦涂。
显示部件（图中的VISU）控制两个7段显示块，该7段显示以代码形式指示由处理部件记录的系统故障。显示部件也可由用户程序使用（例如，以代码形式显示当前的处理步骤或暂停的原因），或由系统程序使用，以验证用户程序的正确执行。
由于本发明的一个良好特性，直接连于微处理总线的VISU部件甚至在用户部分发生故障的情况下仍能继续工作。
总线间接口模件MIB在用户部分和系统部分之间构成隔离，这是本发明的一个基本特征。由此，影响一个框架控制器或输入/输出模件的故障将不会中断微处理器模件的操作。由于显示部件（以及任何有关的测试部件）连接到微处理器总线，而不通过总线接口模件，也不连接任何用户部分，所以无论什么部件发生故障，系统维护和故障指示功能依然保留。
MIB模件也控制各种信号和地址译码的管理（可包括临时存贮器），其中的各种信号是用户部分所需要的（输入/输出总线），而地址译码用于选择框架控制器模件。
这里提供了自监视或“监视”功能。其工作原理是：至少每200毫秒单稳态必须复位一次，或释放继电线圈，以停止被控制的过程。这里所讨论的自动装置安装了两个“监视器”：
-一个由系统软件驱动（微处理器的非法执行指令将释放相应的继电线圈）;
-另一个由用户程序驱动：在这种情况下，用户必须把将单稳态复位的指令周期地包括在其程序中。因而，用户程序发生任何故障都将释放两个“监视器”继电线圈。
还有一个同步和时钟板（图中未示），其功能是产生并向处理部件和各个模件传播它们所需的时钟信号。尤其是，它产生一个同步与电源结合的信号送入远程输入模件。它最好是一个交流信号，其中定期使一个周期空位（参看图7）。
如上所述，用户部分包括一个框架间连接总线BIC，它在每个框架22，23和24中的框架控制板CC1，CC2和CC3（ID15型）处终结。
虽然微处理器总线BM较短，从而可使信号快速通过，但框架间连接总线BIC的特征在于减少了导体数量，而且由其传送的信号速度降低。上面已提到过，在每个框架中有一输入/输出总线BES，在框架输出端，BC或BND输出总线（参看图1）可通过内在安全接口模件ISI相连接。
可在总线上输送的各种信号在下述线路之间分配：
-数据线，以D0至D7表示，
-地址线，相应于功能选择以A0至A3表示，或以A4至A7表示，
-读/写线，以R/W表示，和
-数据应答线和第n列的每个框架中的专用排列线。
各种模件的简图是显然的，并将只能概括性描述。
相互连接是标准化的。框架22，23和24中的全部插槽连线都相同，并且可容纳任何类型的输入/输出模件。
所有输入/输出模件对其特定类型都有一标识代码。该代码由处理部件读取。当用户软件正以自动控制器的语言写入时，该用户必须确定输入和输出模件的位置，因而须产生一配置表。处理部件把在各个插槽读到的代码与表中的记录进行比较。如果任一插槽上的代码不符（板子遗漏，板子故障或板子类型错误），用户程序即停止，“监视器”中止处理过程，并有一代码在显示器上出现。
所获得的输入与时钟信号同步，然后，处理部件利用得到的数据的冗余项形成一个由用户程序使用的工作存贮器图象。用户在认为适宜的时候，可根据自动控制器语言中的适当指令将该存贮器图象更新。
图3是框架控制板CC1，CC2或CC3的方框图。该板主要装有一个插在数据总线D0-D7上的双向缓冲存贮器MTB，功能选择线A0-A3在其终端的第二缓冲存贮器MTF，一个与线B0-B7和线A0-A3，连接的板自检模件MAC，以及一个连接于线A4-A7和框架控制器选择线SCC的模件MSC，该模件用于对给定的板子编号进行译码。框架控制板的输出端包括数据线D0-D7，功能选择地址线A0-A3，以及用于在相应框架（8或15条接线）中选择板子的线N。
在每一框架中，控制板分离并临时存贮供15个（或8个）插槽用的信号，插槽是可寻址的（其功能与总线接口模件相似）。
这个板子或模件还有一个关于分配给15个插槽的输入/输出总线的自监视任务。
它用于检验输入/输出总线以及连接总线到总线接口模件MID的接线是否正确工作。
因此，框架的输入/输出总线上的任何故障都将用信号通知处理部件，并且不影响其它框架的工作。
每个模件CC1，CC2，或CC3控制输入/输出板的一个分组。有各种类型的输入/输出模件：参数调节模件PAR，适于连接在远程多路数字输入模件EDM上的多路数字输入模件ENM，高速数字输入模件ENR（直接连接）和数字输出模件SN。
图4是一个输入/输出PAR模件的方框图，该模件在一个框架中占有两个插槽（参看图1），用于参数的现场调节，例如：时间延迟，触发阈值，正向计数器/反向计数器置位点，操作模式等等。
一个这种类型的模件包括至少一个与每一欲被调节的参数有关的指轮RC（在本例中，八对指轮可对八个参数在00和99之间进行调节）。该模件最好还包括许多TTL输入端（在这个例子中，EO至EF表示16个输入端），它们可从框架25至25中之一的接线板上得到。这些输入端与自动控制器内部的开关连接，或用母线分路于接线板。这些输入端主要用于维护和紧急处理控制。
除了指轮RC之外，图4中的PAR模件主要包括一个译码器DEC，它连接于选择线A0-A3和一条从逻辑模件ML1引出的寻址线，与ML1相连的是读取线R和框架编号线NR;译码器DEC也连接于指轮，一个缓冲存贮器MTRC由一条指轮读取总线BRC连接到指轮，并连接于数据总线D0-D7，PAR还包括多路部件MP，它们分别与数据总线D0-D7、由EO至EF表示的TTL输入端及板子类型线Tc、线A0-A3，以及从第二逻辑模件ML2引出的输出线相连接。每一个多路装置都提供两个信号，该二个信号选自各有4个信号的信号组。按下按钮BP，用户可在任何时候通过双稳态BL读到设置于指轮上的数值;这些数值很快被识别，并代替前一次读到的值。一个这类的PAR模件是一个特殊输入模件，用户可利用它自行输入数据，指轮本身则指示出所设置的输入状态。
如同将要推出的，根据本发明的一个较佳实施例，其它的输入/输出模件安装了显示器件-最好是指示器灯-它适于由处理部件本身控制，以便在该模件上显示由处理器部件观察到的连接于该模件的输入/输出端的状态。根据相关的传动装置或传感器是否处于其基本条件之一或另一，或根据到传动装置或传感器的连接线是否短路或断路（参看图10中有关部分），最好有适于显示每一输入/输出状态的显示器件。
重要的是由于这些灯不通过接线而是由处理部件直接控制的，所以这些灯的状态与处理部件“观察”到的状态的一致性是确定无疑的;每次输入（或输出）的状态被定期（例如，每180毫秒）取样，取样的结果存贮在一个存贮器映象中，并可在任何时候读取。
图5是一个多路数字输入板或模件ENM的框图。每个这种类型的模件可以管理8个远程输入端，并被一条四线远程输入总线BED（例如，包括两对电话线）连接到一远程模件EDM上（简略示于图7），如图6所示，EDM对八个传感器C进行连续扫描。
与远程模块EDM和传感器C的连接是内在安全级Ia，其长度可达4公里。
ENM板主要包括两个移位寄存器RD1和RD2以及随后连接于线A0的两个多路调制器MP1和MP2，还包括两个寄存器L1和L2，在L1和L2之间反向并联着发光二极管DEL，组成不同颜色的指示器灯，例如绿的和红的。
寄存器RD1通过一个二极管连接器LD从有关的远程模件接收信号，并接收一个时钟信号CLK;其输出之一被送到另一寄存器RD2，RD2也接收信号CLK。根据开关的置位，多路调制器MR2的部分输入端可以接地或连接于5伏电源，这些开关用于指示出微处理器板的类型。读线R，板编号线N和写线W被逻辑设备结合在一起，这些逻辑设备的输出被送到多路调制器或锁存器。二极管对DEL根据施加在其上的直流或经过整流的交流是正这是负而显示四种不同的标记。
远程输入缓冲器BED的四条线传送来自远程模件EDM的数据信号和电源，以及从自动控制器发出的同步信号（上面已提到过）。每个传感器C以两条线连接到相关的EDM模件。
如同简略示于图7中的，模件EDM主要包括一个器件RAS，用于将输入电源整流并检波同步信号，其后有一个光耦合器连接装置DPZ，用于检测过零通道，DPZ的输出送到单稳态MS，并作为时钟信号CLK，被送到反应16个脉冲周期的计数器CP16和反应10个脉冲周期的译码器DEC10。单稳态的释放将计数器和译码器置零。按线号1至8，译码器依次激励传感器C1至C8，从这些传感器输出的响应出现于构成部分BED总线的输出线之间。
一对模件ENM和EDM每180毫秒将输入取样，但如同已经指出的那样，每一输入端的状态可以在任何时候从存贮器映象中读取。
对于更频繁的取样，例如每20毫秒一次，可使用图8中所示的高速数字输入模件ENR，它的连线分别与每一相关的传感器C相连。
如前所述，到传感器的连接为内在安全级Ia，并可有4公里长。各种输入端的状态是可以同时读取的。
模件ENR主要包括一个缓冲存贮器MTLS，一个多路调制器MPLS和一显示器件ALS，它们三个都装有选择逻辑，并连接于数据线D0-D7、功能选择线A0-A3和板选择线N。与显示器件ALS相关的是一组前面板灯VFA，例如相似于图5中的二极管DEL，同时，与多路调制器（MPLS）相关的是一个板类型开关ITC。缓冲存贮器MTLS由一个电绝缘光耦合器OC连接到每个传感器C。
数字输出模件SN简略示于图9。它通过电绝缘光电耦合器COE（由于由不同的电源对传动装置提供动力，因而在这一级可存在混合或干扰）控制八个传动装置ACT。传动装置可以是电动机械或固体继电器类型的;其控制连接是内在安全的。
模件SN主要包括一个装有选择逻辑的多路调制器MLS，它连接于线D0-D7，A0-A3和N，板类型开关ITC和上述耦合器COE;一个选择逻辑模件LS，连接于线N和A0-A3;一个寄存器MRT，连接于线D0-D7和从模件LS引出的选择线S1;以及一个显示模件MAF，连接于线D0-D7和从模件LS引出的选择线S2，并控制相似于图8中的那些前面板灯VFA。
借助于一条母线（没有图示），可以对传动装置逐一进行强制激励。任何这类行为都可被处理部件观察到，并且，用户程序可在工作存贮器映象中得知它们。所以，用户在编写程序时，可以将处理过程置于撤退位置，以撤消任何不愿接受的强制操作。
如同对于输入板，每一输出状态可用两灯之一连续或间断发光的形式在自动控制器的SN板上显示。
根据本发明的优良特征，传感器和传动装置与自动控制器的其余部分的连线由图10中的电路控制。
传感器C主要包括一个可在两个固定位置1和2之间移动的元件EC，以及两个反向连接于两条并联支路的二极管D1和D2，并联支路被连接线接于配置在相关输入模件中的内在安全交流电源U。这些连接线之一包括一个光电检测器，该检测器由两个反向并联的发光二极管组成。
在所述相关模件的一条线上有一电阻R，一交流电压通过该电阻，当1处接通时，对电压正向检波，而2处接通时则为负向检波，连接线之一断开时，电压值为零，连接线短路时，电压值等于U的送出电压。对于这些电压的形式每一种，都可在输出板的每个输入端的前面板上以灯光的特定模式显示（参看图5）。
换言之，根据本发明，以与电源同步的每半个周期对电阻R中的电流取样，便可获得上述四种情况。
根据本发明，用户程序不必知道实际的输入输出地址（输入和输出模件中寄存器的内部实地址）。程序专注于位于RAM中的工作存贮器映象。系统软件：
-同步于时钟信号得到全部输入状态，然后，如果它识别到一个对应于故障的状态（线路断开或短路），则在确认该信息之前，等待下一个获取周期（这将避免正在被解释为出现故障的传感器的状态发生变化）。
-读取输出以检测任何强制激励，
-处理全部信息，并适当地控制指示器灯。
这一处理的结果只有在用户程序中读到更新指令RAFR时，才由系统软件传送到工作存贮器映象中。
以上说明只是以非限制性图示举例的方式进行的，凡那些在本领域中有经验的技术人员都可提出不超出本发明范围的各种变化，尤其是关系到由每个板子控制的输入/输出端的数量，或置于每个框架控制板控制之下的板子的数量（依所用技术而定），以及连接总线的结构和各种板子的具体结构导问题。根据本发明的自动控制器实际上适于利用各种各样的输入/输出板。