AT398501B - Einrichtung zum signaltechnisch sicheren betrieb mehrerer elektrischer verbraucher - Google Patents

Description

AT 398 501 B

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum signaltechnisch sicheren Betrieb mehrerer, von einer gemeinsamen Stromversorgung gespeister, mit Hilfe von Schaltern schaltbarer elektrischer Verbraucher, die von einem sicheren Rechnersystem gesteuert und überwacht werden.

Aus der Europäischen Patentschrift 0 031 046 ist eine Einrichtung zur signaltechnisch sicheren Steuerung und Überwachung von elektrischen Verbrauchern bekannt. Die Verbraucher werden dabei von einem örtlich entfernten sicheren Mikrocomputer über eine Lichtwellenleiterverbindung angesteuert. Sie sind über gesteuerte Schaltmittel an- und abschaltbar. Der Strom eines jeden Verbrauchers wird von je einem Überwacher erfaßt, wobei jeder Überwacher als Fensterdiskriminator arbeitet, der bei einem unzulässig niedrigen und bei einem unzulässig hohen Verbraucherstrom anspricht und eine diesbezügliche Zustandsmeldung abgibt, die verschieden ist von der bei ordnungsgemäßem Verbraucherstrom abgegebenen Zustandsmeldung. Die Überwacher sollen dabei so gestaltet sein, daß sie zusätzlich von dem Mikrocomputer ansteuerbar sind, wodurch sich ihre einwandfreie Funktionen überprüfen lassen soll. Hinweise über die Realisation dieser zusätzlichen Ansteuerung sind der erwähnten Patentschrift nicht zu entnehmen. Mit der beschriebenen Einrichtung läßt sich die einwandfreie Funktion aller Verbraucher zyklisch überprüfen, in dem die angeschalteten Verbraucher intervallweise kurzzeitig abgeschaltet und die abgeschalteten Verbraucher intervallweise kurzzeitig angeschaitet werden. Die Überwacher müssen dann die entsprechenden Reaktionen zeigen, welche von dem sicheren Mikrocomputer überprüft werden können. Zusätzlich ist ein Schaltglied vorgesehen, daß bei Störungen des Übertragungsweges zur Herstellung eines sicheren Zustandes bestimmte Verbraucher direkt an die Stromversorgung anschaltet und die anderen Verbraucher von der Stromversorgung abtrennt. Bei dieser bekannten Einrichtung hat jeder Überwacher Sicherheitsverantwortung zu übernehmen.Die Überwacher selbst müssen deswegen signaltechnisch sicher aufgebaut sein, wozu eine separate Überprüfung ihrer Funktion nötig ist. Der Ansprechbereich zwischen dem niedrigsten und höchsten zulässigen Stromwert eines jeden Überwachers muß sehr groß gewählt werden, wenn einerseits Schwankungen der Versorgungsspannung, anderseits die hohen Stromwerte berücksichtigt werden sollen, die bei einem kurzzeitigen Anschalten eines Verbrauchers zu Testzwecken entstehen können, insbesondere beim Anschalten kalter Glühlampen. Bedingt durch diesen notwendigen, großen Ansprechbereich der Überwacher können gewisse Fehlfunktionen der Verbraucher, welche nur kleine Abweichungen der Verbraucherströme zur Folge haben, nicht erkannt werden.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, mehrere elektrische Verbraucher signaltechnisch sicher zu speisen und zu überwachen wobei auch relativ kleine Abweichungen der Verbraucherströme erkannt werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Meßwertgeber den Wert des Gesamtstroms der Verbaucher erfaßt und dem Rechnersystem zuführt und daß die Spannung an jedem Verbraucher von je einer mit dem Rechnersystem verbundenen Schwellwertschaltung überwacht wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung jede Schwellwertschaltung zwei Schaltzustände aufweist und bei Über- oder Unterschreiten einer Schwellspannung ihren Zustand ändert.

Die Einrichtung nach der Erfindung bietet gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß keine Stromüberwacher mit Sicherheitsverantwortung zur Funktionskontrolle der Verbraucher mehr erforderlich sind. Das Rechnersystem ist in der Lage, Plausibilitätsprüfungen zwischen den abgegebenen Steuerkommandos für die Schaltmittel und den als Reaktion empfangenen Meldungen des Meßwertgebers und der Schwellwertschaltungen vorzunehmen, wodurch in einer der Komponenten auftretende Fehler sofort bemerkt werden und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden können.

Eine solche Sicherheitsmaßnahme kann in einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung besonders vorteilhaft realisiert werden. Diese sieht eine von dem Rechnersystem über sichere Ausgänge angesteuerte Umschalteinheit vor, die unabhängig von den Schaltern alle Verbraucher, deren Betrieb eine Gefährdung verursachen kann, von der Stromversorgung abtrennt, und die alle Verbraucher, deren Betrieb einen sicheren Zustand bewirkt, an die Stromversorgung anschaltet. Es werden also beispielsweise schadhafte Freisignale und Haltsignale von der Stromversorgung abgeschaltet und ein Ersatzhaltsignal, z.B. ein Nebenfaden einer roten Haltlampe, angeschaltet.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Verbraucher zusätzlich durch einen Schalter über einen Vorwiderstand an die Stromversorgung anschaltbar.

Das Rechnersystem kann nun alle Verbraucher, die gerade nicht in Betrieb sind, zyklisch überprüfen, in dem kurzzeitig jeweils ein Verbraucher über den zugehörigen Vorwiderstand an die Versorgungsspannung angeschaltet wird. Als Reaktion auf eine solche Anschaltung muß sich der gemessene Wert des Stroms am Meßwerteingang des Rechnersystems um einen definierten Wert erhöhen, und die zugehörige Schwellwertschaltung darf nicht ansprechen. Sind diese Bedingungen in einer solchen Anschaltung nicht erfüllt, so wird der entsprechende Verbraucher als defekt erkannt und das Rechnersystem leitet die bereits oben beschriebenen Sicherheitsmaßnahmen ein. 2

AT 398 501 B

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Ausgangsspannung der Stromversorgung veränderbar ist und von einem Ausgang des Rechnersystems beeinflußt werden kann. Durch einer derartige Einrichtung ist es möglich Lichtsignale während der Nachtstunden mit geringerer Intensität zu betreiben.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rechnersystem über eine Sende-Empfangseinheit mit einer übergeordneten Steuersteile Daten austauscht. Der Datenaustausch ist dabei über eine serielle Datenübertragungsstrecke, z.B. über einen Lichtwelienleiter möglich. Das Rechnersystem kann somit von der übergeordneten Steuersteile Kommandos zum Anschalten einzelner Verbraucher empfangen und seinerseits Kontrollmeldungen an die Steuerstelle zurücksenden. Um Störungen des Datenübertragungsweges zwischen übergeordneter Steuerstelle und Rechnersystem möglichst schnell festzustellen, ist es zweckmäßig, in regelmäßigen Abständen in beiden Richtungen zur Kontrolle Daten zu übertragen. Wenn das Rechnersystem für eine definierte Zeit keine Daten mehr empfangen hat, wird von ihm sofort die bereits oben beschriebene Herstellung eines sicheren Zustandes eingeleitet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung aus dem Bereich des Eisenbahnsignalwesens soll nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung von zwei Signallampen eines Eisenbahnlichtsignals.

Der Betrieb von Eisenbahnlichtsignalen muß ständig überwacht werden. Dabei ist besonders wichtig, daß der Haltbegriff, also das rote Licht, in jedem Falle sicher angezeigt wird. Deswegen werden in Eisenbahnlichtsignalen zur Anzeige des Haltbegriffs immer Signallampen mit zwei Glühfäden, einem Haupt-und einem Nebenfaden verwendet. Bei Ausfall des Hauptfadens ist dann die Umschaltung auf den Nebenfaden möglich. Auch bei der Anzeige der Fahrtbegriffe ist die Verwendung von Signallampen mit zwei Glühfäden vorteilhaft, um Betriebsstörungen zu vermeiden. Der Ausfall eines Glühfadens wird dann im Stellwerk angezeigt, so daß die defekte Signallampe möglichst schnell ausgetauscht werden kann. In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung das Stellwerk 23 über eine serielle Datenverbindung 22 mit dem sicheren Rechnersystem 20 verbunden. Für die serielle Datenverbindung 22 kann zum Beispiel ein Lichtwellenleiter verwendet werden. Als Schnittstellen zur Datenverbindung 22 sind bei dem sicheren Rechnersystem 20 und bei dem Stellwerk 23 Sende-/Empfangseinheiten 21 erforderlich. Über die Datenverbindung 22 können vom Stellwerk 23 zum sicheren Rechnersystem 20 Kommandos zum Stellen des Lichtsignals übertragen werden, in der Gegenrichtung ist die Übertragung von Meldungen vom sicheren Rechnersystem 20 zum Stellwerk 23 möglich. Zur sicheren Datenübertragung wird ein Code mit entsprechender Redundanz verwendet. Damit können sowohl das Stellwerk 23 als auch das Rechnersystem 20 eventuell auftretende Übertragungsfehler erkennen. Die Verbraucher 3, 4, in diesem Beispiel die Glühfäden der Signallampen, können über vom Rechnersystem 20 betätigte Schaltmittel 1 an die Spannung U der Stromversorgung 10 angeschaltet werden. Als Schaltmittel sind dabei vorteilhaft gesteuerte elektronische Schalter ersetzbar. Die Steuereingänge dieser Schalter sind mit den Ausgängen 6 des Rechnersystem 20 verbunden. Von den Ausgängen 7 des Rechnersystems 20 lassen sich weitere elektronische Schalter 2 ansteuern, die die Verbraucher 3, 4 über Vorwiderstände 8 an die Spannung U der Stromversorgung 10 anschalten. Ein Meßwertgeber 12 ist in Reihe zur Stromversorgung 10 geschaltet und erfaßt den Wert des gesamten Stroms I aller Verbraucher 3, 4. Dieser Stromwert wird in einen digitalen Wert umgewandelt und dem Dateneingang 13 des Rechnersystems 20 zugeführt. Parallel zu den Verbrauchern 3, 4 sind Schwellwertschaltungen 5 geschaltet, die die Spannungen an den Verbrauchern messen. Überschreitet die Spannung an einem der Verbraucher 3, 4 einen Schwellwert, so spricht die zugehörige Schwellwertschaltung 5 an und meldet die Spannungsüberschreitung dem Rechnersystem 20. Die Schwellwertschaltungen 5 sind dazu mit Eingängen 9 des Rechnersystems 20 verbunden.

Da Eisenbahnüchtsignale nachts mit einer geringeren Helligkeit als tagsüber betrieben werden, bietet die Stromversorgung 10 die Möglichkeit zur Umschaltung ihrer Ausgangsspannung U auf einen niedrigeren Wert. Die Spannungsumschaltung ist von dem Rechnersystem 20 über dessen Ausgang 11 steuerbar.

Zum Betrieb des Signals werden die anzuzeigenden Signalbegriffe vom Stellwerk 23 über die Datenverbindung 23 an das Rechnersystem 20 übertragen. Das Rechnersystem 20 muß dann als Reaktion die entsprechenden Signallampen anschalten. In dem dargestellten Beispiel geben die beiden Signallampen 3 rotes und grünes Licht ab, der Verbraucher 4 stellt den Nebenfaden der roten Signallampe dar. Im Normalfall wird immer eine der beiden Lampen 3 vom Rechnersystem angesteuert. Dazu wird der der Signallampe zugehörige Schalter 1 über den entsprechenden Ausgang 6 des Rechnersystems 20 durchgeschaltet. Der Meßwertgeber 12 mißt den Gesamtstrom I aller Signallampen, wandelt diesen Meßwert in einen digitalen Meßwert um und führt ihn dem Meßwerteingang 13 des Rechnersystems 20 zu. Damit ist es im Rechnersystem jederzeit möglich, den in den Signallampen 3 fließenden Strom zu überprüfen und mit einem Referenzwert zu vergleichen. Da in diesem Beispiel stehts genau eine Signallampe angeschaltet sein muß, nämlich entweder die rote oder die grüne Signallampe, gibt der Meßwertgeber, abgesehen von einem kurzen Umschaltmoment beim Lichtwechsel stets ungefähr den gleichen Stromwert ab, sofern beide 3 ΑΤ 398 501 Β

Signallampen einwandfrei arbeiten. Zur Überprüfung, ob der gemessene Strom auch tatsächlich durch die gewünschte Signallampe fließt, erhält das Rechnersystem zusätzlich Signale der Schwellwertschalter 5, die die Spannungen an den Signallampen überwachen. Schaltet das Rechnersytsem somit von grünem auf rotes Licht um, so darf sich der Stromwert am Meßwerteingang 13 im eingeschwungenen Zustand nicht ändern, es muß jedoch ein entsprechender Wechsel der Signale von den Schwellwertschaltungen 5 an den Eingängen 9 des Rechnersystems auftreten. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, so erkennt das Rechnersystem die fehlerhafte Funktion und kann entsprechende Sicherheitsmaßnahmen einleiten. Geht zum Beispiel beim Umschalten auf die grüne Signallampe der Strommeßwert auf null zurück, wobei gleichzeitig die Schwellwertschaltung 5 an der grünen Signallampe aber Spannung anzeigt, so ist der Glühfaden der grünen Signallampe defekt, das Rechnersystem schaltet dann die rote Lampe an und sendet eine Störungsmeldung über die Datenverbindung 22 an das Stellwerk 23. Wird der Ausfall des Hauptfadens der roten Lampe erkannt, so schaltet das Rechnersystem den Nebenfaden der roten Lampe an und sendet ebenfalls eine Meldung an das Stellwerk 23. Fließt nach dem Anschalten einer Signallampe ein sehr großer Strom und spricht die zugehörige Schwellwertschaltung 5 nicht an, so liegt ein Kurzschluß in der angeschalteten Lampe vor. Fließt kein Strom durch den Meßwertgeber 12 und spricht keine Schwellwertschaltung 5 an, so ist der Schalter oder dessen Ansteuerung der betreffenden Glühlampe defekt. Die Reaktionen des Rechnersystems 20 entsprechen dann in beiden Fällen denen beim Glühfadendefekt.

Das Rechnersystem 20 ist ebenfalls in der Lage, alle Signallampen auch in nichtangeschaltetem Zustand zu überprüfen. Dazu kann das Rechnersrstem 20 über seine Ausgänge 7 die elektronischen Schalter 2 ansteuern. Durch diese fließt dann ein Prüfstrom über die Vorwiderstände 8 durch die zu prüfenden Glühfäden der Signallampen. Die Vorwiderstände müssen so dimensioniert werden, daß die Lampen, wenn sie in Reihe mit den Vorwiderständen betrieben werden, noch kein Licht abgeben. Andererseits muß der Stromfluß durch die Lampen groß genug sein, um von dem Meßwertgeber 12 registriert werden zu können. Die Schwellwertschaltungen 5 sollen in diesem Betriebszustand noch nicht ansprechen. Das Rechnersystem kann nun alle Glühfäden der Signallampen, die gerade nicht in Betrieb sind,zyklisch überprüfen, in dem kurzzeitig jeweils ein Glühfaden über den zugehörigen Vorwiderstand 8 an die Versorgungsspannung U angeschaltet wird. Als Reaktion auf eine solche Anschaltung muß sich der gemessene Wert des Stroms am Meßwerteingang 13 des Rechnersystems 20 um einen definierten Wert erhöhen, und die zugehörige Schwellwertschaltung 5 darf nicht ansprechen. Sind diese Bedingungen in einer solchen Anschaltung nicht erfüllt, so wird die entsprechende Signallampe als defekt erkannt und das Rechnersystem leitet die bereits oben beschriebenen Sicherheitsmaßnahmen ein.

Vom Stellwerk 23 kann ein Befehl zur Nachtumschaltung der Signallampen über die Datenleitung 22 an das Rechnersystem 20 übermittelt werden, worauf das Rechnersystem über seinen Ausgang 11 der Stromversorgung 10 ein Umschaltsignal gibt. Die Ausgangsspannung U der Stromversorgung 10 senkt sich dann ab, was eine geringere Helligkeit der Signallampen zur Folge hat. Bei diesem Nachtbetrieb hat das Rechnersystem bei der Überprüfung der vom Meßwertgeber 12 gelieferten Stromwerte entsprechend niedrigere Referenzwerte zugrundezulegen. Die Schaltschwelle der Schwellwertschalter 5 muß unterhalb der Betriebsspannung im Nachtbetrieb und oberhalb der am Glühfaden abfallenden Spannung unter Vorschaltung eines Vorwiderstandes 8 bei der Betriebsspannung im Tagbetrieb liegen.

Um Störungen des Datenübertragungsweges zwischen Stellwerk 23 und Rechnersystem 20 möglichst schnell festzustellen, ist es zweckmäßig, in regelmäßigen Abständen in beiden Richtungen zur Kontrolle Daten zu übertragen. Wenn das Rechnersystem 20 für eine definierte Zeit keine Daten mehr empfangen hat, wird von ihm sofort die rote Signalleuchte angeschaltet, wodurch ein sicherer Zustand hergestellt wird.

Um auch bei einem Ausfall des Rechnersystems 20 einen sicheren Betriebszustand herzustellen ist eine Umschalteinheit 15 vorgesehen, die die Betriebsspannung von den Signallampen 3 abschalten kann, wobei gleichzeitig der Nebenfaden 4 der roten Signallampe direkt an die Betriebsspannung angeschaltet wird. Die Umschalteinheit 15 wird von zwei sicheren Ausgängen 14 des Rechnersystems 20 beeinflußt. Die sicheren Ausgänge 14 müssen beide ständig ein definiertes Ausgangssignal abgeben, damit die Umschalteinheit ihren Grundzustand einnimmt. Sobald sich eines der beiden Ausgangssignale an den sicheren Ausgängen 14 ändert, schaltet die Umschalteinheit den Rotlichtnebenfaden an. Je nach Konzeption des sicheren Rechnersystems 20 ist auch eine andere Anzahl von sicheren Ausgängen 14 denkbar. Die Umschalteinheit 15 bietet für das Rechnersystem 20 weiterhin die Möglichkeit, im Falle eines Kurzschlusses im elektronischen Schalter 1 der grünen Signalleuchte 3 einen sicheren Zustand herzustellen. Das Rechnersystem beeinflußt dann mindestens einen der sicheren Ausgänge 14, so daß durch die Umschalteinheit 15 dann die grüne Signalleuchte abgeschaltet und die rote Signalleuchte angeschaltet wird. Gleichzeitig wird eine Störungsmeldung über die Datenverbindung 22 an das Stellwerk 23 abgegeben. Alle Störungsmeldungen können genaue Angaben über die Art des Fehlers enthalten. Damit ist die schnelle Behebung eines auftretenden Fehlers möglich. 4

Claims (6)

1. AT 398 501 B Die Anwendung der beschriebenen Einrichtung ist auch für größere Lichtsignale mit mehreren Signallampen denkbar. Es können auch mehrere Lichtsignale oder andere Verbraucher, die sich in örtlicher Nähe zueinander befinden, von nur einem Rechnersystem 20 gesteuert werden. Patentansprüche 1. Einrichtung zum signaltechnisch sicheren Betrieb mehrerer, von einer gemeinsamen Stromversorgung gespeister, mit Hilfe von Schaltern schaitbarer, elektrischer Verbraucher, die von einem Rechnersystem gesteuert und überwacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwertgeber (12) den Wert des Gesamtstroms (I) der Verbraucher (3, 4) erfaßt und dem Rechnersystem (20) zuführt und daß die Spannung an jedem Verbraucher (3, 4) von je einer mit dem Rechnersystem (20) verbundenen Schwellwertschaltung (5) überwacht wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schwellwertschaltung (5) zwei Schaltzustände aufweist und bei Über- oder Unterschreiten einer Schwellspannung ihren Zustand ändert.
3. 3. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Rechnersystem (20) über sichere Ausgänge (14) angesteuerte Umschalteinheit (15) vorgesehen ist, die unabhängig von den Schaltern alle Verbraucher (3), deren Betrieb eine Gefährdung verursachen kann, von der Stromversorgung (10) abtrennt, und die alle Verbraucher (4), deren Betrieb einen sicheren Zustand bewirkt, an die Stromversorgung (10) anschaltet.
4. 4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbraucher (3,4) zusätzlich durch einen Schalter (2) über einen Vorwiderstand (8) an die Stromversorgung (10) anschaltbar ist.
5. 5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (U) der Stromversorgung (10) veränderbar ist und von einem Ausgang (11) des Rechnersystems (20) beeinflußt werden kann.
6. 6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechnersystem (20) über eine Sende-/Empfangseinheit (21) mit einer übergeordneten Steuerstelle (23) Daten austauscht. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5