EP1134715B1

EP1134715B1 - Lampenschaltung eines Signalgebers einer Verkehrssignalanlage

Info

Publication number: EP1134715B1
Application number: EP01105595A
Authority: EP
Inventors: Jim Ballantine; Eric Burdis; Geert De Zaeyer; Bernhard Dr. Hering; Keith Manston; Horst Schnippert
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: DE50110091D1; DE10012608A1; ATE330299T1; DK1134715T3; EP1134715A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lampenschaltung für mindestens einen Signalgeber einer Verkehrssignalanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Der zeitliche Ablauf der Signalzustände von Signalgebern einer Verkehrssignalanlage wird durch ein Signalprogramm, gegebenenfalls mehrere alternativ eingesetzte Signalprogramme in Form einer seriellen Abfolge von der Lampenschaltung des Signalgebers beziehungsweise der Signalgeber zugeführten Zustandssignalen gesteuert. Die ordnungsgemäße Funktion der Lampenschaltung und der angeschlossenen Lichtsignale der Signalgeber ist, wie allgemein bekannt, in einem erheblichen Umfang sicherheitsrelevant für dadurch geregelte Verkehrsströme. Es ist deshalb unabdingbar, die fehlerfreie Funktion der Lampenschaltung sowie der angeschlossenen Lichtsignale durch eine Überwachungseinrichtung, die eine in die Lampenschaltung integrierte Sensorik einschließt, fortlaufend zu überwachen.
Eine solche Lampenschaltung mit Überwachungseinrichtung ist aus der WO98/48395 bekannt.
Die damit realisierte Signalsicherung ist notwendig, jedoch noch nicht hinreichend, denn auch in der Sensorik selbst oder bei einer Bewertung der über die Sensorik festgestellten Signalzustände können Fehler auftreten. Deshalb wird auch in verschiedenen national verbindlichen Richtlinien darüberhinaus gefordert, diese Signalsicherung selbst fehlersicher auszugestalten. Eine bekannte Möglichkeit, dies zu realisieren, besteht darin, die Überwachungseinrichtung zweikanalig, das heißt also redundant auszuführen. Der damit verbundene Aufwand ist beträchtlich. Dennoch schützt die bloße Verdopplung nicht in allen Fällen vor Programmierungsfehlern oder auch Schwachstellen im Aufbau der Überwachungseinrichtung, die in Extremfällen zu einem Fehlverhalten der Signalsicherung führen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Lampenschaltung der eingangs genannten Art, eine weitere Ausführungsform zu schaffen, mit der bei wirtschaftlich vertretbarem Aufwand eine hohe Fehlersicherheit insgesamt, insbesondere auch der Signalsicherung erreicht wird.
Bei einer Lampenschaltung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 beschriebenen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Grundüberlegung, dass Redundanz bei der Ausgestaltung der Überwachungseinrichtung aus Sicherheitsgründen an sich unverzichtbar ist. Wenn diese Redundanz jedoch schematisch durch pure Verdopplung des Schaltungsaufbaus herbeigeführt werden soll, ist trotz des Aufwandes dafür noch nicht automatisch eine hohe Fehlersicherheit erreicht. Der erfindungsgemäßen Lösung liegt ein Realisierungskonzept zugrunde, das sich von der Vorstellung einer Redundanz durch fest verdrahtete Schaltungsverdopplung löst und an dessen Stelle eine funktionale Redundanz dort anstrebt, wo sie nötig und möglich erscheint.
Dieses Konzept sei im Hinblick auf die Verwendung zweier Mikrocomputer bei der erfindungsgemäßen Lösung erläutert, ohne dabei zunächst Einzelheiten bei der Ausgestaltung der Sensorik selbst einzubeziehen. Beide Mikrocomputer überwachen fortlaufend die Übereinstimmung der tatsächlichen Signalzustände in der Lampenschaltung mit durch die vorgegebenen Zustandssignale vorgegebenen Signalzuständen. Dies entspricht unmittelbar dem konventionellen Lösungsansatz der Erhöhung der Fehlersicherheit durch Verdopplung von Schaltungsteilen. Mit dieser Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Lampenschaltung und der an sie angeschlossenen Lichtsignale der Signalgeber ist jedoch eine Überwachung der Signalsicherung selbst noch nicht sichergestellt. Zur Lösung dieser Teilaufgabe werden beide Mikrocomputer unterschiedlich eingesetzt.
Einer der beiden Mikrocomputer steuert die in die Lampenschaltung integrierten Schaltungsteile der Überwachungsschaltung in einen Testmodus, in dem durch entsprechende Schaltungsmaßnahmen insbesondere die ordnungsgemäße Funktion der Sensorik und der nachgeschalteten Bewertungseinheiten überprüft wird. Der diesen Testmodus steuernde Mikrocomputer überprüft die als Ergebnisse dieser Tests generierten "wahren" Zustandssignale auf ihre Übereinstimmung mit den Vorgaben für den Testmodus. Der zweite Mikrocomputer setzt auch im Testmodus seine ihm zugeordnete Überwachungsfunktion kontinuierlich fort, diese Tests laufen also für ihn unbemerkt ab. Auf diese Weise hat man es z. B. in der Hand, diesen Testmodus so auszugestalten, dass kritische, besonders sicherheitsrelevante Signalzustände weiterhin lückenlos überwacht werden können, andererseits aber in regelmäßigen Abständen die Signalsicherung selbst zu überprüfen ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Lösungsansatzes sind in der Überwachungseinrichtung bei Teilschaltungen, bei denen zum Überwachen sicherheitrelevanter Funktionen Redundanz unverzichtbar ist, nicht diese Teilschaltungen selbst, sondern lediglich deren funktionskritische Komponenten redundant ausgelegt. Gemäß einer speziellen Ausführungsform gilt dies beispielsweise für Stromsensoren zum Überwachen eines einwandfrei aktivierten Signalzustandes eines Sperr- bzw. Rotsignales des Signalgebers, bei denen ein Übertrager vorgesehen ist, dessen Primärwicklung in eine die Versorgungsspannung liefernde Zuleitung zum Rotsignal eingeschleift ist und zu dessen Sekundärwicklung eine Reihenschaltung zweier Messwiderstände parallel geschaltet ist, deren gemeinsamer Verbindungspunkt an Masse liegt und an deren Anschlüssen an den Übertrager jeweils eine von zwei zueinander komplementären Signalspannungen abgreifbar ist, die dem momentan über die Zuleitung fließenden Strom entsprechen. Statt einer schematischen Verdopplung der sicherheitsrelevanten Stromsensoren wird demnach lediglich die kritische Bürde des Übertragers so ausgestaltet, dass in ihr auftretende Leitungsbrüche bzw. Kurzschlüsse zuverlässig festzustellen sind.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist dagegen derart ausgestaltet, dass zum Überwachen gleichartiger Zustandskriterien auf den Zuleitungen zu den Lichtsignalen des Signalgebers die Zuordnung von Sensoren zu einem entsprechenden Istsignal im Gegensatz zu einer fest verdrahteten Anordnung zyklisch wechselnd ausgebildet ist, wobei ein einzelner Sensor im Zeitablauf nacheinander eines von mindestens zwei Istsignalen bewertet. Mit dieser Weiterbildung wird somit anstatt einer fest verdrahteten Schaltungsverdopplung wiederum eine funktionale Redundanz realisiert. Gezielt wechselnde Zuordnungen von Signalen zu definierten Signalwegen bieten die Möglichkeit, den Aufwand für eine fest verdrahtete Schaltungsverdopplung zu reduzieren und dabei doch die Signalwege auf ihre einwandfreie Funktion zu überprüfen beziehungsweise im Falle eines auftretenden Fehlers den Signalweg als Fehlerquelle ausschließen zu können.
Insgesamt gesehen, stellt die erfindungsgemäße Lösung also darauf ab, dass in einer Lampenschaltung und den in diese integrierten Teilen der Überwachungseinrichtung Redundanz zum Teil schon deshalb vorgegeben ist, weil eine Lampenschaltung in der Regel mehr als einen Signalgeber steuert beziehungsweise zum Teil eine Schaltungsverdopplung aus Sicherheitsgründen unverzichtbar ist. Diese systematisch vorgegebene Mehrkanaligkeit lässt sich gezielt ausnutzen, um Funktionstests für die Signalerzeugung beziehungsweise für die Signalwege der Überwachungseinrichtung selbst durchzuführen. Dabei wird diese vorgegebene Mehrkanaligkeit in geschickter Weise ausgenutzt, um auch ohne den Aufwand für eine schematische Schaltungsverdopplung zumindestens den damit zu erreichenden Grad der Fehlersicherheit der überwachten Signalisierung zu realisieren. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Gesamtheit der Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, dabei zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild mit einer Lampenschaltung, daran angeschlossenem Signalgeber und mit einer Überwachungseinrichtung bestehend aus einem in die Lampenschaltung integrierten Testmodul mit entsprechender Sensorik sowie aus einer durch zwei Mikrocomputer realisierten Steuer- und Bewertereinheit,
Figur 2 und 3 schematisch eine fest verdrahtete beziehungsweise alternativ zu wechselnde Zuordnung von in dem Testmodul gemessenen Signalen zu definierten Signalwegen beziehungsweise logischen Pfaden,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel zu der in Figur 1 dargestellten Anordnung mit detaillierteren Angaben bezüglich der Zusammenarbeit der beiden Mikrocomputer mit dem Testmodul, Figur 5 ein Ausführungsbeispiel für einen Stromsensor des Testmoduls zum Überwachen des Signalzustandes eines Sperr- bzw. Rotsignals des Signalgebers,
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für die kombinierte Ausgestaltung von Spannungssensoren zum Überwachen des Rot- sowie des Grünsignals des Signalgebers unter anderem in einem Testmodus sowie unter Ausnutzung der wechselnden Polarität der Netzwechselspannung und
Figur 7 ein Blockschaltbild für eine Invertierungsschaltung zum Invertieren von beispielsweise mit einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 6 erzeugten, momentanen Zuständen von Rot- bzw. Grünsignalen entsprechenden Zustandssignalen, mit der elektrische Fehlerzustände im logischen Pfad der entsprechenden Zustandssignale zu erkennen sind.

In dem in Figur 1 dargestellten Blockschaltbild ist schematisch ein Signalgeber 1 mit Rot-, Gelb- und Grünsignal 101, 102 bzw. 103 dargestellt. Diese Lichtsignale werden über eine Lampenschaltung 2 angesteuert. Derartige Lampenschaltungen sind allgemein bekannt, weshalb in Figur 1 lediglich schematisch Ausgangstriacs 3 dargestellt sind, die die Endstufen für das gesteuerte Ein- bzw. Ausschalten der drei Lichtsignale des Signalgebers 1 bilden. In üblicher Weise generiert eine Signalgebersteuerung 4 Steuersignale für die Ausgangstriacs 3, diese Steuersignale werden im folgenden als vorgegebene Zustandssignale zsn bezeichnet. Da die ordnungsgemäße Funktion des Signalgebers 1 im Hinblick auf den durch ihn geregelten Straßenverkehr sicherheitsrelevant ist, ist es erforderlich und auch allgemein üblich, die Betriebszustände des Signalgebers 1 laufend zu überwachen. Eine dafür vorgesehene Überwachungsschaltung 5 hat zunächst die Aufgabe festzustellen, dass die jeweiligen Betriebszustände des Signalgebers 1 tatsächlich mit denjenigen Signalzuständen übereinstimmen, die durch die aktuellen Werte der vorgegebenen Zustandssignale zsn definiert sind. Darüber hinaus hat sie etwa auftretende Fehlerzustände bei der Signalüberwachung selbst festzustellen, mit anderen Worten, sich selbst auf einwandfreie Funktion zu überwachen. Soweit vorstehend beschrieben, ist die Ansteuerung und auch die Überwachung von Signalgebern für Verkehrssignalanlagen allgemein üblich und kann deshalb als bekannt vorausgesetzt werden.
Eine der Besonderheiten der in Figur 1 dargestellten Überwachungsschaltung 5 besteht in der Verwendung zweier unterschiedlich betriebener Mikrocomputer 6 bzw. 7. Dem ersten Mikrocomputer 6 werden parallel die vorgegebenen Zustandssignale zsn zugeführt, die er an den zweiten Mikrocomputer 7 abgibt. Der zweite Mikrocomputer 7 überträgt die vorgegebenen Zustandssignale zsn als Steuersignale an die in der Lampenschaltung 2 angeordneten Ausgangstriacs 3. In der Lampenschaltung 2 ist ferner ein Testmodul 8 mit einer Mehrzahl von Sensoren vorgesehen, mit denen aufgrund von Strom- und/oder Spannungsmessung der jeweilige Zustand an den Lichtsignalen 101, 102 bzw. 103 des Lichtsignalgebers 1 gemessen wird. Die von der Sensorik des Testmoduls 8 ermittelten Werte werden als wahre Zustandssignale zsa zunächst dem zweiten Mikrocomputer 7 zugeführt, der sie an den ersten Mikrocomputer 6 weitergibt. Beiden Rechnern liegt damit die Information über die tatsächlichen Zustände am Lichtsignalgeber 1 vor. Beide Rechner überprüfen unabhängig voneinander die festgestellten tatsächlichen Signalzustände mit den durch die vorgegebenen Zustandssignale zsn vorgegebenen Signalzuständen auf Übereinstimmung beziehungsweise auf etwaige verkehrsgefährdende Abweichungen.
Eine weitere Besonderheit besteht nun darin, daß der erste Mikrocomputer 6 Teile der Sensorik des Testmoduls 8 direkt und damit völlig unabhängig von dem zweiten Mikrocomputer 7 kurzzeitig in einen Testbetriebszustand schalten kann, um die störungsfreie Funktion der Überwachungsschaltung selbst zu überprüfen. Dazu überträgt der erste Mikrocomputer 6 Teststeuersignale ts an den Testmodul 8 der Lampenschaltung 2. Einzelheiten für die mögliche Ausgestaltung dieser Testbetriebsart werden im folgenden noch näher erläutert. Hier mag es im Überblick zunächst genügen, darauf hinzuweisen, daß dabei beispielsweise zum Erfassen des Stromes für das Rotsignal 101 auf redundante Erfassungskanäle umgeschaltet werden kann. Ferner läßt sich ein "Ein"-Zustand des Grünsignales 103 für entsprechende Spannungssensoren des Testmoduls 8 simulieren. Schließlich können ausgewählte Signale im logischen Pfad des Testmoduls 8 invertiert werden. Vorzugsweise findet diese Umschaltung in die Testbetriebsart im Abstand von einigen 100 ms für jeweils eine Netzperiode statt. Der zweite Mikrocomputer 7 ermittelt zwar während dieser Testbetriebsart unter Umständen Fehler, die er aber als sporadische Fehler interpretiert und deshalb toleriert. Der erste Mikrocomputer 6 jedoch prüft, ob die ihm zugeführten wahren Zustandssignale zsa den in dieser Testbetriebsart erwarteten Signalzuständen entsprechen.
In den Figuren 2 und 3 ist im Vergleich zueinander schematisch eine der Möglichkeiten zum Erfassen des einwandfreien Zustandes der Sensorik des Testmoduls 8 dargestellt. Beide Figuren zeigen beispielhaft die gleichen Sensoren S1 und S2. Üblicherweise wäre nun, wie Figur 2 illustriert, jeder dieser Sensoren S1 bzw. S2 dafür vorgesehen, ein vorbestimmtes, einzelnes Istsignal A oder B zu bewerten und jeweils ein entsprechendes Zustandssignal zs1(A) bzw. zs2(B) zu generieren. Wollte man nun den einwandfreien Funktionszustand dieser beiden Sensoren S1 bzw. S2 bei fester Verdrahtung auf ihren einwandfreien Funktionszustand selbst überprüfen, so bestünde die Möglichkeit, in einer redundanten Schaltung ein weiteres Paar von Sensoren vorzusehen, mit anderen Worten, die Prinzipschaltung gemäß Figur 2 zu verdoppeln.
Ein vollständig redundanter Aufbau ist jedoch nur dann erforderlich, wenn sicherheitsrelevante Funktionen zu überwachen sind. So ist es zum Beispiel unbedingt notwendig, jeden Ausfall des Rotsignales 101 unmittelbar und sicher zu erfassen. Um einen derartigen Fehlerzustand zu detektieren, werden daher Stromsensoren im Leitungskreis des Rotsignales 101 üblicherweise redundant vorgesehen. Zur Überwachung anderer, weniger kritischer Funktionszustände sind aber bei dennoch ausreichender Fehlersicherheit redundante Schaltungen dann nicht erforderlich, wenn man die Zuordnung des Istsignales A zu dem Sensor 1 bzw. des Istsignales B zu Sensor 2 nicht fest verdrahtet ausführt, sondern diese Zuordnung alternativ vertauscht. Für diesen Fall illustriert Figur 2 ein erstes Zuordnungsschema und Figur 3 das dazu alternative Zuordnungsschema. Im letzteren Falle erfaßt der erste Sensor S1 das zweite Istsignal B und gibt ein entsprechendes Zustandssignal zs1(B) ab. Ferner bewertet der zweite Sensor S2 das erste Istsignal A und generiert ein Zustandssignal zs2(A). Funktional wird mit dieser wechselweise alternativen Zuordnung der Sensoren S1 und S2 zu den Istsignalen A bzw. B die gewünschte Redundanz realisiert, ohne in der Schaltung tatsächlich beide Sensoren S1 und S2 verdoppeln zu müssen. Besonders vorteilhaft ist dies bei einer Kombination von Signalen, die üblicherweise komplementär geschaltet werden, was insbesondere für das Rot- und das Grünsignal 101 bzw. 103 gilt, wie noch im einzelnen zu zeigen sein wird. Dieses anhand der Figuren 2 und 3 erläuterte Prinzip verallgemeinernd, wäre es denkbar, eine derartige, dann zyklisch wechselnde Zuordnung einzelner Sensoren auch zu mehr als nur zwei Istsignalen vorzusehen.
In Figur 4 ist nun ein Ausführungsbeispiel insbesondere der Lampenschaltung 2 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt, in dem die vorstehend erläuterten Überlegungen realisiert sind. Obwohl eine Lampenschaltung 2 in der Praxis im allgemeinen dafür ausgelegt ist, eine Mehrzahl von Signalgebern 1 anzusteuern, ist dies aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 4 nicht im einzelnen dargestellt. Hingewiesen sei jedoch darauf, dass die Lampenschaltung dann eine entsprechende Mehrzahl von Kanälen mit jeweils gleichartigen Sensorschaltungen besitzt, die jeweils einem der angeschlossenen Signalgeber 1 zugeordnet sind.
In Figur 4 ist für die Übertragung der vorgegebenen und wahren Zustandssignale zsn bzw. zsa ein Signalbus 9 vorgesehen, an den der zweite Mikrocomputer 7 angeschlossen ist. Die vom zweiten Mikrocomputer 7 über den Signalbus 9 übertragenen vorgegebenen Zustandssignale zsn werden in einem Ausgabepuffer 10 abgelegt, dessen parallele Ausgänge an die Steuereingänge der Ausgangstriacs 3 angeschlossen sind. Entsprechend angesteuert, schließen bzw. öffnen die Ausgangstriacs 3 eine Leitungsverbindung von einer Netzspannungsquelle 11 zu den einzelnen Lichtsignalen 101, 102, 103 des Signalgebers 1 über Zuleitungen 1-101, 1-102 bzw. 1-103. Mittels der Sensorik des einen Teil der Lampenschaltung 2 bildenden Testmoduls 8 werden die Signalzustände auf diesen Zuleitungen fortlaufend überwacht.
Besonders sicherheitsrelevant ist in diesem Zusammenhang die Überwachung der aktuellen Zustände des Rotsignals 101 mittels entsprechender Stromsensoren 12. Hierzu ist in Figur 4 die redundante Überwachung der jeweiligen Rotsignale 101 durch zwei Blöcke angedeutet, die normale Stromkanäle 13 bzw. redundante Stromkanäle 14 repräsentieren. Die einzelnen Stromkanäle 13 bzw. 14 werden seriell durch einen Kanalschalter 15 ausgewählt und abgefragt, der im Testbetrieb seinerseits vom ersten Mikrocomputer 6 über Auswahlsignale tsl entsprechend angesteuert wird. An analoge Ausgänge des Kanalschalters 15 ist ein Analog-/Digital-Wandler 16 angeschlossen, der ausgangsseitig mit dem Signalbus 9 verbunden ist.
In Figur 5 ist in einem Ausführungsbeispiel detaillierter dargestellt, wie die redundante Überwachung eines einzelnen Rotsignales 101 schaltungstechnisch zu realisieren ist. In die Zuleitung 1-101 vom jeweiligen Ausgangstriac 3 zum entsprechenden Rotsignal 101 ist ein Übertrager 17 eingeschleift, an den sekundärseitig die Reihenschaltung zweier identischer Meßwiderstände R1 angeschlossen ist. Deren gemeinsamer Verbindungspunkt ist auf Masse gelegt. Mit dieser Schaltung ist auf einfache Weise ein redundantes Paar von Stromsensoren implementiert, das allen sicherheitstechnischen Anforderungen genügt. Ein einzelner Meßwiderstand als Bürde des Übertragers 17 könnte im Falle eines Leitungsbruches zu hohen Strom vortäuschen, so daß unter Umständen ein Ausfall des überwachten Rotsignales 101 nicht erkannt würde. Im vorliegenden Fall können dagegen an beiden Meßwiderständen R1 zueinander inverse Signalspannungen unabhängig voneinander abgegriffen und ausgewertet werden.
Dass dagegen bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht auch der Übertrager 17 redundant vorgesehen ist, ist im Hinblick auf die Fehlersicherheit von untergeordneterer Bedeutung. Denn ein Leitungsbruch im Bereich des Übertragers 17 hätte nur die mögliche Folge, daß ein zu geringer, gegebenenfalls sogar kein Strom gemessen wird, obwohl das Rotsignal 101 an sich voll funktionsfähig ist. Sein so vorgetäuschter Ausfall ist jedoch sicherheitstechnisch unkritisch. Analog wie bei einem tatsächlich ausgefallenen Rotsignal 101 würde der Lichtsignalgeber 1 normal abgeschaltet.
Der Vollständigkeit halber zeigt Figur 5, wie die beiden an den Meßwiderständen R1 abgegriffenen, zueinander inversen Signalspannungen weiterverarbeitet werden. Im Kanalschalter 15 sind zwei Multiplexer 18 bzw. 18' an die normalen bzw. redundanten Stromkanäle angeschlossen. Die Ausgänge dieser beiden Multiplexer 18, 18' werden wechselseitig, gesteuert durch die Auswahlsignale tsl freigegeben, die dem einen Multiplexer 18 unmittelbar und dem anderen Multiplexer 18' über einen Inverter 19 zugeführt werden. An Analogausgänge dieser beiden Multiplexer 18 bzw. 18' ist der Eingang des Analog-/DigitalWandlers 16 angeschlossen.
Nunmehr zurückkehrend zu Figur 4 ist dort bezüglich der Überwachung der Gelbsignale 102 schematisch angedeutet, daß diese - wie in konventioneller Weise üblich - mittels Spannungssensoren 20 vorgenommen wird, die an die entsprechende Zuleitung 1-102 zum Gelbsignal 102 angeschlossen sind. Die entsprechenden digitalen wahren Zustandssignale werden in einen Eingabepuffer 21 eingegeben und von dort aus über den Signalbus 9 in den zweiten Mikrocomputer 7 übertragen.
Die aktuellen Signalzustände auf den Zuleitungen 1-101 zum Rotsignal 101 sowie 1-103 zum Grünsignal 103 werden ferner mittels Spannungssensoren 22 kontinuierlich überwacht, denn es ist sicherheitstechnisch relevant, daß die entsprechenden Signalzustände für das Rot- und das Grünsignal 101 bzw. 103 immer komplementär sind. Wegen dieser Relevanz ist weiterhin sicherzustellen, dass diese Überwachung auch fehlersicher ist. Dazu ist unter anderem vorgesehen, daß der erste Mikrocomputer 6 in der Überwachungsschaltung 5 zur Überprüfung einen Test veranlassen kann, bei dem der eingeschaltete Zustand des Grünsignales 103 simuliert wird. Die während dieser Simulation von den Spannungssensoren 22 für Grün- und Rotsignal 103 bzw. 101 generierten wahren Zustandssignale werden vom ersten Mikrocomputer 6 daraufhin überprüft, ob sie den simulierten Signalzuständen ordnungsgemäß entsprechen.
In Figur 4 ist diese Funktion schematisch durch eine Simulationssteuerschaltung 23 wiedergegeben, die durch ein vom ersten Mikrocomputer 6 abgegebenes Simulationssteuersignal ts2 aktiviert wird. Um die einwandfreie Funktion der Sensorschaltungen 22 im Hinblick auf Leitungsbrüche testen zu können, wird eine logische Signalinversion angewendet. Wie noch zu erläutern sein wird, ist zu diesem Zweck eine Invertierungsschaltung 24 zwischen den Ausgängen der Spannungssensoren 22 für das Grün- und das Rotsignal 103 bzw. 101 und dem Eingabepuffer 21 angeordnet. Gesteuert wird diese Invertierungsschaltung 24 über ein weiteres der vom ersten Mikrocomputer 6 abgegebenen Steuersignale für den Testbetrieb, das hier als Invertierungssteuersignal ts3 bezeichnet wird.
In Figur 6 ist nun ein Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung der Sensorik zum Überwachen der Spannungen auf den Zuleitungen 1-101 und 1-103 zum Rotsignal 101 bzw. zum Grünsignal 103 näher dargestellt. Das am linken Rand von Figur 6 dargestellte Rotsignal 101 ist über die Zuleitung 1-101 sowie den ihm zugeordneten Ausgangstriac 3 einerseits an eine Phase N der Netzwechselspannung und andererseits mit deren Nullleiter N verbunden. Angesteuert wird dieser Ausgangstriac durch ein vorgegebenes Zustandssignal zs-101. Analoges ist am rechten Rand von Figur 6 für das Grünsignal 103 dargestellt. Das entsprechende vorgegebene Zustandssignal für die Ansteuerung des zugeordneten Ausgangstriacs 3 ist mit zs-103 bezeichnet.
Die in Figur 6 dargestellte Schaltungsanordnung verwendet dem bereits anhand der Figuren 2 und 3 erläuterten Prinzip zwei Optokopplersensoren 25 bzw. 25' in wechselnder Zuordnung zum Erfassen der momentanen Spannung auf den Zuleitungen 1-101 und 1-103 zum Rotsignal 101 bzw. zum Grünsignal 103. Realisiert wird diese alternativ wechselnde Zuordnung durch zwei, jeweils an eine der beiden Zuleitungen 1-101, 1-103 angekoppelte Gleichrichterbrücken 26 bzw. 26', deren zweiter Wechselspannungsanschluss - das sei hier zunächst vorausgesetzt - mit dem Nullleiter N verbunden ist, d h. auf Masse liegt. Auf der Gleichspannungsseite ist jeweils der auf hohem Potential liegende Ausgang einer der Gleichrichterbrücken z. B. 26 über die Reihenschaltung einer Zenerdiode D1, eines weiteren Widerstandes R2 sowie der Eingangsstufe des entsprechenden Optokopplersensors 25 bzw. 25' mit dem auf niedrigem Potential liegenden Gleichspannungsanschluß der anderen Gleichrichterbrücke z. B. 26' verbunden. Wenn - wie vorausgesetzt - beide Gleichrichterbrücken 26 bzw. 26' fußpunktseitig an Masse liegen, so ergibt sich die folgende Funktion: Die Zuordnung jedes der beiden Optokopplersensoren 25 bzw. 25' zum Erfassen des jeweiligen Signalzustandes des Rotsignales 101 bzw. des Grünsignales 103 wechselt mit jeder Halbwelle der Netzspannung. Während der negativen Halbwelle der Netzspannung repräsentiert der obere Leitungszweig, in dem der eine Optokopplersensor 25 angeordnet ist, den Zustand auf der Zuleitung 1-103 zum Grünsignal 103. Der untere Sensorzweig mit dem zweiten Optokopplersensor 25' dagegen repräsentiert in dieser Halbwelle der Netzspannung den Zustand auf der Zuleitung 1-101 zum Rotsignal 101. In der positiven Halbwelle der Netzspannung kehrt sich diese Zuordnung um.
Weiter ist auf eine Besonderheit hinzuweisen. Die eine dem Rotsignal 101 zugeordnete Gleichrichterbrücke 26 ist mit der Zuleitung 1-101 über ein Paar von weiteren Zenerdioden D2 mit hoher Durchbruchspannung verbunden. Damit ist ein erhöhter Schwellenwert zur Bewertung des "Ein"-Zustandes des Rotsignales 101 festgelegt. Der diesen Zustand bewertende Optokopplersensor 25 bzw. 25' bleibt daher so lange definiert ausgeschaltet, bis die Spannung auf der Zuleitung 1-101 zum Rotsignal 101 die Durchbruchschwelle für die weiteren Dioden D2 überschritten hat.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf den Normalfall der kontinuierlichen Spannungsüberwachung auf den Zuleitungen 1-101, 1-103 zum Rotsignal 101 bzw. zum Grünsignal 103. Dabei gibt der dem oberen Sensorzweig zugeordnete Optokopplersensor 25 ein Ausgangssignal V(103-/101+) ab. Diese Bezeichnungsweise bezieht sich darauf, daß dieser Optokopplersensor 25 während der negativen Halbwelle der Netzspannung dem Grünsignal 103 bzw. während der positiven Halbwelle dem Rotsignal 101 zugeordnet ist. Entsprechend ist die Bezeichnung für das Ausgangssignal V(101-/103+) für den anderen Optokopplersensor 25' im unteren Sensorzweig gewählt.
Die vorstehende Beschreibung des Ausführungsbeispieles gemäß Figur 6 bezog sich auf die kontinuierliche Überwachung der Signalzustände der Rot- und Grünsignale 101 bzw. 103. Dabei wurde entgegen der Darstellung in Figur 6 vereinfachend vorausgesetzt, daß beide Gleichrichterbrücken 26 und 26' fußpunktseitig an Masse liegen, das heisst mit dem Nullleiter N der Netzwechselspannung verbunden sind. Tatsächlich gilt dies unmittelbar nur für die an die Zuleitung 1-101 angekoppelte Gleichrichterbrücke 26. Die an die Zuleitung 1-103 angeschlossene Gleichrichterbrücke 26' dagegen ist gemäß der dargestellten Schaltung mit ihrem anderen Wechselspannungsanschluss einerseits über einen hochohmigen weiteren Widerstand R3 an die Phase L der Netzwechselspannung angeschlossen. Ferner ist dieser Anschluß der Gleichrichterbrücke 26' über die Schaltstrecke eines Optotriacs 27 an Masse gelegt, das heisst mit dem Nullleiter N der Netzwechselspannung verbunden. Ein Steuereingang dieses Optotriacs 27 ist an die Schaltstrecke eines als Feldeffekttransistor ausgebildeten Steuertransistors 28 angeschlossen. Diesem wiederum wird das Simulationssteuersignal ts2 zugeführt.
Dieses vorstehend beschriebene Schaltungsdetail bildet die Simulationssteuerschaltung 23 gemäß Figur 4. In dem vorstehend erläuterten normalen Betriebszustand der Überwachungsschaltung für das Rot- und das Grünsignal 101 bzw. 103 wird der Optotriac 27 über den entsprechenden Zustand des Simulationssteuersignales ts2 dauerhaft leitend gehalten. Damit ist der zweite Wechselspannungsanschluss der zweiten Gleichrichterbrücke 26' - wie für diese Betriebsart vorausgesetzt - auf Massepotential gezogen, weil der weitere Widerstand R3 hochohmig ausgebildet ist. Im Testbetrieb, der durch einen Zustandswechsel des Simulationssteuersignales ts2 eingeleitet wird, wird dagegen der Optotriac 27 gesperrt. Somit liegt der damit verbundene Anschluß der zweiten Gleichrichterbrücke 26' - unabhängig vom momentanen Zustand auf der Zuleitung 1-103 zum Grünsignal 103 - auf Netzspannungspotential. Dies simuliert unabhängig von dem vorgegebenen Zustandssignal zs-103 für das Grünsignal in der Überwachungsschaltung einen "Ein"-Zustand des Grünsignales 103.
Anhand von Figur 4 wurde bereits darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen, den Zuleitungen 1-101 und 1-103 zum Rot- und Grünsignal 101 bzw. 103 zugeordneten Spannungssensoren 22 mit ihren Ausgängen über die Invertierungsschaltung 24 an den Eingabepuffer 21 zum Signalbus 9 angeschlossen sind. Figur 7 zeigt schematisch, wie diese Invertierungsschaltung 24 ausgebildet ist. Wie erwähnt, sind in der tatsächlichen praktischen Ausführung einer Lampenschaltung 2 mehrere, jeweils einem Signalgeber 1 zugeordnete Überwachungskanäle vorgesehen. Davon sind in Figur 7 zwei derartiger Kanäle schematisch illustriert. Die Spannungssensoren zum Überwachen des jeweiligen Rot- und Grünsignales 101 bzw. 103 sind für zwei derartiger Kanäle mit 22#1 bzw. 22#2 bezeichnet. Diese Blöcke entsprechen jeweils einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 6. Die Invertierungsschaltung 24 ist aus zwei Antivalenzgliedern XOR aufgebaut. Ein erster Eingang dieser beiden Antivalenzglieder XOR ist mit einem der beiden Ausgänge der entsprechenden Spannungssensorschaltung 22#1 bzw. 22#2 des jeweiligen Kanales verbunden. Ein zweiter Eingang der beiden Antivalenzglieder XOR wird als Steuereingang verwendet, dem das vom ersten Mikrocomputer 6 abgegebene Invertierungssteuersignal ts3 zugeführt ist. Durch die Antivalenzbedingung werden ausgewählte Signale, hier die Ausgangssignale von Spannungssensoren 22 im logischen Pfad invertiert. Mit dieser Maßnahme lassen sich Leitungskurzschlüsse auf Signalleitungen mit 0 Volt bzw. einer Gleichstromversorgungsspannung in den anhand von Figur 6 beschriebenen Überwachungsschaltungen auffinden.

Claims

Lampenschaltung (2) für mindestens einen Signalgeber (1) einer Verkehrssignalanlage, die nach einem Signalprogramm mittels ihr zugeführter vorgegebener Zustandssignale (zsn) gesteuert wird sowie mit einer Überwachungseinrichtung (5, 8) ausgestattet ist, um einerseits tatsächliche Signalzustände des Signalgebers mittels Strom- und Spannungssensoren auf Übereinstimmung mit durch die vorgegebenen Zustandssignale vorgegebenen Signalzuständen zu überprüfen und um andererseits in ihr gegebenenfalls redundant vorgesehene Elemente selbst zu überwachen, gekennzeichnet durch eine Steuer- und Bewertungseinheit der Überwachungseinrichtung mit zwei unterschiedlich betriebenen Mikrocomputern (6, 7), über die der Lampenschaltung (2) die vorgegebenen Zustandssignale (zsn) zugeführt werden und die beide fortlaufend diese Signale auf Übereinstimmung mit wahren Zustandssignalen (zsa) überprüfen, die ein Testmodul (8) der Überwachungseinrichtung aufgrund von momentan festgestellten tatsächlichen Signalzuständen des Signalgebers generiert, wobei einer der beiden Mikrocomputer (6) dazu ausgestaltet ist, in der Überwachungseinrichtung einen als solchen vom anderen Mikrocomputer (7) unbemerkt ablaufenden Testmodus zu aktivieren und die Funktion der Überwachungseinrichtung in dieser Betriebsart zu überprüfen.
Lampenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Testmodus der Überwachungseinrichtung (5, 8) steuernde Mikrocomputer (6) derart ausgebildet ist, dass er diesen Testmodus in regelmäßigen Abständen, jedoch jeweils nur für einen so kurzen Zeitraum aktiviert, dass der andere Mikrocomputer (7) während des Testmodus empfangene, mit den vorgegebenen Zustandssignalen (zsn) gegebenenfalls nicht übereinstimmende wahre Zustandssignale (zsa) als auf sporadischen Fehlern beruhend bewertet und toleriert.
Lampenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Mikrocomputer (6, 7) untereinander über parallele Datenleitungen zum Austausch der vorgegebenen und der wahren Zustandssignale (zsn bzw. zsa) verbunden sind, der eine Mikrocomputer (6) neben externen Anschlüsse zum Empfangen der vorgegebenen Zustandssignale interne Anschlüsse an den Testmodul (8) zum Übertragen von Teststeuersignalen (ts) besitzt und der andere Mikrocomputer (7) Anschlüsse an die Lampenschaltung (2) aufweist, über die an die Lampenschaltung die vorgegebenen Zustandssignale (zsn) beziehungsweise die vom Testmodul (8) erzeugtenwahren Zustandssignale (zsa) übertragen werden.
Lampenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a-durch gekennzeichnet, dass in der Überwachungseinrichtung (5, 8) bei Teilschaltungen (z. B. 12), bei denen zum Überwachen sicherheitsrelevanter Funktionen Redundanz unverzichtbar ist, lediglich deren fehlerkritische Komponenten redundant ausgelegt sind.
Lampenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für Stromsensoren (12) zum Überwachen eines einwandfrei aktivierten Signalzustandes eines Sperr- bzw. Rotsignales (101) des Signalgebers (1) ein Übertrager (17) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung in eine die Versorgungsspannung liefernde Zuleitung (1-101) zum Rotsignal eingeschleift ist und zu dessen Sekundärwicklung eine Reihenschaltung zweier Messwiderstände (R1) parallel geschaltet ist, deren gemeinsamer Verbindungspunkt an Masse liegt und an deren Anschlüssen an den Übertrager jeweils eine von zwei zueinander komplementären Signalspannungen abgreifbar ist, die dem momentan über die Zuleitung fließenden Strom entsprechen.
Lampenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überwachen gleichartiger Zustandskriterien auf den Zuleitungen (1-101, 1-102, 1-103) zu den Lichtsignalen (101, 102 bzw. 103) des Signalgebers (1) die Zuordnung von Sensoren (z. B. S1, S2) zu einem entsprechenden Istsignal (A bzw. B) im Gegensatz zu einer fest verdrahteten Anordnung zyklisch wechselnd ausgebildet ist, wobei ein einzelner Sensor im Zeitablauf nacheinander eines von mindestens zwei Istsignalen bewertet.
Lampenschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren von Leitungskurzschlüssen im logischen Pfad von Sensorschaltungen (z. B. 22#1, 22#2) eine an deren Ausgänge angeschlossene Testschaltung (24) vorgesehen ist, in der jeweils ein Antivalenzglied (XOR) mit einem ersten Eingang an den entsprechenden Signalausgang der zugeordneten Sensorschaltung angeschlossen und an einem zweiten Eingang mit dem einen Mikrocomputer (6) über eine der Teststeuerleitungen verbunden ist und darüber ein Invertierungssteuersignal (ts3) erhält.
Lampenschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die wechselnde Zuordnung zu bewertender Istzustände auf Zuleitungen (z. B. 1-101, 1-103) zum Signalgeber (1) zu jeweils einem bewertenden Sensor zueinander komplementäre Signalzustände des Signalgebers miteinander verknüpft sind.
Lampenschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überwachen der Signalzustände der über entsprechende Zuleitungen (1-101 bz. 1-103) gesteuert an Netzwechselspannung liegenden Rot- und Grünsignale (101 bzw. 103) ein und desselben Signalgebers (1), an diese Zuleitungen jeweils eine mit ihrem anderen, fußpunktseitigen Wechselspannungsanschluss auf Masse gelegte Gleichrichterbrücke (26, 26') angeschlossen ist und dass Gleichspannungsanschlüsse dieser Gleichrichterbrücken wechselseitig über je eine Reihenschaltung einer Zenerdiode (D1), eines Vorwiderstandes und einer spannungsabhängig aktivierbaren Eingangsstufe eines Optokopplersensors (25 bzw. 25') untereinander verbunden sind, wobei die Ausgänge der Optokopplersensoren jeweils kombinierte Zustandssignale (V(103-/101+ bzw. V(101-/103+)) abgeben, die wechselseitig während jeder der beiden Halbwellen der Netzwechselspannung jeweils zueinander komplementär den Signalzuständen auf der einen beziehungsweise der anderen Zuleitung (1-101 bzw. 1-103) entsprechen.
Lampenschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Rotsignal (101) des Signalgebers (1) zugeordnete Gleichrichterbrücke (26) an dessen Zuleitung (1-101) über eine Zenerdiodenschaltung (D2) mit erhöhter Durchbruchspannung angeschlossen und damit eine erhöhte Ansprechschwelle für den Signalzustand auf dieser Zuleitung gegeben ist, wobei erst mit dem Erreichen der so vorgegebenen Ansprechschwelle durch die Netzwechselspannung das zugeordnete wahre Zustandssignal seinen Signalzustand wechselt.
Lampenschaltung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Simulieren des "Ein"-Zustandes des Grünsignals (103) im Testmodus der fußpunktseitige Wechselspannungsanschluss der diesem Signal zugeordneten Gleichrichterbrücke (26') einerseits über einen hochohmigen weiteren Widerstand (R3) unmittelbar an Netzwechselspannung gelegt und andererseits über die Schaltstrecke eines Halbleiterschalters (23 bzw. 27, 28) mit Masse verbunden ist, dessen Steuereingang ein von dem einen Mikrocomputer (6) abgegebenes Simulationssteuersignal (ts2) zugeführt und der darüber für den Zeitraum des simulierten "Ein"-Zustandes des Grünsignales deaktiviert ist.
Lampenschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter aus einem Optotriac (27) sowie einem Steuertransistor (28) aufgebaut ist, dass der Optotriac (27) mit seiner Schaltstrecke zwischen dem fußpunktseitigen Anschluss der Gleichrichterbrücke (26') und Masse sowie seine spannungsabhängig gesteuerte Eingangsstufe, in Reihe mit der Schaltstrecke des Steuertransistors, im Leitungszweig einer Gleichspannungsquelle angeordnet ist und dass dem Steuereingang des Steuertransistors (28) das von dem einen Mikrocomputer (6) abgegebene Simulationssteuersignal (ts2) zugeführt ist.