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In spurgebundenen Fahrzeugen, das heißt beispielsweise in Schienenfahrzeugen, Magnetschwebebahnen oder spurgeführten Fahrzeugen mit Gummibereifung, werden üblicherweise Fahrtenschreiber zur Aufzeichnung von innerhalb des Fahrzeugs übertragenen Signalen verwendet. Dabei kann die Übertragung der Signale innerhalb des Fahrzeugs über ein Kommunikationsnetzwerk etwa in Form eines Fahrzeugsteuerungsbusses oder eines Fahrzeugsteuerungsnetzwerkes erfolgen. Die Funktionalität von Fahrtenschreibern für spurgebundene Fahrzeuge in Form von Schienenfahrzeugen sowie insbesondere eine an dieser Stelle lediglich als Beispiel zu verstehende Übersicht von Signalen, die durch Fahrtenschreiber aufgezeichnet werden können beziehungsweise aufgezeichnet werden sollten, ist beispielsweise in dem Dokument „Data Recorders an Trains – Design Requirements”, Railway Group Standard GM/RT 2472, Railway Safety, 2002 beschrieben.
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Sofern ein Fahrtenschreiber an einem Datenbus, das heißt einem kommunikationstechnischen Bus, wie beispielsweise MVB (Multifunction Vehicle Bus) oder CAN (Controller Area Network) betrieben wird, ist er aufgrund der Anbindung an den Bus in der Lage, alle über den Bus übertragenen Signale zu erfassen und zu speichern. Daneben ist es auch denkbar, dass an den Fahrtenschreiber einzelne Komponenten, wie beispielsweise Drehzahlgeber oder ausgewählte Steuerleitungen, zusätzlich separat drahtgebunden angebunden sind. Hierdurch wird es möglich, auch solche Signale, die nicht über einen Datenbus übertragen werden, in dem Fahrtenschreiber zu erfassen und zu speichern bzw. zu sichern.
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Insbesondere in spurgebundenen Fahrzeugen in Form von Schienenfahrzeugen werden zunehmend Kommunikationsnetzwerke gemäß der Ethernet-Technik, das heißt ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerke, zur Übertragung von Signalen beziehungsweise Datensignalen eingesetzt. Der Vorteil von solchen ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerken besteht dabei insbesondere darin, dass entsprechende Kommunikationsnetzwerke in anderen Bereichen der Technik weit verbreitet sind und daher die für den Aufbau der Kommunikationsnetzwerke erforderlichen Komponenten vergleichsweise kostengünstig am Markt erhältlich sind. Darüber hinaus stehen für entsprechende Kommunikationsnetzwerke auch Kommunikationsprotokolle und Applikationen zur Verfügung, die sich in anderen, gegebenenfalls auch sicherheitskritischen Anwendungen bereits bewährt haben.
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Im Vergleich zur Verwendung von Bussystemen ändert sich die Situation bei der Einführung von ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerken für die Steuerung von spurgebundenen Fahrzeugen dahingehend, dass die Prozessdaten nun von den jeweiligen Steuerungseinheiten in Signale in Form von Telegrammen beziehungsweise Datentelegrammen verpackt werden und gezielt an einzelne Komponenten beziehungsweise Geräte verschickt werden, ohne dass hierbei für einen Fahrtenschreiber die Möglichkeit bestehen würde, den Telegramminhalt zu erfassen und zu speichern.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 041 820 A1 ist ein Schiff mit einem Netzwerk bekannt, das verschiedene Funktionskomponenten miteinander vernetzt. Insbesondere ist ein mehrere Rechnerknoten mit Ethernetanschlüssen umfassendes Bord-Informationssystem offenbart, welches in verschiedenen Ebenen aufgeteilt ist und Steuerungsaufgaben erfüllt. Die Verwendung eines Fahrtenschreibers im Schiff ist ebenfalls beschrieben.
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Ein Fahrtenschreiber ist außerdem in der
US 2006/0232891A1 offenbart.
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Die Druckschrift
US 2008/0237406A1 offenbart ein Steuersystem für eine Anzeigeeinrichtung in einem Schienenfahrzeug.
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Die Druckschrift
US 2007/0173989 A1 offenbart einen Satz von Lokomotiven, die zur Bildung einer übergeordneten Traktionseinheit miteinander gekoppelt sind. Jede Lokomotive verfügt über mehrere Bordcomputer, die zum Überwachen, Erfassen und Speichern von Betriebsdaten vorgesehen sind.
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Es sind des Weiteren industrielle Netzwerkstrukturen bekannt, wie z. B. der Ethernet-Standard Profinet®.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein spurgebundenes Fahrzeug anzugeben, das im Falle ethernetbasierter Kommunikationsnetzwerke eine Anbindung eines Fahrtenschreibers zum Aufzeichnen von über das Kommunikationsnetzwerk übertragenen Signalen auf besonders einfache und zugleich zuverlässige Art und Weise ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein spurgebundenes Fahrzeug mit einem verteilten Steuerungssystem, das mehrere zentrale Steuerungseinheiten, mehrere lokale Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten sowie ein ethernetbasiertes Kommunikationsnetzwerk aufweist, über das jede der lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten an zumindest eine der zentralen Steuerungseinheiten kommunikationstechnisch angebunden ist, und mit einem Fahrtenschreiber, der zum Aufzeichnen von über das Kommunikationsnetzwerk übertragenen Signalen ausgebildet ist und mehrere Eingangs-Module aufweist, die jeweils einer der zentralen Steuerungseinheiten zugeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße spurgebundene Fahrzeug weist somit ein verteiltes Steuerungssystem auf, das mehrere zentrale Steuerungseinheiten sowie mehrere lokale Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten umfasst. Über das ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerk ist hierbei jede der lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten an zumindest eine der zentralen Steuerungseinheiten kommunikationstechnisch angebunden. Dies bedeutet, dass im einfachsten Fall jede der lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten an genau eine der zentralen Steuerungseinheiten kommunikationstechnisch angebunden ist. Dabei sind den zentralen Steuerungseinheiten innerhalb des verteilten Steuerungssystems vorzugsweise unterschiedliche Funktionen oder Aufgaben zugeteilt, so dass beispielsweise eine der zentralen Steuerungseinheiten für die Steuerung des Antriebs sowie der Bremse des Fahrzeugs vorgesehen sein kann, während eine andere der zentralen Steuerungseinheiten der Steuerung der Klimaanlage und/oder der Türen des spurgebundenen Fahrzeugs dient. Mittels der lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten ist es den zentralen Steuerungseinheiten hierbei möglich, auf die entsprechenden zu steuernden Komponenten einzuwirken beziehungsweise von diesen Komponenten Signale, etwa in Form von Mess- oder Zustandswerten, zu empfangen.
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Neben dem verteilten Steuerungssystem weist das erfindungsgemäße spurgebundene Fahrzeug einen Fahrtenschreiber auf, der zum Aufzeichnen von über das Kommunikationsnetzwerk übertragenen Signalen ausgebildet ist. Um nun auch bei einem verteilten Steuerungssystem mit mehreren zentralen Steuerungseinheiten und einem ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerk ein Aufzeichnen der über das Kommunikationsnetzwerk von oder zu den mehreren zentralen Steuerungseinheiten übertragenen Signale zu ermöglichen, weist der Fahrtenschreiber vorteilhafterweise mehrere Eingangs-Module auf, die jeweils einer der zentralen Steuerungseinheiten zugeordnet sind. Bei den Eingangs-Modulen handelt es sich hierbei um logische Eingangs-Module, das heißt softwaretechnisch und nicht hardwaretechnisch realisierte Komponenten.
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Mittels der Eingangs-Module wird es vorteilhafterweise ermöglicht, dass der Fahrtenschreiber nicht nur einer der zentralen Steuerungseinheiten, sondern mehreren beziehungsweise allen der zentralen Steuerungseinheiten zugeordnet ist. Dabei ist mittels der Eingangs-Module vorteilhafterweise eine vergleichsweise einfache beziehungsweise aufwandsarme Anbindung des Fahrtenschreibers an die zentralen Steuerungseinheiten möglich. Dies wird insbesondere im Vergleich zu einer alternativ denkbaren Lösung deutlich, bei der die Anbindung des Fahrtenschreibers an die einzelnen zentralen Steuerungseinheiten jeweils über eine separate Netzwerkkomponente, etwa in Form eines Switches, erfolgt und diese Netzwerkkomponente so konfiguriert wird, dass der Port, an dem die jeweilige zentrale Steuereinheit angeschlossen ist, gespiegelt wird. An diesem gespiegelten Port könnte nun der Fahrtenschreiber ähnlich einem „Sniffer” derart betrieben werden, dass er den Datenverkehr von und zu der jeweiligen zentralen Steuereinheit mithört. Eine entsprechende Lösung hätte jedoch den Nachteil, dass für jede zentrale Steuerungseinheit, an die der Fahrtenschreiber anzubinden ist, eine zusätzliche Netzwerkkomponente erforderlich wäre. Darüber hinaus bräuchte der Fahrtenschreiber für jeden mitzuschreibenden Signalverlauf, das heißt für jede anzubindende zentrale Steuerungseinheit, einen separaten Ethernet-Port, wodurch sich der Fahrtenschreiber in seiner Herstellung verteuern und darüber hinaus sich insbesondere auch der Verkabelungsaufwand in dem spurgebundenen Fahrzeug erhöhen würden.
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Bei dem erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeug werden die genannten Nachteile dadurch, dass der Fahrtenschreiber mehrere Eingangs-Module aufweist, die jeweils einer der zentralen Steuerungseinheiten zugeordnet sind, vorteilhafterweise vermieden, so dass sich erhebliche Vorteile, insbesondere hinsichtlich des Aufwandes und der Kosten für die Herstellung des spurgebundenen Fahrzeuges, ergeben.
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Grundsätzlich kann es sich bei dem ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerk um ein ethernetbasiertes Kommunikationsnetzwerk gemäß einem beliebigen, für sich bekannten Standard handeln.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße spurgebundene Fahrzeug derart ausgestaltet, dass das ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerk ein Kommunikationsnetzwerk gemäß dem PROFINET-Standard ist. Dies ist vorteilhaft, da es sich bei dem PROFINET-Standard um einen für industrielle Anwendungen optimierten ethernetbasierten Kommunikationsstandard handelt, der insbesondere auch für sicherheitskritische Steuerungsprozesse optimiert ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße spurgebundene Fahrzeug derart ausgestaltet, dass der Fahrtenschreiber den zentralen Steuerungseinheiten unter Verwendung des Shared-Device-Verfahrens zugeordnet ist. Dies ist vorteilhaft, da es sich beim Shared-Device-Verfahren um einen im PROFINET-Standard definierten, abgesicherten Standardmechanismus handelt, mittels dessen der Fahrtenschreiber datentechnisch gleichzeitig an mehrere der zentralen Steuerungseinheiten angebunden werden kann. Dabei kann der Datenverkehr beziehungsweise die Auswahl der durch den Fahrtenschreiber aufzuzeichnenden Signale vorteilhafterweise mittels im PROFINET-Standard vorgesehener Methoden, wie beispielsweise GSD (Generic Station Description) per Konfiguration erfolgen.
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Generell bietet das Shared-Device-Verfahren im Rahmen der PROFINET-Technologie die Möglichkeit, einen parallelen und unabhängigen Zugriff von zwei verschiedenen Steuerungseinheiten beziehungsweise Controllern auf dieselbe Komponente zu realisieren. Durch die Projektierung verschiedener logischer Ein- und/oder Ausgangs-Module, die in einer Komponente beziehungsweise einem Device verwendet werden, jeweils zu einer ausgewählten Steuerungseinheit wird hierbei eine eindeutige Zuordnung des jeweiligen Moduls zur steuernden Einheit gewährleistet. Grundlage für die Realisierung des Shared-Device-Verfahrens bei PROFINET ist die Möglichkeit, mehrere sogenannte Application Relationsships aufzubauen.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs wird es durch das Shared-Device-Verfahren beziehungsweise die Shared-Device-Modellierung des Fahrtenschreibers ermöglicht, das dieser lediglich eine einzige Hardwareschnittstelle benötigt, wobei die Übergabe zwischen den mehreren Steuerungseinheiten vorzugsweise durch die Firmware in dem Fahrtenschreiber geregelt wird, so dass eine zusätzliche Kopplung der zentralen Steuerungseinheiten untereinander vorteilhafterweise nicht erforderlich ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeugs ist der Fahrtenschreiber hinsichtlich der von ihm aufgezeichneten Signale parametrierbar. Dies kann einerseits die Anbindung an die zentralen Steuerungseinheiten betreffen; darüber hinaus ist es vorteilhafterweise auch möglich, den Fahrtenschreiber in Bezug auf die Art der aufgezeichneten Signale zu parametrieren beziehungsweise zu konfigurieren. Dies bedeutet, dass anhand von in den Signalen übertragenen beziehungsweise enthaltenen Informationen eine Auswahl derjenigen Signale durch den Fahrtenschreiber erfolgen kann, für die eine Aufzeichnung erforderlich beziehungsweise gewünscht ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeug kann es sich grundsätzlich um ein spurgebundenes Fahrzeug beliebiger Art handeln. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeugs ist das spurgebundene Fahrzeug ein Schienenfahrzeug. Dies ist vorteilhaft, da es sich bei spurgebundenen Fahrzeugen um eine weit verbreitete Art spurgebundener Fahrzeuge handelt, bei denen zugleich auch ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerke zunehmend an Bedeutung gewinnen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigt die Figur in einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeugs.
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In der Figur ist in schematischer Form ein spurgebundenes Fahrzeug 1 dargestellt, bei dem es sich im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels um ein Schienenfahrzeug handeln soll. Das spurgebundene Fahrzeug 1 weist ein verteiltes Steuerungssystem mit zentralen Steuerungseinheiten 10, 20 und 30 auf. Des Weiteren sind lokale Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten 40, 50, 60, 70, 80 und 90 vorgesehen, die der lokalen Steuerung beziehungsweise Regelung von Prozessen und Systemen dienen. So kann es sich bei den lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten beispielsweise um Gerate zur Steuerung des Antriebs, der Bremsen, der Klimaanlage, der Türen oder der Neigetechnik des spurgebundenen Fahrzeugs 1 handeln.
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Das spurgebundene Fahrzeug 1 weist weiterhin ein ethernetbasiertes Kommunikationsnetzwerk 100 auf, über das jede der lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten 40, 50, 60, 70, 80, 90 an eine der zentralen Steuerungseinheiten 10, 20, 30 kommunikationstechnisch angebunden ist. Dabei erfolgt die Anbindung unter Zwischenschaltung von Netzwerkkomponenten 110, 120, bei denen es sich beispielsweise um Switches handeln kann. Wie durch die jeweilige Schraffur angedeutet, erfolgt die kommunikationstechnische Anbindung dabei derart, dass die zentrale Steuerungseinheit 10 mit den lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten 40 und 50, die zentrale Steuerungseinheit 20 mit den lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten 60 und 70 und die zentrale Steuerungseinheit 30 mit den lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten 80 und 90 kommunikationstechnisch verbunden ist. Im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann dabei beispielsweise die zentrale Steuerungseinheit 10 der Steuerung des Antriebs sowie der Bremsen, die zentrale Steuerungseinheit 20 der Steuerung der Klimaanlage und der Türen und die zentrale Steuerungseinheit 30 der Steuerung der Neigetechnik des spurgebundenen Fahrzeugs 1 dienen.
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Neben den bereits genannten Komponenten umfasst das spurgebundene Fahrzeug 1 einen Fahrtenschreiber 130 zum Aufzeichnen der über das Kommunikationsnetzwerk 100 übertragenen Signale. Um hierbei die Signale aller zentralen Steuerungseinheiten 10, 20, 30 aufzeichnen beziehungsweise erfassen zu können, weist der Fahrtenschreiber 130 mehrere logische Eingangs-Module auf, die jeweils einer der zentralen Steuerungseinheiten 10, 20, 30 zugeordnet sind. Dies ist in der Figur durch eine entsprechende dreigeteilte Schraffur des Fahrtenschreibers 130 angedeutet.
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Im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels sei angenommen, dass das ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerk 100 ein Kommunikationsnetzwerk gemäß dem PROFINET-Standard ist und der Fahrtenschreiber 130 den zentralen Steuerungseinheiten 10, 20, 30 unter Verwendung des Shared-Device-Verfahrens zugeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass es sich bei dem Shared-Device-Verfahren um einen im PROFINET-Protokoll bereits verfügbaren Mechanismus handelt, mittels dessen eine gleichzeitige Anbindung des Fahrtenschreibers 130 an die zentralen Steuerungseinheiten 10, 20 und 30 möglich ist. Vorteilhafterweise ist hierbei weiterhin auch eine Konfiguration des von dem Fahrtenschreiber 130 empfangenen beziehungsweise aufgezeichneten Datenverkehrs, das heißt der entsprechenden Signale beziehungsweise Datensignale, möglich.
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Das spurgebundene Fahrzeug gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bietet somit insbesondere den Vorteil, dass eine Anbindung des Fahrtenschreibers 130 über das ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerk 100 an die zentralen Steuerungseinheiten 10, 20 und 30 möglich ist, ohne dass hierfür zusätzliche Netzwerkkomponenten, wie beispielsweise Switches, zur Portspiegelung erforderlich wären. Hierdurch ergeben sich erhebliche Vorteile sowohl im Hinblick auf die Herstellungskosten des Fahrtenschreibers 130 als auch hinsichtlich der Realisierung des verteilten Steuerungssystems beziehungsweise seines ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerkes 100. So können vorteilhafterweise nicht nur Netzwerkkomponenten eingespart beziehungsweise zusätzliche Netzwerkkomponenten vermieden werden, sondern darüber hinaus auch Kosten und Aufwande für die Verkabelung des ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerkes 100 eingespart werden.
