DE3223779C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine fehlersichere Lichtsignalsteuereinrichtung für Lichtsignale mit Haupt- und Nebenfaden unter Verwendung eines mehrkanaligen, mindestens 2v2-Mikroprozessor-Systems, das auf Kommando die Signalbegriffe einschaltet sowie Zustandsrückmeldungen verarbeitet.

Eine derartige Lichtsig­ nalsteuereinrichtung ist z. B. aus der EP-OS 00 31 046 bekannt.

Dabei werden die verschiedenen Signalbegriffe sowie die Rückmeldungen digital über Lichtwellenleiter übertragen. Bei einem Ausfall der Übertragung wird auf der Empfangsseite, dem eigentlichen Signal, eine Schaltroutine in Gang gesetzt, die einen Notbetrieb des Signals erhält. Signalseitig ist das mit einem erhöhten Aufwand verbunden, es können auch nicht die üblichen, meist schon verlegten Signalkabel verwendet werden.

Will man die verlegte üblicher Verkabelung beibehalten und den Aderaufwand ge­ ring halten, so kann dies bekannterweise durch eine Mehrausnutzung der Kabel­ adern mit verschieden-frequenten Wechselströmen erreicht werden. Dabei finden in der Anordnung am Signal Siebmittel und Schaltelemente Verwendung, die auf die Frequenz des jeweiligen Signalbegriffs abgestimmt sind (z. B. DE-AS 10 54 109). Alle aktiven Elemente benötigen zusätzliche Energie, die mit übertragen werden muß.

Bekannt ist es dazu auch, die verschiedenen Signalbegriffe von Signalen durch verschiedene Stromarten zu bilden (z. B. DE-AS 11 57 255).

Auch hier ergibt sich wieder der Nachteil höheren Aufwandes und Platzbedarfes mit einer zusätzlichen bzw. eigener Stromversorgung aktiv arbeitender Bauele­ mente am Signal, die ggf. auch noch überwacht werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine fehlersichere Lichtsignalsteuerung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art eine generelle Vereinfachung zu erzielen, wobei der relativ hohe Leistungsbedarf der zur Zeit verwendeten Signalsteuerungen und auch deren Wartungsintensität verringert werden soll. Gleichzeitig soll mit den vorhandenen Signalkabeln in adersparender Weise, d. h. ohne zusätzlichen Querschnitt oder Zusatzleitungen, alle notwendigen Über­ tragungs-, Steuer- und Überwachungsnotwendigkeiten durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Dabei finden signalseitig nur noch rein passive Frequenz­ weichen Verwendung, die ohne großen Aufwand und Platzbedarf direkt im Signal mit untergebracht werden können. Zusätzlicher Strombedarf ist nicht vorhanden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehm­ bar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Ansteuerung und Überwachung eines Hauptsignals in einer Übersichtsschaltung,

Fig. 2 ein Übersichtsschaltbild mit Signalansteuerung.

Im Ausführungsbeispiel wird eine Lichtsignalsteuerung, wie sie bei der Bundesbahn gebräuchlich ist, beschrieben. Dort gibt es Lichtsignale an der Strecke, sogenannte Streckensignale, und an Bahnhöfen Ein- und Ausfahrsignale. Zu unterscheiden sind ferner Bahnhofssignale, Strecken-, Selbstblock- und Notsignale. Die Lichtsignale geben Auskunft über eingestellte Fahrstraßen, über­ mitteln Fahraufträge oder Haltebefehle oder lösen die Zwangs­ bremsung eines Zuges beim Überfahren des Haltesignales durch eine Zugsicherungseinrichtung aus.

Nach Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Lichtsignalsteuereinrichtung 1 mit Einrichtungen einer nicht näher dargestellten Bereichssteue­ rung über eine integrierte Fernwirkeinrichtung verbunden und zwar über einen Kommandobus 3 und einen Meldebus 2. Die Signalsteuerung selbst besteht aus einem sicheren 2v2-Mikroprozessorsystem SEB-AE (sicherer Einheitsbaustein-Außenelement), einer Peripherie 4 und einer Überwachung 5. Ferner besteht eine Verbindung zu einer Zug­ sicherung 6.

Das 2v2-Mikroprozessorsystem SEB-AE ist eine signaltechnisch sichere Rechnerfunktionseinheit und wird in den dezentralen Außenelementsteuerungen eingesetzt. Das System arbeitet nach dem quasi-fail-safe-Prinzip und besteht aus mindestens zwei nicht sicheren Rechnerkanälen. Die Sicherheit beruht auf der Ausfall­ offenbarung mittels Vergleich und der Dynamisierung statischer Zustände. Wird ein Ausfall erkannt, so wird der definierte sig­ naltechnisch sichere Zustand eingenommen. Für die Rechnerkanäle des 2v2-Mikroprozessorsystems SEB-AE werden weitestgehend die gleichen Mikrorechnerbaugruppen eingesetzt, wie bei den nicht sicheren Anwendungen. Diese werden jedoch ergänzt durch elek­ tronische echte fail-safe-Baugruppen für die Funktionen Vergleich und sichere Prozesseingaben und -ausgaben, soweit diese gefordert werden und sich nicht durch gezielte Verfahren günstiger reali­ sieren lassen.

Durch ein mindestens 2v2-Mikrorechnersystem SEB-AE können mehrere Lichtsignale gesteuert werden. Das Signalsteuerungssystem arbeitet adersparend auf der Basis einer Frequenzwählschaltung. Die Steue­ rung der Signallampen erfolgt vollelektronisch.

Es wird jeweils eine einem Signalbegriff zugeordnete Frequenz von einem Mikroprozessor eines Rechnerkanals über eine einzige Sig­ nalleitung 10 a zum Lichtsignal geleitet, dort von speziellen, frei­ quenzverschiedenen Frequenzweichen 7 zu der/den zugehörigen Sig­ nallampe(n) 8 (Hauptfaden) selektiert. Entsprechend den üblichen Signalbegriffen Rot für Halt, Grün für Fahren und Gelb/Grün für Langsamfahren sind in der Fig. 1 drei Signallampen 8 für Rot (rt), Gelb (ge) und Grün (gn) mit Haupt- (H) und Nebenfaden (N) vorge­ sehen. Desweiteren ist Fig. 1 eine zusätzliche Einfaden-Signallampe 8′ (rt) entnehmbar, die z. B. für Neben- oder Notrot einsetzbar ist. Die Filter oder Frequenz­ weichen 7 sind - wie später noch beschrieben - für Frequenzen 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz, 20 kHz ausgelegt. Der Signallampenstrom bestimmter Frequenz wird über eine gemeinsame Rückführungsleitung 9 zu der Lichtsignal­ steuereinrichtung 1 zurückgeführt und dort signaltechnisch sicher in Vergleichern 12 (vergleichlich Fig. 2) die Empfangsfrequenz mit der Sendefrequenz verglichen sowie der Lampenstrom überwacht. Bei einer nicht er­ folgten Signalanschaltung des Hauptfadens H der Signallampe 8 bzw. bei nicht ausreichendem oder zu hohem Signallampenstrom wird über eine gemeinsame Nebenfadenleitung 10 der Nebenfaden N der betreffenden Signallampe 8 angesteuert und überwacht.

Lediglich für Signallampen 8, die gemeinsam für einen Signalbe­ griff leuchten (hier z. B. gelb/grün) sind besondere Stromwandler 11 und Rückführungsleitungen (gn/ge) vorgesehen, mit denen über­ wacht wird, ob beide Signallampen 8 (z. B. hier für ge/gn) Strom führen.

In Fig. 1 ist mit 13 noch ein Heizwiderstand bezeichnet, mit dem eine Beheizung des Signalglases erfolgen kann, um eine Sichtbe­ hinderung durch Schnee oder Eis zu vermeiden. Damit die Signal­ laternen und Leuchtzeichen mit ihrer hohen Lichtleistung bei Dunkelheit nicht blenden, kann ferner eine abblendende Zweistufen­ schaltung vorgesehen werden.

Kurze Stichleitungen zwischen der Lichtsignalsteuerung im Schalt­ haus und dem Lichtsignal ermöglichen die Ansteuerung der Signale mit ausgewählter Frequenz bei gewünschter Spannung und Leistung.

Für alle Signalbilder mit Einzellampenausleuchtung (z. B. rt, gn) werden nur drei Signalleitungen zum Anschalten und Überwachen des Signalbegriffs benötigt. Bei Signalbildern mit Doppelansteuerung verschiedener Lampen (z. B. gn/ge) können zur Überwachung zwei Adern mehr (gn, gs) erforderlich werden (vgl. Fig. 1). Zur Erhöhung der Sicherheit wird bei Ausfall des Hauptlampenfadens H ein zweiter Faden (Nebenfaden N) selbsttätig eingeschaltet. Die Schaltanordnung für die Steuerung des Haupt- und des Nebenfadens erfolgt einkana­ lig.

Durch die Aufteilung nach Haupt- und Nebenfaden wird die Verfüg­ barkeit des Systems erhöht. Ein jeweilig für den ordnungsgemäßen Frequenzvergleich zuständiger sicherer Vergleicher 12 wird dagegen zweikanalig aktiviert (vgl. Fig. 2).

In Fig. 2 ist die Lichtsignalsteuerung detailierter ausgeführt. Die Kommandos von der übergeordneten, nicht näher dargestellten Bereichssteuerung gelangen über den Kommandobus 3 rückwirkungs­ frei und über einen sicheren Verteiler 14 zu den Eingaben der Rechnerkanäle I bzw. II. Frequenzgeneratoren 15 erzeugen die den Signalbildern zugeordneten Frequenzen 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz, 20 kHz, die über zugeordnete Ausgangsverstärker 21 - gesteuert von den Ausgaben der Rechnerkanäle - die Haupt- oder Nebenfäden speisen. Sichere Vergleicher für eine Hauptfadenüberwachung 12 und eine Nebenfadenüberwachung 12′ vergleichen u. a. die Frequenz des ge­ sendeten und des über Leitung 9 (oder gs) bzw. ge und gn rück­ laufenden Signals. Frequenzzugeordnete sichere Ausgangsverstärker 16 koordinieren den richtigen Vergleich. Bei Ungleichheit wird eine Meldung zur Umsteuerung an die Rechnerkanälen I und II über einen Verteiler 22 ausgelöst. Ein weiterer sicherer Vergleicher 17 überwacht die Ausgaben der Rechnerkanäle I bzw. II auf Gleich­ heit und gibt entsprechend Meldung an den Meldebus 2. Die Rechner­ kanäle I und II sind ferner mit einer sicheren Schalteinrichtung 18 verbunden, die im Fehlerfall (Ungleichheit) anspricht und Kon­ takte 19 umschaltet, wodurch einerseits die Abschaltung des Mikro­ prozessorsystems SEB-AE vom Lichtsignal erfolgt und andererseits Netzfrequenz 50 Hz (20) an das Lichtsignal geschaltet wird.

Durch den systemgesteuerten zweikanaligen Aufbau des Mikrorechner­ systems können durch einen Fehler nicht beide Rechnerkanäle defekt werden, da diese Systeme gegenseitig rückwirkungsfrei gekoppelt sind und unabhängig voneinander die programmierten Funktionen be­ arbeiten. Mittels fehlersicherer Vergleicher werden die steuern­ den Funktionen überwacht. Im Dauerbetrieb von Signalbegriffen, wo über längere Zeit keine Änderung des Signalzustandes auftritt, wird eine Dynamisierung der Steuersignale durchgeführt.

Dazu erzeugt ein ON-LINE-TEST-Programm in programmierbaren Zeit­ abständen künstliche Unterbrechungen der Steuersignale bzw. künst­ liche Steuersignale in den Ausgabestufen der Leistungsausgabe. Diese werden über die rückgeführten Signalleitungen in die Ver­ gleicher durch zyklisches Abfragen kontrolliert. Die Signalwechsel sind so kurz, daß die Signallampen aufgrund ihrer Trägheit nicht darauf reagieren. Mit Hilfe dieser Überwachung werden Fehler in den Ausgabegliedern, sowie Kurzschlüsse und Unterbrechungen in den Signalleitungen erkannt und gemeldet, und zwar unabhängig vom Be­ triebszustand des Lichtsignals.

Die Signalsteuerung nach der Erfindung ist nicht nur bei der Bahn, sondern auch im Nah- und Straßenverkehr einsetzbar.

Claims (5)

1. Fehlersichere Lichtsignalsteuereinrichtung für Lichtsignale mit Haupt- und Nebenfaden unter Verwendung eines mehrkanali­ gen, mindestens 2v2-Mikroprozessor-Systems, das auf Kommando die Signalbegriffe einschaltet sowie Zustandsrückmeldungen verarbeitet, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) Die Kommandos werden jedem der beiden Rechnerkanäle (I, II) des Mikroprozessor-Systems (SEB-AE) zugeführt und bewirken signalbegriffsspezifische Ausgaben,
• b) jedem Signalbegriff (rt, rt, gn, ge/gn) ist eine definierte Frequenz (20 kHz, 15 kHz, 10 kHz, 5 kHz) zugeordnet, die jeweils in einem speziellen Frequenzgenerator (15) erzeugt wird,
• c) mit den signalbegriffsspezifischen Ausgaben werden den Frequenzgeneratoren (15) zugeordnete Ausgangsverstärker (21) durchgesteuert, wodurch das/die Lichtsignale mit der ausge­ wählten Frequenz gespeist werden,
• d) die gesendete, ausgewählte Frequenz wird am Lichtsignal durch passive Frequenzweichen (7) auf den Signalbegriff selektiert und in der Lichtsignalsteuereinrichtung in einem sicheren Vergleicher (12) mit der rücklaufenden Fre­ quenz vom Faden (Leitung 9) verglichen,
• e) ferner erfolgt im Vergleicher (12) eine Überwachung des Lampenstroms,
• f) das Vergleichsergebnis wird über einen rückwirkungsfreien Verteiler (22) an die Rechnerkanäle (I, II) zurückgemeldet,
• g) die Ausgänge der Rechnerkanäle (I, II) sind mit einer sig­ naltechnisch sicheren Schalteinrichtung (18) verbunden, die bei Ungleichgewicht im Fehlerfall Haltesignal (rot) auslöst.

2. Fehlersichere Lichtsignalsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe für die Signal­ lampensteuerung für Haupt- und Nebenfadensteuerung je einem der Rechnerkanäle (I, II) zugeordnet sind.

3. Fehlersichere Lichtsignalsteuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuerung von Haupt- auf Nebenfaden selbsttätig erfolgt, abhängig vom rückgemeldeten Ergebnis über Verteiler (22) und dem resul­ tierenden Verhalten der Schalteinrichtung (18).

4. Fehlersichere Lichtsignalsteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalteinrichtung (18) Kon­ takte (19) zugeordnet sind, über die unter Abtrennung der frequenzspezifischen Stromversorgung (5, 10, 15, 20 kHz) des Lichtsignals, dieses an 50 Hz Netzfrequenz (20) gelegt wird.

5. Fehlersichere Lichtsignalsteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Vergleich des zugehörigen Signalbegriffs zuständigen sicheren Vergleicher (12) über zugeordnete sichere Ausgangs­ verstärker (16) gesteuert werden.