DD212706A1 - Pruefbarer elektronischer signallampenstromkreis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen pruefbaren elektronischen Signallampenstromkreis. Sie ist auf dem Gebiet der Eisenbahnsicherungstechnik zur Steuerung u. Ueberwachung der Signallampenstromkreise von Lichtsignalen anwendbar. Im Signallampenstromkreis befinden sich je zwei Lampen- und Kurzschlussueberwacher, zwei Steuerschalter und weiterhin sind ein Erdschlussueberwacher, ein Erdschlusspruefschalter und ein Kurzschlussschalter angeordnet. Durch von einer aeusseren Steuerschaltung an die Baugruppen abgegebene Steuerbefehle u. Auswertung der Ausgangssignale der Baugruppen kann der Lampenstromkreis gesteuert und geprueft werden.

Description

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Titel der Erfindung Prüfbarer elektronischer Signailampenstromkreis . ·

Anwendungsgebiet der Erfindung ' '

Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Eisenbahnsicherungstechnik zur Steuerung und Überwachung der Signallampenstromkreise von Lichtsignalen anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Eisenbahnsicherungstechnik werden zur Übertragung der Signalbefehle Lichtsignale verwendet. Die Strahler der Lichtsignale sind mit Glühlampen, den Signallampen, ausgerüstet. Diese besitzen aufgrund des Verschleißes der Glühfaden eine begrenzte Lebensdauer. Um einen sicheren und ungehinderten Zugverkehr zu gewährleisten, ist es daher notwendig, den Ausfall einer Signallampe unbedingt und schnell festzustellen. Die Speisung der Signallampen erfolgt in der Regel vom Stellwerk über längere J<abel. In dem so gebildeten Signallampenstromkreis können Fehler, wie Kurzschluß, Erdschluß oder Berührung mit geerdetem Netz, auftreten. Solcher Fehlerzustände müssen ebenfalls erkannt werden.

Zur Überwachung der Signallampenstromkreise werden daher Überwachungsschaltungen eingesetzt. Bei Stellwerksanlagen in Relaistechnik enthalten diese Überwachungsschaltungen zuverlässig arbeitende Signalrelais. Auch die Ein- und Ausschaltung des Signallampenstromkreises erfolgt mit Signalrelais. In zunehmendem Maße wird jedoch angestrebt, die . Stellwerksanlagen mit elektronischen Rechnern auszustatten und auch in den Überwachungsschaltungen und den Steuerschaltungen für die Prozeßelemente elektronische Bauelemente einzusetzen. Solche elektronischen Schaltungen besitzen aber den Nachteil, daß sie nicht vollständig eigensicher sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen vollständig mit elektronischen Bauelementen ausgerüsteten Signallampenstromkreis zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Signallampenstromkreis mit elektronischem Signallampenstromüberwacher, Steuerschalter und Erdschlußüberwacher diagnosefähig zu gestalten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Hin- und Rückleiter des Signallampenstromkreises je ein Lampenstromüberwacher und je ein Steuerschalter angeordnet sind, wobei die Lampenstromüberwacher mit der Spannungsquelle verbunden sind und zwischen Lampenstromüberwacher und Steuerschaltung ein Kurzschlußprüfschalter eingefügt ist, welcher mit Hin- und Rückleitung verbunden ist, weiterhin mit dem Hinleiter ein Erdschlußüberwacher und mit dem Rückleiter ein Erdschlußprüfschalter verbunden ist. Der Lampenstromüberwacher besteht aus einer Anpassungsschaltung und einem Fensterdiskriminator, wobei die Anpassungsschaltung in den Lampenstromkreis eingefügt ist und mit einem Optokoppler abschließt, der Emitter des Empfangstransistors des Optokopplers mit Massepotential verbunden ist und der Kollektor über die Parallelschaltung eines Einstellwiderstandes und Kondensators mit der Betriebsspannung verbundan ist, am Schleifer des Einstellwiderstandes der Eingang eines ersten Triggers und über einen Spannungsteiler der Eingang eines zweiten Triggers angeschlossen sind. Der Ausgang des ersten Triggers ist der Ausgang des Kurzschlußüberwachers und der Ausgang des zweiten Triggers der Ausgang des Lampenüberwachers. Mit dem erfindungsgemäßen Lampenstromkreis ist eine Anordnung gefunden worden, mit der die Steuerfunktionen Ein- und Ausschalten der Lampe und die Überwachung auf Leerlauf, Kurzschluß und Erdschluß mit ausschließlich elektronischen Mitteln ausgeführt werden können und welche auf ihre ordnungsgemäße Funktion bei allen Betriebsfällen (Tag- und Nachtspannung, Blink- und Dauerlicht) geprüft werden kann. Die Steuerung des Lampenstromkreises erfogt durch eine nicht näher dargestellte Steuereinheit. Durch sie werden die Eingänge der Steuerschaltungen, des Kurzschlußschalters un'd des Erdschlußschalters angesteuert. Die für jeden Ansteuerungsfall entstehenden Ausgangssignale der Lampenstromüberwacher und des Erdschlußüberwachers, werden von der Steuereinheit auf ihre Sinnfäiligkeit geprüft. Nimmt ein Ausgangssignal nicht einen vorgegebenen Zustand ein, so wird ein Fehlerausgangssignal erzeugt und die Baugruppe, in welcher ein Fehler aufgetreten ist, ermittelt. Der gesamte Lampenstromkreis ist somit vollständig diagnosefähig. .

Ausführungsbeispiel

"Die Erdindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In Fig. 1 ist die Gesamtanordnung des Lampenstromkreises dargestellt.

Der S'peisetrafo STR wird primärseitig vom Netz gespeist. Sekundärseitig erhält er mehrere Wicklungen W1 bis Wn für die Lampenstromkreise und eine Wicklung WP für die Erdschlußprüfspannung. An die Wicklungen Wi bis Wn schließen sich im Hin-und Rückleiter HL und RL die Lampenstromüberwacher LKÜ1 und LKÜ2an. Danach folgt der Kurzschlußschalter KS, welcher zwischen Hin-und Rückleiter geschaltet ist. Darauf sind die Steuerschaltungen ST1 und ST2in Hin- und Rückleiter eingefügt. Der Erdschlußüberwacher ist danach mit dem Hinleiter verbunden und an den Rückieiter ist der Erdschlußschalter angeschlossen. Beide sind mit der geerdeten Gleichspannungsquelle GS verbunden. Weiterhin befindet sich der Überspannungsableiter Ü im Lampenstromkreis. Die Lampe L wird mittels der beiden Steuerschaltungen ST1 und ST2 ein- bzw. ausgeschaltet. Zunächst sei der Fall betrachtet, daß alle Teile des Lampenstromkreises ordnungsgemäß funktionieren. Wird die Lampe eingeschaltet, so fließt der Betriebswechselstrom, auf welchen die Lampenstromüberwacher LKÜ1 und LKÜ2 ansprechen und ein Ausgangssignal entsprechend diesem Betriebsfall abgeben. Ist die Lampe ausgeschaltet, so wird dies von den Lampenstromüberwachern durch ein entsprechendes Ausgangssignal signalisiert. Tritt im Lampenstromkreis der Fehlerfall des Leerlaufes ein, so wird dies bei eingeschalteter Lampe ebenfalls durch ein entsprechendes Ausgangssignal der Lampenstromüberwacher signalisiert. Im Fehlerfall des Kurzschlusses im Lampenstromkreis wird vom Lampenstromüberwacher ain zusätzliches, den Kurzschluß signalisierendes Ausgangssignal abgegeben, falls der Strom einen bestimmten Grenzwert (minimaler Kurzschlußstrom) übersteigt. Die elektronischen Schaltungen sind nicht vollständig eigensicher. Daher ist es unbedingt erforderlich, die Schaltungen auf ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Es ist zu beachten, daß die maximalen Fehleroffenbarungszeiten nicht überschritten werden dürfen. Um eine Prüfung zu

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ermöglichen, ist der Kurzschlußschalter KS vorgesehen. Er wird zyklisch angeschaltet und belastet dabei den Lampenstromkreis mit einem zusätzlichen Widerstand. Der Widerstand ist so dimensioniert, daß er dem in den Lampenstromkreis transformierten Lampenwiderstand bei Nachtspannung entspricht. Abhängig vom Betriebszustand der Lampe, hat der Kurzschlußprüfschalter verschiedene Funktionen. Mit ihm werden die Lampenstromüberwacher und die Steuerschalter auf ihre ordnungsgemäße Funktion überprüft. Es sei zunächst angenommen, daß die Lampe ausgeschaltet ist, das heißt, die beiden Steuerschalter sind geöffnet. In der Eisenbahnsicherungstechnik kann ein solcher Zustand über einen längeren Zeitraum (z. B. mehrere Wochen) gegeben sein. In diesem Zustand werden die Lampenstromüberwacher durch den Kurzschlußprüfschalter mit einem Strom beaufschlagt, welcher dem zulässigen Lampenstrom bei Tag- bzw. Nachtspannung entspricht. Dadurch wird die Reaktion der Lampenüberwacher auf den Lampenstrom getastet. Gleichzeitig wird dabei eine Schwellwertverschiebung nach oben (Überwacher spricht nicht an) und nach unten (Kurzschlußüberwacher spricht mit an) erkannt. Die Kurzschlußüberwacher können im Zustand „Lampe aus" nicht überwacht werden, da der Stromkreis stromlos ist. Ist die Lampe eingeschaltet, beaufschlagt der Kurzschlußschalter den Überwacher mit einem zusätzlichen Strom, so daß der doppelte Nacht- bzw. f agstrom fließt. Da die Nachtspannung etwa das 0,6fache der Tagspannung beträgt, fließt bei Nachtspannung etwa der i,2fache Tagstrom und bei Tagspannung etwa der 2f ache Tagstrom. Da die Schaltschwelle des Kurzschlußüberwachers bei dem 1,2fachen des Tagstromes liegt, muß er in beiden Fällen ansprechen, d.h., seine Funktionsfähigkeit wird überwacht. Bei über einen längeren Zeitraum eingeschalteter Lampe (z.B. Rotlicht) kann die Funktion des Lampenüberwachers nicht periodisch getestet werden, da der Lampenstrom den Schwellwert des Lampenüberwachers nicht unterschreitet. In diesem Fall erfolgt in dem angegebenen Lampenstromkreis eine Überwachung des Lampenstromes dadurch, daß der Kurzschlußüberwacher auf die Summe von Lampenstrom und zusätzlich aufgeschaltetem Prüfstrom anspricht. Bei fehlendem Lampenstrom wird die Ansprechschwelle des Kurzschlußüberwachers nicht erreicht und es kann daraus auf einen Fehler geschlossen werden. Bewertet die Anpassungsschaltung A den im Lampenstromkreis fließenden Blindstrom mit, so kann dies nachteilige Auswirkungen auf den Kurzschlußüberwacher zur Folge haben. Es ist daher vorteilhaft, eine blindstromunempfindliche Anpassungsschaltung einzusetzen. Die Schaltung kann so dimensioniert werden, daß auftretende Toleranzen keinen Einfluß ausüben. In Fig.3 ist der Lampenstromüberwacher dargestellt. Er besitzt zwei Schwellwerte, den für den Lampenstrom und den für den Kurzschlußstrom. Mittels der Anpassungsschaltung A wird der Optokoppler K durch den zu überwachenden Signallampenstrom angesteuert. Im Kollektorkreis des Optokopplers liegt ein Einstellwiderstand R1, an dessen Schleifer die Eingangsspannung für die Trigger TR1 und TR2 über einen Widerstand R 2 abgegriffen wird. Zwischen den Eingangsspannungen der Trigger TR1 und TR2 besteht durch den Spannungsteiler R 3, R4 ein festgelegtes Verhältnis. Der Ausgang LÜ des Triggers TR2 bildet den Signalausgang des Lampenüberwachers. Er führt low-Potential, wenn im Lampenstromkreis ein minimaler Strom (Nachtstrom) fließt, d.h. vom Optokoppler ein Signal übertragen wird. Der Ausgang KÜ des Triggers TR1 bildet den Signalausgang des Kurzschlußüberwachers. Fließt im Lampenstromkreis ein Strom, der das 1,2fache des maximalen Verbraucherstromes (Tagstrom) beträgt, so entsteht an diesem Ausgang low-Potential. -.': Ergänzend zu den o.g. Überwachungsfunktionen enthält der Lampenstromkreis eine Erdschlußüberwachung. Ein aus einer Gleichspannungsquelle gewonnenes Prüfpoiantial wird über einen Erdschlußüberwacher EU in den Lampenstromkreis eingekoppelt (z. B. in den Hinleiter HL). Ein Erdschlußschalter ES wird so mit dem Lampenstromkreis verbunden, daß der Erdschlußprüfstrom den gesamten Lampenstromkreis passieren muß (z. B. mit dem Rückleiter RL). Der Erdschlußprüfschalter ES wird zyklisch eingeschaltet und legt dabei den Rückleiter über einen Prüfwiderstand (welcher dem maximal erkennbaren Erdschlußwiderstand entspricht) auf Massepotential, wodurch der Erdschlußüberwacher EU bei ordnungsgemäßer Funktion der Gleichspannungsquelle GS, der Anschlußpunkte zum Lampenstromkreis, des Erdschlußüberwachers selbst und des Erdschlußprüfschalters ein entsprechendes Ausgangssignal abgeben muß. Der erfindungsgemäße Lampenstromkreis wird durch eine externe Steuereinrichtung, vorzugsweise einen Rechner gesteuert. Dabei ergeben sich abhängig vom Betriebszustand der Signallampe die in Figur 2 dargestellten Steuer- und Prüfzyklen. Die dem Lampenstromkreis zuzuführenden digitalen Steuersignale, bzw. die vom Lampenstromkreis abgegebenen digitalen Ausgangssignale der Überwacher werden zweckmäßig zu einem Steuer- bzw. Überwacherwort SW bzw. ÜW zusammengefaßt. Das Steuerwort SW enthält die bits für die Steuersignale est 1 und est2 zur Steuerung der Steuerschalter ST1 und ST2, für die Steuersignale eks und ees zur Steuerung des Kurzschlußschalters und des Erdschlußschalters. Das Überwacherwort ÜW enthält die bits für die Ausgangssignale akü1, akü2, alü1 und alü2der Lampenstromüberwacher LKÜ1 und LKÜ 2, und für das Ausgangssignal aeü des Erdschlußüberwachers EU. Im Ausführungsbeispiel sind alle Signale low-aktiv.

Zu jedem Steuerwort existiert ein definiertes Überwacherwort. Tritt das Überwacherwort nicht in dieser definierten Form auf, so liegt eine Störung vor. Die Analyse des Überwacherwortes wird in der Steuerlogik durchgeführt. Es ergibt sich ein erster Steuer- und Überwachungszyklus I für den Betriebszustand „Lampe aus". Für den Ruhezustand ergeben sich die Steuer- und Überwacherworte a). In diesem Betriebszustand lassen sich der Erdschlußüberwacher EU, der Lampenüberwacher LÜ, die Gleichspannungsquelle GS, der Kurzschfußschalter GS und der Erdschlußschalter ES prüfen. Es liegen dann die Worte b) vor. Mit den Worten c) und d) werden die Steuerschalter ST1 und St2 wechselseitig auf Sperrfähigkeit geprüft.

Der zweite Zyklus Il ist für den Betriebszustand „Lampe ein". Mit dem Wort e) werden die Steuerschalter ST1 und ST2 eingeschaltet und die Lampenüberwacher LÜ1 und LÜ2 sprechen an. Mit dem Steuerwort f) werden der Kurzschlußschalter KS und der Erdschlußschalter ES noch zusätzlich eingeschaltet. Es müssen dann auch der Kurzschlußüberwacher KÜ und der Erdschlußüberwacher EU ansprechen.

Mit diesen Steuer- und Überwachungszyklen ist somit die Prüfung aller Baugruppen des Signallampenstromkreises möglich, wobei durch die Analyse des Überwacherwortes auch die defekte Baugruppe erkannt werden kann. Durch den Einsatz von rechnergesteuerten Automatisierungsanlagen wird es erforderlich, die angeschlossenen Prozeßsteuer- und Überwachungselemente diagnosefähig zu gestalten. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird dieser Forderung in vollem Umfang Rechnung getragen. Der Aufbau des Lämpenstromüberwachers ist in Fig. 3 dargestellt. Er besteht aus einer Anpassungsschaltung A, welche in den Lampenstromkreis eingeführt ist und einen Optokoppler K ansteuert. Die Schaltung A

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gibt ein stromproportionales, analoges Signal ab. Der Emitter des Empfangstransistors des Optokopplers K ist mit Massepotential M und der Kollektor über die Parallelschaltung eines Einstellwiderstandes R1 und Kondensators C mit der Betriebsspannung S verbunden. Am Schleifer von RI sind dar Eingang des Triggers TR1 und über den Spannungsteiler R 2, R3 der Eingang des Triggers TR 2 so angeschlossen, daß die Eingangsspannung der beiden Trigger in einem festen Verhältnis zueinanderstehen. Der Ausgang KÜ des Triggers TR1 stellt den Kurzschlußüberwacherdar. Der Ausgang LÜ des Triggers TR 2 stellt den Lampenüberwacherdar. Die Ausgangssignale aiii und akü der beiden Überwacher LÜ und KÜ führen high-Potential, wenn der Transistor des Optokopplers K nicht angesteuert wird, da über den Widerstand R1 an beiden Triggereingängen eine Eingangsspannung anliegt, die größer als deren Schwellspannung ist. Fließt durch die Sendediode des Optokopplers K ein Strom, der dem zulässigen Lampenstrom entspricht (Tag- bzw. Nachtstrom), wird der Kopplertransistor so weit aufgesteuert, daß die Eingangsspannung des Triggers TR 2 den Schwellwert unterschreitet. Damit führt das Ausgangssignal alü low-Potential. Der Lampenüberwacher LÜ signalisiert somit den Zustand „Lampe ein". Überschreitet der Lampenstrom und damit der Strom durch die Sendediode von K einen Maximalwert, so wird der Transistor von K soweit angesteuert, daß auch die Eingangsspannung anTR1 den Schwellwert unterschreitet. Das Ausgangssignal akü des Kurzschlußüberwachers führt ebenfalls low-Potential. Der Kurzschlußüberwacher signalisiert somit einen Kurzschluß im Lampenstromkreis.

Die Schaltung ist so ausgeführt, daß ein Defekt an Bauelementen oder Verbindungen stets zu einem festen Ausgangssignal der Überwacher führt. Ein solcher fehlerhafter Zustand wird in den Prüfzyklen erkannt.

Claims (4)

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   Erfindungsansprüche

   1. Prüfbarer elektronischer Signallampenstromkreis der Eisenbahnsicherungstechnik mit Steuerschalter, Stromüberwacher und Erdschlußschalter, gekennzeichnet dadurch, daß im Hin- und Rückleiter (HL und RL) des Signallampenstromkreises je ein Lampenstromüberwacher (LKU) und ein Steuerschalter (ST) angeordnet sind, wobei die Lampenstromüberwacher mit der Spannungsquelle verbunden sind und zwischen Lampenüberwacher und Steuerschaltung ein Kurzschlußprüfschalter (KS) eingefügt ist, welcher mit Hin- und Rückleitung verbunden ist, weiterhin mit dem Hinleiter ein Erdschlußüberwacher (EU) und mit dem Rückleiter ein Erdschlußprüfschalter (ES) verbunden ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Lampenstromüberwacher (LKU) aus einer ' Anpassungsschaltung (A) und einem Fensterdiskriminator besteht, wobei die Anpassungsschaltung (A) in den Lampenstromkreis eingefügt ist und mit einem Optokoppler (K) abschließt, der Emitter des Empfangstransistors des Optokopplers (K) mit Massepotential (M) verbunden ist und der Kollektor über die Parallelschaltung eines Einstellwiderstandes (RD und Kondensator (C) mit der Betriebsspannung (S) verbunden ist, am Schleifer des Einstellwiderstandes (R 1) der Eingang eines ersten Triggers (TR 1) und über einen Spannungsteiler (R2, R3) der Eingang eines zweiten Triggers (TR 2) angeschlossen sind.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des ersten Triggers (TR 1) der Ausgang des Kurzschlußüberwachers ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des zweiten Triggers (TR 2) der Ausgang des Lampenüberwachers ist.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen