DE10023093C2 - Verfahren zur Weichendiagnose und Weichendiagnoseeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Weichendiagnose nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf eine Weichendiagnoseeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 3. Ein solches Verfahren und eine solche Einrichtung sind unter anderem aus Signal und Draht (91) 3/99, Seite 34 sowie aus der Firmendruckschrift von SIEMENS: Sicherheit für die Bahnen, Bestell-Nr A19100-V100-B712, eingeg. im DPMA am 15.10.98 bekannt.

Störungen an Weichen können zeitraubende und kostspielige Betriebsbehinderungen verursachen. Derartige Behinderungen lassen sich heute dank moderner Technik aber weitgehend vermeiden. Über Weichendiagnosesysteme lassen sich oberbautechnische und sicherungstechnische Störungen im Bereich einer Weiche vielfach schon in der Entstehungsphase erkennen; die vorbeugende Weichendiagnose eröffnet die Möglichkeit, durch eine zeitoptimierte Wartung dem Ausfall einer Weiche gezielt und dosiert entgegenzusteuern. Neben der Verringerung der Instandhaltungskosten von Weichen geht dabei insbesondere eine Erhöhung der Verfügbarkeit durch Verringerung von Betriebsbehinderungen als Folge von Wartungsarbeiten und Weichenstörungen einher.

Die aus Signal und Draht bekannte Weichendiagnoseeinrichtung besteht aus Spannungswandlern und Durchsteckstromwandlern, die die Spannungen und die Ströme beim Umlaufen einer Weiche an den Speiseleitungen des Antriebsmotors abgreifen. Aus diesen Größen berechnet ein Minicomputer den zeitlichen Verlauf der vom Weichenantriebsmotor aufgenommenen Wirkleistung. Die Wirkleistung nimmt linear mit dem Motormoment oder der Stellkraft zu. Das Diagnosesystem wertet Informationsmerkmale der Wirkleistungskurve und deren Veränderung im Verlauf der Zeit aus. Diagnoseinformationen werden gegeben durch:

• - die Leistung während des Entriegelungshubs,
• - die Leistung während der Zungenbewegung (Stellkraft),
• - die Leistung während des Verriegelungshubs,
• - die Spannungsverläufe und
• - Veränderungen der Symmetrie und der Stromverläufe bei Drehstrom.

Das Weichendiagnosesystem gibt Informationen über:

• - den oberbautechnischen Weichenzustand (Zungenrestspannung, Schwergang beweglicher Teile, Klemmen durch Verschleiß),
• - den sicherungstechnischen Instandhaltungszustand (Motorverschleiß, Abnutzung von Schaltkontakten, entstehende Kabelschäden, Stellkraftveränderungen) und
• - den Pflegezustand der Weiche (Schmierung der Gleitstühle).

Weichenantriebe werden vom Stellwerk her in ihren Endlagen überwacht. Dazu gibt es über die Speiseleitungen, die Motorwicklungen und über die motorseitigen Antriebskontakte geführte Überwachungsstromkreise, die üblicherweise aus einer Gleichspannungsquelle gespeist werden. Solange der Überwachungsgleichstrom sehr viel höher ist als der vom Weichendiagnosesystem aufgenommene Leckstrom, entsprechen die aus dem Überwachungsgleichstrom abgeleiteten Überwachungsmeldungen dem Betriebszustand der jeweils überwachten Weiche. Das ist bei Relaisstellwerken und frühen elektronischen Stellwerken der Fall. In jüngster Zeit sind jedoch Überwachungstechniken entwickelt worden, die mit sehr viel niedrigeren Überwachungsströmen auskommen als bislang eingesetzte Techniken. Die Überwachungsströme solcher modernen Überwachungstechniken liegen in der Größenordnung des Stromes, der von einer Weichendiagnoseeinrichtung aufgenommen wird. Die Verwendung von Diagnoseeinrichtungen bei Weichenantrieben, die von extrem niedrigen Überwachungsströmen überwacht werden, würde dazu führen, dass die Überwachungsmeldungen durch die Leckströme der Diagnoseeinrichtungen deutlich verfälscht würden. Die Diagnoseeinrichtungen hätten damit unerwünschte Auswirkungen auf die Sicherheit des Bahnbetriebes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Weichendiagnose anzugeben, das auch bei Weichenantrieben angewendet werden kann, die von extrem niedrigen Überwachungsströmen überwacht werden. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Weichendiagnoseeinrichtung zu schaffen.

Die Erfindung löst diese Merkmale durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 3.

Danach soll außerhalb der eigentlichen An- und Umlaufphase eines Antriebes die Weichendiagnoseeinrichtung eingangsseitig von den Speiseleitungen des Antriebes abgetrennt werden, jedenfalls soweit es sich dabei um Zuleitungen handelt, die zu einer Strombelastung des Überwachungskreises führen. Damit vermindert sich die Stromaufnahme der Diagnoseeinrichtung innerhalb der Zeiten, in der sie sowieso nicht wirksam ist auf den Wert null, so dass eine Beeinflussung des Überwachungsstromes nicht mehr gegeben ist. Die Abkopplung der Diagnoseeinrichtung von den Speiseleitungen eines Weichenantriebs geschieht vorzugsweise durch Schalter in den Zuleitungen von den Speiseleitungen zu den die Versorgungsspannungen detektierenden Eingängen einer Erfassungs- oder Bewertungseinrichtung. Als Schalter kommen insbesondere Relaiskontakte infrage. Die Steuerung der diese Kontakte betätigenden Relais kann in vorteilhafter Weise aus der Bewertungseinrichtung heraus erfolgen und zwar in Abhängigkeit von dem durch die Bewertungseinrichtung festgestellten Speisestrom in den Speiseleitungen des Weichenantriebs. Übersteigt der Speisestrom beim Anlaufen und beim Umlaufen des Antriebs einen vorgegebenen Schwellwert, dann werden die Schalter geschlossen und die Diagnoseeinrichtung ermittelt aus den dann aufgenommenen Strom- und Spannungswerten die aktuelle Wirkleistung des Antriebs. Bei Erreichen der Endlage des Antriebs sinkt der vom Antriebsmotor aufgenommene Speisestrom drastisch ab und die Diagnoseeinrichtung trennt über das oder die von ihr gesteuerten Relais die Zuleitungen zur Spannungsüberwachung wieder auf.

Die Diagnoseeinrichtungen können im Stellwerk untergebracht und dabei vorzugsweise den Stell- und Überwachungseinrichtungen der einzelnen Antriebe zugeordnet bzw. in diese integriert sein. Es ist aber auch möglich, die für die Weichendiagnose benötigten Strom- und Spannungswerte vor Ort in der Nähe der einzelnen Weichenantriebe auf dort dezentral angeordnete Module zu führen, die daraus gewonnenen Daten dort gegebenenfalls vorzuverarbeiten und dann in einer für mehrere Weichenantriebe gemeinsamen Diagnoseeinrichtung zu bewerten. Die Datenübertragung zu dieser gemeinsamen Diagnoseeinrichtung kann leitungsgebunden über Kupferleitungen oder Lichtwellenleiter geschehen oder drahtlos per Funk.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt den Antriebsmotor M eines nicht dargestellten Weichenantriebes, der aus dem Stellteil ST eines fernen Stellwerkes zum Umlaufen mit Energie versorgt wird. Die Versorgungsenergie stammt aus einem Drehstromnetz und wird dem Antrieb über Speiseleitungen L1, L2, L3 und N zugeführt. Die zum An- und Abschalten des Motors M erforderlichen Steuerschaltmittel sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Endlagen des Antriebsmotors werden durch mindestens einen Überwachungsstromkreis überwacht, der über die Speiseleitungen zum Antrieb, die Motorwicklungen und im Motor angeordnete Antriebskontakte geführt ist. Die Überwachung erfolgt mit einem sehr geringen Gleichstrom.

Um Aussagen über den Betriebszustand und das Betriebsverhalten des Weichenantriebes und der ihn steuernden Schaltmittel machen zu können, gibt es eine dem betreffenden Antrieb zugeordnete Weichendiagnoseeinrichtung. Diese besteht im wesentlichen aus einer Bewertungseinrichtung B, von der die an den Speiseleitungen des Antriebes abgreifbaren Strom- und Spannungswerte erfasst und entweder direkt bewertet oder einer nachgeordneten zentralen Bewertungseinrichtung zugeführt werden. Die Aussagen über das Betriebsverhalten des jeweils überwachten Antriebes geschieht durch Ermitteln der im Antrieb während des An- und Umlaufens des Antriebes umgesetzten Wirkleistung, wobei der jeweils bestimmte Wirkleistungsverlauf mit entsprechenden gespeicherten Referenzwerten oder Referenzwertebändern verglichen wird; hieraus lassen sich etwaige Abweichungen nach Größe, Richtung und Tendenz feststellen und für eine bedarforientierte Wartung verwenden. Zur Aufnahme der vom Motor aufgenommenen Ströme dienen Stromwandler SW1 bis SW3, die als Durchstreckstromwandler ausgeführt sind und die Versorgungsleitungen L1 bis L3 umgreifen. Die Stromwandler führen der Bewertungseinrichtung Spannungen zu, die den in der jeweils überwachten Leitung fließenden Speiseströmen entsprechen. Für die Überwachung der Versorgungsspannung sind die Speiseleitungen über gesonderte Zuleitungen Z mit der Bewertungseinrichtung verbunden, wobei in die Zuleitungen Sicherungen SI eingefügt sein können.

Während die lediglich induktiv an die Speiseleitungen angekoppelten Zuleitungen zum Erfassen speisestromabhängiger Spannungen den Weichenkreis nicht belasten, insbesondere nicht während der Überwachungsphase, in der die Speiseleitungen üblicherweise mit einem Überwachungsgleichstrom beaufschlagt sind, ist dies bei den galvanisch mit den Speiseleitungen verbundenen Zuleitungen zum Erfassen der Versorgungsspannungen nicht der Fall. Über sie würde, abhängig von der Art der Ankopplung der Zuleitungen an die Speiseleitungen, aus diesen ein wenn auch nur geringer Strom entnommen und der Bewertungseinrichtung zugeführt. Diese Stromentnahme würde auch während des Überwachungsvorganges stattfinden und damit das Überwachungsergebnis des Weichenüberwachungskreises in unerwünschter Weise verfälschen können.

Nach der vorliegenden Erfindung sollen deshalb mindestens diejenigen Zuleitungen zwischen den Speiseleitungen und der Bewertungseinrichtung, über die bei abgeschaltetem Antriebsmotor Ströme in die Bewertungseinrichtung abfließen können, während der Ruhephase des Antriebes unterbrochen werden, das heißt, die Stromaufnahme der Bewertungseinrichtung aus den Speiseleitungen wird in dieser Zeit vollständig unterbrochen oder zumindest auf einen unkritischen sehr niedrigen Wert verringert. Diesem Zweck dienen in die Zuleitungen für die Spannungsbewertung geschaltete Schalter S*, die vorzugsweise als Relaiskontakte eines oder mehrerer parallel geschalteter Relais S ausgeführt sind. Die Schalter S* sind geschlossen, wenn während der Anlauf- oder Umlaufphase des Antriebsmotors ein entsprechender Speisestrom über mindestens eine der Antriebswicklungen fließt und sie sind geöffnet, wenn der Motor stillgesetzt und die Speisung unterbrochen wurde. Die Steuerinformationen zum Betätigen der Schalter können aus dem Stellwerk stammen; sie können aber auch vom Antrieb oder von der Bewertungseinrichtung erzeugt werden, die hierzu über die Stromwandler SW1 bis SW3 die beim An- und Umlaufen in den Speiseleitungen L1 bis L3 fließenden Speiseströme erfasst.

Dadurch, dass während der Ruhephase des Antriebes von der Bewertungseinrichtung kein oder ein nur sehr geringer Strom aus den Speiseleitungen zum überwachten Antrieb entnommen wird, wird der stellwerkseitige Überwachungsstrom durch den Leckstrom der Bewertungseinrichtung nicht oder nicht nennenswert verfälscht, so dass das Überwachungsergebnis des Stellwerkes eindeutig dem jeweiligen Zustand des überwachten Weichenantriebes entspricht.

Die Bewertung der aus den Speisekreisen ausgekoppelten Strom- und Spannungswerte erfolgt vorzugsweise in einer Bewertungseinrichtung, die im Stellwerk angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, eine solche Bewertung vor Ort in der Nähe der Weichenantriebe oder an beliebiger Stelle zwischen Stellwerk und Weichenantrieben vorzunehmen. Die jeweiligen Strom- und Spannungswerte oder die daraus gebildeten Werte der Wirkleistung können vor Ort zwischengespeichert und in vorgegebenen Abständen ausgelesen und leitungsgebunden oder drahtlos an eine für mehrere Weichenantriebe gemeinsame Bewertungseinrichtung übermittelt werden, in der die Diagnose für eine Vielzahl von Weichenantrieben stattfindet.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor des zu überwachenden Weichenantriebs als Drehstrommotor ausgeführt. Die Erfindung ist nicht auf die Überwachung von Drehstromantrieben beschränkt, sondern lässt sich sinngemäß auch bei beliebigen anderen Weichenantrieben vorteilhaft anwenden, zum Beispiel solchen, die aus einem einphasigen Netz oder auch aus einer Gleichstromversorgungsquelle betrieben werden. Bei den letztgenannten Antrieben sind die Mittel zum Abgreifen speisestromabhängiger Größen beispielsweise als Hall- Generatoren auszuführen.

Prinzipiell ist es aber auch möglich, entsprechende stromabhängige Größen z. B. über in die Speiseleitungen eingefügte niederohmige Messwiederstände zu gewinnen. Wenn zu erwarten steht, dass auch über die zum Erzeugen stromabhängiger Signale erforderlichen Zuleitungen Leckströme in die Bewertungseinrichtung abließen, sind auch in diese Zuleitungen entsprechende Schalter zum bedarfsweisen Auftrennen dieser Zuleitungen einzuschalten. Die Steuerung der Schalter geschieht dann vom Stellwerk oder vom Antrieb aus.

Claims (10)

1. Verfahren zur Weichendiagnose, beruhend auf während der Weichenumlaufes durchgeführten Strom- und Spannungsmessungen an den Speiseleitungen eines Weichenantriebsmotors und auf deren zeitlicher Bewertung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Zuleitungen (Z), über die die an mindestens einer Speiseleitung (L1 bis L3) abgreifbaren Spannungsmesswerte einer Bewertungseinrichtung (B) zugeführt werden, außerhalb der An- und Umlaufphase des zugehörigen Weichenantriebes unterbrochen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kriterium für das Unterbrechen der Zuleitungen vom Vorhandensein eines in den Speiseleitungen des Weichenantriebes fließenden Speisestromes abgeleitet wird.

3. Weichendiagnoseeinrichtung mit Zuleitungen zwischen den Speiseleitungen eines Weichenantriebes und einer Bewertungseinrichtung, über die mindestens eine einem Weichenantrieb zugeführte Versorgungsspannung sowie mindestens eine aus einer Speiseleitung ausgekoppelte stromabhängige Überwachungsspannung zu bewerten sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die für die Spannungsmessungen vorgesehenen Zuleitungen (Z) auf Schalter (S*) geführt sind, die während des An- und Umlaufens des Weichenantriebes geschlossen und außerhalb der An- und Umlaufphase geöffnet sind.

4. Weichendiagnoseeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S*) als Relaiskontakte ausgeführt sind.

5. Weichendiagnoseeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Relaiskontakte (S*) von einem oder mehreren einander parallelgeschalteten Relais (S) steuerbar sind.

6. Weichendiagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Schalter (S*) aus der Bewertungseinrichtung (B) heraus in Abhängigkeit von der Höhe des in mindestens einer Speiseleitung (L1 bis L3) des Weichenantriebes fließendenden Speisestromes erfolgt, wobei die Bewertungseinrichtung die Schalter bei einem Speisestrom oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes schließt und unterhalb eines vorgegebenen niedrigeren Grenzwertes öffnet.

7. Weichendiagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinrichtung (B) in einem Stellwerk angeordnet und dort der Stell- und Überwachungseinrichtung des zugehörigen Weichenantriebes zugeordnet ist.

8. Weichendiagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuleitungen mehrerer Weichenantriebe vor Ort auf jeweils ein die Messwerte aufnehmendes Modul geführt sind und
dass eine für mehrere Weichenantriebe gemeinsame Bewertungseinrichtung zum Abrufen und Bewerten der von den Modulen detektierten Spannungen oder aus daraus durch Vorverarbeitung gewonnenen Daten vorgesehen sind.

9. Weichendiagnoseeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung der von den Modulen detektierten und dort gegebenenfalls vorverarbeiteten Daten an eine gemeinsame Bewertungseinrichtung leitungsgebunden oder drahtlos erfolgt.

10. Weichendiagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der in den Speiseleitungen (L1, L2, L3) fließenden Speiseströme durch induktiv oder magnetisch an die Speiseleitungen angekoppelte Sensoren (SW1, SW2, SW3) erfolgt.