DE102005012814A1

DE102005012814A1 - Steuerung für Zugbildung in Ablaufanlagen

Info

Publication number: DE102005012814A1
Application number: DE102005012814A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Ottow
Original assignee: FEW BLANKENBURG GmbH
Current assignee: FEW BLANKENBURG GmbH
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-21
Also published as: EP1858742A1; US20090072096A1; CA2601224A1; WO2006097203A1; BRPI0609138A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Zugbildung in Ablaufanlagen. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren erreicht eine Optimierung der Leistung einer Ablaufanlage durch einen auf Rückkopplung beruhenden Lerneffekt. Insbesondere zu Beginn des Einsatzes der Steuerung werden die zeitlichen Abstände zwischen Abläufen sehr groß gewählt und werden Daten über die Abläufe gesammelt. Aus den Zeitabständen, die sich bei diesen Abläufen in den kritischen Zonen der Anlage ergeben, ermittelt ein Rechner, ob der zeitliche Abstand zwischen den Abstößen am Berg der Anlage verringert werden darf oder nicht. DOLLAR A Vorteil eines derartigen selbstlernenden Systems ist es, dass es einen wesentlich geringeren Programmumfang als herkömmliche Systeme benötigt, die auf starren Algorithmen und der Messung vieler Einflussgrößen beruhen und die trotz aller Bemühungen, alle Einflüsse zu erfassen, dennoch starr bleiben. DOLLAR A Darüber hinaus wird der Instandhaltungsaufwand wesentlich gesenkt. Wegen der besonderen Fähigkeit der Software ist der Anpassungsaufwand von Bahnhof zu Bahnhof deutlich geringer als bisher.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Zugbildung in Ablaufanlagen.
In Zugbildungsanlagen für Güterzüge werden ankommende Züge, die aus Wagen mit unterschiedlichen Zielorten bestehen, auseinander gekoppelt. Die Züge werden in Einzelwagen oder Wagengruppen aufgelösten, die anschließend über einen Ablaufberg abgedrückt und durch ein System von Weichen in so genannte Richtungsgleise sortiert werden. Die Wagen erhalten durch den Ablaufberg eine hinreichende Geschwindigkeit, um den Sortiervorgang und die erforderliche Strecke auf dem Richtungsgleis zu durchlaufen. Zur Maximierung der Durchsatzleistung sollen die Wagen, sog. Abläufe, einerseits das System so schnell wie möglich durchlaufen, andererseits dürfen sie beim Anstoß mit bereits auf dem entsprechenden Richtungsgleis befindlichen Wagen eine Geschwindigkeit von 1,5 m/s nicht überschreiten. Steuerungstechnisch liegt das schwierigste Problem darin, Wagen mit unterschiedlichen Laufeigenschaften bei Minimierung der Zeit zwischen zwei Abläufen nicht unkontrolliert zusammenstoßen zu lassen und weiterhin zu erreichen, dass der zeitliche Abstand zwischen derartigen Wagen, die durch eine Weichenumschaltung getrennt werden müssen, ausreicht, um die Trennung gefahrlos durchführen zu können. Insbesondere entsteht besonders dann eine kritische Situation, wenn ein Wagen mit guten Laufeigenschaften, ein sog. Gutläufer, einem Wagen mit schlechten Laufeigenschaften, einem sog. Schlechtläufer, folgt.

In den Steuerungsverfahren des Standes der Technik werden die physikalischen Vorgänge der Abläufe möglichst genau mathematisch abgebildet. Die in dem mathematischen Modell enthaltenen physikalischen Größen in Form von Konstanten oder Variablen werden entweder einmalig oder ständig über Sensoren gemessen. Die Messwerte werden in die Funktionen eingeführt und die Momentanwerte der Position und Geschwindigkeit aller im Ablauf befindlichen Wagen berechnet. Aus diesen Daten werden die Stellgrößen für Weichen und Bremsen so errechnet, dass sicherer Ablauf mit maximiertem Durchsatz erreicht wird. Da eine Reihe von Einflussgrößen auf dem großen Areal der Rangierbahnhöfe gemessen werden müssen, ist eine sehr große Zahl von Sensoren erforderlich. Z. B. werden geometrische Größen der Wagen mit Lichtschranken, die Masse der Wagen mit Gleiswaagen, die Geschwindigkeiten mit Doppler- Radar Messeinrichtungen und zusätzlich an kritischen Stellen mit Gleiskontakten erfasst. Darüber hinaus werden sehr viele topographische Besonderheiten, wie Höhen, Gefälle und Kurven in den Berechnungen erfasst. Auch Wetterdaten gehen in die Berechnungen ein. Von besonderer Wichtigkeit für die Sicherheit in den Anlagen ist die stets eindeutige Bilanzierung der ein und auslaufenden Züge. Sollten Zähleinrichtungen, wie Gleiskontakte gelegentlich fehlerhaft messen, wird die Bilanz gestört. Daher sind an kritischen Stellen Prüfeinrichtungen vorhanden, um die Füllstandsangaben zuverlässig zu machen. Bei dem im Laufe der Entwicklungszeit immer größer gewordenen Aufwand sind zwar die Kosten für derartige Anlagen sehr hoch geworden, sie führen jedoch zuverlässig zu befriedigenden Ergebnissen.

Nachteile der Steuerungsverfahren des Standes der Technik sind jedoch insbesondere:

• dass eine außerordentlich umfangreiche und teure Steuerungssoftware verwendet werden muss, da eine riesige Zahl von Messwerten gesammelt wird und verarbeitet werden muss; diese Software muss außerdem in bedeutendem Maße an jeden Rangierbahnhof angepasst werden, so dass fast stets Einzellösungen entstehen; das führt auch zu entsprechend hohen Update-Kosten,
• dass ein hoher Aufwand an Hardware Aufwand erforderlich ist; außerdem treten bei im Abstand von ca. sechs Jahren aufgrund fälliger Hardware Modernisierungen wieder sehr hohe Kosten auf; da Ersatzteile oft nicht mehr verfügbar sind, muss eine Modernisierung insbesondere auch dann erfolgen, sie technisch eventuell noch nicht erforderlich wäre,
• da die bisher verwendeten SPS-Steuerungen die notwendige Echtzeitfähigkeit für die Signalverarbeitung und Regelvorgänge haben und außerdem absturzsicher sind, wurden die Steuerungen bisher stets in mehreren Ebenen aufgebaut; diese Struktur führt jedoch zu sehr aufwendiger Hardware,
• ein zumindest proportional zur Größe der Ablaufanlage wachsender Messaufwand, der bei Großanlagen zu etwa 2000 Sensoren führt.

Zusätzlich zu den hohen Investitionskosten für die Steuerungstechnik bei der Errichtung neuer Anlagen führen die im Verhältnis zur Maschinentechnik häufigen Modernisierungen dieser steuerungstechnischen Anlagen zu hohen Life Cycle Costs.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen bereitzustellen, das mit gegenüber dem Stand der Tech nik erheblich verringertem Investitionsaufwand für die Software sowie den Aufwand an Rechnerhardware und an Sensoren, Verkabelung und Installation auskommt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ansprüche 2 bis 10 beinhalten vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung aus Anspruch 1.

Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 1 erreicht eine Optimierung der Leistung einer Ablaufanlage durch einen auf Rückkopplung beruhenden Lerneffekt. Insbesondere zu Beginn des Einsatzes der Steuerung werden die zeitlichen Abstände zwischen Abläufen sehr groß gewählt und werden Daten über die Abläufe gesammelt.

Dazu gehören insbesondere

– Feststehende Fahrzeugmerkmale wie Anzahl der Achsen (Zuordnung bezüglich 2-, 4- oder 6-achsiger Wagen), Höhe der Aufbauten der Wagen sowie bekannte Besonderheiten, wenn der Wagen wiederholt über die Ablaufanlage läuft,
– Veränderliche Fahrzeugmerkmale, insbesondere das Gewicht der Wagen mit einer Gewichterfassung der Wagen auf der Ablaufmessstrecke (AM) und einer Bildung von Gewichtklassen,
– Streckenmerkmale wie Geschwindigkeitshöhe der Abläufe vor der Talbremse (Laufeigenschaft) und gemeinsame Weichendurchläufe für aufeinander folgende Abläufe.

Aus den Zeitabständen, die sich bei diesen Abläufen in den kritischen Zonen der Anlage ergeben, ermittelt ein Rechner, ob der zeitliche Abstand zwischen den Abstößen am Berg der Anlage verringert werden darf oder nicht.

Die kritischen Zonen sind hierbei die Zonen zwischen der Talbremse bzw. den Talbremsen und den letzten Weichen vor den jeweiligen Richtungsgleisbremsen. Die kritische Größe ist der Abstand zweier Abläufe (Wagen) vor der Weiche, an der sich die Wege der Abläufe trennen. Dieser Abstand muß groß genug sein, um die Weiche sicher umstellen zu können. Die Ermittlung dieser kritischen Größe erfolgt hierbei insbesondere durch Gleiskontakte und Weicheneinlaufkontakte.

Insbesondere lassen sich gemäß Anspruch 5 die für die Gleisbremsen erforderlichen Steuerwerte für die gewünschten Auslassgeschwindigkeiten ermitteln.

Die Gleisbremse wird hierbei mittels einer Geschwindigkeitsmessung, insbesondere mit Radarmesseinrichtungen und Scheinenkontakten, gesteuert. Die zulässigen Geschwindigkeiten liegen hierbei für

– die Auslaufgeschwindigkeit aus dem Ablaufberg bei 4 m/s bis 5 m/s, je nach Weglänge bis zur Richtungsgleisbremse,
– die Einlaufgeschwindigkeit in der Richtungsgleisbremse bei 4,5 m/s und
– die Auslaufgeschwindigkeit aus der Richtungsgleisbremse bei 1,5 m/s.

Vorteil eines derartigen selbstlernenden Systems ist es, dass es einen wesentlich geringeren Programmumfang als herkömmliche Systeme benötigt, die auf starren Algorithmen und der Messung vieler Einflussgrößen beruhen und die trotz aller Bemühungen, alle Einflüsse zu erfassen, dennoch starr bleiben.

Darüber hinaus wird der Instandhaltungsaufwand wesentlich gesenkt. Wegen der besondern Fähigkeit der Software ist der Anpassungsaufwand von Bahnhof zu Bahnhof deutlich geringer als bisher.

Das erfindungsgemäße Verfahren kommt vorteilhaft mit der Bildung von einer begrenzten Zahl von Klassen von Ereignissen aus. Insbesondere werden gemäß Anspruch 8 Klassen nach Fahrzeugmasse und Größe des Luftwiderstandes, hierbei insbesondere der senkrechten Projektionsfläche, als für den Fahrwiderstand charakteristische Größen gebildet. Unter Berücksichtigung dieser Klassen optimiert sich das System ständig selbst. Sobald erkannt wird, dass der Zeitabstand bei mehreren Abläufen hintereinander kleiner wird, reagiert das System, indem es die Abstände durch die Bremsen oder durch Verlängerung der Abstände zwischen den Abdrückvorgängen wieder verlängert.

Das zugrundeliegende Verfahren ist universell einsetzbar, so dass es vorteilhaft nur weniger Anpassungen bedarf, um das Verfahren auf unterschiedlichen Zugbildungsanlagen einsetzen zu können.

Einhergehend mit der Vereinfachung der Steuerung werden gemäß Anspruch 9 für die Führung der Sensorsignale und der Signale zu den Stellgliedern Datenbus-Systeme verwendet. Da die Signalübertragung selbst in sicherheitsrelevanten Systemen wie denen der Flugindustrie über Bussysteme geführt wird, werden diese Vorteile nun auch in den weit weniger sicherheitsrelevanten Rangiereinrichtungen eingeführt. Hierdurch wird besonders vorteilhaft eine Einsparung von hunderten von Kabel-Kilometern erreicht.

Gemäß Anspruch 10 werden die bisher für die Echtzeitverarbeitung eingesetzten speicherprogrammierbaren Steuerungen durch echtzeitfähige PC-Konfi gurationen ersetzt. Damit wird die gesamte Steuerung einer Zugbildungsanlage in einen Zentralrechner verlegt, dem insbesondere ein redundantes System zur Seite steht.

Eine grobe Schätzung zeigt, dass mit dem angeführten System Kosten einer Neuanlage um ca. 60% gemindert werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung mit einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt hierbei schematisch eine Ablaufanlage mit drei Richtungsgleisen.
Die Ablaufanlage gemäß 1 besteht aus einem Ablaufberg 10 über den Wagen gedrückt werden und von dort aufgrund der Schwerkraft selbstständig in Richtungsgleise 12, 13 oder 14 laufen und dort von Richtungsgleisbremsen 22, 23 und 24 abgebremst werden. Die Zuteilung des jeweiligen Wagens auf das zugehörige Richtungsgleis erfolgt durch eine Weiche 11.
Die einzelnen Wagen weisen hierbei insbesondere je nach Wartungszustand der Radlager, Wagentyp oder Beladung unterschiedliche Laufwiderstände auf, d.h. die Wagen rollen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten den Ablaufberg hinab und in die Richtungsgleise ein.
Zu Beginn des Einsatzes der Steuerung werden die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Wagen sehr groß gewählt und werden Daten über die Abläufe gesammelt. Ein Sensor ermittelt hierbei die Zeitabstände zwischen den einzelnen durchlaufenden Wagen in der besonders kritischen Zone der Weiche 11. Ergibt sich, dass die Zeit zwischen den ablaufenden Wagen größer ist als die Zeit zur Umstellung der Weiche 11, so kann der Abstand zwischen den Wagen, die über den Ablaufberg 10 gedrückt werden, um einen bestimmten Betrag verringert werden. Zeigt sich anschließend, dass die Zeit zwischen den ablaufenden Wagen immer noch größer ist als die Zeit zur Umstellung der Weiche 11, so kann der Abstand zwischen den Wagen, die über den Ablaufberg 10 gedrückt werden, um einen weiteren bestimmten Betrag verringert werden. Dieses Verfahren wird solange fortgesetzt, bis die Zeit zwischen den ablaufenden Wagen geringfügig größer ist als die Zeit zur Umstellung der Weiche 11.
Ebenso lassen sich die für die Richtungsgleisbremsen 22, 23 und 24 erforderlichen Steuerwerte für die gewünschten Auslassgeschwindigkeiten in die Richtungsgleise 12, 13 und 14 ermitteln. Ergibt sich, dass die Geschwindigkeit des durch die Richtungsgleisbremse 22 abgebremsten Wagens 4 zu gering ist, um nahe an den bereits im Richtungsgleis 12 befindlichen Wagen 5 heranzufahren, wird die Bremskraft der Richtungsgleisbremse 22 verringert. Zeigt sich anschließend, dass die Geschwindigkeit eines durch die Richtungsgleisbremse 22 abgebremsten Wagens immer noch zu gering ist, um nahe an die bereits im Richtungsgleis 12 befindlichen Wagen heranzufahren, wird die Bremskraft der Richtungsgleisbremse 22 weiter verringert. Dieses Verfahren wird solange fortgesetzt, bis die Geschwindigkeit der durch die Richtungsgleisbremse 22 abgebremsten Wagen so gewählt ist, dass sie höchstens mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit von 1,5 m/s auf bereits im Richtungsgleis befindliche Wagen auffahren.

1: Wagen 1
2: Wagen 2
3: Wagen 3
4: Wagen 4
5: Wagen 5
6: Wagen 6
10: Ablaufberg
11: Weiche
12: Richtungsgleis 1
13: Richtungsgleis 2
14: Richtungsgleis 3
22: Richtungsgleisbremse 1
23: Richtungsgleisbremse 2
24: Richtungsgleisbremse 3

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Zugbildung in Ablaufanlagen, bei denen ankommende Züge, die aus Wagen mit unterschiedlichen Zielorten bestehen, in Einzelwagen oder Wagengruppen aufgelöst, über einen Ablaufberg abgedrückt und durch ein System von Weichen in so genannte Richtungsgleise sortiert und durch Talbremsen und Richtungsgleisbremsen abgebremst werden dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen Abstände zwischen Abläufen zunächst sehr groß gewählt und Daten über die Abläufe gesammelt werden und aus den Zeitabständen, die sich bei diesen Abläufen in kritischen Zonen der Anlage ergeben, ermittelt wird, ob der zeitliche Abstand zwischen den Abstößen am Berg der Anlage verringert oder vergrößert werden muss oder gleichbleibt.
Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten, die über die Abläufe gesammelt werden, feststehende und/oder veränderliche Fahrzeugmerkmale und/oder Streckenmerkmale sind.
Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kritischen Zonen die Zonen zwischen den Talbremsen bzw. den Talbremsen und den letzten Weichen vor den jeweiligen Richtungsgleisbremsen sind.
Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zu Beginn des Einsatzes der Steuerung angewendet wird.
Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für Gleisbremsen erforderliche Steuerwerte für die gewünschten Auslassgeschwindigkeiten ermittelt werden.
Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisbremse durch Geschwindigkeits messung mit Radarmesseinrichtungen und Scheinenkontakten gesteuert wird.
Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslaufgeschwindigkeit vom Ablaufberg 4 m/s bis 5 m/s, die Einlaufgeschwindigkeit in der Richtungsgleisbremse 4,5 m/s und die Auslaufgeschwindigkeit aus der Richtungsgleisbremse 1,5 m/s beträgt.
Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Ablaufanlage verkehrenden Wagen nach Klassen bezüglich Fahrzeugmasse und Luftwiderstand eingeteilt werden.
Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung der Sensorsignale und der Signale zu den Stellgliedern durch Datenbus-Systeme erfolgt.
Verfahren zur Steuerung der Zugbildung in Ablaufanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Echtzeitverarbeitung echtzeitfähige PC-Konfigurationen verwendet werden.