-
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schienen-Kommunikation und der Steuerungstechnik bei schienengebundenen Transportvorrichtungen, insbesondere bei Elektrohängebahnen, nämlich ein Verfahren zum Übertragen von Steuersignalen in einer schienengebundenen Transportvorrichtung von einem Sender zu einem Empfänger über eine Schleifleitersignalübertragungsstrecke, die einen Sender, einen Schleifleiter mit Schleifkontakten und einen Empfänger umfasst, und eine entsprechende schienengebundene Transportvorrichtung, insbesondere eine Elektrohängebahn.
-
Die Erfindung wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit insbesondere anhand des Ausführungsbeispiels einer Elektrohängebahn erläutert. Eine Elektrohängebahn ist ein schienengebundenes Fördermittel mit einzeln angetriebenen Fahrzeugen, die an einer Tragschiene hängen. Die Fahrzeuge können sich schienengebunden autonom auf dem Schienensystem bewegen. Abzweigungen sind über Weichen realisiert. Die Fahrzeuge werden mit Schleifkontakten über auf der Tragschiene angebrachte Schleifleitungen mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt, das heißt, die Tragschiene sorgt sowohl für die mechanische Aufhängung als auch für die Stromversorgung der Fahrzeuge. Die Schleifleiter werden jedoch nicht nur genutzt, um die Fahrzeuge mit Energie zu versorgen, sondern auch, um mit den Fahrzeugen zu kommunizieren, das heißt Steuersignale zu übertragen, beispielsweise von einer Steuerzentrale, die bevorzugt stationär angeordnet ist, über die Schiene zu einem Fahrzeug oder von einem ersten Fahrzeug über die Schiene zu einem zweiten Fahrzeug.
-
Bei der Steuerung von schienengebundenen Transportvorrichtungen wie Elektrohängebahnen soll die Kommunikation der Steuerzentrale mit den Fahrzeugen oder der Fahrzeuge untereinander mittels der Steuersignale eine große Übertragungsgeschwindigkeit, eine große Übertragungsbandbreite und eine gute Störsicherheit gegen Störeinflüsse aus der Umgebung und gegen Störeinflüsse durch die Schleifkontakte haben und kostengünstig realisierbar sein. Das Hauptproblem bei der Kommunikation sind Störungen der Steuersignale durch die Umgebung und die Schleifkontakte.
-
Nach dem Stand der Technik erfolgt die Kommunikation der Steuerzentrale mit den Fahrzeugen oder der Fahrzeuge untereinander sehr langsam mittels zustandsbasierter Steuersignale und langsamer serieller Datenübertragungsprotokolle.
-
Eine andere Möglichkeit der Datenübertragung nach dem Stand der Technik ist die Datenübertragung per Powerline. Eine Powerline ist eine Vorrichtung zur Sprach- oder Datenübertragung über ein vorhandenes Stromnetz mittels der Trägerfrequenztechnik. Die Steuersignale werden dabei über eine oder mehrere Trägerfrequenzen zusätzlich auf die Stromleitung moduliert. Die Bandbreite ist hier deutlich höher als bei serieller Datenübertragung, aber in vielen Fällen verhindern Störeinflüsse aus der Umgebung eine stabile Kommunikation.
-
Um eine höhere Bandbreite der Steuersignalübertragung zu ermöglichen, gibt es von verschiedenen Herstellern Hohlleiter-Schienen und Leckwellensysteme. Damit kann man sehr hohe Bandbreiten erreichen, benötigt aber zusätzliche mechanische Komponenten für die Steuersignal- bzw. Datenübertragung, statt hierfür die ohnehin vorhandene kostengünstige Stromschiene (den Schleifleiter) mit Schleifkontakten zu nutzen.
-
Die bekannten Lösungen erfüllen somit die oben genannten Anforderungen nicht in ausreichendem Maße.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Übertragen von Steuersignalen in einer schienengebundenen Transportvorrichtung von einem Sender zu einem Empfänger über eine Schleifleitersignalübertragungsstrecke, die einen Sender, einen Schleifleiter mit Schleifkontakten und einen Empfänger umfasst, insbesondere für eine Elektrohängebahn, und eine entsprechende schienengebundene Transportvorrichtung, insbesondere eine Elektrohängebahn, zu schaffen, die eine große Übertragungsgeschwindigkeit, eine große Übertragungsbandbreite und eine gute Störsicherheit gegen Störeinflüsse aus der Umgebung und durch die Schleifkontakte haben.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 bzw. durch eine schienengebundene Transportvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Übertragen von Steuersignalen in einer schienengebundenen Transportvorrichtung von einem Sender zu einem Empfänger über eine Schleifleitersignalübertragungsstrecke, die einen Sender, einen Schleifleiter mit Schleifkontakten und einen Empfänger umfasst, weist die Besonderheit auf, dass als Steuersignale elektrische Sendepulse verwendet werden und die Energie der Sendepulse dem Schleifleiter oder der Schleifleitersignalübertragungsstrecke angepasst eingestellt wird.
-
Eine erfindungsgemäße schienengebundene Transportvorrichtung, bei der Steuersignale von einem Sender zu einem Empfänger über eine Schleifleitersignalübertragungsstrecke, die einen Sender, einen Schleifleiter mit Schleifkontakten und einen Empfänger umfasst, übertragen werden, weist die Besonderheit auf, dass sie eine Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahren aufweist, in der als Steuersignale elektrische Sendepulse verwendet werden und mittels der die Energie der Sendepulse dem Schleifleiter oder der Schleifleitersignalübertragungsstrecke angepasst einstellbar ist.
-
Erfindungsgemäß wird die aus dem Stand der Technik bekannte pegelorientierte Steuersignal- bzw. Datenübertragung, beispielsweise bei einer Elektrohängebahn, durch eine pulsorientierte Übertragung der Steuersignale bzw. Daten ersetzt. Dies ermöglicht es, in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung standardisierte Übertragungsprotokolle für die Steuersignal- bzw. Datenübertragung einzusetzen und auf diesen aufzubauen, was die Vielseitigkeit der Realisierung und Implementierung erhöht und eine höhere Übertragungsrate ermöglicht. Die einzelnen Sendepulse sind dabei jeweils ein Bit eines aus mehreren Bits zusammengesetzten digitalen Steuersignals, das vorzugsweise binärcodiert ist, sind sehr kurz und haben aber eine große Amplitude, was die Störsignalfestigkeit verbessert. Die Kommunikation, das heißt die Übertragung von Information, Befehlen oder Daten bei der Datenübertragung mittels der Sendepulse, kann durch Kodierung der zeitlichen Abfolge der Sendepulse (Bit-Timing), durch Modulation der Pulsweite der Sendepulse oder durch Modulation der Pulshöhe der Sendepulse oder durch eine Kombination dieser Möglichkeiten erfolgen.
-
Erfindungsgemäß wird die Energie der Sendepulse dem Schleifleiter oder der Schleifleitersignalübertragungsstrecke angepasst eingestellt. Die Komponenten der Schleifleitersignalübertragungsstrecke, z. B. der Schleifleiter oder ein Schleifkontakt, sind durch Schleifleiterparameter charakterisiert, die von der jeweiligen Vorrichtung, z. B. Elektrohängebahn, und der Einsatzart abhängen. Wenn die spezifische Ausprägung mindestens eines Parameters der Schleifleitersignalübertragungsstrecke, das heißt eines oder mehrerer Schleifleiterparameter, erfasst und in Abhängigkeit von der erfassten spezifischen Ausprägung die Energie der Sendepulse dem Schleifleiter oder der Schleifleitersignalübertragungsstrecke angepasst eingestellt, das heißt konfiguriert wird, kann eine schienenspezifisch optimierte Signalübertragung erfolgen.
-
Ein solcher Parameter der Schleifleitersignalübertragungsstrecke ist beispielsweise die Impedanz des Schleifleiters, die einen Einfluss auf die Sendepulse hat. Andere Parameter der Schleifleitersignalübertragungsstrecke sind eine oder mehrere Bauteilstreuungen der für die Erzeugung der Sendepulse verwendeten elektrischen Bauteile oder Komponenten, die sich durch praktisch vorhandene Bauteiltoleranzen ergeben. Beispielsweise haben handelsübliche Induktivitäten, die als Energiespeicher in dem Sender in einer elektronischen Schaltung verwendet werden, der die Energie für den Sendepuls bereitstellt, eine Streuung von mindestens 10 %. Unkompensierte Bauteiltoleranzen führen zu einer Streuung in der Größe (Amplitude, Dauer, Energie) der Sendepulse, was negative Auswirkungen auf die möglichen Schleifleiterlängen und die Störungsunempfindlichkeit der Signalübertragung hat.
-
Diese Nachteile werden vermieden, wenn der Sendepuls mittels einer individuellen Einstellung bzw. Anpassung eingestellt wird, beispielsweise auf einen Soll- oder Nominalwert. Die variable Einstellbarkeit der Energie der Sendepulse dient zur individuellen Anpassung an den Schleifleiter bzw. die Schleifleitersignalübertragungsstrecke und an Bauteiltoleranzen. Dadurch kann die jeweilige Sendeleistung dem Schleifleiter bzw. der Schleifleitersignalübertragungsstrecke angepasst werden.
-
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, dass eine Messung des Sendepulses integriert wird, das heißt, dass in dem Sender eine Kalibrierung der Sendepulse durchgeführt wird. Mittels einer Messung des Sendepulses in einem standardisierten Messsystem kann der Sendepuls kalibriert und durch eine Kalibrierung normiert und auf einen Nominalwert eingestellt werden. Auf diese Weise kann in der Kalibrierung für die Sendepulse der Maximalwert von Strom oder Spannung oder die Dauer oder Pulsenergie eingestellt werden.
-
Das angepasste Einstellen oder Kalibrieren der Sendepulse kann beispielsweise durch iteratives Anpassen der Einstellungen erfolgen, wobei als erfasste spezifische Ausprägung z. B. der Rauschpegel, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis oder die Spannung der Sendepulse, z. B. deren Maximal- und Minimalanspannung an verschiedenen Orten in der Elektrohängebahn, gemessen wird. Die erfassten Werte der Schleifleitersignalübertragungsstrecke können verarbeitet und dadurch die Sendepulse eingestellt oder kalibriert werden.
-
Das angepasste Einstellen oder Kalibrieren der Sendepulse, insbesondere zum Erfassen von Werten von Parametern der Schleifleitersignalübertragungsstrecke, kann beispielsweise durch Eingeben, Einstellen, Programmieren oder automatisches Konfigurieren erfolgen. Dabei können die Einstellungen gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform aus gespeicherten Profilen übernommen werden, die beispielsweise für die jeweilige Bauart der schienengebundenen Transportvorrichtung spezifisch sind und Typklassen zugeordnete Erfahrungswerte, z. B. für jede Typklasse eine Kennlinie mit entsprechenden zugeordneten Stellwerten, umfassen können. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Einstellungen per dynamischer Konfiguration übertragen werden. Dabei werden die Sendepulse vermessen, beispielsweise deren Maximum ermittelt, und daraus Rückschlüsse auf Eigenschaften der Schleifleitersignalübertragungsstrecke, beispielsweise die Impedanz des Schleifleiters, gezogen, um hierauf basierend die Konfiguration des Sendepulses durchzuführen. Dabei können die erfassten Werte mit den Soll- oder Stellwerten in einer Recheneinheit verglichen und angepasst werden.
-
Zum angepassten Einstellen der Energie der Sendepulse kann die Pulsdauer und/oder die Pulsspannung und/oder der Pulsstrom der Sendepulse eingestellt werden. Je größer die Peakspannung bzw. der Peakstrom der Sendepulse eingestellt wird, desto besser ist das Signal-zu-RauschVerhältnis. In praktischen Anwendungen wird die Peakspannung auf einen Wert unter 100 V begrenzt.
-
In manchen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, wenn beim Erzeugen der Sendepulse in dem Sender eine elektronische Schaltung verwendet wird, mittels der die Spannung der Sendepulse variabel einstellbar begrenzt wird. Beispielsweise kann durch eine stufenweise Zuschaltung von Begrenzungsdioden der Sendepuls auf unterschiedliche Spannungsgrenzen eingestellt werden. Durch das Begrenzen der Spannung kann ein Überspannungsschutz realisiert werden, beispielsweise in Elektrohängebahnen ohne Berührungsschutz gegen einen Kontakt von Personen mit spannungsführenden Schleifleitern.
-
Gemäß einem bevorzugten Merkmal wird vorgeschlagen, dass zum Erzeugen der Sendepulse in dem Sender eine elektronische Schaltung mit einem Energiespeicher verwendet wird, wobei der Energiespeicher die Energie für den Sendepuls bereitstellt und auf ein Steuersignal hin den Sendepuls absendet, und dass zum Einstellen der Energie der Sendepulse der Ladestrom, die Ladespannung oder die Ladedauer des Energiespeichers gesteuert wird. Das Einstellen bzw. Konfigurieren des Ladestroms, der Ladespannung oder der Ladedauer kann beispielsweise wie oben beschrieben erfolgen, z. B. in Abhängigkeit von erfassten Ausprägungen von Parametern der Schleifleitersignalübertragungsstrecke oder des Schleifleiters, in einer Kalibrierung, aus gespeicherten Profilen oder per dynamischer Konfiguration. Bestimmte und dadurch festgelegte Werte eines Ladeparameters des Energiespeichers, z. B. des Ladestroms, entsprechen dann Energiewerten im Energiespeicher, z. B. einer Spule oder einem Kondensator.
-
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal kann vorgesehen sein, dass die Baudrate der Steuersignale variabel eingestellt wird. Bevorzugte Werte sind 50 kBit/s oder 125 kBit/s.
-
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, dass der Empfänger eine einstellbare Empfangsschwelle für die Sendepulse aufweist, die Empfangsschwelle auf einen Schwellenwert eingestellt wird und nur Sendepulse, die größer als der Schwellenwert sind, vom Empfänger als Steuersignal akzeptiert werden. Dadurch werden nur Sendepulse, die größer als die eingestellte Empfangsschwelle sind, als gültiges Bit akzeptiert. Das verbessert die Fehlerfreiheit der Signalübertragung. Vorzugsweise wird die Empfangsschwelle fest eingestellt, das heißt auf einen bestimmten konstanten Schwellenwert festgelegt. In besonderen Ausführungsformen kann es aber auch zweckmäßig sein, wenn die Empfangsschwelle dynamisch anpassbar eingestellt werden kann.
-
Im Folgenden werden weitere Merkmale eines praktischen Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer modularen pulsorientierten Schleifleitungsübertragung mit den Echtzeiteigenschaften von CAN auf Basis von IP-orientierten Kommunikationsschichten näher erläutert. Dabei ermöglicht die Erfindung eine CAN-ähnliche Kommunikation. Der CAN-Bus ist ein standardisiertes serielles Bussystem für die Datenübertragung und gehört zu den Feldbussen. Ein Feldbus ist ein Bussystem, das in einer Anlage Feldgeräte (z. B. Sensoren, bei einer Elektrohängebahn z. B. die Fahrzeuge) und Stellglieder (Aktoren, bei einer Elektrohängebahn z. B. die Antriebe in den Fahrzeugen oder die Weichen) zwecks Kommunikation mit einem Automatisierungsgerät (bei einer Elektrohängebahn z. B. die Steuerzentrale) verbindet.
-
Mit der Erfindung kann eine Modularisierung bzw. ein modularer Aufbau realisiert werden. Ferner kann durch die erfindungsgemäße Ausbildung mit pulsorientierter Schleifleitungsübertragung eine stabile CAN-ähnliche Kommunikation über den Schleifleiter ermöglicht werden. Dabei können die „algorithmischen Vorteile“ der CAN-Kommunikation übernommen und die Nachteile eliminiert werden. Es wird eine sehr hohe Kommunikationsbandbreite auf der Schiene (dem Schleifleiter) zur Verfügung gestellt. Auch die Eigenschaft der Echtzeitfähigkeit durch Nachrichtenpriorisierung kann dann bei der Schleifleiterübertragung realisiert werden. Durch eine Integration in übliche Controller sind die dafür anfallenden Kosten sehr gering.
-
Die Kommunikation erfolgt auf Basis von IP-orientierten Kommunikationsschichten. Dabei wird das Feldbusinterface in einem Mikrokontroller umgesetzt, beispielsweise für CAN. Die CAN-Nachrichten werden im Mikrokontroller empfangen, verarbeitet, zwischengespeichert und an ein Field Programmable Gate Array weitergeleitet, das die Steuersignale vom Mikrokontroller über eine Sendeleitung empfängt und weiterverarbeitet. Als Kommunikationsschicht zur Anbindung der Kommunikationszentrale an den Schienenbus kann ein standardisiertes Interface verwendet werden, das nicht nur CAN, sondern universell auch andere Bussysteme (EtherCAT etc.) ermöglicht.
-
Über ein User-Interface können für den Schleifleiter spezifische Werte eingestellt oder die Einstellungen in einer automatischen Konfiguration vorgenommen werden. Dies kann sowohl über den Feldbus als auch über einen Taster auf dem Gerät eingestellt werden. In Abhängigkeit von den eingestellten Werten wird vom Field Programmable Gate Array über eine Pulsweitenmodulation die Vergleichsschwelle für einen externen Komparator gesetzt und so beispielsweise der Ladestrom für den Energiespeicher gesteuert. Durch die variablen Werte des Komparators wird die Energie des Sendepulses eingestellt. Wenn der eingestellte Wert erreicht ist (die Auswertung erfolgt im Field Programmable Gate Array), wird der Sendepuls gesendet. Dadurch kann die jeweilige Sendeleistung dem Schleifleiter angepasst werden.
-
Mit der Erfindung kann eine Unterstützung einer IPbasierten Protokollschicht und damit die Unterstützung aller Transmission Control Protocol und webbasierten Tools vom Leitstand durchgängig bis zum Fahrzeug erfolgen. Ferner sind höhere Baudraten möglich, weil geeignete Sendepulsenergien erzeugt werden können, und es ist ein modularer Einsatz möglich.
-
Bei der Erfindung kann das Kommunikationsinterface nicht nur in der Steuerung intrinsisch enthalten sein, wobei kein unabhängiger Standard einsetzbar ist, sondern es können Standard-Feldbusinterfaces (z.B. CAN oder EtherCAT) an den Schienenbus angebunden werden, wobei ein Umsetzer als Gateway fungiert. Die Baudrate ist nicht 50 kBaud fix, sondern es können unterschiedliche Baudraten für den Sendepuls eingestellt werden. Die Pegel sind nicht fest, sondern die Sendeenergie kann variabel eingestellt werden. Zusätzlich kann die Spannung des Sendepulses variabel in Stufen begrenzt werden.