DE19545234C2 - Einrichtung zum Erkennen von Leitungsunterbrechungen in Achszählanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Einrich­ tung ist z. B. aus Signal + Draht 79 (1987) 4, Seiten 91 bis 96 bekannt. Dort werden von den Doppelsensoren eines elektroni­ schen Achszählpunktes Signalspannungen auf ein zweiadriges Streckenkabel zu einer die Frequenzen dieser Spannungen be­ wertenden Innenanlage übertragen. Die Versorgung der Sensoren und der ihnen räumlich benachbarten, in die Signalkreise ge­ schalteten elektronischen Bauelemente des Zählpunktes erfolgt meist über das Streckenkabel aus der Innenanlage heraus; als Versorgungsquelle kommt dabei regelmäßig eine Gleichspan­ nungsquelle in Frage. Es ist aber auch bereits bekannt, die Sensoren und die ihnen zugeordneten elektronischen Bauelemen­ te aus einer externen Gleich- oder Wechselspannungsquelle zu versorgen. Eine solche externe Spannungsversorgung kommt ins­ besondere bei großen Entfernungen zwischen den Zählpunkten und der bewertenden Innenanlage zur Anwendung.

Bei Leitungsunterbrechungen, insbesondere bei kurzzeitigen Leitungsunterbrechungen, zwischen einem Zählpunkt und der be­ wertenden Innenanlage entstehen auf dem Streckenkabel Span­ nungseinbrüche, die in der Innenanlage unter ungünstigen Be­ dingungen als Radsignale erkannt werden können. Solche Signa­ le könnten zur Freimeldung tatsächlich noch besetzter Gleis­ abschnitte führen. Dies muß zuverlässig verhindert werden.

Aus der DE-PS 15 30 446 ist eine Überwachungseinrichtung für Leitungen in Eisenbahnanlagen mit Achszählung bekannt, bei der mittels eines Ringkernes aus dem üblicherweise fließenden Speisegleichstrom ein dynamisches Überwachungssignal gewonnen wird, das bei Unterbrechung des Streckenkabels für die Dauer der Leitungsunterbrechung ausbleibt und dabei eine Störungs­ meldung auslöst. Mit Ringkernen ausgestattete Überwachungs­ einrichtungen sind wegen der hohen Fertigungskosten nicht mehr zeitgemäß. Wünschenswert wäre eine Leitungsüberwachung durch das in modernen Achszählanlagen für die Bewertung der Sensormeldungen ohnehin vorhandene Rechnersystem. Dieses Rechnersystem ist signaltechnisch sicher ausgeführt (Signal + Draht 85 (1993) 1/2, Seiten 6 bis 9 oder DE 94 20 736 U1). Das Erkennen von Lei­ tungsunterbrechungen könnte dadurch bewirkt werden, daß die Rechner des Rechnersystems anstelle von zeitlich versetzten Spannungseinbrüchen, wie sie beim Vorüberlaufen eines Fahr­ zeugrades an den beiden Sensoren eines Zählpunktes entstehen, bei Leitungsunterbrechungen quasi gleichzeitig Spannungsein­ brüche registrieren. Hieraus könnte das bewertende Rechnersy­ stem auf das Vorliegen einer Störung schließen, was vorzugs­ weisen zum Einfrieren der Besetztmeldungen der von dem ge­ störten Zählpunkt bedienten Gleisabschnitte führt.

Die Praxis hat gezeigt, daß diese theoretischen Überlegungen zum Unterscheiden von durch Leitungsunterbrechungen bedingten Spannungseinbrüchen von Spannungseinbrüchen, wie sie durch Sensorbefahrungen bedingt sind, tatsächlich nicht zutreffen. Der Grund hierfür liegt insbesondere darin, daß die dem Ein­ gangsübertrager der Innenanlage nachgeschalteten Filter auf die bei Leitungsunterbrechungen in den Primär- und Sekundär­ wicklungen des Eingangsübertragers induzierten Spannungen frequenzabhängig verschieden reagieren, was sich vor allem in unterschiedlichlangen Ausschwingzeiten ausdrückt. Aus diesem Grunde weisen die aus unterbrechungsbedingten Spannungsein­ brüchen abgeleiteten, der Zählwerkselektronik zugeführten Filterausgangssignale bisher insbesondere für den Beginn ei­ nes Spannungseinbruches einen deutlichen zeitlichen Versatz auf, der durchaus in der Größenordnung des zeitlichen Versat­ zes von Spannungseinbrüchen liegt, wie sie durch Befahrungs­ ereignisse ausgelöst werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1 so weiterzubilden, daß für ein bewertendes Rechnersystem Leitungsunterbrechungen, insbeson­ dere auch kurzzeitige Leitungsunterbrechungen, zuverlässig von Sensorbefahrungen zu unterscheiden sind. Die Einrichtung soll dabei so konzipiert sein, daß sie sowohl für Zählpunkte mit Speisung aus der Innenanlage als auch für Zählpunkte mit dezentraler Speisung geeignet ist, d. h. die Bewertung der dem Rechnersystem zugeführten Schaltsignale soll für beide Sensortypen gleich sein.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 schematisch einen bekannten ferngespeisten Zählpunkt mit zwei Sensoren zusammen mit einem Eingangsüber­ trager der Innenanlage zur Entkopplung von Gleich- und Wechselspannungen, in

Fig. 2 ein Diagramm für die bei einer Leitungsunterbrechung an den dem Eingangsübertrager nachgestalteten Filter auftretenden Schaltsignale und in

Fig. 3 die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung, die das eindeutige Erkennen von Leitungsunterbre­ chungen durch eine Bewertungseinrichtung ermöglicht.

Der in Fig. 1 dargestellte Zählpunkt besteht aus zwei in ei­ nem Gleisgerät GG untergebrachten Sensoren S1, S2 und einer in einem Anschlußgehäuse AG untergebrachten elektronischen Schaltung, die einerseits die Spannungsversorgung für die Sensoren und andererseits Schaltmittel zum Ableiten der zu bewertenden Schaltsignale aus den Sensorsignalen beinhaltet. Die Schaltmittel des Gleisgerätes und des Gleisanschlußgehäu­ ses sind über kurze Verbindungskabel VK1, VK2 elektrisch lei­ tend verbunden. Das Anschlußgehäuse steht über ein längeres zweiadriges Streckenkabel SK mit einer fernen Innenanlage zur Bewertung der vom Zählpunkt an das Streckenkabel angelegten Schaltsignale in Verbindung; die Innenanlage ist über einen Eingangsübertrager Ü und das Streckenkabel SK mit dem Zähl­ punkt verbunden. In der Innenanlage ist eine Gleichspannungs­ quelle U angeordnet, die dazu dient, die elektrischen Bauele­ mente des Zählpunktes mit Energie zu versorgen. Hierzu legt die Gleichspannungsquelle über Drosseln D1 und D2, einen Kon­ densator C in Sicherheitsbauform und die Primärwicklungen W1, W2 des Eingangsübertragers Ü eine Versorgungsgleichspannung auf die beiden Adern des Streckenkabels SK. Der Kondensator C dient zur Entkopplung der Versorgungsgleichspannung von den Signalwechselspannungen, die am Zählpunkt in das Streckenka­ bel eingespeist und in der Innenanlage über den Eingangsüber­ trager Ü aus dem Streckenkabel ausgekoppelt werden. Im An­ schlußgehäuse des Zählpunktes ist eine Konstantspannungsquel­ le Uconst vorgesehen, die aus der an das Streckenkabel ange­ legten Versorgungsgleichspannung eine konstante Versorgungs­ gleichspannung für die Bauelemente des Anschlußgehäuses ab­ leitet. Die konstante Versorgungsspannung erzeugt in einem Generator G die Arbeitsfrequenz für die beiden Sensoren des Zählpunktes; diese Arbeitsfrequenz kann z. B. bei 43 kHz lie­ gen. Die beiden Sensoren S1 und S2 bestehen aus jeweils einem Sendeschwingkreis SS1 bzw. SS2 und einem durch einen ein­ stellbaren Widerstand bedämpften Empfangsschwingkreis ES1 bzw. ES2. Die jeweils zusammenwirkenden Sende- und Empfangs­ schwingkreise sind auf der einen bzw. anderen Seite einer Fahrschiene FS angeordnet, wobei die beiden Sensoren in Fahr­ richtung gegeneinander beabstandet sind. Rollt ein Rad durch den Wirkbereich des Gleisgerätes, so ändert sich die magneti­ sche Kopplung zwischen den Sende- und Empfangsspulen der bei­ den Sensoren in zeitlichem Versatz. Durch das Metall des Ra­ des wird der Feldverlauf zwischen den jeweils zusammenwirken­ den Sende- und Empfangsspulen so verändert, daß die Feldstär­ ke und damit die induzierte Spannung in der jeweiligen Emp­ fangsspule vorübergehend ansteigt. Die Empfangsspannungen ge­ langen über die Verbindungskabel VK1, VK2 an die beiden Empfangsverstärker EV1, EV2 im Anschlußgehäuse. Den Empfangsver­ stärkern sind Eingangsfilter EF1, EF2 nachgeschaltet. Sie sind schmalbandig ausgelegt und reduzieren zusätzlich die Amplituden der Empfangsspannungen. Die Verstärker V1, V2 ver­ stärken die gefilterten Empfangspannungen auf ausreichende Amplituden. Ihnen nachgeschaltete Gleichrichter GR1, GR2 wan­ deln die Empfangsspannungen um in proportionale Gleichspan­ nungen. Den Gleichrichtern nachgeschaltet sind Spannungs- Frequenz-Umsetzer SFU1, SFU2. Diese erzeugen Rechteckschwin­ gungen, deren Frequenzen f1, f2 von den Amplituden der gleichgerichteten Empfangsspannungen der Gleichrichter GR1, GR2 gesteuert werden. Die Sollwerte der Frequenzen f1 und f2 sind über Potentiometer einstellbar. Nachgeschaltete Aus­ gangsfilter AF1, AF2 sorgen für eine frequenzabhängige Be­ dämpfung der in den Spannungs-Frequenz-Umsetzern SFU1, SFU2 erzeugten Rechteckschwingungen. Die Durchlaßbereiche der Aus­ gangsfilter liegen für AF1 z. B. bei 4550 Hz bis 2730 Hz und für AF2 bei 7970 Hz bis 6150 Hz. Ein Anstieg der Empfangs­ spannung auf das etwa 1,6fache der Ruhespannung führt zu ei­ nem Frequenzanstieg über die oberen Bandbreiten der Ausgangs­ filter hinaus. Durch die dort einsetzende Dämpfung sinken die Signalpegel der auf das Streckenkabel geschalteten Signal­ spannungen entsprechend ab und diese Absenkung ist in der fernen Innenanlage zu Bewertungszwecken detektierbar. Über die beiden Eingangswicklungen W1, W2 und die Zwischenwicklun­ gen W3 liegen an den Ausgangswicklungen WA1, WA2 Signalspan­ nungen an, deren Amplituden proportional den auf das Strec­ kenkabel geschalteten Signalspannungen sind. Die Ausgangs­ signale der beiden Ausgangswicklungen WA1, WA2 wirken in ge­ eigneter Weise, beispielsweise über Optokoppler, auf die beiden Verarbeitungskanäle eines sicheren Rechnersystems ein, in dem die beiden Spannungsamplituden frequenzabhängig bewertet werden. Dabei sind die Empfangsspannungen der Frequenz f1 dem Sensor S1 und die Empfangsspannungen der Frequenz f2 dem Sen­ sor S2 zugeordnet. Aus der Reihenfolge, in der sich die bei einer üblichen Sensorbefahrung ändernden Signalspannungen ge­ genseitig überlappen, ermittelt das bewertende Rechnersystem in beiden Verarbeitungskanälen unabhängig voneinander die Fahrrichtung des betreffenden Fahrzeugrades und leitet aus der Reihenfolge dieser Signalspannungen jeweils einen fahr­ richtungsabhängigen Zählimpuls für ein dem Zählpunkt zugeord­ netes Zählwerk oder einen Speicher ab, in dem die Befahrungs­ ereignisse und/oder die daraus abgeleiteten Besetztmeldungen für Gleisabschnitte gespeichert werden.

Wie bereits ausgeführt, können kurzzeitige Unterbrechungen des Streckenkabels an den den beiden Wicklungen WA1, WA2 des Eingangsübertragers Ü nachgeschalteten nicht dargestellten Filtern ebenfalls sich zeitlich überlappende Signale der Fre­ quenzen f1 und f2 entstehen lassen, die bislang jedenfalls nicht eindeutig differenzierbar sind von Signalen, die bei einer Sensorbefahrung entstehen. Typische Signale wie sie bei kurzzeitigen Leitungsunterbrechungen an den Filtern auftreten können, sind in Fig. 2 dargestellt. Die in der oberen Zeile dargestellte Spannung Uf1 der Frequenz f1 ist dabei dem Sen­ sor S1 und die in der darunterliegenden Zeile dargestellte Spannung Uf2 der Frequenz f2 dem Sensor S2 zugeordnet. Es zeigt sich, daß die an den Filtern abgreifbaren frequenzab­ hängigen Schaltsignale beim Ausbleiben der Versorgungsspan­ nung einen relativ großen zeitlichen Versatz t1 aufweisen.

Hingegen ist bei der Wiederkehr der Versorgungsspannung der zeitliche Versatz t2 der beiden zu bewertenden Signalspannun­ gen nur sehr gering. Aus der Aufeinanderfolge der Signalspan­ nungen, die eine Alleinbeeinflussungszeit t1 des einen Sen­ sors, eine gemeinsame Beeinflussungszeit t3 beider Sensoren und eine, wenn auch nur sehr kurze, Alleinbeeinflussungszeit t2 des anderen Sensors beinhalten, kann das bewertende Rech­ nersystem nicht eindeutig erkennen, ob die ihm zugeführten Signale das Ergebnis einer Leitungsunterbrechung oder einer Sensorbefahrung sind; es besteht eine große Wahrscheinlich­ keit dafür, daß es sie als Befahrungsereignis wertet, weil sich die Signale nicht markant genug von den bei tatsächli­ chen Befahrungsereignissen auftretenden Signalverläufen un­ terscheiden. Insbesondere bei Wackelkontakten besteht die Ge­ fahr eines fehlerhaften Zählvorganges. Wenn solche Leitungs­ unterbrechungen z. B. durch die Erschütterungen beim Befahren eines Nachbargleises auftreten, werden für einen betrachteten Zählpunkt möglicherweise genausoviele Achsen gezählt wie auf dem Nachbargleis vorüberlaufen. Insbesondere bei S- und U- Bahnen, bei denen häufig Züge mit stets gleichvielen Achsen eingesetzt werden, könnte es zu unzeitigen und gefährlichen Freimeldungen tatsächlich noch besetzter Gleisabschnitte kom­ men.

Hier setzt die Erfindung ein. Sie erreicht durch eine beson­ dere Beschaltung des Eingangsübertragers, daß der bei Lei­ tungsunterbrechungen durch unterschiedliche Ausschwingvorgän­ ge bedingte zeitliche Versatz der Filterausgangssignale quasi zu null wird. Während zum Ableiten eines fahrrichtungsabhän­ gigen Zählimpulses nach wie vor eine vom Versatz der Sensoren und von der Fahrgeschwindigkeit abhängige gegenseitige Über­ lappung der aus beiden Sensorkanälen stammenden Filteraus­ gangssignale mit vorgegebenen Mindestbeeinflussungszeiten ge­ geben ist, liegen an den Filtern bei Leitungsunterbrechungen quasi gleichzeitig Ausgangssignale an; aus der Gleichzeitig­ keit oder Quasigleichzeitigkeit der Signale erkennt das be­ wertende Rechnersystem die eingetretene Störung. Hierzu sind gemäß Fig. 3 den Eingangswicklungen W1, W2 des Eingangsüber­ tragers Ü schnellschaltende Schottkydioden DS1, DS2 parallel geschaltet, wobei diese Dioden entgegen der Betriebsspannung der Gleichspannungsquelle U gepolt sind. Die Wirkungsweise dieser schnellschaltenden Schottkydioden (Siehe z. B. TIETZE, U., SCHENK, CH.: Halbleiter-Schaltungstechnik 8. Aufl., Springer Verlag 1986, S. 26) ist die, daß sie die bei Leitungsunterbrechungen in den Primär- und Sekundärwick­ lungen des Eingangsübertragers induzierten Spannungen in ih­ rer zeitlichen Wirkung außerordentlich stark verkürzen, so daß die Eingänge der dem Eingangsübertrager nachgeschalteten Filter abrupt spannungslos werden. Den Filtereingängen wird damit nach dem Wirksamwerden der Dioden keine Energie mehr zugeführt, auf die die Filter frequenzabhängig unterschied­ lich reagieren könnten. An den Filtern treten bei Leitungsun­ terbrechungen allenfalls noch kleinste zeitliche Abweichungen sowohl bei Auftrennen als auch beim Wiederherstellen der Ver­ bindung zum Zählpunkt auf. Nur wenn die auf beiden Kanälen detektierten Schaltsignalen sowohl bei der Spannungsabsenkung als auch beim Spannungsanstieg zeitliche Übereinstimmung in­ nerhalb vorgegebener Grenzen aufweisen, werden die Schaltsi­ gnale als Leitungsunterbrechungen bzw. Spannungsausfälle er­ kannt.

Aus Sicherheitsgründen ist neben einer ersten Schottkydiode eine dieser parallelgeschaltete zweite Schottkydiode DS11 bzw. DS21 vorgesehen. Der Grund liegt darin, daß das Zerstö­ ren einer solchen Schottkydiode nicht überwacht wird, so daß bei Verwendung nur jeweils einer solchen Diode in dem einen oder anderen Sensorkanal bei Leitungsunterbrechungen mögli­ cherweise doch wieder ein Befahrungsereignis detektiert wer­ den könnte, das zu der bereits vorgenannten Gefährdung führen könnte. Eine zweite Schottkydiode sorgt dann dafür, daß nach wie vor Leitungsunterbrechungen eindeutig erkannt werden und von Befahrungsereignissen unterschieden werden können.

Um die Schottkydioden gegen hohe Induktionsspannungen an den Eingangswicklungen des Eingangsübertragers zu schützen, sind ihnen Zenerdioden DZ1, und DZ2 parallelgeschaltet, welche diese Spannungsspitzen begrenzen. Auch hier gibt es jeweils neben einer ersten Zenerdiode noch eine zweite Zenerdiode DZ11 bzw. DZ21 für den Fall, daß eine der Zenerdioden ausfal­ len sollte.

Anstelle eines einzigen Eingangsübertragers zum Ein- und Aus­ koppeln von Gleich- und Wechselspannungen können auch jeweils zwei Eingangsübertrager verwendet sein, die eingangsseitig untereinander verbunden sind.

Versuche mit dem in Fig. 1 dargestellten Eingangsübertrager haben ergeben, daß der durch die Erfindung erzielte Effekt der zeitlichen Begrenzung der durch Leitungsunterbrechungen induzierten Spannungen auch schon dann auftrett, wenn nur einer der Eingangswicklungen des Eingangsübertragers eine Schottkydiode parallelgeschaltet ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist unabhängig davon, ob die Versorgung der Sensoren und der ihnen benachbarten Elektronik aus der Innenlage heraus erfolgt oder aus einer externen Spannungsquelle; die Bewertung der Schaltsignale im Rechner­ system ist daher für beide Sensoranordnungen gleich. Sie ist im Prinzip auch unabhängig von dem jeweils verwendeten Sen­ sortyp und läßt sich daher mit Vorteil auch anwenden bei Sen­ soren, die durch vorüberlaufende Fahrzeuge unterschiedlich bedämpft werden oder bei denen die Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspulen beim Befahren abnimmt.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Erkennen auch kurzzeitiger Leitungsunter­ brechungen zwischen Zählpunkten mit Doppelsensoren (S1, S2) zum fahr­ richtungsabhängigen Erkennen vorüberlaufender Bahnfahrzeuge und einer fernen Auswertestelle zur zeitlichen Bewertung von über die Leitungen (SK) übermittelten Wechselspannungs-Sensorsi­ gnalen oder daraus abgeleiteten Signalen, die dort über min­ destens einen Eingangsübertrager (Ü) und frequenzabhängige Filter aus den Leitungen (SK) ausgekoppelt werden, wobei aus der Gleich­ zeitigkeit oder Quasigleichzeitigkeit der von beiden Sensoren (S1, S2) stammenden Sensorsignale auf eine Leitungsunterbrechung ge­ schlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer Primärwicklung (W1, W2) des mindestens einen Eingangsübertragers (Ü) mindestens eine bezüglich der an den Leitungen (SK) anliegenden Versorgungsspanung (U) in Sperrichtung betriebene Schottkydiode (DS1, DS2) parallel ge­ schaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mindestens zwei einander parallelgeschaltete Schottkydioden (DS1, DS11; DS2, DS21) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schottkydiode eine in gleicher Richtung gepolte Zenerdiode (DZ1, DZ11; DZ2, DZ21) parallelgeschaltet ist.