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Einrichtung zur Fernsteuerung von Fahrzeugen, insbesondere von Lokomotiven.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Fernsteuerung
von Fahrzeugen, insbesondere von Lokomotiven, mit einem Sender und einem Empfänger.
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Auf kleineren Verschiebebahnhöfen der Bundesbahn und im Betrieb von
Werkbahnen sowie bei Bergwerksbahnen ist eine Fernsteuerung von Lokomotiven zum
Rangi erbe trieb mit den in Großbetrieben dblichen ortsfest eingebauten Signalgebern
unter Umständen zu aufwendig und somit unrentabel. Beim Betrieb mit wenigen Verschiebelokomotiven
auf kleineren Stationen soll die Lokomotive im allgemeinen entweder voq einer zentralen
Steuerstelle, beispielsweise vom Stellwerk aus, oder von einem Rangiermeister in
der Nähe der Lokomotive gesteuert werden. Zur Sicherheit ist in solchen ferngesteuerten
Anlagen im allgemeinen auch noch eine Rtlckmeldung von Stellgliedern Uber Funk vorgesehen.
Die Empfangerseite, insbesondere die Lokomotive, enthält zu diesem Zweck nicht nur
den Hochfrequenzempfänger; sondern auch einen Hochfrequenzsender, dem entsprechende
Signale zur Rtlckmeldung von den ferngesteuerten Stellgliedern vorgegeben werden.
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Es wurde nun erkannt, daß eine hohe Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit
der bekannten Anlagen dann gewährleistet ist, wenn einem Hauptbefehl, wie beispielsweise
"Bremsen", Leistung auf", Leistung zu", mehrere Tonfrequenzen zugeordnet werden,
die nach einem geeigneten Code verschlusselt werden können. Nebenbefehle, wie Pfeifen
oder Sanden, sind keinen hohen Sicherheitsbedingungen unterworfen.
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Die genannte Aufgabe kann nach einem frtiheren Vorschlag (Anmeldung
. . . . . , VPA 70/7503) dadurch gelost werden, daß auf
der Senderseite
die Schaltbefehle über parallele Kanäle jeweils einem Hochfrequenzsender vorgegeben
sind, der zugleich das Ausgangssignal eines Synchronisationsgenerators erhält. Auf
der Empfängerseite werden die Schaltbefehle nach der Demodulation gleichzeitig Bandfiltern
vorgegeben, die jeweils auf eine der Tonfrequenzen abgestimmt sind.
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Nach diesem Verfahren sind bei der Signalauswertung und Signalverarbeitung
bereits Einrichtungen der digitalen Meßtechnik vorgesehen. Es wurde nun erkannt,
daß mit einer digitalen Übertragungseinrichtung mit annähernd gleichem Aufwand mehr
Informationen übertragen werden können. Ferner kann bei gleichem Informationsumfang
die Störsicherheit erhöht werden. Es ergibt sich daraus die Aufgabe, eine derartige
Fernsteuerung ausschließlich aus Impulstelegrammen aufzubauen. FUr diese Ubertragungsmöglichkeit
können ebenfalls Vorschriften der Post gelten. Die beiden Seitenbänder des Hochfrequenzträgers
dürfen beispielsweise nicht mehr als 7 kHz breit sein. Da solche Impulse zeitlich
nacheinander am Empfangs ort eintreffen, die Befehlssignale auf der Senderseite
jedoch gleichzeitig vorliegen, muß auf der Senderseite eine parallele Eingabe in
eine Seriendarstellung Ubergeftihrt werden und auf der Empfangsseite dieser Vorgang
in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen werden.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf
der Senderseite einem Schieberegister gleichzeitig vorliegende Schaltbefehle vorgegeben
sind, die mittels Schiebeimpulsen zeitlich nacheinander in einer Seriendarstellung
und eine dazu inverse Kombination UbergefUhrt sind. Anschließend werden die Schaltbefehle
in einer Mischstufe mit einem Synchronisationsimpuls und Taktimpulsen gemischt und
sind dann zur Modulation eines Hochfrequenzträgers vorgesehen. Auf der Empfängerseite
werden die Schaltbefehle nach der Demodulation einer Impulstrennstufe vorgegeben,
deren Ausgangs signal einem Schieberegister zugefUhrt wird. Das Schieberegister
erhält einen Schiebetakt von einem Taktgenerator, der von der Impulstrennstufe synchronisiert
ist. Die vom Schieberegister abgegebenen Schaltbefehle gelangen Uber einen Zwischenspeicher
sowohl auf eine
Befehlskontrolle als auch auf einen Kommando speicher,
welcher die Schaltbefehle an Stellglieder weitergibt, sobald die inverse Kombination
Uber die Befehlskontrolle den Schaltbefehl frei gibt.
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Der Taktgenerator kann vorteilhaft mit einer Trägerdberwachungeeinrichtung
vereinigt sein.
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Beschränkt man die Anzahl der übertragenen Impulse einschließlich
des Synchronisationsimpulses beispielsweise auf 26, so können 225 verschiedene Informationen
bzw. Steuerbefehle Ubertragen werden. Das ausnutzbare Prequenzband hat etwa eine
Breite von 6 kHz. Ist t die Länge eines einzelnen Impulses und fg die Grenzfrequenz
eines Tiefpaßfilters, so ergibt sich fllr # # fg = 1 noch eine gute Zeichenerkennung.
Die Impuls länge muß demnach etwa 167 psec betragen. Das gesamte Impulstelegramm
hat dann eine Länge T = 52 . 167 psec = 8,7 msec. Die Zeitersparnis gegenUber dem
früher vorgeschlagenen Verfahren beträgt etwa 50%.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen. Fig.1 zeigt ein AusfUhrungsbeispiel eines Digitalverschltisslers der Senderseite
mit dem Entschlilssler der Empfängerseite als Blockschaltbild. In Fig.2 ist ein
Impulsdiagramm der Senderseite und in Fig.3 ein Impulsdiagramm der Empfängerseite
dargestellt. In Fig.4 ist ein AusfUhLungsbeispiel zur Uberwachung des Hochfrequenzsignals
veranschaulicht und Fig.5 zeigt den Signalverlauf in der Überwachungseinrichtung
in einem Diagramm. Fig.6.zeigt eine Einrichtung zur Synchronimpuls-Uberwachung und
in Fig.7 ist der Signalverlauf dieser Synchronimpulsuberwachung in einem Diagramm
veranschaulicht.
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Im Blockschaltbild nach Fig.1 ist ein Muttergenerator 2 mit 1 einer
Frequenz fp = = 3 kHz vorgesehen, der Rechteckimpulse 2# mit der Dauer r= 167 sec
liefert. In einem nachgeschalteten Steuerwerk 4 werden Synchronisationsimpulse Sy
gebildet. Die von einem Bedienungepult 6 vorgegebenen verschitisselten Befehle gelangen
auf ein Schieberegister 8, das die Parallelinformat1on in eine Seriendarstellung
umsetzt. Der Schiebetakt T wird vom
Steuerwerk 4 geliefert. Der
negative Synchronisationsimpuls Sy und die positiven Informationsimpulse werden
in einer elektronischen Mischstufe 10 gemischt und einem Tiefpaßfilter 12 mit beispielsweise
etwa 80 db Dämpfung bei 7 kHz zugefUhrt. Der Ausgang dieses Filters 12 ist Uber
einen Modulator 13 mit einem Hochfrequenzsender 15 verbunden, dem Uber einen Eingang
14 noch ein Bremssignal vorgegeben werden kann. Die Senderantenne ist mit 16 bezeichnet.
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Auf der Empfängerseite gelangen die Signale von einer Antenne 20 zum
Hochfrequenzempfänger 21 und von dort zu einem Demodulator 23. Ein nachgeschaltetes
Tiefpaßfilter 25 mit einer Grenzfrequenz von etwa 10 kHz sorgt dafUr, daß kurze
Störimpulse keinen Einfluß auf das tbertragungasystem haben. Nach einer Einrichtung
28 zur Abtrennung der Synchronisierimpulse werden die Schaltbefehle Uber einen Grenzwertmelder
52 einem Schiebere -gister 54 vorgegeben.
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Die abgetrennten Synchronisierimpulse Sy werden Uber einen Eingang
29 einem Steuerwerk 30 vorgegeben, das weitere Einrichtungen, beispielsweise einen
Taktgenerator, enthalten kann.
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Dieser Taktgenerator wird von den Synchronisierimpulsen Uber eine
elektronische Flip-Flop-Stufe angeregt und läuft mit derselben Frequenz wie der
Muttergenerator 2 im Senderteil. Von dem Taktgenerator 30 werden Ausgangs signale
ftir den Schiebetakt Uber einen Ausgang 53 dem Schieberegister 54 vorgegeben. Ferner
gelangen vom Steuerwerk 50 Ausgangssignale Uber einen Ausgang 39 sowie eine SynchronUberwachungaeinrichtung
40 mit einem Ausgang 49 auf einen Kommandoapeicher 60. Über einen weiteren Ausgang
59 gelangen Ausgangesignale direkt zum Kommandospeicher 60, dem ferner Ausgangssignale
des Schieberegisters 54 direkt und weitere Signale des Schieberegisters 54 Uber
eine Einrichtung 58 zur Befehlekontrolle vorgegeben sind. Vom Schieberegister 54
werden ferner Ausgangssignale einem Zwischenspeicher 56 vorgegeben, dessen ein Ausgangs
signal dem Kommandospeicher 60 direkt und dessen weiteres Ausgangesignal dem Kommandospeicher
60 Uber die Einrichtung 58 zur Befehlskontrolle vorgegeben sind. Entsprechend ihrer
Bedeutung werden die vom Bedienungspult 6
kommenden Kommandos in
Hauptbefehle HB und Nebenbefehle NB unterteilt. Der Kommandospeicher 60 soll- mit
zwei Ausgängen versehen sein, von denen ein Ausgang HB für die Hauptbefehle und
der zweite Ausgang NB fiir Nebenbefehle vorgesehen ist.
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FUr die Hauptbefehle HB, wie beispielsweise Leistung halb mit Fahren
vorwärts" können 7 Bits vorgesehen sein. Diese Anzahl reicht für alle vorkommenden
Befehle aus. Um eine hohe Übertragungssicherheit zu erreichen, wird im Anschluß
an das Normaltelegramm HB das inverse Telegramm R; gesendet. Die Addition beider
Telegramme erfolgt auf der Empfängerseite durch eine Vergleichsschaltung. 'Jm die
Erkennbarkeit zwischen normalen und inversen Befehlen zu gewährleisten, kann vorteilhaft
noch ein Zwischenimpuls zur Unterscheidung vorgesehen sein.
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Nach Fig.2a werden vom Muttergenerator 2 Impulse U2 abgegeben.
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In der Impulskette sollen jeweils die Hilfsimpulse 9, 17, 18 und 26
fehlen. In dem Steuerwerk 4 werden die vom Muttergenerator 2 vorgegebenen Mutterimpulse
einer Zählschaltung zugeführt, deren Ausgänge Uber NOR-Stufen so geschaltet sind,
daß sich mit einem Synchronisationsimpuls Sy nach Fig.2b als Einzelimpuls und den
Impulsen 9, 17, 18 und 26 die in Fig.2c dargestellte Impulsreihe UT ergibt, die
als Schiebetakt über eine Ausgangsleitung T der Einrichtung 4 dem Schieberegister
8 vorgegeben werden.
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Man erhält somit im Schieberegister 8 einen durch den Synchronisierimpuls
Sy eingelesenen Hauptbefehl HB mit beispielsweise der Impulsfolge LOOLOL0, wobei
dem L-Signal ein vorbestimmtes Potential und dem O-Signal ein anderes Potential,
z.B. Null, zugeordnet sein soll. Der Hilfsimpuls 9 liest für den inversen Hauptbefehl
flfl dann die Zahlenfolge 00LLOL00 ein. Der Hilfsimpuls 18 liest fUr einen Nebenbefehl
NB z.B. die Impulsfolge OLLLLLOO ein. Das Einlesen eines gegebenen Befehls erfolgt
mit dem Synchronisationsimpuls Sy. Sieben Flip-Flop-Stufen des Schieberegisters
8 werden entsprechend diesem Befehl gesetzt.
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Die achte Kippetufe wird immer auf O" gesetzt. Am Ausgang dieser Stufe
wird das Seriensignal abgenommen. Mit jedem Schiebetakt wandert das eingegebene
Signal um eine Stufe nach rechte und man erhält die in big.2c angegebene Seriendarstellung
der
eingegebenen Parallelinformation.
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Nach einer UND-Verkntipfung mit dem Mutterimpule erhält man schließlich
die gewünschte Seriendarstellung des Hauptbefehls HB, des inversen Befehls ; und
des Nebenbefehls NB. Nach Ablauf der ersten sieben Schiebeimpulse nach Fig.2c wird
mit dem Hilfsimpuls 9 der inverse Hauptbefehl in das Register eingelesen und die
folgenden sieben Schiebeimpulse ergeben eine Seriendarstellung des inversen Hauptbefehls
WB. Der Hilfsimpuls "17" setzt das Register auf "O" und der Impuls "18" liest den
Nebenbefehl NB ein. Nach Ablauf der sieben Schiebeimpulse wird das Register mit
dem Impuls "26" wieder auf "O" gesetzt.
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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung erhält man dadurch,
daß der Impuls "26" noch zeitlich verzögert wird und in der Pause zwischen dem Impuls
't26" und "Sy" als Löschimpuis für die Zählstufe dient. Um zeitliche Überschneidungen
während der Abfall- und Anstiegs zeiten der Impulse zu vermeiden, können im Steuerwerk
4 zweckmäßig noch Zeitstufen vorgesehen sein, welche die vom Muttergenerator 2 gelieferten
Impulse so verzögern, daß keine Überschneidungen und somit auch keine Störimpulse
auftreten können.
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Am Ausgang des Schieberegisters 8 erscheint eine Folge von Impulsen
U8 nach Fig.2d, welche der Mischstufe 10 vorgegeben werden. Das vollständige Impulstelegramm
U10 der Senderseite nach Fig.2e mit den Hauptbefehlen HB und dem Nebenbefehl NB
wird vom Sender 15 auf die Empfängerseite Ubertragen.
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Auf der Empfängerseite sind die Synchronisierimpulse nach Fig.3a im
Impulstelegramm nach Fig.3b mit den Impulsen U52 enthalten. Diese Befehlsimpulsfolge
entspricht dem nach Fig.2e vom Sender 15 ausgestrahlten Impulstelegramm. Eine Zählschaltung
sorgt dafür, daß auch hier wieder die Impulse "1", "9", "17", "18" und "26" unterdrückt
werden. Die so gewonnene Reihe von Impulsen U53 nach Fig.3c dient als Schiebetnkt
für die Serien-Parallelumsetzunh. Der Impuls "1" setzt das Schieberegister 54 auf
"0". Die weiteren sieben Impulse lesen die
Information, also den
Hauptbefehl HB, in das Register ein. Der Impuls "9" übergibt nach Fig.3d das Ergebnis
an den Zwischenspeicher. Die nächste Impulsfolge setzt das Register mit dem inversen
Hauptbefehl RB. Nur wenn der gespeicherte Hauptbefehl im Zwischenspeicher 56 mit
dem inversen Hauptbefehl der Befehlskontrolle 58 Ubereinstimmt, wird der Übernahmeimpuls
"17" frei gegeben. Der Vergleich der beiden Befehle erfolgt über eine Exklusiv-ODER-Schaltung
57. Der Hauptbefehl wird dann aus dem Zwischenspeicher 56 statisch in den Kommandospeicher
60 über nommen. Der Impuls 18 löscht.das Schieberegister 54, das nunmehr den Nebenbefehl
NB übernehmen kann. Der Impuls "26" dient zur Übernahme des Nebenbefehls NB in den
Kommandospeicher 60.
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Der Gleichlauf der beiden Generatoren 2 und 30 auf der Sende-bzw.
Empfangsseite ist nicht besonders kritisch, weil die Gleichlaufzeit relativ kurz
ist und der Empfangsgenerator nach jeder Abtastperiode neu synchronisiert wird.
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Der Impuls 26 kann sowohl als Übernahme impuls als auch zum Ansteuern
einer Zeitstufe benutzt werden. Der auf diese Art gewonnene verzögerte Impuls setzt
einmal die Flip-Plop-Stufe des Muttergenerators auf "O" und löscht die Zählschaltung.
Der von der Senderseite kommende Synchronimpuls Sy setzt die Flip-Flop--Stufe auf
"1", der Muttergenerator 2 lauft an und die Zählschaltung beginnt von vorn an zu
zählen.
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Im Falle einer Notbremsung erfolgt ein entsprechendes Signal über
den Eingang 14 auf den Hochfrequenzsender 15. Die Unterscheidung zwischen Synchronisationsimpuls,
bei dem ebenfalls die Hochfrequenzspannung unterdrückt wird, und Hochfrequenz--Wegfall
geschieht auf der Empfängerseite mit Hilfe einer Zeitstufe 37 in der Trägerüberwachung
30 nach Fig.4. Diese Zeitstufe ist über ein NOR-Gatter 36 einem Grenzwertmelder
35 nachgeordnet, dem vom Eingang 29 zweckmäßig über eine Diode 31 und ein RC-Glied
32 aus einem Kondensator 33 und einem Widerstand 34 die Ausgangsimpulse der Impulstrennung
28 vorgegeben sind.
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Das Ausgangssignal 35a des Grenzwertmelders 3' wird zusammen mit dem
Ausgangssignal 37a der Zeitstufe 37 einem ODER-Gatter 38 vorgegeben, dessen Ausgangssignal
38a als Kriterium für das
Fehlen der Hochfrequenzspannung dient.
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Der in dem Steuerwerk 30 ferner noch enthaltene Taktgenerator ist
in der Zeichnung nicht dargestellt. Außerdem sind auch die zusätzlichen Einrichtungen
beispielsweise zur Unterdrückung verschiedener Impulse nach Fig.3c nicht dargestellt.
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Die Laufzeit der Zeitstufe 37 ist nach Fig.5 etwas größer als die
Dauer t1 bis t2 eines Synchroniaationsimpulses nach Fig.5a.
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Der Ausgang 59 des ODER-Gatters 38 steuert die entsprechenden Schutzrelais
und setzt gleichzeitig den Kommandospeicher 60 auf 0". Dieser Befehl bedeutet grundsätzlich
"halte für die Lokomotive. Nach Fig.5a soll von t4 bis t6 das Hochfrequenzsignal
fehlen. Dementsprechend erhält man nach Fig.5b am Ausgang der NOR-Stufe 36 jeweils
einen Ausgangsimpuls 36a und nach Fig.5c einen Ausgangsimpuls 37a der Zeitstufe
37 von t1 bis t3.
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Nach dem Wiedereinsetzen der Hochfrequenzspannung zur Zeit t6 wird
die Zwangsbremsung aufgehoben und eine weitere Befehls eingabe ist möglich.
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Ein Ausfall der Synchronisierimpulse Sy, die durch Austasten des Hochfrequenzsenders
15 erzeugt werden, kann dann eintreten, wenn ein Störsender die Nutzfrequenz überdeckt.
In diesem Falle wird ein begonnener Zyklus im Empfangsteil zu Ende gefUhrt.
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Sollte der Störsender auch die Nutzsignale überdecken, so stimmen
Hauptbefehl und inverser Wert nicht mehr überein. Der dadurch entstehende falsche
Befehl wird nicht übernommen und die letzte Eingabe im Kommandospeicher 60 bleibt
erhalten.
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Zum Überwachen der Synchronisierimpulse ist die Synchronberwachung
40 nach Fig.6 mit zwei Zeitstufen 43 und 44 vorgesehen, deren Laufzeiten nach Fig.7b
und 7c etwa 125% einer Periode betragen. Der Synchronimpuls von der Bremseingabe
30 auf den Eingang 39 steuert eine Binärstufe 41, die bei jedem Synchronisierimpuls
ihr Ausgangspotential wechselt. Die beiden Zeitstufen 43 und 44 werden deshalb mit
der halben Synchronisationsfrequenz betrieben. Fehlt zur Zeit t1 nach Fig.7a ein
Synchronisierimpule 36a am Eingang 39, so wird eine der Zeitstufen 43 oder 44 nicht
angesteuert und beispielsweise das Signal 43a
nach Fig. 7b entfällt.
Am Ausgang einer nachgeschalteten NOR--Stufe 45 çrscheint nach der Laufzeit am Ende
des Signals 44a nach Fig.7c ein O-Signal. Mit dem Signal 45a wird zur Zeit t2 ein
nachfolgender Taktgeber 46 eingeschaltet. Seine Periodendauer entspricht etwa der
reziproken Synchronisierfrequenz. In einem nachfolgenden Zähler 47 kann nun, je
nach den Sicherheitsvorschriften, nach einer entspredienden Anzahl von Perioden
ein Signal zur Zwangebremsung Uber den Ausgang 49 gegeben werden. Wie beim Hochfrequenzausfall
wird nach dem Einleiten der Zwangsbremsung der Kommandospeicher 60 auf "0" gesetzt.
Das.
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Wiedereinsetzen der Synohronisierimpulse löscht den Zähler und gibt
damit den Kommandospeicher 60 wieder frei.
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Das Rückmelden von Signalen aus der Lokomotive zum Sendeort erfolgt
vorteilhaft auf dieselbe Weise wie die Befehlsübermittlung, wobei eine zweite Trägerfrequenz
in hinreichend großem Abstand zur ersten Frequenz vorhanden sein muß. Für beide
ist eine gemeinsame Synchronisation ausreichend und damit ist eine einwandfreie
Hochfrequenzüberwachung möglich.
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Beschränkt man sich in der Anzahl der Rückmeldungen auf beispielsweise
24 Informationen, so lassen sich durch entsprechendes Verlängern des Synchronisierimpulses
die vier notwendigen Impulse während der Dauer dieses Impulses übertragen. In diesem
Fälle muß die gesamte Dauer eines Befehlsablaufs auf 31 Impulse vergrößert werden.
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Dann läßt das Eintreffen des Synchronimpulses auf der Empfangsseite
den sich dort befindlichen Muttergenerator anlaufen. Der erste Impuls sperrt den
H.F.-Empfänger und gibt den auf der Lokomotive installierten Sender für die Dauer
des Synchrontmpulses frei. Genau der umgekehrte Vorgang geschieht auf der Senderseite.
Die nächsten vier Impulse dienen zur Informationsübermittlung. Der vierte Impuls
kann ähnlich wie der Impuls t'26 im Ausführungsbeispiel verzögert werden und sperrt
den H.F.--Sender bis zum nächsten Synchrotimpuls. Auf der Befehlegeberseite wird
entsprechend vorgegangen. Die Auswertung der Information geschieht genau wie bei
der Befehlsübermittlung und gelangt schließlich auf dem Bedienungepult zur. Anzeige.
Bei
diesem Verfahren wird nur eine Trägerfrequenz benötigt,und
es können auf einem Verschiebebahnhof mehrere Lokomotiven mit verschiedenen Trägerfrequenzen
betrieben werden.
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Die Einrichtung nach der Erfindung wurde im Ausführungsbeispiel an
Hand einer Fernsteuerung für eine elektrische Lokomotive erläutert. Die Einrichtung
kann jedoch auch zur Fernsteuerung von anderen Antrieben und beispielsweise auch
von Hebezeugen verwendet werden.
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6 Patentansprüche 7 Figuren