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Die
Leit- und Sicherungstechnik (LST) als ein wesentlicher Bestandteil
der Bahntechnik ist eine Technik zur sicheren Steuerung von Transportprozessen
im Schienenverkehr. Dabei spielen folgende Aspekte eine besondere
Rolle:
- • Zuverlässigkeit,
- • Verfügbarkeit,
- • Instandhaltbarkeit,
- • Sicherheit.
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Die
Sicherung von Zugfahrten bei Eisenbahnen erfolgt in Abhängigkeit
von den betrieblichen Anforderungen und den technischen Möglichkeiten.
Unterschieden wird in der Regel zwischen Haupt- und Nebenbahnen.
Grundsätzlich
wird im Raumabstand gefahren, d.h. in einem Strecken- oder Bahnhofsgleisabschnitt
darf sich stets nur ein Zug befinden.
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Auf
Hauptbahnen werden diese Abschnitte durch ortsfester Signale, innerhalb
von Bahnhöfen
in Abhängigkeit
zur Stellung der Fahrwegelemente (z.B. Weichen), auf der Strecke
in Abhängigkeit
vom vorhandenem Rückblock
des vorausfahrenden Zuges und der in der Streckenblockanlage eingestellten Erlaubnisrichtung,
gesichert. Für
höhere
Geschwindigkeiten wurden ergänzende
Systeme zur Führerstandssignalisierung
und der Überwachung
der Zuggeschwindigkeit sowie Zugbeeinflussungseinrichtungen eingeführt, die
das Vorbeifahren an "Halt" zeigenden Signalen
vermeiden.
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Die
funktionale Struktur der Leit- und Sicherungstechnik, wie sie sich
seit Jahrzehnten herausgebildet und bewährt hat, besteht aus folgenden Komponenten:
- 1. Außenanlagen
(Weichen, Signale, Gleissperren, Gleisfreimeldeanlagen, Zugbeeinflussungs- und
Zugmitwirkungseinrichtungen)
- 2. Steuerebene (Stell- und Überwachungseinrichtungen
für Außenanlagen)
- 3. Sicherungsebene (Umsetzung der Bedienereingaben in Steuerbefehle,
Ausschluss von Gefährdungen
durch menschliche Fehlbedienungen und technische Fehler, Fahrstraßensicherung)
- 4. Bediener und Bedienebene (Fahrdienstleiter, Mensch-Maschine-Schnittstelle)
- 5. Disposition (Disponent, Zugbetrieb, Fahrplanüberwachung
und Fahrplanänderung)
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Technisch
und organisatorisch sind die Komponenten 1 bis 4 in einem Stellwerk
zusammengefasst.
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Bei
einem Relais-Stellwerk, im Folgenden auch mit RSTW bezeichnet, werden
alle erforderlichen Abhängigkeiten
und Voraussetzungsprüfungen für das Zulassen
von Zugfahrten und Stellvorgängen elektrisch
durch Signalrelais in der stellwerkspezifischen Schaltung hergestellt
(Relaislogik). Diese orientiert sich bei älteren RSTW am Verschlussplan (Gleisbildstellwerke,
z. B. DrS2), bei modernen RSTW am Lageplan (Spurplanstellwerke,
z. B. SpDrL60). Die Drehhebel werden durch Tasten (elektrische Schalter)
ersetzt. Die sichere Anzeige der Elemente der Außenanlage übernehmen Leuchtmelder. Bei
Gleisbildstellwerken erfolgt die Einstellung der Fahrstraße analog
zu mechanischen bzw. elektromechanischen Stellwerken sukzessive
durch Einstellung der einzelnen Fahrwegelemente und anschließendem Verschluss
der eingestellten Fahrstraße.
Bei Spurplanstellwerken ist die Fahrstraßeneinstellung und Fahrstraßenverschluss
automatisiert und erfolgt durch Betätigung der Start-Ziel-Tasten. Ein
weiterer Vorteil der Spurplanstellwerke gegenüber den Gleisbildstellwerken
ist die Standardisierung der Relaisbaugruppen und deren Verkabelung
durch Spurkabel, die dem Gleisplan nachempfunden sind. Für die Gleisfreiprüfung werden
selbsttätige
Gleisfreimeldeanlagen eingeführt.
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Die
Entwicklung von Elektronischen Stellwerken (ESTW) sowie die technologische
und technische Entwicklung der Informationsverarbeitung und Informationsübertragung
ermöglichte
eine Zusammenfassung von mehreren Stellwerken eines Bereiches zu
Stellwerksbereichen sowie eine Zusammenfassung von Stellwerksbereichen
zu größeren Netzbereichen
und somit eine zentralisierte Betriebsführung.
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Derzeit
sind für
das Kernnetz der DB Netz AG sieben Betriebszentralen (BZ) im Aufbau.
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Die
Einstellung von Fahrstraßen
durch die auf Hauptbahnen eingesetzten technischen Systeme, wie
ESTW und Betriebszentralen erfordert sehr hohe Investitions- und
Betriebskosten, was insbesondere bei geringeren betrieblichen Anforderungen, wie
beispielsweise auf Strecken mit schwachem oder mäßigem Betrieb betriebswirtschaftlich
sehr kritisch ist, da trotz der anerkannten Vorzüge des Schienenverkehrs die
Wettbewerbsfähigkeit
zu anderen Verkehrsträgern
erheblich eingeschränkt
wird.
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Auf
den Hauptstrecken sind vorzugsweise Elektronische Stellwerke errichtet
worden, die aus übergeordneten
Betriebszentralen gesteuert werden. Dies erfordert einen sehr hohen
technischen Aufwand. Auf Nebenbahnen ist der technische Ausrüstungsgrad
geringer.
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Obwohl
seit ca. 1990 die DB Netz AG bei allen Neubauten ausschließlich ESTW
verwendet, sind auch Anlagen aller anderen Technikgenerationen im Einsatz.
Die Gesamtanzahl der Stellwerke der DB Netz AG lag 2002 bei ca.
6.000 Stellwerken. Der Anteil von RSTW beträgt ca. 40%, was einer Anzahl
von etwa 2400 Relais-Stellwerken entspricht.
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Auf
Nebenstrecken sind vielfach noch Relais-Stellwerke vorhanden, die
teilweise eine relativ hohe Restnutzungsdauer haben. Allerdings
ist der personelle Aufwand für
das Betreiben der RSTW relativ hoch,.
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Aufgrund
einerseits der hohen Anzahl der „alten" Stellwerkstechniken, die ersetzt werden
müssen,
und andererseits der hohen Investitionen für die heutigen ESTW sowie deren
durch den laufenden Betrieb erschwerte Integration ins bestehende
Netz der DB Netz AG, die nur über
einen langen Zeitraum getätigt
werden können,
ist noch mit einer jahrzehntelangen Betriebzeit der vorhandenen
Stellwerkstechnik, insbesondere unter Berücksichtigung der teilweise
geringen Belastung der betreffenden Strecken, zu rechnen.
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Die
DB AG ist insbesondere durch den Wettbewerb mit anderen Verkehrsträgern gezwungen, ihre
Gesamtkosten und daraus resultierend die Personalkosten möglichst
ohne Qualitätseinbußen ihrer Leistungen
zu reduzieren. Einen erheblichen Anteil der Personalkosten machen
die Kosten für
die Bedienerebene aus.
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Aus
Rationalisierungsgründen
gab es schon seit ca. 1970 Fernsteuerungen, die es ermöglichten, mehrere
Stellwerke zentral von einer Fernsteuerzentrale fernzusteuern und
somit die Bedienerebene auf den ferngesteuerten Stellwerken einzusparen.
Diese Fernsteuerungen sind jedoch einerseits nicht mehr verfügbar und
entsprechen andererseits nicht mehr dem Stand der Technik. Die Integration
von RSTW in Unterzentralen durch o. g. Bedienanpassrechner sind
nur im Kernnetz der DB Netz AG möglich
bzw. denkbar, d. h. in Stellwerksbereichen, in denen bereits Unterzentralen
existieren bzw. geplant sind.
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Derartige
Lösungen
werden in verschiedenen Veröffentlichungen
beschrieben, beispielsweise in „Integration von Relaisstellwerken
in die Bedienoberfläche
des ESTW L90" von
Rahn, SIGNAL+DRAHT (93) 4/2001 Seiten 24–26. Für die Einbindung vorhandener
Relais-Stellwerke in das Konzept der Betriebszentralen der DB müssen verschiedene
Komponenten speziell entwickelt werden, insbesondere Rechner und
Bedienanpassungen. Die vorhandene „sichere Logik" des RSTW wird ausgeschaltet
und das RSTW wird nach den notwendigen Umbauten aus der übergeordneten
Unterzentrale gesteuert.
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In „Anschluss
von Relaisstellwerken an Betriebszentralen" von Rahn/Kant in SIGNAL+DRAHT (95)
10/2003 Seiten 16 bis 18 wird ebenfalls eine Lösung zur Integration von Relaisstellwerken
in die moderne Betriebsleittechnik der Bahn beschrieben. Um große geschlossene
Dispositions- und Steuerbereiche zu schaffen sind die vorhandenen
RSTW in das BZ-Programm zu integrieren und durch geeignete Ergänzungsmaßnahmen
in Unterzentralen zu integrieren.
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Auch
in der Firmenzeitschrift ALCATEL wird von Mura die „Einbindung
vorhandener Stellwerke in das BZ-Konzept" detailliert dargestellt, wobei auch hier
die Zentralisierung der Disposition und Steuerung sowie damit verbundenen
Investitionen als Ziel dargestellt werden.
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Eine
Anbindung vorhandener Relais-Stellwerke an benachbarte Elektronische
Stellwerke setzt hohe Investitionskosten bei der notwendigen Anpassung
der RSTW an die technischen Voraussetzungen für eine solche Anbindung voraus.
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Für Stellwerksbereiche,
die nicht zum Kernnetz der DB Netz AG gehören (z. B. schwach befahrene
Strecken im Regionalbereich) und deren Einbindung in die BZ nicht
geplant ist, sind somit neue Fernsteuerungen erforderlich.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Fernsteuerung
von Relais-Stellwerken vorzuschlagen, mit der die erforderlichen
Sicherheitsvoraussetzungen erfüllt
werden und keine hohen Investitionskosten für die Anpassung der RSTW erforderlich
sind.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst, indem die
Bedienung des Relais-Stellwerkes von einem örtlich abgesetzten Bedienarbeitsplatz
erfolgt, wobei der „sichere" Kern des RSTW erhalten
bleibt und das RSTW über
eine sichere Datenübertragungsstrecke von
dem Bedienarbeitsplatz gesteuert wird. Der Bedienarbeitsplatz verfügt über einen
oder mehrere Monitore, auf dem dem Bedienpersonal alle Kommandos,
Handlungen und Zustände
analog dem bisherigen den Regeln eines ESTW angezeigt werden.
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Zur
Gewährleistung
einer unverfälschten
Datenübertragung
wird die Plausibilität
der zwischen dem Bedienarbeitsplatz und dem RSTW übertragenen
Meldungen und Kommandos überprüft, indem am
Anfang des Fernsteuersystems durch ein Programmierbares Elektronisches
System komplementäre
Signale erzeugt werden, die am Ende des Fernsteuersystems durch
ein zweites Programmierbares Elektronisches System verglichen werden.
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Eine
Kommandoausführung
kann erst nach erfolgreichem Kommandovergleich erfolgen.
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Befahrbarkeitssperren
und Merkhinweise werden in gesonderten Speicherbereichen der Steuerung
gespeichert und auf dem Monitor angezeigt.
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In
Ausnahmesituationen, beispielsweise bei Wartungsarbeiten, kann das
RSTW, nach entsprechender „verriegelter" Umschaltung, alternativ
vom Stelltisch im RSTW „vor
Ort" gesteuert werden.
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Die
Einrichtung zur Fernsteuerung der RSTW ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Relais-Stellwerk mit seinem „sicheren" Kern, der Relaislogik unverändert erhalten
bleibt und das RSTW über drei
Fernsteuersysteme, die diversitär
ausgeführt sein
können,
mit dem örtlich
abgesetzten Bedienarbeitsplatz verbunden ist. Die drei Fernsteuersysteme sind
separat ausgeführt
und stellen drei physikalisch getrennte Kanäle dar. Zum Vergleich der übertragenen
Daten ist eine Vergleichereinheit vorgesehen, die der Datenübertragung
vor- und nachgeschaltet ist und die die Übereinstimmung der übertragenen
Daten vergleicht. Die Vergleichereinheit besteht aus zwei Vergleichereinrichtungen,
von denen eine erste, RSTW-seitig angeordnete, Vergleichereinrichtung die
Daten in Kommandorichtung überprüft, wobei
die Vergleichereinrichtungen über
eine RSTW-seitige Verbindung mit den drei Fernsteuersystemen verbunden
ist. Die Daten in Melderichtung werden durch eine zweite, bedienarbeitsplatzseitig
angeordnete, Vergleichereinrichtung überprüft, wobei die Vergleichereinrichtung
durch den Bus mit den drei Fernsteuersystemen verbunden ist. Somit
können
sich Fehler offenbaren. Bei Übereinstimmung
ist kein Fehler bei der Datenübertragung
aufgetreten. Wird eine Abweichung der übertragenen Daten festgestellt,
so werden die Daten als richtig weitergeleitet, die von zwei Fernsteuersystemen übereinstimmend übertragen worden
sind. Somit wird die erforderliche Sicherheit für die Datenübertragung gewährleistet.
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Der
Bedienarbeitsplatz besteht aus einem PC mit Monitor sowie zwei redundanten
Servern. Er ist als Bildschirmarbeitsplatz mit entsprechender Bedienung
für die
Steuerung ausgestaltet. Der abgesetzte Bedienarbeitsplatz verfügt über eine
verfahrensgesicherte Bedienanzeige.
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Zur
Wartung der Server ist eine Bedieneinrichtung vorgesehen.
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Die
Komponenten des Bedienarbeitsplatzes sind untereinander und mit
den Fernsteuersystemen über
einen Bus verbunden. Die Fernsteuersysteme bestehen aus jeweils
zwei Programmierbaren Elektronischen Systemen, von denen jeweils
ein Programmierbares Elektronisches System an den bedienarbeitsplatzseitigen
Datenübergabestellen
und das jeweils andere Programmierbare Elektronische System an den
RSTW-seitigen Datenübergabestellen
angeordnet sind. Die jeweilige Datenübertragung zwischen den jeweiligen
Programmierbaren Elektronischen Systemen erfolgt über jeweils
eine sichere Datenübertragungsstrecke,
die aus je einem Modem am Anfang der Datenübertragungsstrecke und je einem
Modem am Ende der Datenübertragungsstrecke
sowie jeweils einer zwischen diesen angeordneten Datenleitung gebildet
wird.
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Vorzugsweise
ist ein abgesetzter Bedienarbeitsplatz über entsprechende Fernsteuersysteme mit
mehreren Relais-Stellwerken verbunden, so dass von einem Bedienarbeitsplatz
mehrere RSTW gesteuert werden können.
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Jedes
RSTW verfügt
weiterhin jeweils über einen
Stelltisch, über
den bisher ausschließlich
für die
Steuerung des RSTW erfolgte, so dass gegebenenfalls bei Abschaltung
der Fernsteuerung eine Vor-Ort-Bedienung des RSTW möglich ist.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung
besteht darin, dass die vorhandene Relaistechnik, insbesondere die
sichere Stellwerkslogik sowie die vorhandenen Außenanlagen unverändert erhalten
bleiben und die Steuerung des Relais-Stellwerks von einem Bedienarbeitsplatz
aus erfolgt, der örtlich beispielsweise
in einer Zentrale angeordnet ist. Somit können mehrere RSTW von einer
Person gesteuert werden und somit wesentliche Kosteneinsparungen
erzielt werden. Durch die Verlegung der Bedienfunktion vom bestehenden
Stellwerk an einen anderen Ort, beispielsweise in eine Zentrale
oder ein benachbartes Stellwerk sind keine Umbauten am bestehenden
Relais-Stellwerk erforderlich. Für
die Realisierung der Bedienarbeitsplätze und der Datenübertragungsstrecke
werden hochverfügbare,
sicherheitsgerichtete und zertifizierte Erzeugnisse und Baugruppen
eingesetzt, die sich bei industriellen Steuerungen vielfach bewährt haben.
Es werden modulare, skalierbare industrielle Standardkomponenten
eingesetzt. Die geforderte Sicherheit wird mittels fehlersicherer
Hardware-Komponenten sowie einer softwarebasierten Verfahrenssicherung
gewährleistet.
Die Realisierung des Bedienarbeitsplatzes und des Fernsteuersystems
kann bei laufendem Bahnbetrieb erfolgen. Nach Fertigstellung und
Testung aller Komponenten kann vom Vor-Ort-Betrieb auf Fernsteuerung
umgeschaltet werden.
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Die
Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
Die zugehörige
Figur zeigt eine Übersichtsdarstellung
der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Fernsteuerung eines RSTW.
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1 Einrichtung
zur Fernsteuerung eines Relais-Stellwerkes von einem entfernten
Bedienarbeitsplatz mit einer 2-aus-3 Steuerung
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In
der 1 ist eine Prinzipdarstellung der Fernsteuerung
eines RSTW von einem örtlich
abgesetzten Bedienarbeitsplatz dargestellt. Das RSTW 1 ist
mit seinen Komponenten, dem Relaisgestell als sicherem Stellwerkskern 1.1 und
den zugehörigen
Außenanlagen,
wie Weichen, Signalen und Schranken 1.2 sowie den örtlichen
Stelleinrichtungen, dem Stelltisch 1.3 und den Zusatzfunktionen 1.4,
wie ZN-Anlage, Oberleitungsschalteinrichtung (OSE), Weichenheizungen
unverändert
beibehalten worden. Dieses RSTW 1 wird von einem Bedienarbeitsplatz 2 gesteuert,
der sich örtlich
beispielsweise in einem benachbarten Stellwerk befindet. Der Bedienplatz 2 besteht aus
einem PC mit Monitor 2.1 der über einen Bus 3 mit
zwei Servern 2.2.1, 2.2.2, die redundant betrieben
werden, verbunden. Auf den beiden Servern 2.2.1, 2.2.2 läuft das
Standardbetriebssystem mit der Standardsoftware des verwendeten
Bedien- und Beobachtungssystems einschließlich der erforderlichen Datenbanken,
die Grundsoftware sowie die OPC-Software für die Verbindung mit den drei
Fernsteuersystemen 4, 5, 6. Die Bedienung
und Anzeige des Bedienarbeitsplatzes 2 erfolgt analog zu
einem ESTW. Für
die Protokollierung der Handlungen und Meldungen verfügt der Bedienarbeitsplatz 2 über einen
oder mehrere Drucker 2.3. Die Fernsteuersysteme 4, 5, 6, über welche
das RSTW 1 vom Bedienarbeitsplatz 2 aus gesteuert wird,
sind physikalisch getrennt und verfügen an den Datenübergabestellen vom/zum
Bedienarbeitsplatz 2 sowie an den Datenübergabestelle zum/vom RSTW 1 über jeweils
ein fehlersicheres und hochverfügbares
Programmierbares Elektronisches System (PES) 4.1, 4.5, 5.1, 5.5, 6.1, 6.5.
Diese sechs Programmierbaren Elektronischen Systeme (PES) 4.1, 4.5, 5.1, 5.5, 6.1, 6.5 verarbeiten die
Kommandos, Befehle und Meldungen und erzeugen die erforderliche
Sicherheit für
die Datenübertragung.
Die drei Fernsteuersysteme 4, 5, 6 können diversitär aufgebaut
sein und können
mit unterschiedlicher Software betrieben werden. Da die drei Fernsteuersysteme
physikalisch getrennt sind, kann man davon ausgehen, dass bei übereinstimmender
Datenübertragung
keine Fehler bei der Datenübermittlung
aufgetreten sind. Zur Feststellung einer übereinstimmenden Datenübertragung
durch alle drei Fernsteuersysteme 4, 5, 6 ist
der Datenübermittlung
eine Vergleichereinheit 7 vor- und nachgeschaltet. Die
zu übermittelnden
Daten werden nach der Datenübermittlung
durch die entsprechenden Vergleichereinrichtungen 7.1, 7.2,
in Abhängigkeit
von der Datenrichtung, mittels einer 2-aus-3 Logik verglichen. Wird durch
eine Vergleichereinheit 7.1, 7.2 eine Abweichung
zwischen den übertragenen
Daten festgestellt, so werden die Daten als richtig weitergeleitet,
die von zwei Fernsteuersystemen übereinstimmend übertragen
worden sind. Kommandos werden durch die Vergleichereinrichtung 7.2,
die über
die Verbindung 8 mit den RSTW-seitigen PES 4.5, 5.5, 6.5 verbunden
ist, geprüft.
Meldungen werden durch die Vergleichereinrichtung 7.1,
die mit den PES 4.1, 5.1, 6.1 über den Bus 3 verbunden
ist, geprüft.
Somit wird die erforderliche Sicherheit für die Datenübertragung gewährleistet.
Die Kommandos an das zu steuernden RSTW werden signaltechnisch sicher übergeben.
Verfälschte,
unzeitige oder unmotivierte Kommandos werden unterbunden. Von den
bedienarbeitsplatzseitigen Programmierbaren Elektronischen Systemen
(PES) 4.1, 5.1, 6.1 werden die zu übertragenden
Daten über jeweils
ein Modem 4.2, 5.2, 6.2 in jeweils eine
Datenleitung 4.3, 5.3, 6.3 eingespeist.
Diese Datenleitungen 4.3, 5.3, 6.3 können LWL
oder Kupferleitungen sein. Am anderen Ende der Datenleitungen 4.3, 5.3, 6.3 befinden
sich wieder jeweils ein Modem 4.4, 5.4, 6.4 die
die übermittelten
Daten an das jeweils zweite, RSTW-seitige Programmierbare Elektronische
System (PES) 4.5, 5.5, 6.5 weiterleiten.
Vervollständigt werden
die Fernsteuersysteme 4, 5, 6 durch eine
gemeinsame Anpasseinheit 4.6. Diese Anpasseinheit 4.6 beinhaltet
insbesondere eine Auswahlschalteinrichtung zwischen Ortsbedienung
und Fernbedienung sowie die Signalanpassung zum „sicheren" Stellwerkskern und die Übernahme
von Zusatzfunktionen (OSE, ZN-Anlage, WHZ). Die vom Bedienarbeitsplatz 2 ausgegebenen
Kommandos und Befehle werden nun an das RSTW 1 übermittelt,
in der gleichen Weise, wie es bei herkömmlichen RSTW von dem Stelltisch 1.3 erfolgte.
Der Stelltisch 1.3 bleibt unverändert erhalten und kann über eine
Auswahlschaltung 1.3 wahlweise mit dem RSTW 1 verbunden werden.
Der Stelltisch 1.3 wird vorzugsweise zu Wartungszwecken
benutzt; es kann aber auch ein Vor-Ort-Betrieb durchgeführt werden.
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Die
weitere Arbeitsweise, die Einstellung und Verriegelung von Fahrstraßen, die
Ansteuerung der vorhandenen Außenanlagen,
die Erfassung von Zustandsmeldungen erfolgt durch den im vorhandenen RSTW 1 unverändert erhaltenen
sicheren Stellwerkskern, die im Relaisgestell 1.1 realisierte
Stellwerkslogik.
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Daraus
folgt, dass das RSTW 1 unverändert bedient wird, nur dass
der Bedienarbeitsplatz nicht unmittelbar neben dem Relaisgestell 1.1 angeordnet ist,
sondern die Bedienung von einem örtlich
abgesetzten Bedienarbeitsplatz 2 über die Fernsteuersysteme 4, 5, 6 erfolgt.