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Uberwachungs- und Fernsteuersystem für
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Lichtsignalanlagen Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungs
und Fernsteuersystem für Lichtsignalanlagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Bei einem bekannten Überwachungs und Fernsteuersystem dieser Art werden
für verschiedene wichtige Rückmeldekriterien unterschiedliche definierte Gleichspannungspegel
vorgesehen, die von der Lichtsignalanlage aus übertragen und in einem Spannungsstufenempfänger
in einer Zentrale ausgewertet werden.
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Als wichtige Rückmeldekriterien kommen zum Beispiel in Betracht 1.
Lichtsignalanlage ist in Betrieb,
2. die Hauptrichtung der Kreuzung
hat grün, 3. es liegt örtliche Steuerung per Hand vor, 4. s liegt eine Störung durch
Rotlampenausfall vor, 5. es ist eine allgemeine Störung des Melde-Systems durch
Netzausfall oder Leitungsunterbrechung vorhanden.
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Für eine Meldungsübertragung wird meist der sogenannte Nullspannungspegel
mitbenutzt, zum Beispiel für die Rückmeldung einer allgemeinen Störung tvgl. Rüc)cmeldekriterium
5), so daß für fünf zu übertragende Meldungen nur vier Spannungspegel bereitgestellt
und übertragen werden müssen. Liegt eine verkehrsgefährdende Störung vor, wird von
der gleichen, die Überwachungsmeldungen übertragenden Meldeleitung ein Ausschaltbefehl
zur betreffenden Lichtsignalanlage an der Kreuzung übertragen, der dort von eine
Empfänger realisiert wird.
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Derartige Spannungsstufensysteme bedürfen sehr genauer Einstellung
und Anpassung an die verschiedenen vorkommenden Kabelnetze mit ihren unterschiedlichen
Leitungswiderständen und Spannungsabfällen. Sich hindernde Leitungswiderstände können
die Spannungspegel durcheinanderbringen und machen dann Nachjustierarbeiten an den
Sendeeinrichtungen der Signal anlagen erforderllch. Neben durch Umweltbedingungen
schleichenden Änderungen der Leitungswiderstlnde sind insbesondere plötzliche starke
Xnderungen unangenehm. Die letztgenannten Änderungen
treten insbesondere
bei Mietleitungen in verzweigten Kabelnetzen, zum Beispiel Fernsprechnetzen, häufiger
auf, wenn aus betriebstechnischen Gründen - oft ohne Kenntnis des Kunden -von einem
Kabel auf ein anderes umrangiert wird. Die sich allein dann schon durch unterschiedliche
Entfernungen ändernden Spannungsabfälle machen die erwähnten Kosten und zeitintensiven
Neueinpegelungen derartiger Meldesysteme erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Überwachungs- und Fernsteuersystem
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem der Leitungswiderstand in bestimmten
Grenzen veränderbar sein darf, ohne daß damit qleich Nachjustierarbeiten erforderlich
werden.
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Für ein tberwachungs- und Fernsteuersystem der eingangs genar.r.-ten
Art wird diese Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch Einprägung von Stromstufen wird das System vom Leitungswiderstand
und damit auch weitgehend von der Ubertragungsstrecke unabhängig. Die Übertragungsreichweiten
erhöhen sich enorm, es sind jetzt Übertragungen über 20 km und mehr möglich.
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Sich erhöhende Leitungswiderstände im Bereich von etwa 1 bis 3 kflwerden
vom Stromstufengenerator automatisch durch Erhöhen der Ausgangsspannung so lange
ausgeregelt, bis die zur Verfügung stehende maximale Ausgangsspannung erreicht ist.
Der Selbstabgleich macht ein ständiges Einpegeln der einzelnen Anlagen damit überflüssig.
Der Stromstufengenerator kann als
Steckkarte fabrikmäßlg vorgefertigt
und auch dort ,justiert sein. Dem normalen Spannungsstufenempfänger in der Zentrale
ist zusätzlich nur ein Auswertewiderstand zuzuordnen, über den die übertragenen
Stromstufen in verständliche Gleichspar.
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nungsstufen umsetzbar sind. Herkömmliche Anlagen sind somit leicht
umrüstbar, und es wird für die Lagerhaltung besonders günstig nur noch ein Typ eines
ggf. auf Strom- oder Spannungsstufenempfang umschaltbaren Empfängers benötigt.
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Der Stromstufengenerator ist vorteilhaft als programmierbare Konstantstromquelle
ausgebildet und besteht aus einem von eine Operationsverstärker über seine Basis
gesteuerten Steuertransistor, dessen Emitter einerseits mit einem inversen Eingang
des Operationsverstärkers verbunden ist und andererseits über Potentiometer, die
von Stromstufenrelais einschaltbar sind, an einen Stromversorgungsanschluß anschließbar
ist.
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Weitere wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind den Ansprüchen
in Verbindung mit der erginzenden Zeichnung und erläuternden Beschreibung entnehmbar.
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An Hand eines schematischen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung
im nachstehenden näher erläutert: Die Figur zeigt den prinzipiellen Schaltungsaufbau
eines Stromstufengenerators, der auf einer Schaltplatine I (strichpunktiert) untergebracht
ist. Die Schaltplatine I ist zweckmäßig
als Steckkarte ausgebildet.
Der Stromstufengenerator ist als programmierbare Konstantstromquelle, bestehend
aus eine C,erationsverstärker -1 (z.B. des Typs TAA 762) und einem Steuetransistor
2 aufgebaut. Vom Ausgangsanschluß A der Schaltplatine 1 gehen die gesendeten Stromstufen
über eie Meldeleitung 3 (gestrichelt) mit einem symbolisch angedesceten Leitune-swiderstand
RL zu einer Empfängereinheit a in einer Zentrale 11.
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Die gesendeten Gleichstromstufen liegen im Bereich zwischen bis 20
mA und weisen voneinander Abstände von ca. 4 mA auf.
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Die Empfängereinheit a besteht aus einem Auswertewiderstand 4 und
einem an sich bekannten modifizierten Spannungsstufenempfänger 5. Die Stromversorgung
der Schaltplatine I erfolgt üter Anschlüsse B und C, wobei Anschluß B an +100 V
liegt wr.d Anschluß C Nullpotential führt. Anschluß D führt an einen Masserückleiter
6 der Zentrale II, der mehreren gleichartiger. Empfängereinheiten a,b,c für Signalanlagen
verschiedener Kreuzung gen gemeinsam ist. Die Meldeleitungen 3, 3', 3'' sind individuell
jeweils separaten Schaltplatinen I zugeordnet, wie es hier ausführlich lediglich
für die Empfangseinheit a dargestellt wurde. Gruppen von bis zu 10 Anlagen können
zum Beispiel an einen gemeinsamen Masserückleiter 6 angeschlossen werden. Mittels
in den Ausgangs stromkreis (Emitter-Kollektorpfad) des Steuertransistors 2 einschleifbarerPotentiometer
7,8,9,10 werden über eine Spannungsabfallrückkopplung auf den den Steuertransistor
2 beeinflussenden Operationsverstärker 1 die gewünschten Strompegel eingestellt.
Die Potentiometer 7 bis 10
können dabei von Kontakten Ila bis 14a
zugehöriger Stromstufenrelais 11 bis 14 in den Ausgangsstromkreis des Steuertrar.-sistors
2 eingeschleift werden. Bestimmte Stromstufenrelais 11 bzw. 12 bzw. 13 bzw. 14 werden
immer dann ansprechen, wern Überwachungseinrichtungen im hier nicht weiter dargestellten
Steuergerät, das sich zum Beispiel mit der Schaltplatine I an der Kreuzung befindet,
entsprechend den bereits genannten Meldekriterien schalten. Symbolisch zu wertende
Umschaltkontakte eines Grünmeldegliedes(17) eines örtlichen Relais bei Mandbetätigung
(18) und einer Rotüberwachung (19) sind dazu dargestellt. Die zugehörigen Anschlüsse
der Schaltplatine I sind mit E bis H bezeichnet. Am Anschluß K liegt eine gemeinseme
Spannungsversorgung. Die weiteren Bezugszeichen gehen aus der folgenden Funktionsbeschreibung
hervor.
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Mit dem Einschalten der Signalanlage soll der Zentrale 1 ale Betriebsbereitschaft
der Anlage zurückgemeldet werden. An den Anschlüssen K und E der Schaltplatine I
wird bei eingeschaltetem Steuergerät normalerweise Spannung anliegen,und das Stromstufenrelais
11 wird anziehen. Der Kontakt 11 a wird schließen und das Potentiometer 7 in die
Emitterleitung des Steuertransistors 2 einschleifen. Der Operationsverstärker 1
und der Steuertransistor 2 liegen dann über das Potentiometer 7 an Spannung. Der
sich am inversen Eingang (Pin 4) des Operationsverstärkers 1 einstellende Spannungspegel
in Bezug zu den durch die Referenzdioden 15 und 16 gegebenen Spannungspegeln der
Eingänge
2,3 und 6 veranlaßt am Ausgang des Operationsverst-rkers 1 (Pin 7) einen positiven
Basisstrom für den Steuertransistor 2, der diesen aufsteuert. Über das eingestellte
Potentiometer 7 wird ein definierter Kollektornegativstrom des Steuertransistors
2 vorgewählt, im vorliegenden Fall die nidrigste Stromstufe 1 mit z.B. ca. 8 mA.
Dieser Strom wird iLer die Meldeleitung 3 dem Auswertewiderstand 4 der Empfängereinheit
a aufgeprägt, in eine entsprechende Spannungsstufe urgesetzt und einem Spannungsstufenempfänger
5 als Rückmeldung "Signalanlage in Betriebsbereitschaft" verstanden. Der Spannungsabfall
am Potentiometer 7 durch den fließenden Arbeitsstrom beeinflußt einerseits den Emitter
des Steuertransistors 2 als auch andererseits den invertierenden Eingang (F.n 4)
des Operationsverstärkers 1 derart, daß sich ein Gleichgewcht einstellt. Jede Änderung
im Abschlußwiderstand, zum Beispiel durch Erhöhung des serienhaften Leitungswiderstandes
der Meldeleitung 3,beeinflußt über den Strom den Spannungsabfall am ootentiometer
7 so, daß das eingestellte Gleichgewicht gestört wird. Erhöht sich zum Beispiel
der äußere Widerstand, so veranlaßt der verringerte Strom- und damit Spannungsabfall
am Potentiometer 7 durch die Rückkopplung auf den invertierenden Eingang (Pin 4)
des Operationsverstärkers 1 eine positive Erhöhung der Ausgangsspannung am Pin 7
des Verstärkers und damit eine weitere Aufsteuerung des Steuertransistors 2. Der
eingestellte Strompegel wird somit bis zur völligen Durchsteuerung des Steuertransistors
2 automatisch konstant gehalten. Erst bei vollkommener Durchsteuerung des Steuertransistors
2 ist die Regelgrenze erreicht,
es liegt dann praktisch die volle
Betriebsspannung am Ausganc.
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Die als Spannungsschwelle fungierende Z-Diode 20.bricht durch.
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und läßt die Leuchtdiode 21 aufleuchten. Damit wird erker.ntar, daß
der Leitungs- oder Abschlußwiderstand zu hoch geworden ist.
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In Verbindung mit Nullspannungsempfang in der Zentrale wird auch Leitungsbruch
erkennbar.
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Beim ordnungsgemäßen Betrieb der Signalanlage wird jedesmal, wenn
die Hauptrichtung grün hat, der Umschalter 17 der Grünrückmeldung die hier linke
Position einnehmen und über das Stromstufenrelais 12 mit Kontakt 12a das Potentiometer
6 einschleifen. Das untergeordnete Stromstufenrelais ;1 für das Potentiometer 7
fällt dagegen ab. Damit stellt sich eine höhere Stromstufe 2 ein, die - wie vorher
beschrieben - über Meldeleitung 3 zur Zentrale 2 gesendet wird. Auch hier wird die
Stromhöhe exakt konstant gehalten und, wie beschrieben, der Abschlußwiderstand überwacht.
Im ordnungsgemäßen Betrieb wird der Umschaltkontakt 17 ständig umschalten und die
Empfangseinheit a der Zentrale II ein ständiges Pendeln zwischen den Stromstufen
1 und 2 feststellen.
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Wird die Signalanlage unabhängig von der Zentrale per Hand gesteuert,
dann ist über Umschaltkontakt 18 und letztlich Potentiometer 9 eine weiter erhöhte
Stromstufe 3 eingeschaltet, die für die Zentrale 2 durch permanentes Signal (das
Wechseln der Stromstufen 1 und 2 entfällt) eine außergewöhnliche Situation erkennbar
macht. Höchste Priorität hat die Rotüberwachung.
Liegt hier eine
Störung vor, wird die Rotüberwachung den Umschalter 19 betätigen und über Stromstufenrelais
14 durch das Potentiometer 10 die ranghöchste Stromstufe 4 programmieren.
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Alles, was darunter liegt, wird abgeschaltet. Diese Meldung kann von
der Zentrale If einen Abschaltbefehl veranlassen. Für jeden Abschaltbefehl wird
der Umschalter 22 betätigt und ein positives Schaltsignal von einer Spannungsquelle
29 (hier +60 V) über die Meldeleitung 3 zur Schaltplatine I gesandt. Diese ist zur
Auswertung mit einem kleie E.pfänger III ausgerüstet (strichpunktiert umrahmt),
der vom pssitiven Schaltsignal über eine Entkoppelungsdiode 23 erreicr.-bar ist.
Über Strombegrenzungsglieder 24,25,26 und eine Leuchtdiode 27 wird ein Optokoppler
28 beaufschlagt, dessen Ausgangsverstärker einen Ausschaltbefehl über die Ausgänge
L,Y. an nicht weiter dargestellte Leistungsschalter weitergibt. Diese schalten die
Anlage ab. Wird ein positives Abschaltsignal von der Zentrale II gespendet, dann
ist das durch Aufleuchten der Diode 27 erkennbar.
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Zu den Empfängereinheiten a,b in der Zentrale II ist noch zu bemerken,
daß jede aus einem Auswertewiderstand 4 bzw. 4' bzw.
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4'', der die ankommenden Konstantstromstufen in Konstantspannungspegel
umsetzt, und einem nachgeschalteten modifizierbaren Spannungsstufenempfänger 5 bzw.
5' bzw. 5'' besteht. Die in jedem normalen Spannungsstufenempfänger bei Spannungsstufenempfang
sonst
vorhandene Konstantstromquelle, die dafür sorgt, daß bei jedem Spannungspegel zur
Konstanthaltung des Spa.-nungsabfalles über RL der gleiche Strom fließt, wird für
Stromstufenempfang der Empfängereinheit abgeschaltet a oder b oder c. So kann im
einfachsten Fall durch bloßes Umstecken einer Schaltbrücke von Spannungsstufenempfang
auf Stromstufenempfang modifiziert werden. Über ein Impedanzwandelglied wird der
erhaltene Spannungspegel impedanzgewandelt vier verschiedenen an eine gemeinsame
abgleichbare Referenzspannungsquelle angeschlossenenSchwellwertgliedern, als Sensoren
der einzelnen Strom- oder Spannungsstufen,angeboten.
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Über das ansprechende jeweilige Schwellwertglied wird der Betriebszustand
der Signal anlage erfaßt.
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Durch die Erfindung ist neben einer erhöhten Ubertragungsreichweite.
bei gleichzeitig höherer Störsicherheit insbesondere eine wesentliche Vereinfachung
in der Wartung gegeben.
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Die Schaltplatine 1 bewirkt außerdem eine absolute galvanische Trennung
zwischen Kabelnetz und Steuergerät.
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8 Patentansprüche 10 Seiten Beschreibung 1 Bl. Zeichnungen
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