DE2925169A1 - Rechnergesteuertes stellwerk - Google Patents

Description

• Rechnergesteuertes Stellwerk
• Die Erfindung betrifft ein rechnergesteuertes Stellwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Ein solches Stellwerk ist zum Beispiel unter der Bezeichnung JZS 750 bei den $chwedischen Staatsbahnen in Betrieb. FirmendrucRschriften der Firma L.M.Ericason, in denen dieses Stellwerk beschrieben ist, sind seit 1975 in der Fachwelt bekannt.
• Das bekannte Stellwerk enthält einen zentralen Rechner, der die Steuerung und Uberwachung aller im Stellbereich befindlichen Fahrwegelemente durchfuhrt Aus Yerfügbarkeitsgründen ist ein Ersatzrechner ständig einsatzbereit (hot standby). Sicherheitskritische Areitsgänge werden zweimal nacheinander mit Hilfe verschiedener Rechnerprogramme durchgeführt und die Ergebnisse nur bei Uhereinstimmung weiterverwertet, Dabei erfolgt. der Vergleich in einem signaltechnisch sichere aufgebauten Relais-Vergleicher.
• Die Stellwerkslogik ist in Form von Rechnerprogammen festgelegt.
• Für jeden Typ von Fahrwegelementen (z.B. Weichen, Signale, Gleisabschnitte) ist ein besonderes Programm vorgesehen, mit dem alle im Zusammenhang mit dem betreffenden Fahrwegelementtyp auftretenden Probleme behandelt werden können.
• Die Steuerung eines Stellwerks mit Hilfe eines zentralen Rechners hat eine Reihevon Nachteilen : So sind, vor allem wegen auftretender Warteschlangenprobleme, - es können nicht zwei Aufgaben gleichzeitig erledigt werden - , umfangreiche und komnlizierte Programme erforderlich. Nicht zu vermeidende Verschachtelungen von Programmunterbrechungen (interrupts) stellen dazuhin Fehlerquellen dar, die durch Tests nicht entdeckt werden können, da die Zahl der möglichen Programmablauf-Variationen zu groß wird.
• Die technische Aufgabe eines rechnergesteuerten Stellwerks ist die sichere Steuerung und Überwachung aller im Stellwerksbereich vorhandenen Fahrwegelemente, wobei die dazu erforderlichen logischen Schritte von elektronischen Rechnern mit Hilfe spezieller Programme durchgeführt werden. Hierbei soll größtmögliche Sicherheit und eine möglichst hohe Verfügbarkeit gewährleistet sein.
• Diese technische Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.
• Die Aufteilung des bekannten zentralen Rechnersystems in einzelnen kleinere, voneinander unabhängige Rechnersysteme,im Folgenden "Funktionsbaugruppen" genannt, und die Zuordnung dieser Funktionsbaugruppen zu ganz bestimmten Stellwerksfunktionen macht es möglich, viele gleichzeitig anfallende Steuerungsaufgaben auch gleichzeitig durchzuführen. Das Setzen von Prioritäten für bestimmte vordringliche Aufgaben und die hierbei vorgesehenen Programmmunterbrechungen können damit entfallen. Die für die Rechnersysteme der Funktionsbaugruppen verwendeten Programme sind erheblich einfacher und übersichtlicher als die Programme für einen zentralen Rechner. Zudem ist die Möglichkeit gegeben, ohne besondere Reservesysteme bei Ausfall eines Rechnersystems dessen Aufgabe hilfsweise von dem Rechnersystem einer anderen Funktionsbaugruppe wahrnehmen zu lassen und damit einen Notbetrieb aufrecht zu erhalten. Vorteilhaft ist auch die Doppelverwendung von Stützrelais als Interface zur Außenanlage und signaltechnisch sicherer Speicher für Informationen die nicht verfälscht werden oder verlogengehen dürfen. Der de.zentrale Aufbau des rechnergesteuerten Stellwerks nach der Erfindung gestattet es, ein konventionell aufgebautes Stcllwerk schrittweise durch das rechnergesteuerte Stellwerk zu ersetzen.
• Eine Ausgestaltung des Stellwerks nach der Erfindung ist Gegenstand der Ansprüche 2 und 3 und betrifft den Aufbau einer besonders zweckmäßigen Funktionsbaugruppe.
• Eine weitere Ausgestaltung des rechnergesteuerten Stellwerks ist im Anspruch 4 angegeben. Bei dieser Ausgestaltung wird die Prüfung von Stellwerksfunktionen unter Verwendung besonderer Prüfprogramme sowie die Hilfsbedienung erheblich vereinfacht.
• Anspruch 5 betrifft eine Ausgestaltung der Erdindung, die vor allem der Betriebszuverlässigkeit zugutekommt. Bei großen Stellwerksanlagen kann diese Ausgestaltung jedoch auch zur Erhöhung der Rechenkapazität dienen.
• Bei Verwendung eines Nummernstellpults werden gemäß einer in Anspruch 6 beschriebenen Ausgestaltung Fahrstraßen mittels Datenübertragung zwischen dem Nummernstellpult und den einzelnen Funktionsbaugruppen eingestellt. Dabei gelangt die Information binär an die angeschlossenen Funktionsbaugruppen ohne Umwege über Tastenkontakte. Gemäß Anspruch 7 und 8 können bei weiterem Ausbau des Stellwerks auch der Kommandoweg einer Fernateuereinrichtung oder ein Dispositionsrechner an die , die Funktionsbaugruppen mit dem Nummernstellpult verbindende Datenleitung angeschlossen werden.
• Eine in den Ansprüchen 9 und 10 enthaltene Ausgestaltung betrifft die signaltechnisch sichere Speicherung sicherheitskritischer Information.
• Weitere Ausgestaltungen des rechnergesteuerten Stellwerks nach der I:ifintlui-1R sind den Ansprüchen 11 bis 13 zu entnehi.len.
• Mit Hilfe zweier Figuren soll nun das rechnergesteuerte Stellwerk nach der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels ausführlich beschrieben werden.
• Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Stellwerks nach der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Funktionsbaugruppe.
• In Fig. 1 ist dargestellt eine Bedieneinrichtung 1, eine Anza.hl von Funktionsbaugruppen 2...7 mit je einem in sich sicheren Rechnersystem und ein Relaisspeicher 8. Die Funktionsbaugruppen sind einzelnen Funktionen des Stellwerks zugeordnet. So ist beispielsweise die Funktionsbaugruppe 2 für die Fahrstraßeneinstellung, die Funktionsbaugruppe 3 für die Weichenlaufüberwachung, die Funktionsbaugruppe 4 für die Signalstellung, die Funktionsbaugruppe 5 für die Betriebsauflösung und die Funktionsbaugruppe 6 für Ersatzsignalstellungen zuständig. Die Funktionsbaugruppe 7 ist für Wartungstätigkeiten und HilfsbeClienune reserviert . Alle Funktionsbaugruppen sind mit dem Relaisspeicher 8 verbunden, über dessen Relais die Elemente der Außenanlage gesteuert werden. Die Relais garantieren eine sichere galvanische Trennung zur Außenanlage und zu den Licht stromkreisen der Bedieneinrichtung hin und bilden, soweit es sich um Stützrelais handelt - einen störungssicheren Speicher für sicherheitsrelevante Informationen, welche nicht verfälscht werden und nicht verloren gehen dürfen. Neben den zu steuernden Elementen (z.B. 9,10) der Außenanlage können an den Relaisspeicher ein Datensender 11 zur Abgabe von Meldungen an eine nicht dargestellte Fernsteuerzentrale, eine Einrichtung 12 zur Ansteuerung von Monitoren oder weitere Einriciltungerl 13 angeschlossen sein, die der Darstellung oder der Dokumentation bestimmter Daten oder Steuervorgänge dienen (z.B. Ausleuchtun ätelltich/Stelltafel).
• Die Funktiosbaugruppen 2...7 sind untereinander durch Daten -leitungen verbunden. Sie können sowohl von der Bedieneinrichtung 1 als auch über einen ersten Datenbus 14 von einem Nummernstellpult 15 aus angesteuert werden. Ein zweiter Datenbus 16, an den alle Funktionsbaugruppen angeschlossen sind, dient der Gleisfreimeldung und bildet eine einheitliche Schnittstelle zwischen den Funktionsbaugruppen und verschiedenen Gleisfreimeldesystemen 17, 18 . An den ersten Datenbus 14 ist zusätzlich ein Kommandoempfänger 19 für Steuerkommandos einer nicht dargestellten Fernsteuerzentrale sowie ein Dispositionsrechner 20 angeschlossen.
• Mit dem in der Figur dargestellten Stellwerk können alle im Stellbereich anfallenden Aufgaben mit signaltechnischer Sicherheit ausgeführt werden. Dabei wird gegenüber einem zentralgesteuerten Stellwerk eine wesentlich höhere Betriebszuverlässigkeit erreicht.
• Fällt eine der Funktionsbaugruppen aus, so kann ihre Aufgabe vorübergehend von einer anderen Funktionsbaugruppe übernommen werden, sofern dies z.B. in einem Notprogramm vorgesehen ist. Wird jeder Funktionsbaugruppe eine andere Funktionsbaugruppe, welche bei Ausfall der ersteren deren Angaben übernimmt, bereits von vornherein fest zugeordnet, so brauchen nicht alle Funktionsbaugruppen mit der Bedieneinrichtung und den Datenbussen 14 und 16 verbunden sein.
• Es genügt dann z.B. , nur jeweils die Funktionsbaugruppen anzuschließen, für die eine solche Verbindung Voraussetzung für die Erfüllung ihrer Aufgaben ist. Da jeweils zwei oder mehr Funktionsbaugruppen dieselbe Funktion wahrnehmen können, wird es dann auch möglich, in Situationen, in denen ea auf besonders schnelle Bearbeitung ankommt , die Rechnersysteme zweier oder mehrerer Funktionsbaugruppen für dieselbe Aufgabe einzusetzen. Die Aufteilung der Aufgabe auf die einzelnen Rechnersysteme erfolgt dann nach .tcllwtlrksbe,.i.rkorl.
• In Fig. 2 ist eine Funktionsbaugruppe dargestellt, die einer bestiMmten Stellwerksfunktion oder einer Gruppe von Stellwerksfunktionen zugeordnet ist. Sie enthält zwei unabllc.ngige Rechnersysteme. Zwei Prozessoren 21, 22 sind neben je einer Eingabeeinheit 25, 26, je einer Ausgabeeinheit 27, 28 und je einem Arbeltsspeicher 31, 34 , je 2 Festwertspeicher 29, 30, 32, 33 zugeordnet, von denen jeweils einer ein Grundprogramm (Programmspeicher 29, 32) , in welchem die Funktion fesgelegt ist, der andere Geographiedaten (Geographiespeicher 30, 33) enthält, welche die Lage der zugeordneten Fahrwegelemente innerhalb des Stellwerksbereiches zueinander angeben. Zusätzlich kann jeder der Prozessoren mit einer Umbau-Speichereinheit 35,36 Verbunden werden, die durch Anbringen von Brücken oder mittels Schaltern oder Steckern programmiert werden und im Falle vorübergehender änderungen der Streckengeographie (z.B. bei Streckenumbauten) einen ausgewählter Teil des Geographiespeichers ersetzen kann.
• Die beiden Rechnersysteme einer Funktionsbaugruppe arbeiten in der Regel asynchron und nach verschiedenen Programmen. Sie bearbeiten jedoch jeweils dasselbe Problem und synchronisieren sich durch gegenseitigen Datenaustausch über einesynchronisierschaltung 37, bevor sie ein Ergebnis ausgeben. Informationen, die signaltechnisch sicher sein müssen (z.B. Verschlüsse) werden nur über den Relaisspeicher 8 ausgegeben und dort in Stützrelais gespeichert.
• Die Relais werden dabei über Steuerschaltungen betätigt, welche des nur zulassen, wenn das Signal zur Betätigung der Relais von beiden Rechnersystemen vorliegt. Ergebnisse mit Sicherheitsbedeutung werden damit durch den Relais speicher selbst verglichen ulld können nicht gespeichert oder weiterverwertet werden, wenn sie nicht von beiden Rechnersystemen voneinander unabhängig errnittelt wurden. Die Eingaben der Rechnersysteme der Funktionsbaurupen sind mit dem Relaisspeicher direkt verbunden und die Rochner können über diesen Zugriff alle für die Sicherheit wichtigen in forrna t ionen abfragen. Die Eingaben sind zusätzlich noch, wenn iSeCi Üir die betreffende Funktionsbaugruppe erforderlich ist, mit der Bedieneinrichtung 1 sowie mit den Datenbussen 14 und 16 verbunden. Außerdem besteht eine direkte Datenverbindung 40 zwischen den Ein- und Ausgaben der Rechner aller Funktionsbaugruppen untereinander, über die nicht sicherheitskritische Daten áusgetauscht werden können. Der Austausch sicherheitskritischer Daten erfolgt nur über den Relaisspeicher.
• Der Aufbau des rechnergesteuerten Stellwerks nach Erfindung ist weitgehend modular. Alle Baugruppen sind steckbar. Im Relaisspeicher ist die Betriebslage (Relaisstellung) durch Augenschein überprüfbar.

Claims (13)

1. Patentansprüche - Rechnergesteuertes Stellwerk mit einer Bedieneinrrchtung und einem Steuerteil, von dem aus die Ansteuerung der Elemente der zugehörigen AuBenanlage über elektromechanische Schaltmittel vorgenommen wird, wobei Stellkommandos nur ausgeführt werden, wenn diese in zwei voneinander unabhängigen Prozessen erarbeitet wurden, d a d u r c h g e -k e n n z e 1 c h n e t, daß der Steuerteil in Funktionsbaugruppen (2...7) aufgeteilt ist, welche einzelne Stellwerksfunktionen oder Gruppen von StellwerksSunktionen wahrnehmen, daß jede Funktionsbaugruppe ein unabhängiges, in sich sicheres, zwei Einzelrechner (21, 22) , vorzugsweise Mikrorechner aufweisendes Rechnersystem enthält, und daß ein signaltechnisch sicherer, aus elektromechanischen Schaltmitteln aufgebauter Speicher (8) vorhanden ist, zu dem die Rechner der Funktionsbaugruppen Zugriff haben.
2. 2. Rechnergesteuertes Stellwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle Funktionsbaugruppen untereinander durch Datenleitungen (40) verbunden sind, daß jedem Einzelrechner (21, 22) einer Funktionsbaugruppe neben einer Eingabeeinheit (25, 26),einer Ausgabeeinheit (27, 28) und einem Arbeitsspeicher (31, 34) ein Programmspeicher (29,32) zur peictlerllrlm des Arbeitsprogramms, ein Geographinspeicher (30, 33) zur Festlegung der Lage der von der betreffenden Funktionsbaugruppe zu steuernden Elemente der Außenanlage und eine Umbau-Speichereinheit ( 35, 36) zugeordnet sind und daß in die Umbau-Speichereinheit vorübergehende Gnderungen der Streckengeographie einprogrammiert werden können.
3. 3. Rechnergesteuertes Stellwerk nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jede Funktionsbaugruppe eine Synchronisierschaltung (37) enthält, welche die beiden Einzelrechner unmittelbar vor jeder Ausgabe synchronisiert.
4. 4. Rechnergesteuertes Stellwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für Hilfsbedienungen und zur Durchführung von Wartungsaufgaben eine besondere Funktionsbaugruppe (7) mit einem in sich sicheren Rechnersystem vorhanden ist.
5. 5. Rechnergesteuertes Stellwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Funktionsbaugruppen für einzelne Stellwerksfunktionen vervielfach sind, wobei eine Aufteilung der Arbeitslast nacn geographischen Bereichen des Stellwerks vorgenommen werden kann.
6. 6. Rechnergesteuertes Stellwerk nach einem der vorstehenden AnsprUche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein Nummernstellpult (15) vorgesehen ist, welches über eine Schnittstelle (14), die für Stellkommandos in codierter Form eingerichtet ist, mit den Rechnersystemen der Funktionsbaugruppen verbunden ist.
7. 7. Rechnergesteuertes Stellwerk nach Anspruch 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an die Schnittstelle (14) zwischen Nummernstellpult (15) und den Rechnersystemen der Funktionsbaugruppen (2...7) ein Empfänger (19) für Fernsteuerkommandos angeschlossen ist.
8. 8. Rechnergesteuertes Stellwerk nach Anspruch 7, d a -(t u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an die Schnittstelle (14) zwischen Nummernstellpult (15) und den Rechnersystemen der Funktionsbaugruppen zusätzlich ein Dispositionsrechner (20) angeschlossen ist.
9. 9. Rechnergesteuertes Stellwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die im signaltechnisch sicheren Speicher verwendeten elektromechanischen Schaltmittel bistabile Relais, z.B.

   Stützrelais sind.
10. 10. Rechnergesteuertes Stellwerk nach Anspruch 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i d h n e t , daß die Betriebslage der bistabilen Relais jederzeit von den Rechnersystemen aller Funktionsbaugruppen abgefragt werden kann.
11. 11. Rechnergesteuertes Stellwerk nach Anspruch 9 oder 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i'c h n e t, daß ein Datensender (11) zur Ausgabe von Meldungen an eine Fernsteuerzentrale vorhanden ist und daß dieser einen direkten Zugriff zu dem signaltechnisch sicheren Speicher (8) besitzt.
12. 12. Rechnergesteuertes Stellwerk nach einem der vorstehenden Anspruche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine zweite Schnittstelle (16) zur Erfassung von Gleisfreimeldungen vorhanden ist, an die alle QleisSreimeldeeinrichtungen (38, 39) und alle Funktionsbaugruppen, die Gleisfie 1 meldungen verarbeiten, angeschlossen sind.
13. 13. Rechnergesteuertes Steliwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rechnersysteme der Funktionsbaugruppen in der Lage sind, bei Bedarf auch die Funktion einer oder die Funktionen mehrerer anderer Punktionsbaugruppen hilfsweise wahrzunehmen, und daß zu diesem Zweck jedes unentbehrliche Schaltmittel im signaltechnisch sicheren Speicher (8) von mindestens zwei verschiedenen Flnktionsbaugruppen angesteuert werden kann.