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Bedien- und Anzeigeeinrichtung für rechnergesteuerte
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Eisenbahnsignalanlagen Die Erfindung betrifft eine Bedien- und Anzeigeeinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Einrichtungen werden in Eisenbahnsignalanlagen vor allem in
großen Stellwerken und Bezirkssteuerzentraen benötigt. Hier besteht nämlich, infolge
der Größe der Anlagen, die Gefahr, daß Stell- und überwachungstafeln, welche eine
schematische Darstellung des Betriebsgeschehens im gesamten, dem Stellwerk zugeordneten
Stellbereich, oder im Falle einer Bezirkssteuerzentrale, im gesamten zugeordneten
Bezirk, geben und in der Regel zusätzlich Schaltelemente zur Einleitung von Stellvorgängen
enthalten, zu unübersichtlich werden. Mittels der eingesetzten Datensichtgeräte
wird dieser Gefahr entgegengewirkt, indem die Fahrdienstleiter die Möglichkeit erhalten,
einzelne Ausschnitte der Stell- oder Überwachungstafeln, z.B. den Bereich eines
kleineren Bahnhofes, gesondert und aus der Nähe zu betrachten.
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Dazuhin werden die Stellvorgänge nicht mehr direkt an der Stelltafel
sondern an besonderen Bedienpulten eingeleitet, die,jeweils zusammen mit einem Datensichtgerät
, einen Bedienplatz bilden. Die Stelltafel ist dann nur noch Überwachungstafel und
gibt einen Überblick über das Betriebsgeschehen im gesamten Stellbereich.
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Eine solche Einrichtung ist z.B. in "Signal + Draht" 69 (1977) 10,
Seite 219-229 beschrieben. Die Datensichtgeräte -in diesem Falle durch Rechner angesteuerte
Farbmonitoren -werden hier als Bahnhofslupen (s. z.B. Abschnitt 3,5) bezeichnet.
Die Funktionsweise einer solchen Bahnhofslupe
geht auch aus der
DE-OS 24 14 247 hervor: Hier ist ein Verfahren zum gesicherten Darstellen wechselnder
Betriebsgeschehen mit Datensichtgerät beschrieben, bei dem jede Bildinformation
aus zwei, auf getrennten Wegen erarbeiteten, komplementären Teilbildinformationen
besteht. Fehlt eine der Teilbildinformationen oder ist sie fehlerhaft, so entsteht
kein sinnvolles Gesamtbild auf dem Sichtgerät und der Fehler wird auf diese Weise
bemerkt. Die Darstellung auf dem Datensichtgerät kann deshalb als signaltechnisch
sicher angesehen werden.
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Durch die räumliche Trennung von Überwachungsmitteln und Stellmittel
(Datensichtgerät bzw. Überwachungstafel einerseits und Bedienpult andererseits)
- an der Stelltafel waren Überwachungsmittel und Stellmittel noch gemeinsam angeordnet
-ist der Fahrdienstleiter bei jeder Handlung, die er am Bedienpult vornimmt, gezwungen,
seinen Blick vorübergehend vom Betriebsgeschehen abzuwenden. Andererseits muß er
bei der Einleitung von Stellvorgängen am Bedienpult meist mehrmals auf überwachungstafel
oder Sichtgerät sehen, um die Ausführung der gegebenen Stellkommandos zu überwachen.
Diese ständige Umorientierung ist lästig und ermüdend und erhöht letztendlich die
Wahrscheinlichkeit von Fehlbedienungen.
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Die technische Aufgabe einer Bedien- und Anzeigeeinrichtung für rechnergesteuerte
Eisenbahnsignalanlagen besteht darin, bei der Kommunikation zwischen Bedienern und
Anlage sowohl eine sichere Eingabe von Kommandos an die jeweiiige Anlage als auch
eine signaltechnisch sichere Überwachung der Anlage zu ermöglichen.
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Die Bedien- und Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung ist durch die
im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
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Damit wird die bisher übliche Eingabe durch Tasten oder Fernschreibtelegramme
durch eine in der Eisenbahnsignaltechnik bisher nicht verwendete, unmittelbar mit
der Bilddarstellung der DatensicSgerYte gekoppelte Eingabemethode ersetzt. Diese
für die direkte Kommunikation mit Rechnern entwickelte Eingabemethode (siehe z.B.
auf dem Markt befindliche Systeme der Firma Carroll, USA), bei denen der Bediener
durch Berühren bestimmter Bildorte Eingaben in einen Rechner veranlaßt, sind, sofern
sie signaltechnisch sicher ausgebildet werden können, nahezu ideal für den Einsatz
zur Stellwerksbedienung. So kann z.B. eine Fahrstraße durch Berühren zweier Punkte
auf der Monitordarstellung einer Bahnhofslupe eingestellt werden. Bei Umschaltung
des Monitors auf einen anderen Ausschnitt des Stellbereichs wird die Zuordnung bestimmter
Bildpunkte zu bestimmten Elementen des Stellbereichs automatisch mit umgeschaltet,
so daß ein Bedienpult mit den Stellbereichselementen fest zugeordneten Tasten entfallen
kann. Ein weiterer großer Vorteil ist der Ersatz der bisher verwendeten, dem Verschleiß
unterworfenen mechanischen Bauelemente (Tasten) durch Elektronik.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung ordnet einem Datensichtgerät zwei
voneinander weitgehend unabhängige Rechner zu. Diese Rechner können, wie im oben
genannten "Signal- und Draht"-Artikel, ein zentrales Rechnerpaar sein, das sämtliche
anfallenden Steuerungsaufgaben wahrnimmt und eine ganze Reihe von Datensichtgeräten
zu steuern in der Lage ist. Es können aber auch zwei Mikrorechner zum Einsatz kommen,
die nur das betreffende Datensichtgerät ansteuern und mit anderen, andere Steuer-
und Uberwachungsaufgaben wahrnehmenden Rechnern zusammenarbeiten. Die Mikrorechner
haben dann vor allem die
Aufgabe, die von der mit dem Bildschirm
verbundenen Eingabeeinrichtung gelieferten, vom Bediener durch Berührung festgelegten
Koordinaten, bestimmten , im Bild dargestellten Stellbereichselementen elektrisch
zuzuordnen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn, wie im Anspruch 3 vorgeschlagen, eine
jeder Eingabeeinrichtung zugeordnete Auswertelogik, die z.B. vom Finger eines Bedieners
unterbrochene Strahlen eines Infrarot-Strahlengitters, erkennt und daraus eine Koordinatenangabe
als Ortsinformation ableitet, doppelt ausgelegt ist. Dadurch bestehen zwei getrennte
Verarbeitungswege für die eingegebene Information von der Eingabeeinrichtung bis
zum Monitor und zu den anderen Steuer- und Überwachungsrechnern.
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Eine wo Ferbildung der Erfindung betrifft die Darstellung an der Überwachungstafel.
Da dort keine Stellelemente mehr benötigt werden, braucht die Darstellung auch nicht
mehr aus standardisierten Tischfeldern, die einzeln angesteuert und ausgeleuchtet
werden, bestehen. Nach der Erfindung wird die Darstellunr durch Projektion mit Hilfe
mindestens eines Video-Projektors hergestellt. Soll die Darstellung signaltechnisch
sicher sein, was für Ubersichtszwecke jedoch nicht unbedingt erfoderlich ist, so
kann die Informationssicherung dabei wie die Sicherung der Monitorbilder auf den
Datensichtgeräten, durch Vereinigung zweier auf verschiedenen Wegen erarbeiteter
Teilbilder erfolgen.
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Anhand zweier Figuren soll nun die Bedien- und Anzeigeeinrichtung
nach der Erfindung ausführlich beschrieben werden.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein zentralgesteuertes Stellwerk
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein in dezentraler Technik ausgeführtes
Stellwerk.
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In Fig. 1 ist dargestellt ein Zwei- Rechner- System R1, R2 welches
über Statusleitungen SL und Kommandoleitungen KL sämtliche Stell- und Uberwachungsaufgaben
eines großen Stellwerks oder einer Bezirkssteuerzentrale wahrnimmt.und bei dem die
Rechnerergehnisse durch gegenseitigen Datenaustausch verglichen werden. Zu den Aufgaben
des zentralen Rechnerpaares gehört auch die Datenversorgung mehrerer Farbmonitoren
M im Bedienungsraum, welche als "Bahnhofslupen" betrieben werden und ausgewählte
Teile des Stellbereichs bzw. des Bezirks wiedergeben. Teder Monitor (in der Figur
ist der Einfachheit halber nur ein Monitor M dargestellt) wird durch zwei Monitor-Steuerschaltungen
MS1, MS2 angesteuert. Dabei liefert jede Monitor-Steuerschaltung eine Teilbildinformation
an den Monitor.
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Während des Betriebes müssen beide Monitor-Steuerschaltungen über
eine Verbindung Z1 zwangssynchronisiert sein. Die Teilbildinformationen können so
aufgeteilt sein, daß, wie in der oben genannten DE-PS 24 14 247 beschrieben, ein
Teil aus statischen Informationen, etwa der Streckengeographie, der andere Teil
aus dynamischen Informationen gebildet wird. Es ist aber auch möglich, jeder der
beiden Monitor-Steuerschaltungen die gesamte Bildinformation zuzuführen und den
Monitor abwechselnd von der einen und von der anderen Steuerschaltung steuern zu
lassen. Geschieht diese Umschaltung , z.B. mittels eines Umsteuerschalters SZ, mit
einer langsamen, für das Auge gut wahrnehmbaren Frequenz(z.B. lHz),so wird jeder,durch
einen Fehler in der Informationsverarbeitung bedingte Unterschied zwischen den von
den Rechner erarbeiteten Bllddarstellungen sofort erkannt.
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Anstelle von Bedienpulten beim Stand der Technik sind bei der erfindungsgemäßen
Bedien- und Anzeigeeinrichtung elektronisch arbeitende, mit den Bildschirmen der
Monitoren mechanisch verbundene Eingabeeinrichtungen EG vorgesehen.
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Diese Eingabeeinrichtungen können z.B. aus einer Anzahl Sendern und
Empfängern für Infrarotstrahlung bestehen und ein Gitter aus parallel zur Bildschirmbegrenzung
verlaufenden Infrarot-Lichtschranken erzeugen, welche in geringem Abstand voneinander
und von der Bildschirmoberfläche, diese bedecken. Jede Berührung des Bildschirms
ist dann mit einer Unterbrechung eines Teils der Infrarot-Lichtschranken verbunden.
Zu jeder Eingabeeinrichtung gehört eine aus Sicherheitsgründen doppelt ausgeführte
Auswertelogik AL1, AL2, welche aus Lage und Anzahl der gleichzeitig unterbrochenen
Infrarot-Lichtschranken den Ort der Unterbrechung ermittelt und diese Ortsinformation
an das Rechnerpaar R1, R2 weitergibt. Die Rechner vergleichen diese Ortsinformationen
mit der auf den Monitoren dargestellten Bildinformation und erarbeiten Stellkommandos,
wenn die von der Auswertelogik ermittelten Crte in bestimmte, einzelnen Bildelementen
zugeordnete Bildbereichefallen. Auf diese Weise kann ein Bediener durch Berühren
zweier in der Bildinformation markierter Felder z.B. eine Fahrstraße stellen.
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Diese Handlung entspricht dann z.B. in der Ausführung der bisher gebräuchlichen
Zweitastenbedienung. Die Auswertelogik ist jedoch auch in der Lage3 Ortsinformation
zu speichern und erst nach einer gewissen Zcit oder auf einen besondererlBefehl
hin auszugeben, so daß auch eine sequenzielle Bedienung der Eingabeeinrichtung möglich
ist. Zur Eingabe von fijf«str;ü?nrummern kann darm ancii ein besonderes Nlmlmernfeld
in die Bilddar-,tellurlg eingeblendet werden, so daß kein Tastensatz zur Nummerneingabe
mehr benötigt wird. Das Berühren des Bildschirms kann dabei in einfachster Weise
mit den Fingern erfolgen. Unterschiedliche Finderdicken führen dabei nicht zu Ortsungenauigkeiten,
da die Auswertelogik als Ortsinformation jeweils die Koordinaten der Mitte der unterbrochenen
Strahlenbündel ermittelt.
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In Fig. 1 sind weiterhin zwei Video - Projektoren P1, P2 dargestellt,
die ähnlich den Monitoren durch über eine Verbindung Z2 synchronisierte Projektor-Steuerschaltung
PS2 angesteuert werden. Die Video-Projektoren liefern an einer besonders dafür geschaffenen
Fläche im Bedienungsraum des Stellwerks eine Großbilddarstellung des gesamten Stellbereichs.
Die bisher gebräuchliche überwachungstafel mit einzelnen ausgeleuchteten Bildelementen
kann damit entfallen. Die Bildinformation des projizierten Großbildes kann, wie
bei der Monitordarstellung aus zwei sich ergänzenden komplementären Teilbildern
mit vollem Format bestehen, wobei jeder Projektor eines der Teilbilder projiziert,
es kann aber auch - dies ist bei besonders breiten Projektionsflächen von Vorteil
- die Projektionsfläche in zwei Teile aufgeteilt werden wobei jeder Projektor eine
Teilfläche beleuchtet. Eine weitgehende Sicherung der dargestellten Bildinformation
gegen Verarbeitungsfehler kann dann durch periodisches Umschalten der Verarbeitungswege
erreicht werden, etwa in der Art, daß der Projektor P1 seine Bildinformation abwechselnd
vom Rechner R1 über die Steuerschaltung PS1 und vom Rechner R2 über die Steuerschaltung
PS2 erhält und der Projektor P2 über den zur Übertragung der Bildinformation für
den Projektor P1 gerade nicht benötigten Verarbeitungsweg mit Bildinformation versorgt
wird.
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Fig. 2 zeigt die Anordnung von Bedien- und Anzeigeeinrichtungen nach
der Erfindung in einem dezentral aufgebauten elektronischen Stellwerk. Jeweils ein
Monitor M2, M3 bildet zusammen mit einer Eingabeeinrichtung EG2, EG3 und einem Mikrorechnerpaar
MR1, MR2 bzw. MR3, MR4 eine Bedien- und Anzeigeeinheit
BA1 bzw.
BA2. Die Mikrorechnerpaare der Bedien- und Anzeigeeinheiten sind an einen ersten
Datenbus D1 angeschlossen,der eine zentrale Schnittstelle zwischen dem Stellwerk
und allen zur Bedienung des Stellwerks und zur Anzeige und Dokumentation von Stellwerksinformation
dienenden Einrichtungen bildet und von einem besonderen Mikrorechner VR oder einem
Mikrorechnerpaar verwaltet wird. So können an den Bus D1 neben den Bedien-und Anzeigeeinheiten
BA1, BA2 ein Videoprojektorpaar P3, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 näher beschrieben
, ein Drucker DR oder weitere Monitoren angeschlossen sein. Auch Einrichtungen FST
zur Fernsteuerung des Stellwerks oder herkömmliche Bedienpulte - letztere nur dann,
wenn sie eingegebene Stellkommandos in digitaler Form weitergeben - können an die
zentrale Schnittstelle angeschlossen werden. Das Stellwerk, dessen innerer Aufbau,
da er für die Funktion der Bedien- und Anzeigeeinrichtung ohne Belang ist, nicht
aus der Figur hervorgeht, besitzt einen weiteren Datenbus D2. Dieser bildet eine
Schnittstelle zur Außenanlage, z.B. zu Gleisfreimeldeeinrichtungen GF, Weichen W
oder Signalen S und kann ebenfalls durch einen Mikrorechner oder ein Mikrorechnerpaar
verwaltet werden. Die Aufgabe der Verwaltungsrechner VR ist dabei in erster Linie
in der Zuteilung von Prioritäten zu sehen.