DE3035758C2 - Signaldarstellung für die beiden Werte von binären Schaltveriablen in elektronischen Schaltwerken der Eisenbahnsicherungstechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signaldarstellung für die beiden Werte von binären Schaltvariablen in elektronischen Schaltwerken der Eisenbahnsicherungstechnik.

Auf diesem Gebiet arbeiten seit vielen Jahren Spezialschaltwerke, die mit besonderen Relais aufgebaut sind. Dabei ist es Aufgabe der Eisenbahnsignaltechnik, unter Verwendung von den Menschen entlastenden Einrichtungen den Eisenbahnbetrieb so sicher wie möglich abzuwickeln, ohne daß ein Sicherheitsrisiko für Menschenleben und Material eingeräumt werden muß. Unier ständiger Beachtung besonderer Sicherheitsphilosophien und unter Verwendung von Relais mit zwangsgeführten Kontakten haben sich die für den rauhen Eisenbahnbetrieb konzipierten Schaltungen seit langem bewährt.

Beim Übergang von der Relaistechnik zu elektronischen Techniken, bei denen Schaltwerke beispielsweise aus handelsüblichen speichernden und verknüpfenden Schaltgliedern aufgebaut werden, darf auf keinen Fall eine Reduzierung des bisher großen Sicherheitsgrades eingeräumt werden, da infolge von Steuerungsdefekten, die nicht zu der in der Eisenbahnsicherungstechnik definierten sicheren Seite gehen, außerordentliche Gefahrenzustände entstehen können.

In der Technik der digitalen Nachrichtenverarbeitung ist es üblich, die zwei möglichen Bereiche von binären elektrischen Größen mit L und H zu bezeichnen. Bei positiver Logik sind diesen beiden Pegelwerten die beiden Werte »0« und »1« der Schaltvariablen zugeordnet. Es ist leicht einzusehen, daß bei einer derartigen Zuordnung ein speicherndes oder verknüpfendes Schaltglied beim Wert »0« sowohl dann tiefes Potential L ausgibt, wenn dies aufgrund von zu verknüpfenden Variablen als Ergebnis vorliegt, als auch bei einem Defekt dieses Schaltgliedes. Somit kann ein Fehler bei einem Schaltglied nicht ohne weiteres, also nicht ohne ein besonderes Schaltungsprinzip, möglichst kurzfristig nach seinem Eintreten erkannt werden. Dies kann nach geraumer Zeit in einem Schaltwerk jedoch unter ungünstigen Voraussetzungen zu einem unerwünschten Doppelfehler werden, welcher einen Gefahrenzustand herbeiführt. Derartige Doppelfehler können auch in zweikanaligen Schaltwerken nur dann erkannt werden, wenn wiederum besondere technische Vorkehrungen getroffen werden.

In der Fachzeitschrift »ELEKTRIE«, 1968, Heft 2, Seiten 61 bis 64 ist unter dem Titel »Die Bausteine des fehlersicheren Steuerungssystems TRANSLOS SF« ein modernes System beschrieben, welches einem Projekteur für Steuerungssysteme mit Sicherheitsverantwortung besondere Bausteine zur Verfügung stellt. Diese Bausteine arbeiten mit statischen und mit dynamischen Signalen, die in besonderer Weise miteinander verknüpft werden, um ein fehlersicheres Ausgangssignal zu

erzeugen. Die Fehlersicherheit ist dabei so definiert, daß bei beliebigen inneren Fehlern innerhalb eines Bausteines niemals ein gefährlich fehlerhaftes Ausgangssignal auftreten kann. Als Signaipegel für das bekannte System sind für die beiden Werte der Schaltvarablen »1« bzw. »0« eine Impulsfolge mit bestimmter Amplitude bzw. keine Signale definiert

Hierdurch fehlt aber wiederum auch bei diesem bekannten System die Möglichkeit zu unterscheiden, ob ein verknüpfendes bzw. speicherndes Schaltglied den iu Wert »0« ausgibt oder dieser Baustein defekt ist. Eine rechtzeitige Fehlererkennung scheint somit nicht gegeben zu sein wie bei den anfangs beschriebenen Schaltwerken, bei denen die beiden Werte binärer Schaltvariable durch konstante Pegel L bzw. H dargestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signaldarstellung für die beiden Werte von binären Schaltvariablen in elektronischen Schaltwerken mit Sicherheitsverantwortung anzugeben, derart, daß bei einem Defekt auch das den Wert »0« der Schaltvariablen repräsentierende elektrische Signal sich derart verändert, daß der eingetretene Defekt nach einer vorgegebenen Fehleroffenbarungszeit erkannt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß den beiden Werten der Schaltvariablen innerhalb gleich langer Zeiträume dieselben zwei elektrischen Größen zugeordnet sind, jedoch mit für den einen bzw. anderen Wert charakteristischen unterschiedlichen Teilzeitdauern innerhalb der Zeiträume. Die beiden Teilzeitdauern können mit unterschiedlichen Potentialen oder auch mit Wechselspannungssignalen unterschiedlicher Frequenz belegt sein. So ist es in vorteilhafter Weise möglich, daß jeder Zeitraum zu Beginn des einen oder anderen Wertes der Schaltvariablen jeweils in der ersten Teilzeitdauer mit hohem Potential beginnt und in der zweiten Teilzeitdauer tiefes Potential aufweist. Es ist aber auch in vorteilhafter Weise möglich, daß jeder Zeitraum zu Beginn des einen oder anderen Wertes der Schaltvariablen jeweils in der ersten Teilzeitdauer mit der Wechselspannung einer ersten Frequenz beginnt und in der zweiten Teilzeitdauer die Wechselspannung einer zweiten Frequenz aufweist. Bei beiden Signaldarstellungsvarianten können die beiden Teilzeitdauern gleich lang gewählt werden. Bei verschieden langen Teilzeitdauern ist eine vorteilhafte Signaldarstellung dadurch gegeben, daß die Teilzeitdauern der beiden Werte der Schaltvariablen im umgekehrten Verhältnis gewählt sind.

Der grundsätzliche Vorteil aller Ausführungsformen der Erfindung liegt darin, daß für beide Werte der binären Schaltvariablen für den Einsatz in elektronischen Schaltwerken mit Sicherheitsverantwortung eine Dynamisierung und damit eine systeminhärente Überwachungsmöglichkeit gegeben ist. Außerdem liefert die frequenzmäßige Aufteilung des Bitzeitraumes eine im Verfahren begründete Voraussetzung der Bittaktregeneration derart, daß bestimmte Frequenzwechsel den Beginn eines neuen Bitzeitraumes signalisieren. Außerdem gestattet die vereinbarungsgemäße Aufteilung in Teilbitzeiträume mit bekannten Teilzeitdauern, daß in Schaltwerken mit nicht planbaren Laufzeit- und Phasenverhältnissen eine Bitsynchronisation durch die systeminhärente Signalisierung des Bitzeitraumbeginns unterstützt wird.

Auch ist in vorteilhafter Weise unter Verwendung von Toleranzfensterdetektoren eine Nachverarbeitung von empfangenen Signalen mögüch, so daß Phasen- und Laufzeitverzerrungen erkannt werden können.

Eine für die Signaldarstellung vorteilhafte Umsetzerschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktfrequenzgenerator für mehrere Rechtecksignale verschiedener Frequenzen eine vorgegebene Anzahl von Verknüpfungsgliedern speist, von denen ein Teil beim Wert »1« bzw. »0« der binären Schaltvariablen bei positiver Logik den konstanten Pegel Wbzw. /.erhält

Eine spezielle bevorzugte Ausführungsform dieser Umsetzerschaltung für Teilzeitdauern im Verhältnis 2 :1 bzw. 1:2 ist in einem weiteren Unteranspruch näher gekennzeichnet

Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Umsetzerschaltung zur besonderen Signaldarstellung für die beiden Werte von binären Schaltvariablen für Teilzeitdauern im Verhältnis 2 :1 bzw. 1 : 2 und

F i g. 2 in verschiedenen Diagrammlinien Signalverläufe bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1.

Das Blockschaltbild nach F i g. 1 zeigt die bevorzugte Ausführungsform einer Umsetzerschaltung zur Signaldarstellung für die beiden Werte binärer Schaltvariable in elektronischen Schaltwerken mit Sicherheitsverantwortung. in der vereinfachten Darstellungsweise gibt eine Signalquelle SQ entsprechend dem Binärwert »Ic vom Zeitpunkt i0 bis zum Zeitpunkt ti, vergleiche Diagrammlinie D4 in Fig.2, hohes Potential und danach bis zum Zeitpunkt (2 entsprechend dem Wert »0« der Schaltvariablen tiefes Potential ab. Diese Signalpotentiale werden mit Hilfe der aus einer Anzahl von verknüpfenden Schaltgliedern aufgebauten Umsetzerschaltung in dynamische Signale umgesetzt, so wie es die Diagrammlinie D5 zeigt Dort sind gleich lange Zeiträume /3 zu erkennen, und zwar im Bereich von f 0 bis rl und von diesem Zeitpunkt bis 12 jeweils zwei Zeiträume f3. Jeder dieser Zeiträume i3 besteht beim Binärwert »1« aus den unterschiedlichen Teilzeitdauern i4 und f5 und beim Binärwert »0« aus den Teilzeitdauern r6 und f7. Es ist aus der Darstellung leicht zu erkennen, daß die Teilzeitdauern beider Werte der Schaltvariablen im umgekehrten Verhältnis stehen. Hierzu ist erläuternd zu sagen, daß die Teilzeitdauern 14 und /7 und die Teilzeitdauern f5 und 16 jeweils gleich lang sind. Im Bereich von 11 bis /2, also beim Vorliegen des Binärwertes »0«, liegt gemäß der Darstellung in Diagrammlinie D5 ein dynamisches Signal vor mit einem definierten Pulspausenverhältnis. Hierdurch ist bereits eine systeminhärente Überwachungsmöglichkeit der Signale gegeben, da im Defektfail mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit angenommen werden kann, daß dieses Impulspausenverhältnis dann gestört ist

Die Umsetzerschaltung nach Fig. 1 enthält zur Erzielung von Teilzeitdauern im Verhältnis 2 :1 beim Wert »1« der Schaltvariablen und im Verhältnis 1 :2 beim Wert »0« der Schaltvariablen einen Taktfrequenzgenerator G, welcher über die Leitung L 1, L 2 und L 3 symmetrische Rechtecksignale gleicher Phasenlage mit der einfachen, der doppelten und der dreifachen Folgefrequenz FT, 2FTund 3FTausgibt. Die symmetrischen Rechtecksignale mit den drei Frequenzen sind in den Diagrammlinien Di, D2 und D3 von Fig. 2 dargestellt. Die Rechtecksignale mit der Grundfrequenz FT werden zwei UND-Gliedern Ui und t/2 sowie einem ODER-Glied 01 unmittelbar und über ein

NICHT-Glied /Vl einem dritten UND-Glied t/3 zugeführt. Die Leitung L 2 des Taktfrequenzgenerators G ist einerseits mit dem UND-Glied t/l, über ein zweites NICHT-Glied N2 mit dem UND-Glied Ul sowie mit dem UND-Glied t/3 verbunden. Schließlich werden die Rechtecksignale mit der dreifachen Folgefrequenz 3FT über die Leitung L 3 und ein NICHT-Glied N3 den UND-Gliedern U2 und t/3 zugeführt. Die Ausgänge der UND-Glieder U1 und t/2 sind mit einem weiteren ODER-Glied O 2 verbunden, dessen Ausgang an ein weiteres UND-Glied t/4 angeschlossen ist. Die Ausgangssignale des UND-Gliedes U3 gelangen über das ODER-Glied O 1 auf ein weiteres UND-Glied L/5, dem außerdem die Signale der Signalquelle Sq zugeführt werden. Diese Signale gelangen außerdem über ein NICHT-Glied Λ/4 auf das UND-Glied U4, dessen Signale zusammen mit denjenigen des UND-Gliedes t/5 ein weiteres ODER-Glied O3 steuern, über dessen Ausgang AGO die in der Diagrammlinie D 5 dargestellten Signale abgegeben werden.

An den Ausgang AGO kann, wenn es erwünscht ist, ein spannungsgesteuerter Oszillator VCO angeschlossen werden, der die getasteten Gleichstromsignale in frequenzanaloge Wechselspannungen umsetzt. Diesbezügliche Signale, die der Oszillator VCO über seinen Ausgang AGi abgibt, sind in der Diagrammlinie D6 von F i g. 2 dargestellt.

Die Umsetzerschaltung gemäß F i g. 1 kann durch Wahl anderer Taktfrequenzen und deren Verknüpfung so variiert werden, daß sich andere Zeiträume i3 und/oder andere Teilzeitdauer / 4,15 ergeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Signaldarstellung für die beiden Werte von binären Schaltvariablen in elektronischen Schaltwerken der Eisenbahnsicherungstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Werten der Schaltvariablen innerhalb gleich langer Zeiträume (t 3) dieselben zwei elektrischen Größen zugeordnet sind, jedoch mit für den einen bzw. anderen Wert charakteristischen unterschiedlichen Teilzeitdauern (/4, f5; f6, Π) innerhalb der Zeiträume (t 3 in Fig. 2).

2. Signaldarstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeitraum zu Beginn des einen oder anderen Wertes der Schaltvariablen jeweils in der ersten Teilzeitdaucr ff 4, i6) mit hohem Potential beginnt und in der zweiten Teilzeitdauer (t 5, / 7) tiefes Potential aufweist

3. Signaldarstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeitraum zu Beginn des einen oder anderen Wertes der Schaltvariablen jeweils in der ersten Teilzeitdauer mit der Wechselspannung einer ersten Frequenz beginnt und in der zweiten Teilzeitdauer die Wechselspannung einer zweiten Frequenz aufweist (D 6 in F i g. 2).

4. Signaldarstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilzeitdauern gleich lang gewählt sind.

5. Signaldarstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilzeitdauern der beiden Werte der Schaltvariablen im umgekehrten Verhältnis gewählt sind (D 5 in F i g. 2).

6. Umsetzerschaltung zur Signaldarstellung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktfrequenzgenerator für mehrere Rechtecksignale verschiedener Frequenzen eine vorgegebene Anzahl von Verknüpfungsgliedern speist, von denen ein Teil beim Wert »1« bzw. »0« der binären Schaltvariablen bei positiver Logik den konstanten Pegel tfbzw./.erhält.

7. Umsetzerschaltung nach den Ansprüchen 5 und 6 für Teilzeitdauern im Verhältnis 2 :1 bzw. 1 :2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktfrequenzgenerator (G) für symmetrische Rechtecksignale der einfachen, der doppelten und der dreifachen Folgefrequenz (FT, 2FT, ZFT) ausgelegt ist, von denen das Rechtecksignal mit der einfachen Folgefrequenz einem ersten und einem zweiten UND-Glied (Ui, i/2) einem ersten ODER-Glied (Oi) sowie über ein NICHT-Glied (TVl) einem dritten UND-Glied (U3) zugeführt ist, das Rechtecksignal mit der doppelten Folgefrequenz (2FT) das erste und das dritte UND-Glied (Ui, t/3) und über ein weiteres NICHT-Glied (N2) das zweite UND-Glied (U 2) speist und das Rechtecksignal mit der dreifachen Folgefrequenz (3FT) über ein drittes NICHT-Glied (N3) dem zweiten und dem dritten UND-Glied (i/2, U3) zugeführt ist, wobei die Ausgänge des ercten und zweiten UND-Gliedes ω (Ui, t/2) mit einem zweiten ODER-Glied (O2) und dieses mit einem vierten UND-Glied (U4) verbunden sind, und das.dritte UND-Glied (t/3) ausgangsseitig mit dem ersten ODER-Glied (01) und dieses mit einem fünften UND-Glied (U5) verbunden ist, welchem außerdem die H- bzw. L- Pegel der binären Schaltvariablen einer Signalquelle (SQ) zugeführt sind, und daß die Ausgänge des vierten und fünften UND-Gliedes (U4, t/5) auf ein drittes ODER-Glied (O3) geführt sind, welches den Ausgang (AGO) der Umsetzerschaltung bildet (F ig. 1).

8. Umsetzerschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) vorgesehen ist der die beiden Gleichspannungssignale jedes Wertes der Schaltvariablen in Wechselspannungssignale unterschiedlicher Frequenz umsetzt