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System zur Zug-, Fahrweg und Bahnstrqmsteuerung
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Die Erfindung betrifft ein System zur Zug-, Fahrweg und Bahnstromsteuerung
sowie zur Zug- und Fahrwegsicherung im Rahmen eines elektronischen Betriebsleitsystems
nach dem Oberbegriff des Patent an spruches l.
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Die Entwicklung von sehr schnellen Hochleistungsbahnen mit Geschwindigkeiten
bis zu 350 km/h setzt ein leistungsfdhiges und dabei sicheres Betriebsleitsystem
voraus. Innerhalb eines solchen elektronischen Betriebsleitsystems ist die Zug-,
Fahrweg und Bahnstromsteuerung sowie die Zug-und Fahrwegsicherung sowie die optimale
jedoch energiesparende Bahnstromversorgung von besonderer Bedeutung.
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Sie müssen geeignet sein, die bisherige Sicherheit und Zuverlässigkeit
auch bei wesentlich höheren Geschwindickeiten zu gewährleisten.
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Die Aufgabe besteht daher darin, durch ein System zur Zug-, Fahrweg
und Bahnstromsteuerung sowie zur Zug- und Fahrwegsicherung im Rahmen eines elektronischen
Betriebsleitsystems für schienengebundene Fahrzeuge beim Fahren auf elektrische
Sicht eine Leistungssteigerung des Verkehrs bei sicherem Festlegen von Fahrstraßenelementen
zu schaffen und auch bei eventuellen Ausfällen einen totalen Zusammenbruch des Verkehrsgeschehens
weitestgehend zu vermeiden. Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die in den
Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Figur 1 zeigt die Gesamtstruktur des Betriebsleitsystems, Fig.
2 eine Teilkonfiguration für die Fahrweg-Sicherung, die Fahrweg-Steuerung, die Zug-Sicherung
sowie die Zug-Steuerung im Rahmen des elektronischen Betriebsleitsystems.
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Für das Betriebsleitsystem BLS ist eine räumliche hierarchische Struktur
vorgesehen (Figur 1), die aus den Ebenen Planung, Disposition, Operation und Prozeß
besteht. Die Fahrwege sind in Abschnitte unterteilt. Mehrere Abschnitte werden einem
Bereich zugeordnet.
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s Figur 2 ist eine Teilkonfiguration aus den Ebenen Operation und
Prozeß sowie zwei Abschnitten n und n + l dargestellt.
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Die Zugführung ZF ist an die übergeordnete Ebene Disposition angeschlossen
und wirkt auf die Zugsteuerung Z-ST, die Fahrwegsteuerung FW-ST, die Energieversorgung
und Kundeninformation. Mit der Zugsteuerung Z-ST ist die Zugsicherung Z-S verbunden,
mit der Fahrwegsteuerung FW-ST die Fahrwegsicherung FW-S. Die Fahrwegsteuerung bzw.
Fahr-
wegsicherung ist direkt mit den Abschnitten des Fahrweges
verbunden. Die Zugsicherungen für die einzelnen Bereiche sind durch einen sicheren
Datenkanal SD untereinander verbunden. Außerdem ist die Zugsicherung über einen
wei teren sicheren Datenkanal SD mit den Fahrwegsicherungen der einzelnen Abschnitte
in einem Bereich verbunden. Sie sind ortsfest an der Strecke installiert. Die hierzu
nötigen Einrichtungen sind in fail-safe-Technik aufgebaut.
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Dies ist in der Zeichnung durch eine schwarze Markierung in der rechten
unteren Ecke gekennzeichnet. Über einet sicheren Datenkanal SD erfolgt eine kontinuierliche
Datenübertragung KDÜ von der Zugsicherung und zurück. Das Fahrzeuggerät zur Zugsicherung
ist ebenfalls in failsafe-Technik aufgebaut und ist außerdem über die punktförmige
Datenübertragung PDÜ durch einen sicheren Datenkanal SD mit der Fahrwegsicherung
FW-S verbunden, die ihrerseits ebenfalls in fail-safe-Technik aufgebaut und mit
dem sicheren Datenkanal zwischen den Zugsicherung?n verbunden ist. Die streckenseitige
Zugsteuerung wirkt über die kontinuierliche Datenübertragung KDÜ auf die zugseitige
Zugsteuerung ein. Die Zugsteuerung ist nicht in fail-safe-Technik aufgebaut.
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Grunds-,zlich werden steuernde und sichernde Funktionen funktionell
getrennt. Diese Trennung soll möglichst auch räumlich und zeitlich erfolgen. Dadurch
wird die Sichrung so überschaubar wie nur irgend möglich, der Sicher heitsnachweis
noch einfacher. Die Steuerung wird dabei nur durch die Anforderungen des Prozesses
bestimmt.
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Die Sicherung soll möglichst auf die unterste Ebene beschränkt bleiben,
nämlich möglichst nahe am Prozeß. Dadurch wird die Prozeßsteuerung sehr flexibel,
und komolizierte Wege der Sicherung können dadurch vermieden werden.
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Die Daten werden möglichst am Ort ihrer Entstehung verarbeitet, damit
Doppelarbeit innerhalb des Systems vermieden werden kann und die Datenflüsse so
gering wie nur irgend möglich gehalten werden. Dadurch ist es auch möglich, eine
weitgehende Dezentralisierung zu erreichen, wodurch die Ausfallbreite bei Störungen
sehr klein gehalten werden kann. Ferner kann dadurch die Abhängigkeit der einzelnen
Funktionen untereinander eindeutig bestimmt werden.
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Bei kontinuierlicher Zugbeeinflussung erfolgt die Abstandsregelung
im Regelfall nach dem absoluten Bremswegabstand, wodurch die Leistungsfähigkeit
der Strecke optimal ausgenutzt werden kann.
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Die kontinuierliche Datenübertragung KDÜ dient der fahrzeugselektiven
Übermittlung sowohl sicherheitsrelevanter als auch nicht sicherheitsrelevanter Daten
zwischen dem Fahrzeug und der Strecke. Sie enthält sowohl einen sicheren Kanal als
auch einen nicht sicheren Kanal NSD, die jedoch nicht physikalisch getrennt sein
müssen, wenn sie sich etwa nur in der Art der Übertragung (z. B. in der Codierung)
unterscheiden. Läßt die Kapazität es zu, können auch nicht sicherheitsrelevante
Daten über einen sicheren Kanal gesendet werden.
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Damit sich Fahrzeuge auf den Fahrwegen sicher und sinnvoll bewegen
können, sind die Fahrwege in Abschnitte n, n+l, ... unterteilt, die sich unabhängig
einstellen lassen und getrennt gesichert werden. Je nach Dezentralisierungsgrad
können sie aus einer einzelnen Weiche oder einer Gruppe von Weichen mit gegenseitiger
Abhängigkeit bestehen.
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Für den Fall der größten Dezentralisation, wenn sich nämlich einzelne
Weichen unabhängig voneinander selbst sichern, ist ein Flankenschutz mit einer Schutzweiche
nicht.
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mehr möglich. Auf einen Flankenschutz kann jedoch aus Sicherheitsgründen
auf keinen Fall verzichtet werden.
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Er muß dann auf andere Weise realisiert werden.
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Dem Grundsatz folgend, daß die Sicherung so nahe am Prozeß wie möglich
erfolgen soll, ist jedem Abschnitt eine Fahrwegsicherung FW-S zugeordnet. Auf Anstoß
durch das Fahrzeug verschließt sie den augenblicklich richtig eingestellten Zustand
der Weichen und prüft auch den Flankenschutz, falls mehrere Weichen zu einer Gruppe
zusammengefaßt sind. Die Meldung über den sicheren Verschluß und die sich je nach
der Stellung der Weichen ergebenden Streckengrenzgeschwindigkeiten werden über die
sicheren Datenkanäle SD an die Zugsicherung Z-S gemeldet.
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Die Sicherung eines Abschnitts wird aufgehoben, wenn slch der Zug
über die letzte Weiche des Abschnitts bewegt hat oder wenn sich die erste Weiche
eines Abschnitts nicht im Bremswegabstand zum Zug befindet.
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Die Funktionen der Zugsicherung SD werden aufgeteilt und teils ortsfest
an der Strecke, zum anderen auf dem Fahrzeug mobil angeordnet. Dabei werden möglichst
viele Funktionen dem Streckengerät zugeordnet. Die Verbindung zwischen der ortsfesten
und der mobilen Zugsicherung erfolgt durch die kontinuierliche Datenübertragung
KDÜ.
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Die Zugsicherung Z-S hat die Aufgabe, die Ortungsinfor mationen auszuwerten,
die Abstandshaltung zu überprüfen und ggf. Schutzmaßnahmen auszulösen. Ferner wird
durch sie der Verschluß der Weichen gelöst sowie überprüft, ob nach dem Auslösen
rechtzeitig die Quittung für den Verschluß der Weichen vorliegt oder ggf. Schutzmaßnahmen
ausgelöst werden müssen. Die Zugsicherung ermittelt au werden aus den Strecken-
und den Fahrzeugdaten die aug?n-
blicklich zulässige Richtgeschwindigkeit.
Sie überprüft, ob die augenblickliche Istgeschwindigkeit unterhalb der zulässigen
Höchstgeschwindigkeit liegt und löst erforderlichenfalls Schutzmaßnahmen aus.
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Eine solche Schutzmaßnahme ist die Zwangsbremsung. Sie wird ausgelöst,
wenn in der Grenzwertüberwachung, in der Abstandshaltung, in der Betriebszustandsüberwachung
oder.
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in der Zugverbandskontrolle unzulässige Werte ermittelt werden. Die
Abstandshaltung erhält Information u. a.
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über Ortung und Ist-Werte. Diese werden auch an die Zugsteuerung Z-ST
abgegeben.
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Schließlich überwacht die Zugsicherung Z-S die Einhaltung maximal
zugelassener oder minimal geforderter Beschleunigungen bzw. Verzögerungen und überwacht
die Sicherheit der Fahrgäste, z. B. durch das Verschließen der Türen.
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Jedem Fahrwegabschnitt ist eine Fahrwegsteuerung FW-ST zugeordnet.
Sie kann nur dann ihre Funktion ausüben, wenn sie nicht durch die Fahrwegsicherung
FW-S vom Prozeß getrennt ist. Sie stellt entweder auf Anforderung der Zugführung
ZF oder bei Bedarf nach Auslösung durch die Zugsteuerung Z-ST die Fahrwegabschnitte
ohne Sicherheitsverantwortung ein.
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In einem nicht dargestellten "Fahrwegspeicher" sind die Fahrwege für
die planmäßigen, durch ihre Zugnummer gekennzeichneten Züge enthalten. Die Zugnummern
kommen von der Zugsteuerung Z-ST und werden für die Fahrwegsteuerung FW-ST aufbereitet.
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Da die Sicherheit von der Fahrwegsicherung zu gewährleisten ist, wird
die Fahrwegsteuerung beim Nahen eines
Zuges durch die Fahrwegsicherung
FW-S vom Prozeß getrennt.
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Die Fahrwegsteuerung arbeitet normalerweise ferngesteuert durch die
Zugführung, kann aber auch auf Anregung durch ein Fahrzeug, z. B. durch Melden der
Zugnummer, einen fahrplanmäßigen Fahrweg einstellen. Für den Fall, daß dabei ein
Defekt auftritt, sollte die Fahrwegsteuerung auch einen geraden" Fahrweg einstellen
können, um eine manuell geführte Zugbewegung zu erlauben.
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Jedem Fahrzeug ist eine Zugsteuerung Z-ST zugeordnet.
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Ihr sind unter Berücksichtigung der eigenen Fahrzeugdaten die Bearbeitung
der Anforderungen aus der Zugfüh rung ZF zugewiesen. Sie erhält die Befehle zur
Steuerung des Fahrzeuges und führt sie aus. Die Steuerbefehle können auch an eine
Führerstandsanzeige, di weitere Daten über z. B. Ist-Werte aus der Fahrwegsicherung
FW-S erhält, gegeben werden. Die Zugsteuerung Z-ST wird von der Zugsicherung Z-S
überwacht. Es ist jedoch auch vorgesehen, daß bei Bedarf die Zugsteuerung manuell
betätigt werden kann. Auch diese Handlungen werden durch die Zugsicheriang Uberwacht.
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Es ist vorgesehen, daß auch bei einem Ausfall übergeordneter Ebenen
grundsätzlich ein Betrieb möglich ist, wobei allerdings eine gewisse Leistungsminderung
hinzunehmen ist. Wird die Fahrwegsteuerung durch das Fahrzeug angeregt, so ist ein
fahrplanmäßiger Verkehr im Selbst stellbetrieb weiterhin möglich, jedoch ist die
Optimierung nicht mehr möglich. Fallen die Selbststelleinrichtungen aus, so stellt
die Fahrwegsteuerung auf Anregung durch das Fahrzeug einen "geraden' Fahrweg ein,
so daß eine Fahrzeugbewegung trotzdem noch sicher stattfinden kann. Bei einem Defekt
in der Zugsteuerung oder in der
Fahrwegsteuerung wird ein manueller
Betrieb aufrechterhalten. Dabei ist es jedoch erforderlich, daß die Sicherheitsfunktionen
innerhalb der kontinuierlichen Datenübertragung einwandfrei arbeiten.
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Fällt jedoch auch eine sichernde Funktion aus, so muß sie durch andere
geeignete Maßnahmen aufgehoben werden bis zum langsamen Fahren auf Sicht, um Zugbewegungen
noch zu ermöglichen. Für den Ausfall der kontinuierlichen Datenübertragung ist als
Rückfallebene eine punktförmige Datenübertragung vorgesehen, mit der ein unabhängiges
Zugbeeinflussungssystem zur Verfügung steht. Dieses kann sowohl sichernde als auch
steuernde Funktionen übernehmen. Nur wenn auch das punktförmige Datenübertragungssystem
ausfällt, ist ein Betrieb nur noch durch langsames Fahren auf Sicht möglich, wodurch
zwar eine Leistungsmiderung eintritt, jedoch ein Ausfall vermieden werden kann.
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Die Vorteile des Systems nach der Erfindung bestehen darin, daß durch
die konsequente Anwendung des Fahrens auf elektrische Sicht und das sichere Festlegen
der Fahrstraßenelemente entsprechend dem tatsächlichen Betriebsablauf Freiheitsgrade
geschaffen werden, die eine Leistungssteigerung des Verkehrssystems ermöglichen.
Durch die Trennung sichernder und steuernder Funktionen wird bewirkt, daß die Erarbeitung
von Steueraufträgen innerhalb de Betriebsleitsystems nahezu ohne Sicherheitsverantwortung
geschieht. Dadurch kann das Ausfallverhalten positiv beeinflußt werden ohne die
Sicherheit unter das erforderliche Niveau drücken zu müssen.
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Bei Ausfällen wird durch die weitgehende Dezentralisierung ihre Auswirkung
eng begrenzt. Durch die verschiedenen Rückfallebenen wird dafür gesorgt, daß ein
totaler Zusammenbruch des Verkehrsgeschehens nahezu ausgeschlossen werden kann.
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Legende BLS Betriebsleitsystem Z-S Zug-Sicherung Z-ST Zug-Steuerung
FW-S Fahrweg-Sicherung FW-ST Fahrweg-Stuerung KDÜ kontinuierliche Datenübertragung
PDÜ punktförmige Datenübertragung SD sicherer Datenkanal NSD nicht sicherer Datenkanal
ZF Zugführung
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