DE3404825C2 - Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung einer durch eine Fernstelleinrichtung (Stellwerk) oder eine Ortsstelleinrichtung bedienbaren Weiche - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung einer durch eine Fernstelleinrichtung (Stellwerk) oder eine Ortsstelleinrichtung bedienbaren Weiche

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DE3404825C2
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Abstract

Es wird eine rechnergeführte Weichensteuerung (WST) und Weichensicherung (WSI) beschrieben, die über eine Fernstelleinrichtung (FE) oder Ortsstelleinrichtung (OE) beeinflußbar ist und über ein Stellglied (LS) und ein vieradriges Stellkabel (SK) einen Weichenantrieb (WA) mit Endlagenabschaltung und -meldung steuert. Dabei wird die Betriebsspannung (3~) über einen Sicherungsschalter (SS), das Stellglied (LS) und einen Überwacher (ÜW) geführt, welcher die endlagenabhängigen Ströme in Bitmuster umsetzt. Diese werden mit Sollmustern in der Weichensteuerung (WST) verglichen. Bei Übereinstimmung wird der Antrieb stillgesetzt. Anschließend wird die Betriebsspannung ab- und auf eine Prüfspannung umgeschaltet, über die mittels eines automatischen Prüfmodus und der sich ergebenden Bitmuster vom Überwacher (ÜW) die Lage der Weiche laufend überwacht wird.

Description

a) die von der Fernstelleinrichtung (FE) oder Ortsstelleinrichtung (OE) ansprechbare Weichensteuerungsschaltung (WST) steuert in Zusammenarbeit mit der ebenfalls von der Fernstelleinrichtung (FE) ansteuerbaren Weichensicherungsschaltung (WSI) einen Drehstrom-Leistungsschalter (LS), der als kontaktlosen Stellglied über einen Sicherungsschalter (SS) an ein Drehstromnetz mit Mittelpunktleiter (R, S, T, MP) angeschlossen ist und diese Betriebsspannung über einen Überwacher (ÜW) sowie das vieradrige Stellkabel (SK) an den Weichenantrieb einschaltet,
b) der Überwacher (ÜW) erfaßt die Ströme in den Phasen u-id dem Mittelpunktleiter und überträgt diese als Bitmuster s- die Weichensteuerungs- (WST) und W^ichensicherungsschaltung (WSI),
c) bei Übereinstimmung des von der Stellung der Weiche d. h. des von der entsprechenden Lage der Motor- und Überwachungskontakte im Weichenantrieb (WA) abhängiges Bitmusters mit dem Sollmuster in Weichensteuerungsschaltung (WST) wird von dieser der Weichenantrieb (WA) durch Abschaltung des Drehstrom-Leistungsschalters (LS) stillgesetzt,
d) der Sicherungsschalter (SS) trennt anschließend zusätzlich von der Betriebsspannung und schaltet um auf eine Prüfspannung, wobei sein Schaltzustand durch die Weichensicherungsschaltung (WSI) überwacht wird,
e) über die Prüfspannung und einen automatischen Prüfmodus wird mittels weiterer vom Überwacher (ÜW) erfaßter Bitmuster die exakte Lage der Weiche festgestellt und laufend überwacht.
2. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Prüfspannung und dem Durchschalten von zwei Wechselstromschaltern (WSX und WS2) des Drehstrom-Leistungsschalters (LS) in den Phasen R und 5 die signaltechnisch sichere Endlagenerfassung erfolgt.
3. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung des Überwachers (ÜW) mittels On-line-Tests die Prüfströme regelmäßig kurzzeitig unterbrochen werden, wobei alle drei Meldungen (Bitmuster £1. £2, £3) der Stromüberwacher (Oi, Ü2, Ü3) kurzzeitig Null sein müssen.
4. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrom-Leistungsschalter (LS) aus drei in den Phasen (R. S. T) liegenden Wechselstromschaltern (WSi, WS2, WS 3) sowie zwei die Phasenfolge (R und S) vertauschenden Wechselstromschaltern (WS 5, WSA) bei schalterios durchgeführten Mp-Leiter besteht (F ig-2).
5. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwacher (ÜW) drei redundant aufgebaute Stromüberwacher (Oi. Ü2, Ü3) aufweist, die in die Phasen (R und S) und den Mittelpunktleiter (Mp) geschaltet sind, aus denen bei Stromfluß ein High-Signa! auskoppelbar ist.
6. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Weichensteuerungs- (WST) und Weichensicherungsschaltung (WSI) in einer gemeinsamen sicheren Rechncrfünktionseinheit (SIRE) integriert sind.
7. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Weichenansteuerungs- (WST) und Weichensicherungsschaliung (WSI) in getrennten Einheiten realisiert sind.
8. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Weichenansteuerungs- (WST) und Weichensicherungsschaltungen (WSI) in einer zentralen Fernstelleinrichtung (Stellwerk) zusammengefaßt sind.
9. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichensleuerungs- (WST) und die Weichensicherungsschaltungen (WSI) dezentral in separaten Schalthäusern in der Nähe der jeweiligen Weichen angeordnet sind.
10. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem erkannten Ausfall die Weichensicherungsschaltung (WSI) den betroffenen Weichenantrieb (W/t^abschaltet.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung einer Weiche, wie sie im Oberbegriff des Anspruches I näher definiert isi. Eiiie derartige Anordnung ist bereits aus der DIi-OS 19 366 bekannt.
Zum Einstellen der Fahrwege von Schicnenfahi/cugen des Nah- und Fernverkehrs werden Weichen verwendet, die heute im allgemeinen mittels elektrischer oder auch hydraulischer Weichenantriebe umgestellt werden. Eine Handverstellung ist im wesentlichen nur noch als Reserve für Notbetrieb vorgesehen. Die Wcichenantriebe werden normalerweise von Stellpultcn aus von einer übergeordneten Stelle z. B. einer f'crnstelleinrichtung (Stellwerk) bzw. einer Ortstellcinrichtung in der Nähe mittels Steuerbefehle gesieuert. Die heute bekannten modernen Stellwerke arbeiten ullgcmein mit Weichensteuerungsschaltungen, die mil Signal-Relais aufgebaut sind, wobei für jeden Weichenantrieb Vierdraht-Kabel abgehen, über die einerseits der Antrieb gesteuert und auch die Weichenstcllungen kon-
trolliert bzw. ruckgemeldet werden. Nachteilig ist dabei u. a. die begrenzte Stellenentfernung zwischen Stellwerk und Weiche (maximal 6,5 km), der hohe Kontaktverschleiß, das Volumen und der Leistungsverbrauch der Relais. Hinzu kommt, und das ist besonders wichtig, daß keine direkte überprüfbare Meldung der eingenommenen Weichenanlage erfolgt
Bei den bekannten vorhandenen Vierdraht-Weichenantrieben wird nur indirekt Rechts- bzw. Linkslage rückgemeldei, wobei die Markierung durch sogenannte Stützrelais erfolgt. Damit kann versehentlich bei Stromausfall und anschließender Wiederinbetriebsetzung oder nach Umstellung des Weichenantriebes durch Handkurbel die tatsächliche Weichenlage mit der Stelltischausleuchtung nicht mehr übereinstimmen. Deshalb muß bei diesen herkömmlichen Steuerungen der Mensch die Sicherheitsverantwortung tragen.
Es ist bereits eine vollelektronische Weichensteuerung vorgeschlagen worden (DE-P 32 19 366), bei der die vorgenannten Nachteile dadurch vermieden werden, daß den Weichenantrieben Weichensteuerungsschallungen lokal zugeordnet werden und diese die Steuerbefehle vom Stellwerk aus über Datenübertragungskanäle sicher empfangen. Von den Weichensteuerungsschaltungen aus zu den Weichenantrieben erfolgt eine strikte Trennung einerseits der Antriebssteuerung und andererseits der Überwachungsfunktion. Dazu ist jeweils neben dem eigentlichen vieradrigen Stellkabel ein zusätzliches sechsadriges Endlagenprüfkabel erforderlich. Vor- und Nachteile liegen auf der Hand. Die Vorteile liegen in der erhöhten möglichen Stellenentfernung (Stellwerk-Weichensteuerungsschaltung) bis zu 100 km durch sichere Datenübertragung und den damit verbundenen Rationalisierungseffekt, ferner dem geringeren Energieverbrauch (Vermeidung von Relais). Ferner sind von Vorteil die kontaktlose Steuerung der Leistungsclektronik, die gezielte Fehlerdiagnose durch Einsatz von Mikroelektronik sowie die jetzt direkte überprüfbare Weichenlageendmeldung. Der Nachteil liegt im /usätzlrhen Endlagenprüfkabel und der nicht ohne weiteres vollziehbaren Um- oder Nachrüstung vorhandener Anlagen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff derart weiterzubilden, daß ein zusätzliches Endlagenprüfkabel nicht nötig ist und die herkömmlichen Vierdraht-Weichen.intriebsschaltungen leicht angepaßt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprücii? stellen zweckmäßige Ausgestal! ungen der Erfindung dar.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Es zeigt
F i g. I den funktionellen Aufbau einer elektronischen Weichensteuerungs- und Weichensicherungsschaltungen in Blockbilddarstellung,
Fig. 2 die Prinzipschaltung des Drehstrom-Leistungsschalters LS,
F i g. 3 die Schaltung eines aus dem Stand der Technik bekannten Vier-Draht-Weichenantriebes,
Fig.4 ein Zustandsdiägrarnm der Motor- und Überwachungskontakte der aus dem Stand der Technik bekannten Vier-Draht-Weichenantrieb,
Fig. 5 die Prinzipschaltung des Sicherungsschalters SS,
F i g. 6 die Prinzipschaltung des Überwachers Üw,
F i g. 6a Schaltung ein r.Stromüberwachers,
Fig. 7 eine tabellarische Darstellung der Bitmuster beim Umlauf,
F i g. 8 ein Zustandsdiagramm für das Stellen der Weiche (Lauf von links nach rechts, Endstellung rechts)
F i g. 9 ein Zustandsdiagramm für das Stellen der Weiehe (Lauf von rechts nach links, Endstellung links).
Fig. 10 ein Zustandsdiagramm der dynamischen Endlagen- und Motorüberwachung des Weichenantriebes und der Weichensteuerungsschaltung (Endstellung rechts),
lü F i g. 11 ein Zustandsdiagramm der dynamischen Endlagen- und Motorüberwachung des Weichenantriebes und der Weichensteuerungsschaltung (E.ndsteilung links).
Die F i g. 1 zeigt in einer Übersicht zunächst den funktionellen Aufbau der elektronischen Weichensteuerungs- und Weichensicherungsschaltung. Danach wird von einer Fernstelleinrichtung FE, dem eigentlichen Stellwerk oder auch einer Ortsstelleinrichtung OE die Weichenumstellung veranlaßt. Die Fernstelleinrichtung Ffkann ctabei über eine 50 bis 100 km entfernte Datenfernübertragungsleitung auf eine i^chner- oder mikroprozessorgesteuerte Weichensteuerungsschaltung WST wirken, die in einem Schalthaus in der Nähe der Weiche oder Weichen untergebracht ist, in der uch z. B.
auch die Ortsstelleinrichtung OE befindet. Im Schalthaus befinden sich weiterhin eine elektronische Weichensicherungsschaltung WSI sowie zur Prozeßperipherie gehörende Elemente wie ein Drehstrom-Leistungsschalter LS, ein Überwacher ÜW und ein Sicherungsschalter SS. Als koordinierender Rechner für die Weichensteuerung WSTbzw. Weichensicherungsschaitung WSI dient ein signaltechnisch sicherer Rechner (SIRE). Der eigentliche Weichenantrieb WA, den es zu steuern gilt, ist ein herkömmlicher Vier-Draht-Weichenantrieb. Er kann bis zu 6,5 km vom Schalthaus entfernt liegen und ist mit diesem über ein herkömmliches Vier-Draht-Kabel SK verbunden. Eine zum Weichenabschnitt gehörende Gleisfreimeldeeinrichtung GF ergänzt die Übersicht. Die Gleisfreimeldeeinrichtung CF beeinflußt die Weichensicherungsschaltung WSI. Wirkungspfeile zeigen die gegenseitigen Beeinflussungen.
Die Erfindung bezieht sich auf die Prozeßperipherie im Schalthaus mit den zusammenwirkenden Elementen Drehstrom-Leistungsschalter LS, Überwacher ÜWund Sicherungsschalter 5Sin Verbindung nut dem Weichenantrieb WA sowie der Weichensteuerungs- WST und Weichensicherungsschaltung WiS/.
Der Weichenantrieb WA wird über den Drehstrom-Leistungsschalter LS unter Zwischenschaltung des
Überwachers ÜW von der Weichensteuerungsschaltung WST gesteuert, die in Wirkverbindung mit der Weichensicherungsschaltung WSl und dem Sicherungsschalter SS steht, wobei letzterer den Drehstrom-Leistungsschalter L5 beeinflußt.
Der Weichenantrieb WA steht mit dem Überwacher ÜWmhlds der üblichen Vier-Draht-Leitung SK in Verbindung, wobei über diese sowohl der Stellstrom läuft als auch die Stellungs- und Rückmeldungen erfolgen Auch hier deutet Wirkungspfeile verschiedener Richtung dies an.
Das Arbeitsprinzip der Weichensteuerung is' dreistufig und wie folgt: 1. Stellen der Weiche, 2. Sichern der Weiche, 3. Überwachen der Weiche.
l.iiellen der Weiche
Liegt bei der Weichensteuerungsschaltung lV5Tein Steuerkommando entweder von der Ortsstelleinrich-
tung Ofoder von der Fernstelleinrichtung Ff vor. so führt dies zum Umstellen der Weiche in die gewünschte Lage. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Weiche weder verschlossen noch gesperrt ist. noch anderweitig nicht zur Umstellung zur Verfügung steht (z. B. durch Defekt). Verläuft die Prüfung positiv, führt der Stellauftrag zur Stellstromausgabe an den Weichenantrieb WA. Hierbei wird das Verlassen der Endlage, der Wcichenumlauf und das Erreichen der gewünschten Endlage überwacht. Hat die Weiche die Endlage erreicht, wird der Stellstrom abgeschaltet und die Sicherung der Weiche durch die Weichensicherungsschaltung WSI angefordert. Der Drehstrom-Leistungsschalter LS steuert (vgl. Fig. 2) entsprechend seinen Eingängen R1 bis R^ den Weichenantrieb WA in die gewünschte Laufrichtung. Die jeweilige Stellung der Steuerkontakte im Weichenantrieb WA geben an den Ausgängen £|, E3, und £j de«; I Jherwachers OW (vgl. F i g. 6) ein Bitmuster entsprechend F i g. 7 aus.
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2. Sichern der Weiche
Die Sicherung der Weiche gegen unbeabsichtigtes Umstellen wird signaltechnisch sicher ausgeführt, sobald die Weiche die geforderte Endlage erreicht hat, bzw., wenn hierfür eine Anforderung vorliegt. Dies kann sein z. B. der Verschlußauftrag nach Vorliegen der gewünschten Weichenendlage oder ein Verschlußauftrag nach Belegen des zugehörigen Weichenabschnittes.
Tritt ein Fehler in der Weichensteuerungs- WSTund Weichensteuerungsschaltung WSI auf und ist dieser eindeutig auf eine bestimmte Weiche lokalisierbar, so wird diese abgeschaltet. Ist hierbei noch die Lage signaltechnisch sicher überwacht, so gilt sie in dieser Lage als gesperrt. Dieser Sperrzustand kann nur durch einen geziehen manuellen Eingriff aufgehoben werden.
3. Überwachen der Weiche
Weichenlage. Weichenantrieb WA. Stellkabel SK, Weichensteuerungs- WSTund Weichensicherungsschaltung WSI werden ständig überwacht. Die Art der Überwachung ist unterschiedlich und unterteilt sich in statische und dynamische Überwachung. Dazu wird im nachstehenden noch weiteres ausgesagt.
Die signaltechnisch sichere Rechner-Funktionseinheit zur Weichensteuerung und Weichensicherung — sie ist hier nicht Gegenstand der Erfindung — soll jedoch kurz umrissen werden. Sie arbeitet nach dem »failsafe«-Prinzip, d. h. rin funktionswirksamer Ausfall oder eine Störung führen unmittelbar oder mittelbar zur sicheren Abschaltung des Rechners vom Prozeß. Die Rechner-Funktionseinheit enthält dazu Sicherungsfunktionen zur Ausfall- und Störungserkennung sowie mittelbaren Abschaltung. Nach Ausfall- oder Störungserkennung wird, in Abhängigkeit von der Ursache, der Fehler isoliert. D. h. in Abhängigkeit des erkannten Ausfalls wird nur der Teil gezielt sicher abgeschaltet, der keine einwandfreie Funktion gewährleisten kann. Ist z. B. die sichere Funktion des Weichenantriebes nicht mehr gewährleistet, so wird dieser sicher abgeschaltet. Der so einmal eingenommene sichere Zustand kann erst nach Behebung des Ausfalls gezielt verlassen werden.
Die Weichensteuerungsschaltung WSTselbst ist nicht sicher und könnte jederzeit durch einen Fehler versuchen. den Antrieb WA umzusteuern. Die Weiche wird deshalb in bestimmten Fällen gesichert. Ein Verschlußoder Sperrauftrag für eine oder mehrere Weichen erfolgt über die Weichensichcrungsschaltung WSI. Hr kann per Kommando von der Fernstellcinrichtung IE ausgelöst werden oder tritt selbsttätig ein, sobald die Weiche die gewünschte Endlage erreicht hat oder der dazu gehörende Weichenabschnitt belegt ist. Eine Sperrung der Weiche tritt unabhängig von einem Sperrkommando ein, wenn eine Störung in der Weichensieuerungs-WSTund Weichensicherungsschaltung IVS/oder der Weiche vorliegt. In allen Fällen wird dann durch die Weichensicherungsschaltung WSI der Stellslrom für den Weichenantrieb WA mittels des Sichcrungsschalters SS (zwangsgeführte Relaiskontakte) sicher abgeschaltet. Im Regelfall wird dieser Schalter SS im stromlosen Zustand betätigt. Im Störungsfall ist auch ein Schalten unter Last möglich. Der Schaltzustand des Sicherungsschalters SS wird kontinierlich fail-safe überwacht.
Die Weiche wird verschlossen, wenn der Weichenabschnitt belegt ist und bleibt solange verschlossen, wie die Belegung vorliegt. Mit dem Freiwerden des Weichenabschnittes kann nach vorliegendem Auftrag der Verschluß automatisch aufgelöst werden.
Die Weichen können auch ortsbedient gesteuert werden. Dadurch ergibt sich eine Arbeitserleichterung für das Rangierpersonal sowie eine signaltechnische Vereinfachung für den Wartungsdienst. Die Ortsbedienung entsprich' in ihrer Funktion einer Handweiche, die elektrisch über eine Bedientafel oder von einem Fahrzeug direkt gestellt wird. Das Umlaufen und die Lage der Weichen wird entweder auf der Bedientafel oder durch ein Weichensignal angezeigt. Ein ortsbedientes Stellen einer Weiche ist jedoch nur durchführbar, wenn hierfür eine Freigabe von der übergeordneten Fernstellcinrichtung FE vorliegt.
Die Stell- und Sicherungsaufträge werden von der Fernstelleinrichtung FE zur Weichensteuerungs- und Weichensicherungsschaltung WSl/WSI und die Meidungen in umgekehrter Richtung übertragen. Da die Übertragung auch über größere Entfernungen erfolgen soll, ist eine serielle Datenübertragung vorgesehen. Die Datenübertragungsrate hängt von der Datenübertragungseinrichtung ab. Beide Telegrammtypen (Kommandos und Meldungen) sind byte-orientiert und enthalten neben den eigentlichen Daten Informationen zur Adressierung, Sicherungsinformationen und allgemeine Steuerinformationen (z. B. Start- und Stopzeichen. Anfang- und Endezeichen). Die Weichensteuerungsschaltung WST empfängt die einlaufenden Kommandos, ermittelt die Nutzinformation und nimmt die Prüfung auf Übertragungsfehler vor. Gleichzeitig werden au:, den Nutzinformationen der Weichensteuerungsschaltung WSTkomplette Meldetelegramme gebildet und auf Anforderung der zentralen Fernstelleinrichtung übertragen. Zur Gewährleistung der Sicherheit werden die Meldetelegramme zyklisch übertragen. Kommandotclegramme sind von Natur aus spontan, können aber im Bedarfs- und Anwendungsfall auch zyklisch übertragen werden. Dabei dienen sie gleichzeitig als Anreiz zur kontrollierten Meldungsausgabe.
Von der Weichensteuerungsschaltung WST wird über potentialgetrennte Digital-Ausgabestufen DA der Drehstrom-Leistungsschalter LS über die Steuereingänge R 1, R 2, R 3, /?4, R 5, M angesteuert (vgl. auch Fig. 2). Der Drehstrom-Leistungsschalter LS steht mil einem Drehstromnetz 3 χ 220/380 V/50 Hz über den Sicherungsschalter SS in Verbindung und ist Stellglied für den Weichenantrieb WA unter Durchlauf eines Überwachers LfW. Der Drehstrom-Leistungsschalter
LS schallet kontaktlos (verschleißfrei) den Drehstrom zum Weichenantrieb WA. In F i g. 2 ist der prinzipielle Sehaluingsaufbau des Drehstrom-Leistungsschalters LS und in Fig. 3 der damit angesteuerte Vier-Draht-Weichenantrieb WA wiedergegeben.
Nach F i g. 2 besteht der Drehstrom-Leistungsschaltcr LS aus fünf Wechselstromschaltern WSl bis VVS5, die in o-ic Zuleitungen R, S. Tzu den Wicklungen eines Weichenantriebsmotors geschaltet sind. Die Wechselstromschalter IVS in den beiden Phasen R und S sind doppelt angeordnet und arbeiten als Polwender. Durch Vertauschen der beiden Phasen R und S mittels der Polwenderschaltung (WSl und WS2 bzw. WS4 und WS5) erfolgt der Rechts- bzw. Linkslauf des Weichenantriebsmotors. Der Mp-Leiter ist schalterlos. Zur Stell-Stromversorgung des Weichenantriebes WA ist der Drehstrom-Leistungsschalter LS über den Sicherungsschaltcr SS an das Drehstromnetz mit Mittelpunktleiter angeschlossen, über den Früisparmuiigsschaiier ro des Sicherungsschalters SS wird auf Prüfspannung 60 V, 50 Hz umgeschaltet. Als Wechselstromschalter WS dienen bevorzugt antiparallel geschaltete Thyristoren und die Ansteuerung erfolgt von der Weichensteuerungsschaltung WST über Digitalausgaben DA. Zwischen Steuer- und Lastkreis herrscht strikte Potentialtrennung. Die Thyristoren werden derart gesteuert, daß die Last sofort geschaltet wird. Der leitende Zustand kann nur für Dauer einer oder mehrerer ganzer Wechselspannungshalbwellen aufgehoben werden. Die Ansteuerung des Drehstrom-Leistungsschalters LS erfolgt übei die Digitalausgabe DA der Weichensteuerungsschaltung WST mit Gleichspannung. Beim Anlegen einer Gleichspannung am Eingang des jeweiligen Wechselstromschalter zündet der Thyristor.
Soll die V/eiche umgesteuert werden, wird somit der elektrische Weichenantrieb WA entsprechend angesteuert. Er weist üblicherweise eine Schaltung auf, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. Auch diese Figur ist in signal- und schaltungstechnischer Darstellung der DB ausgeführt, wobei absoluter Querstrich Arbeitskontakt und halber Querstrich Ruhekontakt bedeutet. Die erforderlich Stcllkraft liefert ein Drehstrommotor 380/220 V/ 50 Ii/.. mit Wicklungen WZ, VY, UX. Der Antrieb setzt die Motordrehung in Längsverstellbewegungen um, die über eine Stellstange auf die Zungen der Weichen übertragen wird. Über zwei Zungenprüfstangen (nicht dargestellt), die jeweils an einer Weichenzunge angreifen, wird im Weichenantrieb geprüft, ob die Zungen der Stellbewegung der Stellstange gefolgt sind und die vorgeschriebene Endlage erreicht haben. Dabei werden Endlagen- bzw. Überwachungskontakte ÜK\/\a und ÜK2/2a betätigt. Mit MK3/3a und MKAHa sind die eine Abschaltung des Motors in seinen Endlagen bewirkenden Motorkontakte bezeichnet, STAl, STA 2, STA 3 und STA 4 stellen Kontakte eines Handkurbel-Schalters dar, mit dem die Stromzuführung in allen Zuleitungen der Drehstrom-Phasen R S Γ und Mp-Leiter (Klemmen 1, 2, 3, 4) unterbrochen wird, wenn der Antrieb von Hand mit der Handkurbel bedient werden soll oder muß.
Zur Begrenzung des Anlaufstromes — und um einen weicheren Ablauf zu gewährleisten — läuft der Motor zunächst stets mit der Phase S gegen Mp und Phase R gegen Tan. Nach Ablaufen des Motors wechseln der Motorkontakt MK 4/4a und der Überwachungskontakt ÜK2/2a ihre Lage. Über Kontakt MK 4/Aa wird der Mittelpunktleiter Mp von der Phase Sabgeschaltet, und über Kontakt ÜK2/2a werden die Wicklungen aller drei Phasen verbunden. Der Motor läuft dann in voller Leistung in Sternschaltung bis zum Erreichen der neuen Endlage.
Das genaue Zusammenwirken der Motorkontakte MK und Weichenüberwachungskontakie LIK in Abhängigkeit von der Zungenbewegung (Stellweg s) ist der Fig. 4 entnehmbar.
Ist die Umstellung der Weiche erfolgreich verlaufen, d. h. die Weichenzungen haben innerhalb einer Überwachungszeit die gewünschte Endlage erreicht und gemeldet, werden von der Weichensteuerungsschaltung WST die Drehstromphasen über die Wechselstromschalter WSl bis WS5 abgeschaltet. Der Motor steht — dies wird überwacht — und anschließend wird eine Überprüfung der Endlage der Weiche durchgeführt. Hierzu werden die beiden Wechselstromschalter WS 1 und WS2 kurzzeitig eingeschaltet. Die Stromüberwacher Üi bis Ü3 des Überwachers L/W (vgl. F ig. 6) geben entsprechend der vorliegenden Endlage ein bestimmtes Bitmuster aus (F i g. 8und 9). Stimmen Sollage und Istlage überein, beginnt der Zyklus der dynamischen Überwachung des Weichenantriebes und der Weichensteuerung (F ig. 10 und 11).
F i g. 5 zeigt den Sicherungsschalter SS mit Stell- und Prüfstromversorgung im einzelnen. Auch hier wieder in Dß-Darstellung. Die Aufgabe des Sicherungsschalters SS ist die sichere Abschaltung der Stell- oder Betriebsspannung vom Drehstrom-Leistungsschalter LS. Damit wird das unbeabsichtigte Umlaufen der Weiche verhindert. Der Sicherungsschalter SS gehört zur Prozeßperipherie, wird von der Weichensicherungsschaltung WSI gesteuert und führt auch alle Sicherungsaufgaben für die Weiche aus. Sobald die Weiche nach einem Umstellvorgang die Endlage erreicht hat, und die Leistungsschalter haben den Stellstrom abgeschaltet, wird durch den Sicherungsschalter SSdie Stellspannung signaltechp.isch sicher vom Drehstrom-Leistungsschalter /.Sabgetrennt. Über eine sichere Ausgabe der Weichensicherungsschaltung WSl erfolgt die Ansteuerung des signaltechnisch sicher aufgebauten Sicherungsschalters SS. Er ist in Relaistechnik (Relais SS) mit zwangsgeführten Kontakten SS02,03,04 bis SS05 und 15 aufgebaut. Die Ansteuerung erfolgt über Digitalausgaben DA: die Rückmeldung über Digitaleingaben DE. Der Sicherungsschalter SS ist auch für die Prüfstromversorgung bei gesicherter Weiche zuständig, was über Relais PS und die Kontakte PS 02,03,04,15 erfolgt.
Der Sicherungsschalter SS realisiert die in der Weichensicherungsschaltung WSI gebildeten Funktionen Weichenverschluß, Auflösen des Weichenverschlusses, Sperren der Weiche, Auflösen der Weichensperrung und Sichern der Weiche. Sobald eine Verschluß- oder Sp^rrbehandlung ausgeführt werden soll, nimmt der Sicherungsschalter SS die signaltechnisch sichere Trennung des Drehstrom-Leistungsschalters LS vom Drehstromnetz vor. Diese Trennung erfolgt in der Regel im stromlosen Zustand, da der Drehstrom-Leistungsschalter LS zeitlich vorher den Auszustand eingenommen hat. Die Dimensionierung des Sicherungsschalters SS ist so ausgelegt, daß im Fehlenall des Leistungsschalters LS ein Schalten auch unter Last durchführbar ist. Gleichzeitig wird zur Lageüberwachung die Prüfspannung (60 V, 50 Hz) an den Leistungschalter LS durchgeschaltet.
F i g. 6 zeigt den schematischen Aufbau des Überwachers OW. Der Überwacher ÜW besteht aus sechs getrennt aufgebauten Stromüberwachem Oi.i, L/1.2, L/2.1, L/2.2, L'3.1, #3.2. Jeweils zwei hintereinander-
geschaltete Stromüberwacher z.B. L/1.1 und Ü U2 — sie bilden einen Stromwächter, der mit Ü 1 bezeichnet ist — sind in den Phasenleiter R, zwei weitere Stromüberwacher Ü2.\ und (72.2 in den Phasenleiter 5 und die Stromüberwacher (73.1 und (73.2 in den Mittelpunktleiter Abgeschaltet.
Die Stromüberwacher sind identisch aufgebaut, wobei die jeweils zv./ei hintereinandergeschalteten Stromüberwacher redundant und rückwirkungsfrei arbeiten. F i g. 6a zeigt einen solchen Stromüberwacher. Der Eingangswiderstand ist wiederohmig durch den im Eingang liegenden Stromwandler Ti. Der Stromüberwacher bietet die Möglichkeit, den Stromfluß des Stellstromes zu kontrollieren und durch einen potentialfreien Transistorausgang beim Einschalten und Unterbrechen des Stellstromkreises dies der Weichensicherungsschaltung WSI zu übermitteln. Die Stromwandler sind eingangsseitig so dimensioniert, daß sie sowohl mit dem Stellstrom von ca. λ A als auch mit dem Prüfstrom von ca. 0,3 A einwandfrei arbeiten.
Sobald ein Stell- bzw. Prüfstrom eingangsseitig durch den Stromwandler Ti fließt, wird die induktiv übertragene Spannung gleichgerichtet, geglättet und der Basis eines Darlington-Schalttransistors V2 zugeführt. Die Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors wird damit niederohmig, und ein Steuerstrom bei 24 V Gleichspannungsversorgung fließt über einen extern an den Emitter geschalteten Arbeitswiderstand R\ gegen Nullpotential. Das an Emitter E auftretende Spannungspotential wird der Weichensicherungsschaltung WSI als Steuerspannung über die Klemmen £ 1.1 bis £3.2 zugeführt. £1.1 geht an Rechner Kanal I und £1.2 an Rechner Kanal Il usw. (wie angedeutet). UB 1 ist die Versorgungsspannung 24 V vom Rechnerkanal I und UB 2 ist die Versorgungsspannung vom Rechnerkanal II. Die primären Meldungen der Stromwächter stehen als Bitmuster der VVeichenstcucrungs- WST und Wcichcnsicherungsschaltung WSI zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.
Zum Umlauf der Weiche steuert der Drehstrom-Leistungsschalter LS dreiphasig die Drehspannung durch. Während des Anlaufes fließen zunächst durch die Stromwächter Ul, Ü2 und (73 die Stellströme und geben (vgl. Fi g. 7) eine entsprechende Meldung an die Ausgänge £1, £2, £3 (d.h. £1.1 und £1.2 usw.) (Bitmuster 111) ab. Am Ende der Anlaufphase, nach Schalten des entsprechenden Motorkontaktes MK 4/4a und Überwachungskontakte ÜK2/2a im Weichenantrieb fließt durch Ü3 (Mp) kein Strom mehr. Diese Meldungsänderung (Bitmuster UO) führt in der Weichensteuerungsschaltung WST zur Quittierung der Anlaufüberwachung (Weiche hat ihre Endlage verlassen). Erreicht die Weiche erneut eine Endlage, so werden die entsprechenden Endlagekontakte MK3/3a und ÜKi/ia am Weichenantrieb WA betätigt. Über Ü3 fließt erneut Strom, und es wird die Meldung 111 abgegeben. Diese Meldungsänderung führt in der Weichensteuerungsschaltung VKST zur Quittierung der Umlaufüberwachung (Weiche hat Endlage erreicht). Der Stellstrom wird abgeschaltet (Bitmuster 000) und der Überwachungsstrom eingeschaltet, wenn beim Umstellen der Weiche die Weichenzungen ihre Endlage erreicht haben, was von den Prüferstangen ständig überwacht wird. Wird die Weiche durch äußere Einflüsse aus der überwachten Endlage bewegt, wird der Überwachungsstrom unterbrochen. Mit der Umschaltung iuf Prüfstrom wird der Stellstrom auch im Sicherungsschalter SS unterbrochen (doppelte Sicherheit).
Zur Feststellung der Weichenendlage werden über die entsprechenden Wechselstromschalter WSI, WS2 die Phasen R und S durchgeschaltet und die Phasen T abgeschaltet. Dann wird Prüfstrom über die zusammengeschalteten Phasen R und S mit Rückleitung über Mp geschickt.
F i g. 7 zeigt tabellarisch das Zusammenwirken des Leistungsschalters LS und Überwachers UW während der Stellvorgänge Rechtslauf/Linkslauf und die Bitmuster an den Ausgängen £1, £2, £3 des Überwachers ÜW.
Das Erscheinen eines Bitmusters 111 n;ich einem BiI-muster 110 ist noch kein Kriterium, daß auch wirklich die richtige Endlage erreicht wurde, deshalb erfolgt nachfolgend stets erste einmal Abschaltung des Stcllstromes und Prüfung der Endlage.
Befindet sich die Weiche in einer Endlage wird sie elektrisch gesichert (Stellstrom abgeschaltet). Bei dem Äusiührungsbeispiei nach der Erfindung wird dann niii dem Sicherungsschalter SS der Prüfspannungsschalter PS betätigt und die Prüfspannung 60 V, 50 Hz dauernd auf den Drehstrom-Leistungsschalter LS geschaltet.
Der Prüfstrom liegt ständig an und ist so dimensioniert, daß der Weichenantrieb darauf nicht reagieren kann, d. h. nicht belastet wird und anläuft (z. B. Einphasenspannung 60 V, 50 Hz, Ie = 300 mA durch die Motorwicklungen).
Mittels der Prüfspannung und dem Durchschalten von zwei Wechselstromschaltern (entsprechend der vorangegangenen Umlaufrichtung der Weiche) in den Phasen R und S erfolgt die kontinuierliche signaltechnische sichere Endlagenüberwachung der Weiche.
Die F i g. 8 und 9 zeigen Zustandsdiagramme für das Stellen der Weiche und die anschließende Endlagenüberwachung nach erreichter Endstellung. Für das Stellen einer Weiche von links nach rechts (Endstcllung »Rechts«) ir. F i g. 8 und für das Stellen von rechts nach links (Endstellung »Links«) in F i g. 9.
Nach Fig. 8 sind ab Pos. 13 zur Überwachung der Lage die beiden Wechselstromschalter WSl und WS 2 über die Eingänge R\ und R\ angesteuert. Der Prüfstrom fließt — vgl. auch in Reihenfolge F i g. 2, 6 und 3 — über die Phase R, Schalter WS 1, Stroniwächter {7 1 Motorwicklung WZ, Motorkontakt MK 3/3:i, über Kabelader 4 und Stromwächter f73 zum Mittelpunktlcitcr Mp zurück. Die Ausgänge £1 und £3 der Stromwächter i7l und Ü3 führen High-Signal (L) und i72-Low-Signal (0); mit dem Code 101 wird Rechtslage angezeigt. Die Endlagenprüfung für Linkslage erfolgt nach F i g. 9
so ähnlich. Dabei sind wiederum die Wechselstromschalter WSl und WS 2 über R 1 und R 2 angesteuert (ab Pos. 13). Der Prüfstrom fließt allerdings über Phase S, Wechselstromschalter WS2, Stromwächter Ü2, Motorwicklung VY, Motorkontakt MK4/4a über Kabelader 4 und
Stromwächter Ü3 zum Mittelpunkt Mp zurück.
Die Ausgänge £1 bis £3 des Überwachers i7Wsomit folgende Bitmuster:
Bei Rechtslage:
Bei Linkslage:
£1 = 1, £2 = 0, £3 = 1
£1 = 0, £2 = 1. £3 = 1
Zur Überprüfung des Überwachers ÜW des Leistungsschalter LS und der Peripherie der Weichensteuerungs- WSTund Weichensicherungsschaltung WSI werden im Rahmen eines Οη-ϋηε-Tests die Prüfströme kurzzeitig durch die Wechselstromschalter WS 1 bis WS 5 in einem bestimmten Zyklus gesteuert, wobei alle drei Meldungen £1 bis £3 des Überwachers ÖWkurz-
11
(-.eilig _·ίη bestimmtes Bitmuster ausgeben. Hierzu wird ;iuf die Fig. 10 und 11 verwiesen, aus denen der Algorithmus einmal für Rechtslage Fig. 10 und einmal für I -inkslagc ableitbar ist. F.rsichilich ist, daß die Sleuereingüngo R 1, R 2, Ri, R 4, R 5 der Wechselstromschalter 5 WS dem Prüfstrom zyklisch schalten. Die Bitmuster für :lie Lndlagenüberwachung gehen vgl. F i g. 1 an die WeijhiTisicherungsschaltung WSI. werden dort verglichen und beeinflussen die Ausgaben der Weichensteuerungsschaltung WST! ίο
Hierzu 10 Blatt Zeichnungen
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Claims (1)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur Steuerung und Sicherung einer durch eine Fernstelleinrichtung (Stellwerk) oder Ortsstelleinrichtung bedienbarer Weiche unter Verwendung einer zwischengeschalten Weichensteuerungs- und Weichensicherungsschaltung, die über ein Leistung schaltendes Stellglied und ein vieradriges Stellkabel den Weichenantrieb an die Betriebsspannung legt, wobei über Motor- und Endlagenkontakte des Weich ^nantriebes eine Abschaltung des Antriebes und eine Endlagenmeldung der Weiche enolgt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
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