DE3541549C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalsicherung in Lichtzeichenanlagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei Lichtzeichenanlagen zur Verkehrsregelung ist es aus Sicherheitsgründen unerläßlich, die einwandfreie Funktion der Lichtzeichenanlage, insbesondere die Ein- und Aus-Zustände der Rot-, Gelb- und Grünlampen der einzelnen Signalgeber fortlaufend zu überwachen. Zu diesem Zweck ist jeder Lampe der Lichtzeichenanlage ein Meßwandler zugeordnet, das den Zustand der Lampe abtastet und ein entsprechendes Signal an eine Auswerteeinrichtung, beispielsweise eine logische Schaltung oder einen Mikroprozessor liefert.

Die Auswerteeinrichtung prüft anhand der Signale der Meldeglieder, ob Rotlampen ausgefallen sind. Eine Signalgruppe, die die Signale für eine bestimmte Straße und Fahrtrichtung erzeugt, besteht vielfach aus drei Signalgebern. Beispielsweise ist der Hauptsignalgeber auf der rechten Straßenseite installiert, ein weiterer Signalgeber befindet sich auf der linken Straßenseite und der dritte Signalgeber ist an einem peitschenförmigen Mast in verhältnismäßig großer Höhe über der Straße installiert. Wenn die Rotlampe des Hauptsignalgebers ausgefallen ist, muß die Lichtzeichenanlage abgeschaltet oder auf ein Notprogramm umgeschaltet werden. Der Ausfall einer der beiden anderen Rotlampen kann dagegen in vielen Fällen für eine gewisse Zeit toleriert werden und führt lediglich zu einem Warnsignal, das den erforderlichen Lampenwechsel anzeigt.

Darüber hinaus führt die Auswerteeinrichtung eine sogenannte Verriegelungsprüfung durch. Bei dieser Prüfung wird insbesondere sichergestellt, daß zwei feindliche Signalgruppen, d.h., zwei Signalgruppen, die einander kreuzenden Straßen zugeordnet sind, niemals gleichzeitig grün haben.

Wenn die Lampenschalter zum Ein- und Ausschalten der mit Wechselspannung gespeisten Rotlampen durch TRIACs gebildet werden, sollte ferner die Vollwellenansteuerung, d.h., die Ansteuerung der Lampen durch beide Halbwellen der Wechselspannung überprüft werden, um sicherzustellen, daß die Rotlampen die volle Leuchtkraft aufweisen.

Bei herkömmlichen Lichtzeichenanlagen werden die Lampen zumeist mit Netzspannung (220 V, 50 Hz) gespeist. Die Meßwandler werden durch Meßtransformatoren gebildet, denen sekundärseitig Gleichrichter nachgeschaltet sind. Im Fall der Rotlampen ist der Primärkreis des Meßtransformators in Serie mit dem Lampenschalter geschaltet, so daß der durch die Lampe fließende Strom abgetastet wird. Durch Überprüfung, ob das Ausgangssignal des Meldegliedes ständig oder zumindest periodisch einen hohen Spannungswert aufweist, kann daher positiv festgestellt werden, daß die betreffende Lampe von Strom durchflossen ist. Im Fall der Gelb- und Grünlampen ist der Primärkreis des Meßtransformators dagegen parallel zum Lampenschalter geschaltet, so daß die an der Lampe anliegende Spannung abgetastet wird. In diesem Fall kann daher anhand des Meßsignals positiv festgestellt werden, daß eine Spannung über dem Lampenschalter abfällt, d.h., daß die Lampe ausgeschaltet ist.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Signalsicherung werden die Meßsignale der Meßwandler lediglich dahin ausgewertet, ob ein gewisser Mindeststrom bzw. eine gewisse Mindestspannung vorhanden ist. Fehler in der Lichtzeichenanlage, die sich lediglich in einer geringfügigen Änderung der Phasenlage oder in einer überhöhten Amplitude der Meßsignale äußern, können dagegen bei den herkömmlichen Verfahren nicht festgestellt werden.

In der älteren Patentanmeldung P 34 28 444 wird ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung angegeben, bei dem die Meßsignale so aufbereitet werden, daß im Prinzip auch die Phasenlage der Meßsignale überwacht werden kann, so daß sich Fehler bereits anhand geringer Phasenänderungen der Meßsignale erkennen lassen. Die in Impulssignale umgewandelten Meßsignale werden bei diesem Verfahren während jeder Halbperiode der Netzwechselspannung genau einmal abgefragt. Der Abfragezeitpunkt wird dabei während jedes Abfragezyklus um eine Millisekunde verschoben, so daß die Impulsform des Impulssignals im Verlauf von 10 Halbwellen - entsprechend einer Zeitspanne von 100 Millisekunden - nach und nach abgetastet wird. Da somit die Phasenbeziehung zwischen dem Abtastzyklus und dem Impulssignal nicht konstant ist, ist die Auswertung des Abfrageergebnisses relativ kompliziert. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß abnormale Veränderungen des Impulssignals erst mit einer Verzögerung von bis zu 100 Millisekunden erkannt werden können.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, daß die Auswertung der Impulssignale vereinfacht wird und Änderungen schneller erkannt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Zum Stand der Technik ist noch auf die DE-AS 22 38 521 hinzuweisen, bei der im Rahmen eines vergleichbaren Verfahrens ebenfalls ein Wechselspannungssignal in ein Impulssignal umgewandelt wird, das genau dann einen Impuls zeigt, wenn die Amplitude an der Netzwechselspannung oberhalb eines Schwellenwertes liegt. Bei diesem Verfahren handelt es sich bei dem so aufbereiteten Wechselspannungssignal jedoch nicht um ein Meßsignal, sondern um die Netzwechselspannung. Das aus dieser Wechselspannung gewonnene Impulssignal dient dazu, die Weiterleitung der eigentlichen Meßsignale jeweils während des Nulldurchgangs der Netzwechselspannung zu blockieren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind es demgegenüber die Meßsignale, die vor der Auswertung in entsprechende Impulssignale umgewandelt werden.

Da bei der Bildung der Impulssignale auch die negativen Halbwellen der Meßsignale positiv gezählt werden, ist die Frequenz des Impulsignals doppelt so groß wie die Frequenz des Meßsignals, die ihrerseits mit der Netzfrequenz übereinstimmt. Die Nulldurchgänge der Meßsignale sind in den Impulssignalen als Impulslücken erkennbar, deren Breite von der Höhe des eingestellten Schwellenwertes und der Amplitude des Meßsignals abhängt. Die Überprüfung der Impulssignale auf Vorliegen der niedrigen Spannung erfolgt normalerweise jeweils inner­ halb der Impulslücke. Wenn sich die Phasenlage des Stromes bzw. der Spannung in einem bestimmten Lampen­ stromkreis infolge einer Störung verschiebt, so ver­ schiebt sich die Impulslücke in Bezug auf den Über­ prüfungszeitpunkt, und bei der Überprüfung wird eine hohe Spannung festgestellt, die das Vorliegen der Störung anzeigt.

Bevorzugt erfolgt die Überprüfung des Impulssignals auf niedrige Spannung zu einem Zeitpunkt, der gegen­ über der Mitte der Impulslücke etwas versetzt ist. Wenn sich die Amplitude des Meßsignals infolge einer Störung erhöht, so verringert sich die Breite der Impulslücke derart, daß der Überprüfungszeitpunkt trotz unveränderter Phasenlage wiederum außerhalb der Impulslücke liegt. Auch eine derartige Störung kann daher anhand des hohen Spannungspegels des Impuls­ signals ermittelt werden.

Durch die oben beschriebenen Maßnahmen wird die Empfind­ lichkeit des Signalsicherungsverfahrens gegenüber Störeinflüssen beliebiger Art beträchtlich erhöht.

In jüngerer Zeit ist aus Gründen der Energieersparnis vorgeschlagen worden, die Lampen von Lichtzeichenanlagen mit einer niedrigeren Wechselspannung, beispielsweise mit 12 Volt zu betreiben. Die Energieübertragung zum Signal­ geber soll jedoch zur Vermeidung von Übertragungsverlusten weiterhin mit einer Spannung von 220 Volt erfolgen, und erst im Signalgeber soll die Spannung auf 12 Volt herunter­ transformiert werden. In diesem Fall stellt der Transfor­ mator eine zusätzliche Fehlerquelle dar, der bei der Si­ gnalsicherung Rechnung getragen werden muß. Wenn bei einer derartigen Lichtzeichenanlage ein Fehler im Sekun­ därkreis des Transformators oder in dem Transformator selbst auftritt, so äußert sich dies zwangsläufig in einer Phasenverschiebung im Primärkreis. Das erfindungs­ gemäße Verfahren bietet daher den Vorteil, daß auch Fehler im Sekundärkreis des Transformators mit Hilfe der im Primärkreis angeordneten Meßwandler festge­ stellt werden können. Es ist daher nicht erforderlich, die Meßwandler im Sekundärkreis, d.h., im Signalgeber anzuordnen und über zusätzliche Leitungen mit der in einem zentralen Schaltkasten untergebrachten Auswerte­ einrichtung zu verbinden.

Die Abtastung der Impulssignale innerhalb der Impuls­ pause dient zur Überprüfung der Phasenlage und zur Er­ mittlung von Amplitudenüberschreitungen und zugleich zur Überprüfung der Hardware. Zur Feststellung des Zustands der betreffenden Lampe erfolgt bevorzugt in jeder Halb­ periode der Netzwechselspannung eine weitere Überprüfung der annähernd rechteckförmigen Impulssignale zu einem Zeitpunkt, der normalerweise außerhalb der Impulspause liegt. Der bei dieser Abfrage ermittelte Spannungswert des Impulssignals gibt daher an, ob die betreffende Lampe ein- oder ausgeschaltet ist. Die Impulssignale, die den Lampen derselben Signalgruppe zugeordnet sind, werden gleichzeitig abgefragt, während die verschiedenen Signalgruppen sequentiell abgefragt werden. Dies ge­ stattet es, die Meß- bzw. Rechtecksignale im Zeitmulti­ plexverfahren über einen Datenbus an die beispielsweise durch einen Mikroprozessor gebildete Auswerteeinrichtung zu übermitteln, so daß der Verfahrensaufwand beim An­ schluß der Meßwandler an den Mikroprozessor beträchtlich verringert werden kann. Die Anzahl der Kanäle des Daten­ busses braucht nicht größer zu sein als die maximale Anzahl der Impulssignale der Meßwandler für eine Signal­ gruppe.

Zur Erhöhung der Redundanz des Verfahrens wird bevor­ zugt jede Abfrage zweifach durchgeführt, und ein Fehlersignal wird erst dann erzeugt, wenn das Ergeb­ nis beider Abfragen von dem zu erwartenden Ergebnis abweicht.

Die Ergebnisse der Abfragen, die innerhalb der erwar­ teten Impulspausen durchgeführt werden, werden unmittel­ bar bei der Abfrage ausgewertet, während die Ergebnisse der anderen Abfragen, die eine Information über den Zustand der betreffenden Lampe enthalten, zunächst für die weitere Auswertung gespeichert werden. Die Über­ prüfung der Vollwellenansteuerung der Rotlampen und die Überprüfung von Rotlampenausfällen erfolgt während jeder Halbperiode der Netzwechselspannung in der Zeit zwischen den Abfragen der Impulssignale. Die Zeit zwischen dem Ende der letzten Abfrage und dem Ende der Halbperiode wird für die Verriegelungsprüfung genutzt. Diese Prüfung erfolgt jeweils auf der Grundlage der zuletzt gespeicherten Daten asynchron zu der Netz­ wechselspannung und wird ggf. mehrfach durch die synchron mit der Netzwechselspannung durchgeführten Abfragen und Prüfungen unterbrochen.

In einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens sind als Meßwandler bevorzugt Wechselspannungs-Optokoppler vorgesehen, die eine phasentreue Umwandlung der den Lampen zugeführten Ströme bzw. Spannungen in pulsierende Gleichspannungs­ signale ermöglichen.

Die Überprüfung des Mikroprozessors erfolgt in der Weise, daß dieser ein Rechtecksignal an einen zentralen Schal­ ter (Relais) für die Einschaltung der Rot- und Grünlampen abgibt, bei deren Ausbleiben die Stromzufuhr unterbrochen wird.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer er­ findungsgemäßen Signalsicherungs­ vorrichtung;

Fig. 2 ist eine Schaltskizze eines Synchronisations-Signalgebers;

Fig. 3 ist eine Schaltskizze eines Strom- Meßwandlers;

Fig. 4 ist eine Schaltskizze eines Spannungs-Meßwandlers;

Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm zur Veran­ schaulichung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens.

Eine erfindungsgemäße Signalsicherungsvorrichtung umfaßt gemäß Fig. 1 eine Anzahl von Meßwandlern 10, 12, 14, 16, 18, die den einzelnen Rot-, Gelb- und Grünlampen in der Lichtzeichenanlage zugeordnet sind und die Schaltzustände der Lampen abtasten. Für jede Signalgruppe der Licht­ zeichenanlage sind drei Meßwandler 10, 12, 14 für die drei Rotlampen und je ein gemeinsamer Meßwandler 16, 18 für die Gelb- und Grünlampen vorgesehen. Im gezeigten Beispiel ist die Vorrichtung für eine Lichtzeichenanlage mit vierundzwanzig Signalgruppen ausgelegt.

In einem Mikrocomputer 20 werden die Signale der Meßwand­ ler ausgewertet und die durch sie repräsentierten Signal­ bilder der Lichtenzeichenanlage auf ihre Zulässigkeit überprüft. Der Mikrocomputer 20 weist fünf Dateneingänge auf. Die einander entsprechenden Meßwandler der ver­ schiedenen Signalgruppen sind jeweils über eine gemein­ same Datenleitung 22, 24, 26, 28, 30 mit einem Eingang des Mikrocomputers verbunden. Jeder Signalgruppe ist eine Selektierungslogik 32 zugeordnet, die die Datenübermitt­ lung von den Meßwandlern an den Mikrocomputer steuert. Die Meß­ wandler und Lampenschalter einer Signalgruppe und die zugehörigen Selektierungslogik sind auf einer gemeinsamen Schaltungs­ platine untergebracht, die auf einen bestimmten Steck­ platz gesteckt und hierdurch eine diesem Steckplatz zu­ gewiesene Adresse erhält. Die Daten der verschiedenen Signalgruppen werden durch den Mikrocomputer über einen nicht gezeigten Adressenbus sequentiell abgefragt.

Die Datenleitungen 22, 24, 26, 28, 30 sind jeweils durch einen an den Wellenwiderstand der Leitung angepaßten Widerstand 34 und eine geregelte Spannungsquelle 36 abgeschlossen, deren Ausgangsspannung konstant auf einem mittleren Wert zwischen der maximalen und minimalen Ausgangsspannung der Meßwandler gehalten wird. Im ge­ zeigten Beispiel variieren die Ausgangsspannungen der Meßwandler zwischen 0 Volt und 5 Volt, und die Ausgangs­ spannung der geregelten Spannungsquelle 36 beträgt 2,4 Volt. Durch diesen Abschluß der Datenleitungen wird eine rasche Löschung der übertragenen Daten und somit eine hohe Übertragungsfrequenz ermöglicht.

Ein Synchronisations-Impulsgeber 38 tastet die Netz­ wechselspannung ab, mit der die Lampen der Lichtzeichen­ anlage über eine Steuerschaltung gespeist werden, und liefert ein Synchronisationssignal S an die Mikrocom­ puter 20. Durch dieses Synchronisationssignal wird sicher­ gestellt, daß die Abfrage der Signale der Meßwertgeber durch den Mikrocomputer synchron mit der Netzspannung erfolgt.

Gemäß Fig. 2 umfaßt der Synchronisations-Signalgeber 38 einen Meßtransformator 40, eine Gleichrichterbrücke 42 und eine Impulsformerschaltung 44. Die 50 Hz-Netz­ spannung wird somit in ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 100 Hz umgewandelt.

Die Rotlampen-Meßwandler 10, 12, 14 weisen den in Fig. 3 gezeigten Aufbau auf. Ein Meßwiderstand 46 ist in Reihe mit einem Lampenschalter 48 und der Rotlampe 50 geschaltet. Der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand 46 wird über einen Vorwiderstand 52 durch einen Wechselspannungs-Optokoppler 54 abgetastet. Der Opto­ koppler 54 wird durch zwei antiparallel geschaltete Leuchtdioden und einen Fototransistor gebildet, der das Licht beider Leuchtdioden aufnimmt. Über einem einstellbaren Emitterwiderstand 56 des Fototransistors fällt somit eine mit einer Frequenz von 100 Hz pulsierende Gleichspannung ab, die dem Absolutbetrag des Stroms durch die Rotlampe 50 entspricht und deren Amplitude durch Verändern des Widerstandswertes des Emitterwider­ stands 56 einstellbar ist. Diese Spannung bildet die Ein­ gangsspannung für einen Verstärker 58, der eine Schwellen­ wertcharakteristik aufweist, und ein annähernd rechteck­ förmiges Impulssignal P ₁₀ bzw. P ₁₂, P ₁₄ erzeugt, dessen Impulsbreite der Amplitude der Eingangsspannung entspricht und das mit der Eingangsspannung in Phase ist.

Die in Fig. 4 gezeigten Meßwandler 16, 18 für die Gelb- und Grünlampen unterscheiden sich von den Rotlampen-Meß­ wandlern lediglich dadurch, daß sie als Spannungs- Meßwandler parallel zu den Lampenschaltern 48 für die Gelb- bzw. Grünlampen 60 geschaltet sind. Die über dem Lampenschalter abfallende Spannung wird über einen Konden­ sator 62 ausgekoppelt. Der Verstärker 58 erzeugt in diesem Fall ein annähernd rechteckförmiges Impulssignal P ₁₆ bzw. P ₁₈, das gegenüber der Netzspannung eine durch den Kon­ densator 62 bedingte Phasenverschiebung aufweist.

In Fig. 5 ist der zeitliche Verlauf des Synchroni­ sationssignals S und der Impulssignale P ₁₀-P ₁₈ der Meßwandler für eine Signalgruppe dargestellt. Wenn die Rotlampen eingeschaltet sind, weisen die Impuls­ signale P ₁₀, P ₁₂ und P ₁₄ jeweils den durch die obere Kurve in Fig. 5 dargestellten Verlauf auf, während bei ausgeschalteter oder ausgefallener Rotlampe die Impulse ausbleiben. Die Impulssignale P ₁₆ und P ₁₈ weisen dagegen jeweils den durch die obere Kurve dar­ gestellten, rechteckförmigen Verlauf auf, wenn die zugehörige Lampe ausgeschaltet ist, und das Ausbleiben der Impulse bedeutet hier, daß die Lampe eingeschaltet ist.

Das Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten T ₁ und T ₆ in Fig. 5 hat eine Länge von 10 ms und entspricht einer Halbperiode der Netzwechselspannung.

Durch die abfallende Flanke des Synchronisationssignals S bei T ₁ wird in dem Mikrocomputer 20 ein Interrupt- Befehl ausgelöst, so daß der Mikrocomputer nur seine fortlaufende Berechnungen unterbricht und die nachfol­ gend beschriebenen Arbeitsschritte ausführt.

Unmittelbar nach Auslösung des Interrupt-Programms wer­ den zum Zeitpunkt T ₂ die Daten sämtlicher vierundzwanzig Signalgruppen nacheinander abgefragt. Solange die Licht­ zeichenanlage störungsfrei arbeitet, besteht zwischen dem Synchronisationssignal S und den Impulssignalen der Meßwandler eine feste Phasenbeziehung. Der Zeit­ punkt T ₂ liegt innerhalb der Impulslücke der Impuls­ signale P ₁₀, P ₁₂, P ₁₄, ist jedoch gegenüber der Mitte dieser Impulslücke etwas versetzt. Die Rotlampen-Signale P ₁₀, P ₁₂ und P ₁₄ müssen daher bei dieser Abfrage unabhängig vom Ein- oder Auszustand der betreffenden Lampe den Wert 0 aufweisen. Der Wert der Signale P ₁₆ und P ₁₈ ist da­ gegen von dem zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Schalt­ zustand der Gelb- und Grünlampen abhängig.

Nach Abfrage aller vierundzwanzig Signalgruppen wird der Abfragezyklus zum Zeitpunkt T ₃ nochmals wiederholt. Durch diese Verdoppelung der Abfrage wird eine größere Unempfindlichkeit gegenüber Störsignalen erreicht. Wenn eines der Signale P ₁₀, P ₁₂ oder P ₁₄ bei beiden Abfragen einen hohen Spannungswert hatte, so deutet dies auf einen Fehler hin. In diesem Fall wird der Inhalt eines speziell für diese Fehlerbedingung vor­ gesehenen Fehlerregisters um 1 erhöht. Der durch Abfrage der Signale P ₁₆, P ₁₈ ermittelte Zustand der Gelb- und Grünlampen wird gespeichert. Dabei besteht zwischen den Ergebnissen der beiden Abfragen eine ODER-Ver­ knüpfung, d.h., der eingeschaltete Zustand der Lampen wird nur erkannt, wenn bei beiden Abfragen ein niedriger Spannungswert ermittelt wurde.

Die beiden Abfragezyklen sind innerhalb des Zeitinter­ valls A in Fig. 5 beendet. Innerhalb des Zeitintervalls B wird durch den Mikrocomputer 20 überprüft, ob alle benötigten Steckplätze belegt sind. Zu diesem Zweck liefert der Mikrocomputer 20 über eine Steuerleitung einen Befehl an die Selektierungslogiken 32, die daraufhin statt der Signale der Meßwandler die Adresse ihres Steckplatzes übertragen. Sämtliche Signalgruppen werden wieder sequen­ tiell abgefragt, und die Steckplatzadressen werden über die Datenleitungen 22, 24, 26, 28, 30 an den Mikrocomputer zurückgemeldet. Auf diese Weise wird die Belegung der Steckplätze und die Signalübermittlung über die Selek­ tierungslogiken und die Datenleitungen fortlaufend kon­ trolliert.

In den Zeitintervallen C, D und E in Fig. 5, in denen sich der Spannungswert der Impulssignale ändert, so daß eine Auswertung nicht möglich ist, werden anhand gespeicherter Daten im Rahmen des Interrupt-Programms einige Prüfroutinen durchgeführt, auf die später ein­ gegangen werden soll.

Innerhalb des Zeitintervalls F erfolgen zu den Zeit­ punkten T ₄ und T ₅ zwei neue sequentielle Abfragen sämt­ licher Signalgruppen. Diese Abfragen liegen außerhalb der Impulspausen der Signale P ₁₀, P ₁₂ und P ₁₄ und in den Impulspausen der Signale P ₁₆ und P ₁₈. Bei diesen Abfragen sind daher die Spannungswerte der Signale P ₁₀, P ₁₂ und P ₁₄ für die Schaltzustände der entsprechenden Rotlampen repräsentativ. Die Ergebnisse der beiden Abfragen für jeden der Rotlampen-Meßwandler werden durch ODER mit­ einander verknüpft und gespeichert. Die Spannungswerte der Signale P ₁₆ und P ₁₈ müssen bei diesen Abfragen un­ abhängig vom Schaltzustand der Lampen den Wert 0 aufwei­ sen. Wenn sich bei dem Signal P ₁₆ bei beiden Abfragen ein hoher Spannungswert ergibt, so wird der Zählerstand eines zugehörigen Fehlerregisters um 1 erhöht. Das Im­ pulssignal P ₁₈ wird in entsprechender Weise ausgewertet.

Mit Ablauf des Zeitintervalls F ist das Interrupt-Programm beendet, und während des Zeitintervalls G setzt der Mikrocomputer die Bearbeitung des Hauptprogramms fort, bis zum Zeitpunkt T ₆ ein neuer Interrupt-Befehl ein­ trifft.

Die oben beschriebenen Vorgänge werden synchron mit der Netzspannung, also mit einer Periode von 10 ms wieder­ holt. Wenn in einer der Signalgruppen, beispielsweise im Lampenstromkreis der dem Meßwandler 10 zugeordneten Rotlampe 50 ein Fehler auftritt, der eine Phasenverschie­ bung des Lampenstroms in Bezug auf die Netzspannung bewirkt, so verschiebt sich das Signal P ₁₀ in Bezug auf das Synchronisationssignal S, und bei den Abfragen zu den Zeitpunkten T ₁ und T ₂ wird ein hoher Spannungswert festgestellt. Dies führt dazu, daß sich der Inhalt des dieser speziellen Fehlerbedingung zugeordneten Fehlerregisters bei jedem Arbeitszyklus um 1 erhöht. Wenn der Inhalt des Fehlerregisters einen bestimmten Wert beispielsweise 6 erreicht hat, so wird ein Fehler erkannt und ein Fehlersignal erzeugt, das beispielsweise die Umschaltung der gesamten Lichtzeichen­ anlage auf ein Notprogramm auslöst. Wenn dagegen die betreffende Fehlerbedingung in drei aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen des Mikrocomputers nicht auftritt, so wird der Inhalt des zugehörigen Fehlerregisters gelöscht. Auf diese Weise wird verhindert, daß ein Alarm bei vor­ übergehenden Störungen durch Streusignale oder dergleichen ausgelöst wird, die nicht länger als 60 ms andauern.

Wenn sich eine Störung, beispielsweise im Stromkreis einer Rotlampe nicht in einer Phasenverschiebung, son­ dern in einer Erhöhung der Amplitude des Lampenstroms äußert, führt dies zu einem Anstieg der Amplitude der pulsierenden Gleichspannung über dem Emitterwiderstand 56 in Fig. 3. Dies hat zur Folge, daß der Schwellenwert (ca. 1V) des Verstärkers 58 bei der ansteigenden Flanke früher und bei der abfallenden Flanke später erreicht wird, so daß die Breite der Impulslücke stark abnimmt. Wenn die Amplitude des Lampenstromes einen bestimmten Wert überschreitet, wird die Breite der Impulslücke so klein, daß die Abfrage­ zeitpunkte T ₁, T ₂ außerhalb der Impulslücke liegen, so daß eine Fehlerbedingung erkannt wird. Umgekehrt führt bereits eine geringe Abnahme der Amplitude des Lampen­ stromes zu einer starken Verbreiterung der Impulslücke. Wenn die Impulslücke so breit wird, daß auch die Abfragezeitpunkte T ₄ und T ₅ in die Impulslücke fallen, so wird dies als Aus-Zustand der betreffenden Rotlampe gewertet. Auf diese Weise können auch Amplitudenüberschreitungen oder -unter­ schreitungen des Lampenstromes oder der Lampenspannung mit hoher Empfindlichkeit festgestellt werden.

In dem oben erwähnten Zeitintervall C wird während jedes Arbeitszyklus des Mikrocomputers 20 überprüft, ob sämtliche Rotlampen mit beiden Halbwellen der Netz­ wechselspannung angesteuert werden. Für diese Über­ prüfung werden die gespeicherten Schaltzustände der Rotlampen in den beiden vorausgegangenen Arbeitszyklen des Mikrocomputers miteinander verglichen. Bei Ungleich­ heit dieser Schaltzustände wird der Inhalt eines ent­ sprechenden Fehlerregisters um 1 erhöht. Wenn die Rot­ lampe nur durch eine Halbwelle der Netzspannung ange­ steuert wird, so fällt jeder zweite Impuls des zugehöri­ gen Impulssignals aus, und es wird bei jedem Vergleich eine Ungleichheit festgestellt. Der Inhalt des Fehler­ registers wächst daher über den zulässigen Wert hinaus an, so daß ein Fehlersignal ausgelöst wird. Wenn die zu­ gehörige Rotlampe dagegen am Ende der Rotphase der Ampel ausgeschaltet wird, so wird nur bei einem Vergleich eine Ungleichheit der Schaltzustände festgestellt, und diese einmalige Fehlerbedingung wird anschließend durch Löschen des Fehlerregisters unterdrückt.

In dem Zeitintervall D werden Rotlampenausfälle der Signalanlage überprüft. Zu diesem Zweck werden für jede Signalgruppe die gespeicherten Schaltzustände der drei Rotlampen miteinander verglichen. Bei einem fehlerfreien Betrieb müssen entweder alle drei Rotlampen eingeschaltet oder alle drei Rotlampen ausgeschaltet sein. Ergibt der Vergleich dagegen, daß nur zwei der drei Rotlampen von Strom durchflossen sind, so deutet dies auf einen Fehler hin. Ein Fehlersignal wird jedoch nur dann erzeugt, wenn sich das Ergebnis des Vergleichs in den nachfolgenden Arbeitszyklen bestätigt. Durch entsprechende Programmierung des Mikrocomputers kann festgelegt werden, welche Rot­ lampenausfälle zugelassen werden.

Während des Zeitintervalls E werden für jede einzelne Signalgruppe die zuletzt gespeicherten Schaltzustände der drei Rotlampen, der Gelblampe und der Grünlampe zu einem Binärwort zusammengesetzt, das das durch die betreffende Signalgruppe gezeigte Signalbild wieder­ gibt.

In den Zeitintervallen G erfolgt die Verriegelungs­ prüfung, in der die Signalbilder der verschiedenen Signalgruppen miteinander verglichen werden. Die Verriegelungsprüfung erfolgt anhand einer sogenannten Verriegelungsmatrix, die in einem Speicher des Mikro­ computers 20 gespeichert ist. Jede Zeile und Spalte dieser Matrix entspricht einer Signalgruppe. Im be­ schriebenen Ausführungsbeispiel hat die Verriegelungs­ matrix also vierundzwanzig Zeilen und Spalten. Die Einträge in dieser Matrix geben in einem bestimmten Code an, welche Art von Überprüfung für das betreffende Paar von Signalgruppen durchzuführen ist. Wenn beispiels­ weise die beiden Signalgruppen den Fahrzeugverkehr in einander kreuzenden Fahrtrichtungen regeln, so muß die eine Signalgruppe rot zeigen, wenn die andere Signalgruppe grün zeigt und umgekehrt. Der Mikrocomputer 20 ermittelt für jedes Paar von Signalgruppen anhand der während des Zeitintervalls E ermittelten Binärwörter die aktuellen Signalbilder und führt die für das ent­ sprechende Paar durch die Verriegelungsmatrix angegebene Überprüfung aus. Nachdem sämtliche Paare von Signal­ gruppen in dieser Weise überprüft worden sind, ist die Verriegelungsprüfung abgeschlossen. Durch eine Über­ wachungsroutine wird festgestellt, wie viele 10 ms-Zyklen für eine vollständige Verriegelungsprüfung benötigt wurden. Wenn die Anzahl der benötigten Zyklen, d.h., die erforderliche Rechenzeit zu groß ist, wird ein Fehlersignal erzeugt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß auch die Verriegelungsprüfung, die nicht mit der Netzfrequenz synchronisiert ist, in genügend rascher Folge wiederholt wird, so daß eine quasi kontinuier­ liche Überwachung der Lichtzeichenanlage gegeben ist.

Außerdem wird am Ende jeder Verriegelungsprüfung der Inhalt eines Fehlerregisters um 1 erhöht. Dieses Fehlerregister wird bei Eintreffen des Interrupt- Befehls gelöscht. Ein Ausfall des Synchronisations­ signals, und somit des Interrupt-Befehls, führt zur Erzeugung eines Fehlersignals. Auf diese Weise wird die Funktion des Synchronisations-Impulsgebers 38 durch den Mikrocomputer überprüft.

Claims (16)

1. Verfahren zur Signalsicherung in Lichtzeichenanlagen, bei dem

• - die den Lampen der Signalgeber der Lichtzeichenanlage zugeführten Ströme oder Spannungen mit Hilfe von Meßwandlern erfaßt werden,
• - die von den Meßwandlern erzeugten Wechselspannungs-Meßsignale in Impulsignale umgewandelt werden, die genau dann einen hohen Spannungswert aufweisen, wenn der Absolutwert des Meßsignals oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt,
• - der Ein-Aus-Zustand der Lampen überprüft wird, indem der Zustand der Impulssignale während jeder Halbperiode der die Lichtzeichenanlage speisenden Netzwechselspannung wenigstens einmal abgefragt wird, und
• - die so ermittelten Kombinationen von Lampenzuständen elektronisch auf ihre Zulässigkeit überprüft werden,

dadurch gekennzeichnet, daß man zur Überwachung der Nulldurchgänge der Meßsignale die Impulssignale zu einem festen Zeitpunkt (T₂, T₃) in Bezug auf die Phase der Netzwechselspannung überprüft, wobei der Zeitpunkt so gewählt ist, daß er bei störungsfreiem Betrieb der Lichtzeichenanlage in der Impulspause des betreffenden Impulssignals liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfragezeitpunkt gegenüber der Mitte der Impulspause versetzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand des Impulssignals während jeder Halbperiode der Netzwechselspannung ein zweites Mal zu einem festen Zeitpunkt (T₄, T₅) in Bezug auf die Phase der Netzwechselspannung abgetastet wird, daß dieser Abfragezeitpunkt so gewählt ist, daß er normalerweise außerhalb der durch den Nulldurchgang des Meßsignals bedingten Impulspause liegt, und daß der Ein-Aus-Zustand der Lampe dadurch ermittelt wird, daß das Impulssignal bei dieser Abfrage auf Vorhandensein des hohen Spannungswertes überprüft wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei den Rotlampen der durch die Lampe fließende Strom und bei den Gelb- und Grünlampen die an der Lampe anliegende Spannung derart abgetastet werden, daß die Meßsignale der Rotlampen einerseits und der Gelb- und Grünlampen andererseits annähernd gegenphasig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den Rot-, Gelb- und Grünlampen derselben Signalgruppe (1, . . ., 24) gehörenden Impulssignale jeweils gleichzeitig auf Vorliegen der hohen bzw. niedrigen Spannung überprüft werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den verschiedenen Signalgruppen verschiedene Adressen zugeordnet sind und die Impulssignale der zu den verschiedenen Signalgruppen (1, . . ., 24) gehörenden Meßwandler durch Aufruf der entsprechenden Adressen sequentiell abgefragt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während jeder Halbperiode der Netzwechselspannung die Adressen der Signalgruppen über die zur Übermittlung der Impulssignale dienenden Datenleitungen zurückgemeldet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Über­ prüfung der Impulssignale zweifach durchgeführt wird und daß bei Verschiedenheit der Ergebnisse der beiden Überprüfungen jeweils dasjenige Ergebnis ignoriert wird, das nicht dem erwarteten Wert entspricht.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgruppen der Lichtzeichenanlage während jeder Halbperiode der Netzwechselspannung auf Rotlampenausfälle überprüft werden, während der Vergleich der Signalbilder verschiedener Signalgruppen zur Ermittlung von Verriegelungsfehlern asynchron zu der Netzwechselspannung jeweils in den Pausen zwischen den synchron mit der Netzwechselspannung durchgeführten Prüfschritten erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn die Verriegelungsprüfung nicht innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Halbperioden der Netzwechselspannung abgeschlossen ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzustände sämtlicher Lampen zumindest über zwei Halbperioden gespeichert werden und daß jeweils die Schaltzustände der Lampen in zwei aufeinanderfolgenden Halbperioden auf Übereinstimmung überprüft werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils bei Auftreten einer Fehlerbedingung der Inhalt eines dieser Fehlerbedingung zugeordneten Fehlerregisters um 1 erhöht wird, daß ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Inhalt des Fehlerregisters einen vorgegebenen Wert überschreitet, und daß das Fehlerregister gelöscht wird, wenn die Fehlerbedingung in einer vorgegebenen Anzahl aufeinanderfolgender Halbperioden nicht aufgetreten ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt eines Fehlerregisters am Ende jeder Verriegelungsprüfung um 1 erhöht und bei Eintreffen eines aus der Netzwechselspannung abgeleiteten Synchronisationssignals, das die Überprüfung der Impulssignale auslöst, gelöscht wird, und daß ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Inhalt dieses Fehlerregisters einen vorgegebenen Wert überschreitet.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit vorzugsweise als Wechselspannungs-Optokoppler ausgebildeten Meßwandlern (10, 12, 14, 16, 18) und einem Mikrocomputer (20) zur Auswertung der Impulssignale, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entsprechenden Meßwandler (10, 12, 14, 16, 18) der verschiedenen Signalgruppen jeweils über eine gemeinsame Datenleitung (22, 24, 26, 28, 30) mit dem Mikrocomputer verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Synchronisations-Impulsgeber (38), der die der Lampensteuerung der Lichtzeichenanlage zugeführte Netzwechselspannung abtastet und ein mit dieser Netzwechselspannung synchrones Interrupt-Signal (S) an den Mikrocomputer (20) liefert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, für Lichtzeichenanlagen, deren Signalgeber mit Spannungswandlern zum Heruntertransformieren der Betriebsspannung für die Lampen ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwandler (10, 12, 14, 16, 18) jeweils die Spannung bzw. den Strom im Primärkreis des Spannungswandlers abtasten.