EP1593575B1 - Elektronische Weichensteuerung mit Ueberwachung der Weichenlage - Google Patents

Elektronische Weichensteuerung mit Ueberwachung der Weichenlage Download PDF

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EP1593575B1
EP1593575B1 EP04011006A EP04011006A EP1593575B1 EP 1593575 B1 EP1593575 B1 EP 1593575B1 EP 04011006 A EP04011006 A EP 04011006A EP 04011006 A EP04011006 A EP 04011006A EP 1593575 B1 EP1593575 B1 EP 1593575B1
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current limiting
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Bernd Klose
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Alcatel CIT SA
Alcatel SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L7/00—Remote control of local operating means for points, signals, or trackmounted scotch-blocks
    • B61L7/06—Remote control of local operating means for points, signals, or trackmounted scotch-blocks using electrical transmission
    • B61L7/08—Circuitry

Definitions

  • the invention relates to a switch control with monitoring of the switch position in an electronic interlocking.
  • a point controller is used to control the drive of a switch in a rail network and to monitor the points position. Extremely high demands are placed on the failure and operational safety of the points control. For example, the actual position and desired position of the switch must be permanently monitored to ensure that the switch is actually in the correct position when a train is to travel over it. Signal relays are currently used in point controllers to monitor the point location.
  • the point machine is connected via four cable cores to the control module in the interlocking (four-wire interface). For each cable core, a line resistance of 0 to 56 ohms is permissible.
  • the monitoring of the points location is carried out by means of a monitoring current that flows through all four cable cores. Two monitoring relays “Supervisor” and “Drive-on Detector” are used, which are characterized by tightly tolerated pull and waste current. Another disadvantage is that the line resistance must be compensated via an adjustable resistor.
  • the switch location is monitored with two different current limiters.
  • the currents are independent of the cable length.
  • the cable resistance does not have to be compensated.
  • the monitoring windows in the detectors can be dimensioned with larger tolerances.
  • the electronic circuits used are less expensive than the known signal relay.
  • the point controller 1 has as a central control unit a double computer system 10 consisting of two microcontrollers of the type C167. This controller type and the associated operating system are already used and approved in other security applications.
  • a two-channel interface 11 a, 11 b is provided for connection to the electronic interlocking.
  • This can e.g. be designed as a parallel interface (for the ESTW Alcatel 6111 LockTrack), as a redundant CAN interface (for the ESTW Alcatel 6151 LockTrack) or as a bus interface for the connection of a TTP module (time triggered protocol) for the ESTW Alcatel 6131 LockTrack. It can also be provided several interfaces that are equipped by application. Troubleshooting Diagnostics provide LEDs on the front panel of the assembly or are accessible through a maintenance terminal on a serial port.
  • the point controller 1 is connected via a classic four-wire interface with a point machine 2 known type. This allows the point machine to be connected with minimal wire expense and compatibility with existing outdoor equipment.
  • the point machine includes a three-phase motor 211, 212, -213 that moves the switch to the desired end position.
  • Contacts 221-224 which are closed or opened by the switch blades, allow detection of the switch position.
  • the power supply interface 110 includes, in addition to three three phase phases L1, L2, L3 (380/400 V), neutral N and ground point MP, a terminal for a 60V test voltage.
  • the dual-computer system monitors the point position and, when the switch is to be moved from one end position to the other, switches the three-phase phases L1-L3 via the four-wire interface to the point machine 2. Switching the Supply voltage via semiconductor switches 131 and 132.
  • IGBT modules Isolated Gate Bipolar Transistor
  • a combination of field effect and bipolar transistor In a parallel filed patent application of the same inventor this will be described in more detail.
  • Isolation transformers are used for galvanic isolation of the current paths.
  • Opto-couplers are used for galvanic isolation of the signal paths.
  • two current limiters 121, 122 are provided with different current values in the monitoring circuit. These are called turnout monitors (WÜ) 121 and turnout detectors (WA) 122.
  • the turnout monitor 121 has a current threshold of 50 mA
  • the turnout turn-on detector 122 has a current threshold of 150 mA.
  • the monitoring of the points location is done with a monitoring current that flows through all four wires of the four-wire interface 3. Due to the current limitation in detector 121, the monitoring current is set to approx. 50 mA. From approx. 30 mA the detector 121 signals the double computer system a current flow.
  • Detector 122 has a current limit of approx. 150 mA. From approx. 100 mA, detector 122 signals a current flow. The switching threshold for this message must be greater than 50 mA and less than 150 mA, so it is relatively uncritical.
  • Detector 121 limits the current to 50 mA and reports a current flow.
  • Detector 122 reports no current flow.
  • the detector 121 In the ascended state, the detector 121 is bridged by a contact in the points drive. The current rises to 150 mA, detector 122 reports a current, detector 121 is not. The messages "monitored” and “ascended” are issued by the two detectors as an antivalent.
  • FIG. 2 shows the monitoring circuit (in bold) in the monitored state.
  • the monitoring circuit is connected via a semiconductor switch 114 to the 60 V test voltage.
  • the switching contacts 222 and 224 actuated by the switch tongue are closed, while the switch contacts 221 and 223 are open.
  • the desired position is determined by the switching contacts L1, L2 and R1, R2 of the two relays L and R.
  • the contacts L1 and L2 are open while the contacts R1 and R2 are closed.
  • a current flows through the closed contact R1 and cable core 31 to the points drive, from there via contact 222 and cable core 32 back to the detector 121 in the point controller.
  • the current limited to 50 mA flows through the closed contact R2 and cable core 33 back to the points drive and from there via contact 224 and cable core 34 back to the second detector 122 in the points control, where the circuit then via the ground point MP for power supply in Interlocking 3 is closed.
  • the switch blades 221 and 223 are forcibly closed by the switch blades and the contacts 222 and 224 are opened.
  • cable core 31 is connected via contact 221 directly to cable core 34 and the detector 121 thus bridged.
  • the current in the bridged circuit is then limited only by detector 122 and increases to 150 mA. Consequently, annunciator 122 reports a current flow to the dual-computer system 10, while detector 121, on the other hand, reports no current flow.
  • the desired state set via the relays R and L thus does not correspond to the actual state, there is a detected malfunction. However, if at the same time the set point of the roll is opened by opening the contacts R1, R2 and close the contacts L1, L2 changed, so the detector 121 is back in the circuit, there is no error.
  • the detectors 121 and 122 and the semiconductor switch 114 are protected by parallel-connected varistors V3, V4, V5 against overvoltages.
  • the current limiters may be designed as constant current sources of known type. To protect against overcurrent, the current limiters are rated with line reserves.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Weichensteuerung mit Überwachung der Weichenlage in einem elektronischen Stellwerk.
  • Eine Weichensteuerung dient zur Ansteuerung des Antriebs einer Weiche in einem Schienennetz und zur Überwachung der Weichenstellung. Dabei werden extrem hohe Anforderungen an die Ausfall- und Betriebssicherheit der Weichensteuerung gelegt. So müssen beispielsweise permanent Ist-Lage und Soll-Lage der Weiche überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Weiche sich tatsächlich in der richtigen Lage befindet, wenn ein Zug darüber fahren soll. Zur Zeit werden in Weichensteuerungen Signalrelais eingesetzt, um die Weichenlage überwachen.
  • Der Weichenantrieb wird über vier Kabeladern mit der Ansteuerbaugruppe im Stellwerk verbunden (Vierdrahtschnittstelle). Je Kabelader ist ein Leitungswiderstand von 0 bis 56 Ohm zulässig. Die Überwachung der Weichenlage erfolgt mittels eine Überwachungsstromes, der durch alle vier Kabeladern fließt. Es werden zwei Überwachungsrelais "Überwacher" und "Auffahrmelder" eingesetzt, die durch eng tolerierte Anzug- und Abfallstrom gekennzeichnet sind. Nachteilig wirkt sich darüber hinaus aus, dass der Leitungswiderstand über einen einstellbaren Widerstand kompensiert werden muss.
  • Die Entwicklung elektronischer Stellwerke begann mit dem Einsatz von Rechnertechnik in den zentralen Funktionen wie Meldung und Anzeige, Sicherung und Elementansteuerung. Ansteuerungen der Feldelemente wurden erst später durch Rechner übernommen. Schrittweise kamen Prozessoren und Mikrocontroller in der Gleisfreimeldung (Achszählerinnenanlagen und Zählpunkte), in der Signalsteuerung sowie in Schnittstellenbaugruppen zur parallelen Ein- und Ausgabe zum Einsatz. Aufgrund der hohen Zuverlässigkeit der Weichengruppen in Relaistechnik bestand bisher kein Anlass zum Technologiewechsel.
  • In Relaistechnik ausgeführte Weichensteuerungen haben jedoch einen hohen Raumbedarf. Daher ist die Entwicklung einer elektronischen Weichensteuerung für ein elektronisches Stellwerk wünschenswert.
  • Die DE 203 10 680 U1 beschreibt eine Einrichtung zum Fernüberwachen von werden mittels Relagtechnik.
  • Es ist daher eine Ausgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Weichensteuerung anzugeben, bei der die Überwachung der Weichenlage elektronisch erfolgt und die die hohen Sicherheitsanforderungen in der Stellwerkstechnik erfüllt.
  • Die Ausgabe wird gelöst durch eine Weichensteuerung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß wird die Weichenlage mit zwei unterschiedlichen Strombegrenzern überwacht. Durch Verwendung von unterschiedlichen Strombegrenzungen im Melder "Überberwacht" und im Melder "Aufgefahren" sind die Ströme von der Kabellänge unabhängig. Der Leitungswiderstand muss nicht kompensiert werden. Die Überwachungsfenster in den Meldern können mit größeren Toleranzen bemessen werden.
  • Die eingesetzten elektronischen Schaltungen sind kostengünstiger als die bekannten Signalrelais.
  • Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiden Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Weichensteuerung und
    Figur 2
    den überwachten Zustand.
  • Die Weichensteuerung 1 hat als zentrale Steuereinheit ein Doppelrechnersystem 10, bestehend aus zwei Mikrocontrollern vom Typ C167. Dieser Controllertyp und das dazugehörige Betriebssystem sind bereits in anderen Sicherheitsanwendungen eingesetzt und zugelassen.
  • Eine zweikanalige Schnittstelle 11 a, 11 b ist zum Anschluss an das elektronische Stellwerk vorgesehen. Diese kann z.B. als parallele Schnittstelle (für das ESTW Alcatel 6111 LockTrack), als redundante CAN-Schnittstelle (für das ESTW Alcatel 6151 LockTrack) oder als Busschnittstelle zur Anbindung eines TTP-Moduls (time triggered protocol) für das ESTW Alcatel 6131 LockTrack ausgebildet sein. Es können auch mehrere Schnittstellen vorgesehen sein, die anwendungsbedingt bestückt werden. Diagnosefunktionen zur Störungssuche liefern LEDs an der Frontplatte der Baugruppe oder sind über ein Wartungsterminal an einer seriellen Schnittstelle zugänglich.
  • Die Weichensteuerung 1 wird über eine klassische Vierdrahtschnittstelle mit einem Weichenantrieb 2 bekannter Art verbunden. Dies erlaubt eine Anschaltung des Weichenantriebs mit minimalem Aderaufwand und Kompatibilität mit vorhandenen Außenanlagen. Der Weichenantrieb enthält einen dreiphasigen Motor 211, 212,-213, der die Weiche in die gewünschte Endstellung bewegt. Kontakte 221-224, die durch die Weichenzungen geschlossen oder geöffnet werden, erlauben ein Erkennen der Weichenstellung.
  • Die Stromversorgungsschnittstelle 110 enthält neben drei Drehstromphasen L1, L2, L3 (380/400 V), Nullleiter N und Massepunkt MP einen Anschluss für eine 60V Prüfspannung. Das Doppelrechnersystem überwacht die Weichenstellung und schaltet, wenn die Weiche von einer Endlage in die andere gestellt werden soll, die Drehstromphasen L1-L3 über die Vierdrahtschnittstelle zum Weichenantrieb 2. Das Schalten der Versorgungsspannung erfolgt über Halbleiterschalter 131 und 132. Hierfür werden sogenannte IGBT-Module eingesetzt (Isolated Gate Bipolar Transistor), eine Kombination aus Feldeffekt und Bipolartransistor. In einer parallel eingereichten Patentanmeldung desselben Erfinders wird dies näher beschrieben.
  • Trenntransformatoren dienen zur galvanischen Trennung der Stromwege. Zur galvanischen Trennung der Signalwege werden Optokoppler eingesetzt.
  • Zur Steuerung der Weichensolllage dienen zwei Relais R und L, die als zwangsgeführte Kartenrelais ausgeführt sind. Um die Weiche betrieblich nutzen zu können, wird eine permanente Überwachung der Ist-Lage notwendig. Diese Information besteht aus der Weichensolllage durch Rücklesen der Lagerelais und durch Überprüfen des Stromflusses im Überwachungsstromkreis (60V).
  • Zur Überwachung sind erfindungsgemäß zwei Strombegrenzer 121, 122 mit unterschiedlichen Stromwerten im Überwachungsstromkreis vorgesehen. Diese werden als Weichenüberwacher (WÜ) 121 und als Weichenauffahrmelder (WA) 122 bezeichnet. Der Weichenüberwacher 121 hat eine Stromschwelle von 50 mA, der Weichenauffahrmelder 122 hat eine Stromschwelle von 150 mA.
  • Die Überwachung der Weichenlage erfolgt mit einem Überwachungsstrom, der durch alle vier Kabeladern der Vierdrahtschnittstelle 3 fließt. Durch die Strombegrenzung im Melder 121 wird der Überwachungsstrom auf ca. 50 mA festgelegt. Ab ca. 30 mA meldet der Melder 121 dem Doppelrechnersystem eine Stromfluss.
  • Im Melder 122 befindet sich eine Strombegrenzung mit ca. 150 mA. Ab ca. 100 mA meldet Melder 122 einen Stromfluss. Die Schaltschwelle für diese Meldung muss im Bereich größer 50 mA und kleiner 150 mA liegen, ist somit relativ unkritisch.
  • Im überwachten Zustand sind beide Melder in Reihe geschaltet. Melder 121 begrenzt den Strom auf 50 mA und meldet eine Stromfluss. Melder 122 meldet hingegen keinen Stromfluss.
  • Im aufgefahrenen Zustand wird der Melder 121 durch einen Kontakt im Weichenantrieb überbrückt. Der Strom steigt auf 150 mA, Melder 122 meldet einen Strom, Melder 121 nicht. Die Meldungen "überwacht" und "aufgefahren" werden durch die zwei Melder antivalent ausgegeben.
  • Figur 2 zeigt den Überwachungsstromkreis (fett) im Überwachten Zustand. Der Überwachungsstromkreis wird über einen Halbleiterschalter 114 mit der 60 V Prüfspannung verbunden. Im Weichenantrieb sind die von der Weichenzunge betätigten Schaltkontakte 222 und 224 geschlossen, während die Schaltkontakte 221 und 223 geöffnet sind. In der Weichensteuerung wird die Solllage durch die Schaltkontakte L1, L2 und R1, R2 der beiden Relais L und R festgelegt. Im gezeigten Beispiel sind die Kontakte L1 und L2 geöffnet, während die Kontakte R1 und R2 geschlossen sind. Dadurch fließt ein Strom über den geschlossenen Kontakt R1 und Kabelader 31 zum Weichenantrieb, von dort über Kontakt 222 und Kabelader 32 zurück zum Melder 121 in der Weichensteuerung. Vom Melder 121 fließt der auf 50 mA begrenzte Strom über den geschlossenen Kontakt R2 und Kabelader 33 wieder zum Weichenantrieb und von dort über Kontakt 224 und Kabelader 34 zurück zum zweiten Melder 122 in der Weichensteuerung, wo der Stromkreis dann über den Massepunkt MP zur Stromversorgung im Stellwerk 3 geschlossen ist.
  • Ändert sich aufgrund einer Fehlfunktion die Weichenstellung, so werden durch die Weichenzungen zwangsweise die Kontakte 221 und 223 geschlossen und die Kontakte 222 und 224 geöffnet. Dadurch wird Kabelader 31 über Kontakt 221 direkt mit Kabelader 34 verbunden und der Melder 121 somit überbrückt. Der Strom im überbrückten Stromkreis wird dann nur noch durch Melder 122 begrenzt und steigt auf 150 mA an. Folglich meldet Melder 122 an das Doppelrechnersystem 10 einen Stromfluss, Melder 121 hingegen meldet keinen Stromfluss. Der über die Relais R und L eingestellt Soll-Zustand entspricht somit nicht dem Ist-Zustand, es liegt eine erkannte Fehlfunktion vor. Wird jedoch gleichzeitig die Weichensolllage durch Öffnen der Kontakte R1, R2 und schließen der Kontakte L1, L2 verändert, so befindet sich der Melder 121 wieder im Stromkreis, es liegt kein Fehlerfall vor.
  • Die Melder 121 und 122 sowie der Halbleiterschalter 114 sind durch parallelgeschaltete Varistoren V3, V4, V5 gegen Überspannungen geschützt.
  • Die Strombegrenzer können als Konstantstromquellen bekannter Art ausgeführt sein. Zum Schutz gegen Überstrom sind die Strombegrenzer mit Leitungsreserven bemessen.

Claims (7)

  1. Weichensteuerung (1) für ein elektronisches Stellwerk zur Ansteuerung eines Weichenantriebs (2), mit einem an den Weichenantrieb (2) anschließbaren Überwachungsstromkreis zum Überwachen der Weichenlage, wobei der Überwachungsstromkreis einen ersten Strombegrenzer (121) mit einer ersten Stromschwelle und einem zweiten Strombegrenzer (122) mit einer zweiten, höheren Stromschwelle aufweist, die bei einem angeschlossenen Weichenantrieb (2) derart verbunden sind, dass in einem ersten Zustand des Weichenantriebs der erste Strombegrenzer (121) und der zweite Strombegrenzer (122) über den Weichenantrieb (2) in Reihe geschaltet sind, so dass nur der erste Strombegrenzer (121) einen Stromfluss meldet, und dass in einem zweiten Zustand des Weichenantriebs (2) der erste Strombegrenzer (121) über den Weichenantrieb überbrückt ist, so dass der zweite Strombegrenzer (122) einen Stromfluss meldet.
  2. Weichenantrieb nach Anspruch 1 mit Schaltern (L1, L2, R1, R2) zum Einstellen der Weichensolllage.
  3. Weichenantrieb nach Anspruch 1 mit jeweils einem vorzugsweise einstellbaren Widerstand (V3, V4) in Parallelschaltung zu dem ersten Strombegrenzer (121) und zu dem zweiten Strombegrenzer (122).
  4. Weichensteuerung nach Anspruch 1 mit einem Doppelrechnersystem (10) aus mindestens zwei Mikrocontrollern zum Auswerten der Meldungen der beiden Strombegrenzer (121, 122).
  5. Weichensteuerung nach Anspruch 4 bei dem das Doppelrechnersystem (10) zum Ansteuern der Schalter (L1, L2, R1, R2) angepasst ist.
  6. Weichensteuerung nach Anspruch 5, bei dem die Schalter (R1, R2, L1, L2) als Relais (L, R) ausgeführt sind, die von dem Doppelrechnersystem (10) angesteuert sind.
  7. Weichensteuerung nach Anspruch 1, bei dem eine Schnittstelle (3) zum Anschluss des Weichenantriebs (2) als eine Vierdrahtschnittstelle ausgeführt ist und im überwachten, fehlerfreien Zustand der Überwachungsstromkreis über alle vier Kabeladern (31, 32, 33, 34) der Vierdrahtschnittstelle (3) in Reihe verläuft.
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