EP2100793B1 - Verfahren und Einrichtung zum kontinuierlichen Auswerten von Empfangssignalen in Eisenbahngleisstromkreisen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum kontinuierlichen Auswerten von Empfangssignalen in Eisenbahngleisstromkreisen Download PDF

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EP2100793B1
EP2100793B1 EP20090100089 EP09100089A EP2100793B1 EP 2100793 B1 EP2100793 B1 EP 2100793B1 EP 20090100089 EP20090100089 EP 20090100089 EP 09100089 A EP09100089 A EP 09100089A EP 2100793 B1 EP2100793 B1 EP 2100793B1
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EP
European Patent Office
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path
evaluation
fault
signal
status
Prior art date
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EP20090100089
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French (fr)
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EP2100793A2 (de
EP2100793A3 (de
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Daniel Buergi
Peter Ellenberger
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Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Publication date
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Publication of EP2100793A3 publication Critical patent/EP2100793A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/18—Railway track circuits
    • B61L1/181—Details
    • B61L1/187—Use of alternating current

Definitions

  • the present invention relates to a railway track circuit.
  • a patent application for a railway track circuit was filed at the European Patent Office under the number 06 022 614.9 and withdrawn before the Veröttentlichung.
  • the present invention relates to a method and apparatus for evaluating received signals in railway track circuits. Further, the invention relates to a method and apparatus for track vacancy using track circuits.
  • the starting point of this invention is the widely used track circuit with the classical technical approach of the circuit.
  • the functional principle is relatively simple and will be briefly introduced.
  • a rail of the track section to be monitored is separated and insulated against the adjacent track section on a rail or both rails.
  • the transmitter applies voltage to one end of the isolated section.
  • the receiver at the other end of the section evaluates this voltage.
  • the received signal is thereby largely suppressed.
  • the evaluation after the receiver reports thereby the section as occupied.
  • Another known embodiment provides for the supply of the GSK (track circuit) by means of a three-phase network. It comes in a driving to a detuning a device of a kind of differential transformer or a kind of electric shaft or motor. At the manufacturer Siemens, such a product is referred to as a motor relay.
  • a motor relay When driving, there is a change in the circle with respect to the following parameters, namely frequency spectrum, phase, power.
  • the mass of the motor rotor acts as an inertia filter with a pick-up delay to suppress short-term interference.
  • the principle of a GSK operated with a voltage over 100V AC (usually 230V) with 50 Hz or 60 Hz, in continuous operation or in pulsed mode is also known.
  • the comparatively high voltage is used for breaking up the insulating layers, e.g. Rust on the rail rolling surfaces used in non-regular driving. Due to the high performance, the required fault clearances are created.
  • GSK also pose a potential threat to humans and animals, especially in the area of level crossings due to the voltage level.
  • the evaluation of the received signal is to be optimized in such a way that, as far as possible, the entire implicit information contained therein for occupying the monitored track section can be detected.
  • the three-channel evaluation contributes to improved failure detection with shortened error disclosure times.
  • the method can be further improved in one embodiment of the invention in that the very powerful signal processing based on mathematical calculation of processes is used. Processing takes place in real time with a signal-data acquisition grid suitable for the task. The digitized values of the received signal are specifically fed to the evaluation channels designed for the respective task.
  • a universal track circuit (UGSK) is described below.
  • the system consists of two parts: the part “outdoor installation”, which establishes the physical connection to the infrastructure, ie the track section, and the part “indoor installation” in the signal box with the associated electronics for signal generation and signal evaluation for determining the occupancy state of the associated track section on the state free resp. Occupies resp. disturbed.
  • the part "outdoor system” consists essentially of the galvanic separation points mostly in the form of Gleistransformatoren the transmit and receive signal with the associated filter circuits at both ends of the section of the circle. They transform the transmitted high voltage on the cable to the signal box into a low voltage of a few volts permissible for track systems. They are additionally equipped with a high-pass filter. These protect the electronics of the transmitter and receiver against the high-energy interference effects of the traction currents from the 16.7 Hz resp. 50 Hz traction networks of the railways.
  • the signal evaluation is a two-channel system with suitable control and calculation units for the differentiated determination of the occupancy states and their transfer to the interlocking. A potential separation of the transmitting and receiving line is realized. It is advantageous to use safety relays for status output. Transmitter and receiver are spatially close to each other due to disturbance influencing factors. The detailed description of the (evaluation) method and the device is given in the following chapters according to the method top-town ".
  • FIG. 1 schematically shows the system structure; the FIG. 2 according to the hardware construction.
  • the architecture is designed so that it can meet the required safety features.
  • the security architecture includes full 2-channel capability, from the secondary windings of the receiving transformer to the signaling relays. Variants are possible for the electronics supply.
  • the two evaluation channels are identical in the intended function of the signal evaluation.
  • One of the channels still performs control tasks such as e.g. Clock frequency generation, control of the transmitter, control of the display, and possibly other functions. It also synchronizes the second channel for data acquisition and processing. Such an assignment is advantageous, but not mandatory.
  • the correct operation of the two channels is checked cyclically by exchanging the required data for each other and comparing them in two channels. Small tolerances resulting from tolerances of the analog part are tolerated. This is operationally necessary in particular because the alarm relays of the two channels must always have the same state even in the border region of evaluation zones (eg free - disturbed).
  • the level signals of the transmitter voltage and supply are converted in the same A / D converter as the reception input signal.
  • the signal transmitted on the track section consists of two combined operating frequencies.
  • the third frequency (foreign frequency) is not relevant for the generation of the transmission signal.
  • Each working frequency on its own is sent after the "send-pause" procedure.
  • the transmission signal is schematically in FIG. 3 shown. To each other are the transmission and pause phases of the working frequencies shifted so that frequency 1 sends in the pause of frequency 2 and vice versa; FIG. 3 illustrates the transmission signal.
  • the transmission duration of a "frequency packet" is approx. 300ms in each case. This gives the filters the opportunity to settle. It can vary slightly, since phase jumps are to be avoided when changing the frequency (ie individual periods of the signal must be completed).
  • Neighbor track circuits have the third frequency f3 besides any frequency of f1 and f2. This crosstalk in the event of an insulation fault by detection can be seen.
  • the received signal from the track section via the separation point is digitized with an AD converter and applied to the input of the filter.
  • the separation point is equipped with a transformer / transmitter and with filter elements to eliminate unwanted traction.
  • FIG. 1 shows the system structure and the position in the interlocking as well as the track system.
  • FIG. 2 shows the hardware architecture in general and broader the subdivision of the signal evaluation in different Evaluation paths and their function blocks.
  • FIG. 4 shows the subdivision of the signal evaluation into evaluation paths and function blocks.
  • the received signal is transferred in digital form and the further processing is conditioned. This is divided into the three operating frequencies for the process operating frequencies f1, f2 and f3. The method is designed so that the computational effort remains appropriate.
  • the structure of the filter structure is described in Section 3.1.
  • the processing of the filtered transmission frequencies f1, f2, f3 takes place with the continuous calculation of the signal level for the three operating frequencies. At this point, therefore, the raw information of the track occupancy, i. free without an axle short circuit or occupied by an axle short circuit for further processing. Situationally caused by traction processes and thus the transmission signal superimposed disturbances can affect the two useful signals.
  • the further processing of the signal level profile takes place in a manner essential to the invention in parallel on three paths.
  • Each of these three paths has implemented a specific signal processing method for three operating states (regular operation, faulty operation and interference disturbance by interference of adjacent circuits).
  • the method is designed so that in unambiguous, not or only slightly superimposed with disturbances signals of the operating frequencies based on the summed signal level for both ver used working frequencies an evaluation of the received signal made and from the state (free, busy, fault) of the track section is determined.
  • This path allows rapid evaluation in case of state changes in the occupancy, because a driving event in the track section at a f1 and f2 common summed signal level has a faster effect than would be the case with a separate evaluation of the two frequency packets f1 and f2.
  • the transmission phases and transmission pauses of the two operating frequencies are evaluated separately. This method is more time consuming than that of the first path.
  • the evaluation of the individual time sections is a method for achieving a delay of the time of entry of the operating inhibiting state "fault" when an interference-superimposed operating frequency occurs.
  • the third path serves to detect an insulating shock bridging of the considered track section with a neighboring section. If a signal level is detected at the third operating frequency in the unit under consideration (caused by interfering influences or one of the transmission frequencies of a neighboring section which is not transmitted by the device considered here), then the fault state is assumed.
  • the evaluation unit (inflow of the three paths).
  • the current allocation results of the three evaluation paths are linked according to their states according to an appropriate logic.
  • Other frequency triples, adjusted to intermediate values of the fundamental and the harmonics of the traction supply are arbitrarily possible.
  • the main goal of the evaluation is to filter out these useful frequencies and thus to suppress other interfering frequencies in the received signal.
  • Preliminary clarifications regarding an evaluation by means of FFT have shown that here the stopband attenuation (besides the useful frequencies) is too low.
  • specific filter structures are available for the individual useful frequencies - (narrowband) bandpass filters.
  • FIG. 5 shows the structure of the digital filter system.
  • the figure shows the digital filter system for evaluating the three useful frequencies.
  • the input signal for the evaluation system is the output data word of the analog-to-digital converter stage (not shown in the figure). This data word is available at the frequency f sample on the evaluation system.
  • the input signal is fed to an antialiasing filter (LP0).
  • LP0 antialiasing filter
  • the signal is then ready for bandpass filtering. So that the computational effort in these filters is not excessive, a down-sampling (DS) must be carried out with the LP0 output signal: Thus, only every eighth data word is passed on to the next processing stage, the filtering.
  • DS down-sampling
  • the three useful signals are filtered out of the input signal.
  • the FIR filter is advantageously used, the signal processing is generally digital.
  • the order of the filter used is expediently high and can be determined by a person skilled in the art.
  • the up-sampling is done to the original frequency f sample ; Suppress the low-pass filters LP1, LP2 and LP3 at the outputs Harmonics of the useful frequencies were created by oversampling.
  • the input signals from 12bit / signed (-2048 to +2047) are limited to 11 bit / unsigned (0 to 2047).
  • the peak values are determined from the rectified working and external frequencies; the peak values represent the signal level.
  • FIG. 6 shows a basic procedure for determining the signal level.
  • the operating frequencies can be damped differently by the frequency dependence of the transmission path of the track circuit (transformers, track, etc.). This can lead to fluctuations in the signal level.
  • the equalization of the operating frequencies, or their signal level compensates for the different attenuations; the received operating frequencies are amplified accordingly.
  • the degree of approximation is determined by parcel values in the free zone. Subsequently, the operating frequencies are adjusted symmetrically. For matching, a maximum capture range must be specified (cf. FIG. 7 ).
  • the sum is continuously formed.
  • a mean value is also continuously calculated; the resulting result is referred to as a "common signal level" and further supplied to the level evaluation.
  • the function block "Condition detection” examines the time course of the common signal level and determines from this the operating state free, busy or fault.
  • FIG. 8 shows the corresponding state diagram for state detection.
  • the two operating frequencies are also evaluated individually during the transmission phase and the transmission pause.
  • the evaluation of the operating frequencies takes place in the transmission phase and during the transmission break differently.
  • the broadcast phase it is according to FIG. 8 identical to the evaluation of the common signal level.
  • the discrete values are based on the real characteristics of a railway network of an operator.
  • the condition of the track section must be determined on the basis of the second, still undisturbed working frequency.
  • FIG. 9 shows the packet evaluation at a faulty working frequency.
  • the function block thus generates the signals FMb and STb continuously. Subsequent function blocks then take into account any timeouts or transition patterns.
  • the packet value of the undisturbed frequency is only distinguished in the states free or busy. If the packet value is in the range of interference or overmodulation, then according to Table 3 this applies as a disturbance of both operating frequencies and is evaluated in subsequent function blocks.
  • the third working frequency (external frequency) is used to detect interference due to insulating shock bypasses. If the signal level of the foreign frequency exceeds the value 100 (corresponds to the signal level p0), it is determined on the basis of different time criteria whether there is an insulation fault.
  • FIG. 10 shows the corresponding state diagram for the insulation fault.
  • the evaluation paths "common signal level” and “packet evaluation” generate the control signals for the free and fault relays (FMa / b or STa / b).
  • the function block “path switching” described below decides which evaluation path determines the effective control signals; So he switches between the two paths.
  • FIG. 11 shows the merge of the evaluation paths.
  • the evaluation path "insulation fault” generates only a control signal for the fault relay (STc). This control signal dominates the "path switching" control signals; If an insulation fault is detected, the control signal causes the relay message "Busy and faulty".
  • FIG. 11 the 'switching' function is already shown as a block diagram.
  • FIG. 12 shows the same function as a state diagram.
  • the three evaluation paths influence each other (hierarchically). This ensures, in particular, that the state "free” must be 'approved' after an occupancy or fault by all evaluation paths.
  • the smoothing or fault cancellation functions are thereby implemented at one point (in the "common signal level” evaluation path).
  • the "common signal level” evaluation path is in the fault state as long as another evaluation path has assumed the fault state. If no more faults are received, the evaluation path "common signal level" is the last one to enter the state Free; the smoothing and fault cancellation functions are implemented there.
  • the state pre-fault can also be taken in the evaluation path "packet evaluation".

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Eisenbahngleisstromkreis. Eine Patentanmeldung für einen Eisenbahngleisstromkreis wurde beim europäischen Patentamt unter der Nummer 06 022 614.9 eingereich und vor der Veröttentlichung zunickgezogen.
  • Dort wird ein Verfahren und System zur Gleisfreimeldung eines Abschnitts einer Gleisstrecke vorgeschlagen, bei dem:
    1. a) eine Länge des Abschnitts über einen an zwei Enden unterbrochenen Schienenstrang definiert wird;
    2. b) an einem Ende des Schienenstranges eine Wechselspannung mit zwei alternierenden Frequenzen als Eingangssignal eingespeist wird;
    3. c) an dem anderen Ende des Schienenstranges ein Ausgangssignal abgegriffen wird;
    4. d) das abgegriffene Ausgangssignal hinsichtlich seiner Anteile in den beiden Frequenzen analysiert wird; und
    5. e) in Abhängigkeit von der Analyse anhand von Grenzwertvergleichen entschieden wird, welchen Zustand der Gleisabschnitt aufweist.
    Stand der Technik und Aufgabe
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Auswerten von Empfangssignalen in Eisenbahngleisstromkreisen. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gleisfreimeldung unter der Verwendung von Gleisstromkreisen.
  • Für die Betriebsführung von Eisenbahnen ist die Information über die Belegung eines Gleisabschnitts durch ein Fahrzeug unbedingt erforderlich. Sie spielt beim Stellen und Auflösen von Fahrstrassen als eine sicherheitskritische Grösse eine wichtige Rolle. Für die Erkennung einer Belegung existieren zahlreiche verschiedene Techniken. Ausgangslage dieser Erfindung ist der weit verbreitete Gleisstromkreis mit dem klassischen technischen Ansatz des Stromkreises. Das Funktionsprinzip ist relativ einfach und wird kurz vorgestellt. Eine Schiene des zu überwachenden Gleisesabschnittes wird gegen den benachbarten Gleisabschnitt an einer Schiene oder beiden Schienen aufgetrennt und isoliert. Der Sender legt an einem Ende des isolierten Abschnitts eine Spannung an. Der Empfänger am anderen Abschnittsende wertet diese Spannung aus. Wenn ein Zug in den Abschnitt einfährt, schliessen seine Achsen die zwei gegeneinander isolierten Schienen des Gleises kurz und legen das Gleis an das gleiche Bahnerdpotential. Das Empfangssignal wird dadurch weitgehend unterdrückt. Die Auswertung nach dem Empfänger meldet dadurch den Abschnitt als belegt.
  • Auf diesem Grundprinzip aufbauend existiert eine Vielzahl von sehr unterschiedlichen Produkten. Sie unterscheiden sich wesentlich in Bezug auf das gewählte Sendesignal und die Auswertung im Empfangsteil. Es gibt auch so genannte stossfreie Gleisstromkreise. Diese haben jedoch eine gewisse Überlappung an den Grenzen zwischen zwei benachbarten Kreisen. Dadurch sind trennscharfe Belegungen, so zum Beispiel im Bereich von Weichen und Kreuzungen nicht möglich.
  • Eine im Stand der Technik bekannte Ausführungsform ist der klassische DC-Gleisstromkreis. Dieses Prinzip betreibt einen DC-Stromkreis am Gleisabschnitt und darin liegen seriell die zwei Schienen mit der variablen Grösse des Bettungswiderstandes. Der Achsnebenschluss bei einer Befahrung reduziert den Widerstand im Kreis. Das Prinzip arbeitet wie In der Figur 1 dargestellt. Die einfachste Lösung ist die Verwendung eines Relais als Empfänger seriell im Stromkreis für die Detektion der Belegung des Abschnittes.
  • Eine weitere bekannte Ausführungsform sieht die Speisung des GSK (Gleisstromkreises) mittels eines Drehstromnetzes vor. Dabei kommt es bei einer Befahrung zu einer Verstimmung einer Einrichtung einer Art von Differenzial-Transformator oder auch eine Art elektrischer Welle respektive Motor. Beim Hersteller Siemens wird ein solches Produkt als Motorrelais bezeichnet. Bei einer Befahrung kommt es zu einer Veränderung des Kreises bezüglich der folgenden Parameter, nämlich Frequenzspektrum, Phase, Leistung. Dabei wirkt die Masse des Motor-Rotors als ein Trägheitsfilter mit Anzugsverzögerung zum Unterdrücken von kurzzeitigen Störeinwirkungen.
  • Das Prinzip eines GSK betrieben mit einer Spannung über 100V AC (meist 230V) mit 50 Hz oder 60 Hz, im kontinuierlichen Betrieb oder im Pulsbetrieb ist ebenfalls bekannt. Die vergleichsweise hohe Spannung wird für das Aufbrechen der Isolationsschichten wie z.B. Rost auf den Schienenrollflächen bei nicht regelmässiger Befahrung eingesetzt. Durch die hohen Leistungen werden die erforderlichen Störabstände geschaffen. Solche GSK bilden jedoch auch infolge der Spannungshöhe eine potentielle Gefährdung für Mensch und Tier insbesondere im Bereich von Bahnübergängen.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik bleibt es daher dennoch wünschenswert, die Zuverlässigkeit von Gleisstromkreisen und ihre Robustheit verbessern zu können. Dabei sind die elektromagnetischen Störeinflüsse, verursacht durch die Traktion ein wichtiger Teil. Generell ist die Auswertung des Empfangssignals derart zu optimieren, dass weitest gehend die gesamte darin enthaltene implizite Information zur Belegung des überwachten Gleisabschnittes erfasst werden kann.
  • Hierzu werden durch die internationale Patentanmeldung WO 2008/052643 A2 ein System und ein Verfahren zur Gleisfreimeldung eines Abschnitts einer Gleisstrecke vorgeschlagen, bei denen:
    1. a) eine Länge des Abschnitts über einen an zwei Enden vorzugsweise an einem Gleis unterbrochenen Schienenstrang definiert wird;
    2. b) an einem Ende des Schienenstranges eine Wechselspannung mit zwei alternierenden Frequenzen als Eingangssignal eingespeist wird;
    3. c) an dem anderen Ende des Schienenstranges ein Ausgangssignal abgegriffen wird;
    4. d) das abgegriffene Ausgangssignal hinsichtlich seiner Eigenschaften im Bezug auf den Aufbau des Sendesignals analysiert wird; und
    5. e) in Abhängigkeit von der Analyse anhand von Grenzwertvergleichen entschieden wird, welchen Zustand der Gleisabschnitt aufweist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung nun mehr die Aufgabe zugrunde, für ein Verfahren gemäss der WO 2008/052643 A2 die Fehleroffenbarungszeiten in Gleisstromkreisen weiter zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Gleisfreimeldung eines Abschnitts einer Gleisstrecke durchgeführt wird, bei dem:
    • a) eine Länge des Abschnitts über einen an zwei Enden unterbrochenen Schienenstrang definiert wird;
    • b) an einem Ende des Schienenstranges eine Wechselspannung mit zwei alternierenden Arbeitsfrequenzen, die aus einer vorbestimmten Gruppe von drei Arbeitsfrequenzen ausgewählt werden, als Eingangssignal eingespeist wird;
    • c) an dem anderen Ende des Schienenstranges ein Ausgangssignal abgegriffen wird;
    • d1) das abgegriffene Ausgangssignal hinsichtlich seiner Eigenschaften im Bezug auf den Aufbau des Eingangssignals dreikanalig analysiert wird, wobei:
    • d2)
      • in einem ersten Pfad bei eindeutigen Signalen in den beiden alternierend gesendeten Arbeitsfrequenzen anhand des summierten Signalpegels für beide verwendeten Arbeitsfrequenzen eine Bewertung des Ausgangssignals vorgenommen und daraus der Zustand des Gleisabschnitts ermittelt wird;
      • in einem zweiten Pfad die Sendephasen und die Sendepausen der beiden alternierend gesendeten Arbeitsfrequenzen anhand einer Paketauswertung separat bewertet wer den um den Eintretenszeitpunkt eines betriebshemmenden Zustandes beim Auftreten einer störungsüberlagerten Arbeitsfrequenz zu verzögern; und
      • in einem dritten Pfad ein Signalpegel auf der dritten nicht in den betrachteten, aber in einen Nachbarabschnitt eingespiesenen Arbeitsfrequenz bewertet wird und ein Stö
      • rungszustand angenommen wird, wenn ein Signalpegel auf der dritten Arbeitsfrequenz detektiert wird; und
    • e) in Abhängigkeit von der Analyse anhand von Grenzwertvergleichen mittels einer Pfadumschaltungslogik laufend entschieden wird, welcher der drei Auswertungspfade die an ein Stellwerk auszugebende Belegungs- und Zustandsmeldung über den Zustand des Gleisabschnitts bestimmt.
  • Damit trägt die dreikanalige Auswertung zu einer verbesserten Ausfallerkennung mit verkürzten Fehleroffenbarungszeiten bei.
  • Das Verfahren kann weiter in einer Ausgestaltung der Erfindung dahingehend ertüchtigt werden, dass die sehr leistungsfähige Signalverarbeitung auf der Basis von mathematischer Berechnung von Prozessen genutzt wird. Die Verarbeitung erfolgt in Echtzeit mit einem für die Aufgabenstellung geeigneten Signal-Daten-Akquisitionsraster. Die digitalisierten Werte des Empfangssignals werden spezifisch den für die jeweilige Aufgabenstellung ausgebildeten Auswertekanälen zugeleitet.
  • Ein universeller Gleisstromkreis (UGSK) wird nachfolgend beschrieben. Das System besteht aus zwei Teilen: dem Teil "Aussenanlage", welche die physikalische Anbindung an die Infrastruktur, das heisst den Gleisabschnitt herstellt, und dem Teil "Innenanlage" im Stellwerk mit der zugehörigen Elektronik für die Signal-Generierung und die Signal-Auswertung für das Bestimmen des Belegungszustandes des zugehörigen Gleisabschnittes auf den Zustand Frei- resp. Belegt resp. gestört.
  • Der Teil "Aussenanlage" besteht im Wesentlichen aus den galvanischen Trennstellen meist in Form von Gleistransformatoren des Sende- und Empfangssignals mit den zugehörigen Filter-Beschaltungen an beiden Abschnittsenden des Kreises. Sie transformieren die gesendete hohe Spannung auf dem Kabel zum Stellwerk in eine für Gleisanlagen zulässige Kleinspannung von wenigen Volt. Sie sind zusätzlich mit einem Hochpassfilter ausgerüstet. Diese schützen die Elektronik des Senders und Empfängers vor den energiereichen Störeinwirkungen der Traktionsströme aus den 16,7 Hz resp. 50 Hz Traktionsnetzen der Bahnen.
  • Der Teil "Innenanlage" besteht in der Speisung aus zwei Varianten
    • Variante 1: Einer streng zweikanaligen Ausführung der Spannungsversorgung, (in Figur 2 dargestellt) oder einer
    • Variante 2: Einer einfachen jedoch streng überwachten Speisung auf Unter- und Überspannung und einer Entkopplung der daran liegenden Verbraucher nach dem Stand der Technik, beispielhaft mittels Drosseln.
  • Die Signalauswertung ist ein zweikanaliges System mit geeigneten Steuer- und Recheneinhelten für die differenzierte Ermittlung der Belegungszustände und deren Weitergabe an das Stellwerk. Eine Potentialtrennung der Sende- und Empfangsleitung ist realisiert. Vorteilhaft werden Sicher heitsrelais für die Zustandsausgabe eingesetzt. Sender und Empfänger befinden sich räumlich aus störbeeinflussungstechnischen nahe beieinander.
    Die detaillierte Beschreibung des (Auswerte)Verfahrens und der Vorrichtung erfolgt in den nachfolgenden Kapiteln nach der Methode top-town".
    • 1 Beschreibung des Systems, der Architektur, des Verfahrens und der Einnrichtung 1.1 Beschreibung der Systemstruktur
  • Die Figur 1 zeigt schematisch den Systemaufbau; die Figur 2 entsprechend den Hardware-Aufbau.
    • 1.2 Grundsätze der Sicherheits-Architektur
  • Die Architektur ist so ausgelegt, dass sie den geforderten Sicherheitseigenschaften genügen kann. Die Sicherheitsarchitektur umfasst eine volle 2-Kanaligkeit, von den Sekundärwicklungen des Empfangstrafos bis zu den Melderelais. Für die Elektronik-Speisung sind Varianten möglich.
  • Die beiden Auswertekanäle sind in der bestimmungsgemässen Funktion der Signalauswertung identisch. Einer der Kanäle übernimmt noch Steueraufgaben wahr so z.B. Taktfrequenz-Generierung, Ansteuerung des Senders, Ansteuerung des Display, und allenfalls weitere Funktionen. Zudem synchronisiert er den zweiten Kanal bezüglich Datenerfassung und Verarbeitung. Eine solche Zuordnung ist vorteilhaft, aber nicht zwingend.
    • 2 Das Verfahren 2.1 Verfahren und Prüfungen zur Beherrschung des sicheren Zustandes
  • Die korrekte Arbeitsweise der beiden Kanäle wird zyklisch überprüft, indem die dafür benötigten Daten gegenseitig ausgetauscht und 2-kanalig verglichen werden. Dabei werden kleine Unterschiede, die sich aufgrund von Toleranzen des Analogteils ergeben, toleriert. Dies ist betrieblich insbesondere daher notwendig, weil die Melderelais der beiden Kanäle auch im Grenzbereich von Bewertungszonen (z.B. Frei - Gestört) immer denselben Zustand haben müssen.
  • Um sicherzustellen, dass die Störungsmelde-Relais S1; S2, die üblicherweise dauernd angezogen sind, ebenfalls in einen zyklischen Test mit einbezogen werden, ist in Betracht zu ziehen, diese am Ende einer Belegung jeweils kurz abfallen zu lassen und so zu prüfen.
  • Um sicherzustellen, dass ein Fehler im A/D-Wandler auch bei über lange Zeit konstantem Empfangssignal schnell aufgedeckt wird, werden die Pegelsignale der Senderspannung und Speisung im selben A/D-Wandler gewandelt, wie das Empfangs-Eingangssignal.
  • Das sich kontinuierlich ändernde Sinussignal der Senderspannung, sowie die konstante Speisespannung mit kleiner Variation, die mit Vorteil in die obere Hälfte des AD-Wandlerbereichs gelegt wird (Test des MSB) bewirken somit auch bezüglich Sicherheit einen vorteilhaften Beitrag.
  • Folgende Faktoren können die Gefährdungsrate unabhängig von der GSK- Funktionseinheit verschlechtern und sind daher nicht in die Kalkulation mit einzubeziehen:
    • Zu tiefer Bettungswiderstand
    • Vorschriftswidrige (zu hohe) Einstellung der Sendeleistung
    • Schlechter (vorschriftswidriger) Achsnebenschluss (auch lange anhaltende Flatterachse)
    • Extreme Störungen (wesentlich grössere, als die spezifizierten 4A Traktionsströme) über längere Zeit (>1s).
    2.2 Die Sendesignale für die Einspeisung auf einer Seite des Gleisabschnittes.
  • Das Signal, welches auf dem Gleisabschnitt gesendet wird, besteht aus zwei kombinierten Arbeitsfrequenzen.
  • Die möglichen Frequenzkombinationen sind:
    • Frequenzkombination 1:fa1 = fs1    fa2 = fs2    ffr = fs3
    • Frequenzkombination 2:fa1 = fs2    fa2 = fs3    ffr = fs1
    • Frequenzkombination 3:fa1 = fs1    fa2 = fs3    ffr = fs2
  • Die dritte Frequenz (Fremdfrequenz) ist für die Erzeugung des Sendesignals nicht relevant.
  • Jede Arbeitsfrequenz für sich wird nach dem "Sende-Pausen"-Verfahren gesendet. Das Sendesignal ist schematisch in Figur 3 gezeigt. Zueinander sind die Sende- und Pausenphasen der Arbeitsfrequenzen verschoben, so dass Frequenz 1 in der Pause der Frequenz 2 sendet und umgekehrt; Figur 3 illustriert das Sendesignal.
  • Die Sendedauer eines "Frequenzpaketes" liegt jeweils bei ca. 300ms. Damit besteht für die Filter die Möglichkeit, einzuschwingen.
    Sie kann leicht variieren, da Phasensprünge beim Frequenzwechsel vermieden werden sollen (d.h. einzelne Perioden des Signals müssen zu Ende geführt werden).
  • Nachbar-Gleisstromkreise verfügen neben einer beliebigen Frequenz von f1 und f2 über die dritte Frequenz f3. Damit ist ein Übersprechen im Falle einer Isolierstörung durch Detektion erkennbar.
    • 2.3 Grundsätzliche Festlegungen
  • Das vom Gleisabschnitt über die Trennstelle anliegende Empfangssignal wird mit einem AD-Konverter digitalisiert und an den Eingang des Filters angelegt. Die Trennstelle ist ausgestattet mit einem Transformator / Überträger und mit Filterelementen zur Eliminierung unerwünschter Traktionseinwirkungen.
  • Generell ist die gesamte Datenverarbeitung nach der Analog/Digital-Konvertierung des Empfangssignals bis zur Ausgabe des Belegungszustandes an das Stellwerk durchgehend rein digital. Das heisst, dass die analogen Signale mit der erforderlichen Auflösung diskretisiert sind.
  • Figur 4 zeigt die wichtigsten Auswertungspfade und Funktionsblöcke.
    • Filterung des Eingangssignals (siehe oben Block "Filterung)
    • Vorbearbeitung der gefilterten Sendefrequenzen (siehe oben Blöcke "Absolutwert" und "Signalpegel)
    • Berechnung und Auswertung des gemeinsamen Signalpegels (siehe oben Blöcke "Pegeladdition", Pegelbewertung" und "Zustandserkennung")
    • Auswertung der Sendephasen und Sendepausen der Arbeitsfrequenzen (siehe oben Blöcke " "Paketauswertung" und "Störungstabelle")
    • Auswertung der Fremdfrequenz (siehe oben Block "Isolierstörung")
    • Verknüpfung der Ergebnisse (pro Auswertungs-Pfad; Block "Pfadumschaltung)
    2.4 Generelle Funktionsweise des Auswerte-Verfahrens 24.1 Die Funktions-Blockdiagramme
  • Figur 1 zeigt den Systemaufbau und die Position in der Stellwerk- sowie der Gleisanlage. Figur 2 zeigt die Hardware Achitektur allgemein und weiter gefasst die Unterteilung der Signalauswertung in verschiedene Auswertungspfade und deren Funktionsblöcke. Figur 4 zeigt die Unterteilung der Signalauswertung in Auswertungspfade und Funktionsblöcke. Hier ist für den Fachmann ersichtlich, wie der eigentlichen Signalauswertung die Filterung und Auswertung des Empfangssignals vorangeht.
    • 2.4.2 Die zwei Funktionsblöcke Signal-Filterung und Signal-Auswertung Signal-Filterung
  • In der Stufe Signal-Filterung wird das Empfangssignal in digitaler Form übernommen und die Weiterverarbeitung konditioniert. Dieses wird in die drei Arbeitsfrequenzen für das Verfahren festgelegten Arbeitsfrequenzen f1, f2 und f3 aufgeteilt. Das Verfahren ist so ausgelegt, dass der Rechenaufwand zweckmässig bleibt. Der Aufbau der Filterstruktur wird in Abschnitt 3.1 beschrieben.
    • Signal-Auswertung
  • Im ersten Pfad der Signalauswertung erfolgt die Verarbeitung der gefilterten Sendefrequenzen f1, f2, f3 mit der fortlaufenden Berechnung des Signalpegels für die drei Arbeitsfrequenzen. An diesem Punkt steht somit die Rohinformation der Gleisbelegung, d.h. frei ohne einen Achskurzschluss oder belegt durch einen Achskurzschluss für die weitere Verarbeitung bereit. Situativ können auch durch Traktionsprozesse verursachte und damit dem Sendesignal überlagernde Störgrössen die zwei Nutzsignale beeinträchtigen.
  • Die weitere Verarbeitung des Signalpegelverlaufs erfolgt in erfindungswesentlicher Weise parallel auf drei Pfaden. Jeder dieser drei Pfade hat ein spezifisches Signalverarbeitungsverfahren für drei Betriebszustände (Regelbetrieb, gestörter Betrieb und Isolierstörung durch Störeinwirkung benachbarter Kreise) implementiert.
  • Diese drei Verarbeitungsverfahren sind nachfolgend beschrieben.
  • Im ersten Pfad ist das Verfahren so angelegt, dass bei eindeutigen, nicht oder nur gering mit Störgrössen überlagerten Signalen der Arbeitsfrequenzen anhand des summierten Signalpegels für beide ver wendeten Arbeitsfrequenzen eine Bewertung des Empfangssignals vorgenommen und daraus der Zustand (Frei, Belegt, Störung) des Gleisabschnittes ermittelt wird.
    Dieser Pfad erlaubt eine schnelle Auswertung bei Zustandsänderungen der Belegung, weil sich ein Befahrungsereignis im Gleisabschnitt bei einem f1 und f2 gemeinsamen summierten Signalpegel schneller auswirkt, als dies bei einer separaten Bewertung der beiden Frequenzpakete f1 und f2 der Fall wäre.
  • Im zweiten Pfad werden die Sendephasen und Sendepausen der beiden Arbeitsfrequenzen separat bewertet. Diese Methode ist zeitaufwändiger, als diejenige des ersten Pfades.
    Die Auswertung der einzelnen Zeitabschnitte ist ein Verfahren zum Erreichen einer Verzögerung des Eintretenszeitpunktes des betriebshemmenden Zustandes "Störung" beim Auftreten einer störungsüberlagerten Arbeitsfrequenz.
  • Der dritte Pfad schliesslich dient zur Erkennung einer Isolierstossüberbrückung des betrachteten Gleisabschnittes mit einem Nachbarabschnitt. Wird bei der dritten Arbeitsfrequenz in der betrachteten Einheit ein Signalpegel detektiert (verursacht durch einwirkende Störeinflüsse oder eine der Sendefrequenzen eines Nachbarabschnittes der durch die hier betrachtete Einrichtung nicht gesendet wird), so wird der Störungszustand eingenommen.
  • Die Auswerteeinheit (Einfliessen der drei Pfade). Die laufenden Belegungsergebnisse der drei Auswerte-Pfade werden entsprechend ihrer Zustände nach einer zweckmässigen Logik verknüpft.
  • Im Funktionsblock "Pfad-Umschaltung" wird laufend entschieden, welcher Auswertungspfad die an das Stellwerk auszugebende Belegungs- und Zustandsmeldung mittels Relais bestimmt. Mit dieser Entscheidungslogik ist ein dynamisches Verhalten beim Verfolgen des Momentanzustandes der Auswertungsdaten möglich, so dass die Bewertung stets auf den aktuell im Empfangssignal enthaltenen Belegungszustand unter Berücksichtigung der bahntechnischen Zeitskala optimiert ist.
    • 3 Die Funktionsblöcke im Detail 3.1 Signal-Filterung
  • Die auf einem Gleisabschnitt zur Überwachung der Belegung gesendeten Grundfrequenzen sind: f1 = 208.75 Hz, f2 = 225.45 Hz oder f3 = 242.15 Hz.
    Andere Frequenz-Tripel, abgeglichen auf Zwischenwerte von der Grundwelle und den Harmonischen der Traktionsspeisung sind beliebig möglich.
  • Kernziel der Auswertung ist das Herausfiltern dieser Nutzfrequenzen und damit die Unterdrückung anderer störender Frequenzen im Empfangssignal.
    Vorabklärungen bezüglich einer Auswertung mittels FFT haben ergeben, dass hier die Sperrdämpfung (neben den Nutzfrequenzen) zu gering ist.
    Als Alternative mit besserer Sperrdämpfung bieten sich für die einzelnen Nutzfrequenzen spezifische Filterstrukturen an - (schmalbandige) Bandpassfilter.
  • Figur 5 zeigt die Struktur des digitalen Filtersystems. Die Abbildung stellt das digitale Filtersystem zur Auswertung der drei Nutzfrequenzen dar. Das Eingangssignal für das Auswertesystem bildet das Ausgangs-Datenwort der Analog-Digital-Konverterstufe (in der Abbildung nicht dargestellt).
    Dieses Datenwort liegt mit der Frequenz fsample am Auswertesystem an.
  • In einem ersten Schritt der Auswertung wird das Eingangssignal auf ein Antialiasing-Filter (LP0) geführt. Das Signal ist danach für die Bandpassfilterung bereit. Damit der Rechenaufwand in diesen Filtern nicht übermässig gross wird, muss mit dem LP0-Ausgangssignal ein Down-Sampling (DS) durchgeführt werden: Es wird somit nur jedes achte Datenwort auf die nächste Verarbeitungsstufe die Filterung geführt.
  • In dieser zweiten Stufe mit Bandpässen (BP1, BP2 und BP3) werden die drei Nutzsignale aus dem Eingangssignal herausgefiltert. Für das Filtern wird vorteilhaft das FIR- Filter eingesetzt, die Signalverarbeitung ist generell digital. Die verwendete Ordnung des Filters ist zweckmässig hoch und für den Fachmann bestimmbar.
  • In der letzten Filterstufe erfolgt das Up-Sampling auf die ursprüngliche Frequenz fsample ; die Tiefpassfilter LP1, LP2 und LP3 an den Ausgängen unterdrücken Harmonische der Nutzfrequenzen entstanden durch die Überabtastung.
    • 3.2 Signalauswertung
  • Entsprechend der projektierten Frequenzkombination von zwei Frequenzen des Gleisabschnittes werden die Sendefrequenzen auf die jeweiligen Arbeits-, bzw. Fremdfrequenz geführt:
    • Frequenzkombination 1: fa1 = fs1    fa2 = fs2    ffr = fs3
    • Frequenzkombination 2: fa1 = fs2    fa2 = fs3    ffr = fs1
    • Frequenzkombination 3: fa1 = fs1    fa2 = fs3    ffr = fs2
  • Nachdem die Arbeits- und Fremdfrequenz des Abschnittes zugewiesen sind, werden sie gleichgerichtet, bzw. es wird der Absolutwert daraus gebildet. Dabei werden die Eingangssignale von 12bit/signed (-2048 bis +2047) auf 11 bit/unsigned (0 bis 2047) begrenzt.
    • • Signalpegel
  • Aus den gleichgerichteten Arbeits- und Fremdfrequenzen werden die Spitzenwerte ermittelt; die Spitzenwerte stellen den Signalpegel dar.
  • Figur 6 zeigt ein grundsätzliches Vorgehen zur Ermittlung des Signalpegels.
  • Es wird jeweils der letzte Wert einer Arbeits- oder Fremdfrequenz mit dem vorhergehenden Wert ver glichen. Je nach aktuellem und künftigem Zustand bezüglich des Amplitudenwertes liegt ein Spitzenwert vor. In der Figur 6 sind dies die Übergänge von "Plateau" nach "fallend" und von "steigend" nach "fallend" (gestrichelte Übergänge).
    • Angleichung der Signalpegel
  • Die Arbeitsfrequenzen können durch die Frequenzabhängigkeit der Übertragungsstrecke des Gleisstromkreises (Trafos, Gleis etc.) unterschiedlich gedämpft werden. Dies kann zu Schwankungen des Signalpegels führen.
    Die Angleichung der Arbeitsfrequenzen, bzw. deren Signalpegel, kompensiert die unterschiedlichen Dämpfungen; die empfangenen Arbeitsfrequenzen werden entsprechend verstärkt.
    Das Mass der Angleichung wird anhand der Paketwerte in der Frei-Zone ermittelt. Anschliessend werden die Arbeitsfrequenzen symmetrisch angeglichen. Für das Angleichen muss ein maximaler Fangbereich festgelegt werden (vgl. Figur 7).
  • Aus den Signalpegeln der Arbeitsfrequenzen 1 und 2 wird laufend die Summe gebildet.
    Über eine für das Verarbeitungsverfahren geeignete Zahl von der jeweils letzten Summenwerte wird ebenfalls laufend ein Mittelwert berechnet; das so entstehende Resultat wird als "gemeinsamer Signalpegel" bezeichnet und weiter der Pegelbewertung zugeführt.
  • Der berechnete gemeinsame Signalpegel wird nun in die Zonen "Übersteuert", "Frei", "Gestört" und "Belegt" eingeteilt.
    Dabei wird beispielhaft die Hälfte des Wertebereichs als Störungs- und Übersteuerungsreserve genutzt (entspricht 1 MSB). Der übrige Teil - der Nutzbereich - wird zusätzlich in die Stufen "0" bis "F" unterteilt (Hex-Darstellung des Funktionsindikators). Die Übersteuerung selbst wird durch die Stufe "F." dargestellt. Diskrete Werte in der Tabelle unten richten sich an den jeweiligen Eigenschaften der Gleisanlage und Eigenschaften der Stromkreise und sind somit nicht numerisch angegeben. Tabelle 1: Zoneneinteilung für die Pegelbewertung
    Zone von... bis...
    Übersteuerung (Ü)
    Störung 2 (S)
    Frei (F)
    Störung 1 (S)
    Belegt (B)
  • Eine detaillierte Einteilung der Pegelbereiche und deren Limiten wird durch die Charakteristik der Verstärker bestimmt.
    Anmerkung: Hysterese-Grenzen zwischen den Zonen sind nicht notwendig, da Grenzfälle durch die nachfolgenden Auswertungsstufen berücksichtigt werden.
  • Der Funktionsblock "Zustandserkennung" untersucht den zeitlichen Verlauf des gemeinsamen Signalpegels und ermittelt daraus den Betriebszustand Frei, Belegt oder Störung.
  • Der Betriebszustand wird anhand zweier Relais-Steuersignale ausgegeben:
    • FMa (Freimeldung),
    • STa (Störungsmeldung).
  • Deren Bedeutung dabei ist:
    FMa = 0 = belegt STa = 0 = gestört
    FMa = 1 = frei STa = 1 = nicht gestört
  • Figur 8 zeigt das entsprechende State-Diagramm zur Zustandserkennung.
  • Nebst der Auswertung des gemeinsamen Signalpegels werden die beiden Arbeitsfrequenzen auch jeweils einzeln während der Sendephase und der Sendepause bewertet. Die Bewertung der Arbeitsfrequenzen erfolgt in der Sendephase und während der Sendepause unterschiedlich. In der Sendephase ist sie gemäss Figur 8 identisch zur Bewertung des gemeinsamen Signalpegels.
  • In der Sendepause wird der Pegel in drei anderen Stufen quantifiziert: Tabelle 2: Einteilung des Wertebereichs Sendepausen
    Bereich von... bis...
    p2 = stark gestört
    p1 = gestört
    p0 = ungestört
  • Die diskreten Werte richten sich an der realen Eigenschaften eines Schienennetz eines Betreibers.
  • Die Herleitung zur Einteilung der Pegelbereiche wird gestützt auf die Anlagendaten vorgenommen. Ein Sendephasen-, bzw. Sendepausen-Wert kann nach folgendem Muster beispielhaft ermittelt werden:
    • Beginn der Sendephase/-pause abwarten (Synchronisation auf Paketmitte)
    • 8 Werte je Arbeitsfrequenz einlesen
    • Werte mitteln und runden
    • Werte bewerten (gem. Tabelle 1: Zoneneinteilung für die Pegelbewertung und Tabelle 2: Einteilung des Wertebereichs Sendepausen)
    Paketauswertung bei einer (1) gestörten Arbeitsfrequenz
  • Wird gemäss der Störungstabelle 1 gestörte Arbeitsfrequenz ermittelt, so muss anhand der zweiten, noch ungestörten Arbeitsfrequenz, der Zustand des Gleisabschnittes ermittelt werden.
  • Der Funktionsblock wird wie folgt beschrieben:
    • bei einer gestörten Arbeitsfrequenz bestimmt der Paketwert der ungestörten Arbeitsfrequenz unverzögert den Zustand Frei oder Belegt (Tabelle 1)
    • bei einer gestörten Arbeitsfrequenz erfolgt aus Belegt kein Übergang nach Frei; für diesen Übergang werden 2 ungestörte Arbeitsfrequenzen vorausgesetzt
    • im Falle zweier gestörter / ungestörter Arbeitsfrequenzen lauten die Relaismeldungen (FMb/STb) dieses Auswertungspfades ,0' (die endgültigen Relaismeldungen (FM/ST) werden durch die nachfolgenden Funktionsblöcke bestimmt.
  • Figur 9 zeigt die Paketauswertung bei einer gestörten Arbeitsfrequenz. In Figur 9 ist zu erkennen, dass die Übergänge zwischen den Zuständen unverzögert erfolgen. Der Funktionsblock erzeugt die Signale FMb und STb also laufend. Nachfolgende Funktionsblöcke berücksichtigen danach allfällige Timeouts oder Übergangsmuster.
    • Anmerkung:
  • bei einer gestörten Arbeitsfrequenz wird der Paketwert der ungestörten Frequenz nur noch in den Zuständen Frei oder Belegt unterschieden. Liegt der Paketwert im Bereich Störung oder Übersteuerung, so gilt dies gemäss Tabelle 3 als Störung beider Arbeitsfrequenzen und wird in nachfolgenden Funktionsblöcken bewertet.
  • Anhand der ermittelten Sendephasen- und -Pausenwerte wird nun auch in diesem Auswertungspfad der Systemzustand ermittelt.
    Wichtig dabei sind die Übergänge und deren Bedeutung wie sie in Tabelle 3 dargestellt werden. Tabelle 3: Störungstabelle
    fa1 Sendepha se fa1 Sendepau se fa2 Sendephase fa2 Sendepau se Zustand der Paketauswertung
    F/S/B/Ü p0 F/S/B/Ü p0 Beide Arbeitsfrequenzen ungestört
    p1 p1 Beide Arbeitsfrequenzen qestört
    p2 Beide Arbeitsfrequenzen gestört
    p2 Beide Arbeitsfrequenzen gestört
    p1 S / Ü Beide Arbeitsfrequenzen gestört
    S / Ü p1 Beide Arbeitsfrequenzen gestört
    übrige Fälle eine Arbeitsfrequenz qestört
    (leere Felder = X = don't care)
  • Zur Erkennung von Störungen durch Isolierstossüberbrückungen wird die dritte Arbeitsfrequenz verwendet (Fremdfrequenz). Überschreitet der Signalpegel der Fremdfrequenz den Wert 100 (entspricht dem Signalpegel p0), so wird anhand verschiedener Zeitkriterien ermittelt, ob eine Isolierstörung vorliegt. Figur 10 zeigt das entsprechende State-Diagramm zur Isolierstörung.
  • Die Auswertung der Isolierstörung muss zwei Fälle berücksichtigen:
    • eine gewöhnliche Isolierstörung (die Fremdfrequenz tritt paketweise auf), und
    • ein dauerhafter Störer auf der Fremdfrequenz.
  • Tritt, ausgehend vom Zustand "Fremdfrequenz ungestört", einer dieser Störfälle auf, so wird innerhalb von max. 1.5 Sekunden in den Zwischenzustand "Isolierstörung vorgemerkt" gewechselt. Damit werden im Falle der gewöhnlichen Isolierstörung min. zwei aufeinanderfolgende Pakete detektiert, bevor der Übergang erfolgt. Die Rücknahme der vorgemerkten Störung erfolgt unter der strengeren Bedingung, dass während 1.5 Sekunden kein Signalpegel ≥100 auftreten darf. Andernfalls wird nach spätestens 3.5 Sekunden der Zustand "Isolierstörung" eingenommen. Insgesamt muss eine Isolierstörung mit einer Verzögerung von max. 5 Sekunden erkannt werden. Die Unterteilung dieser Verzögerung in die ,Zwischenzeiten' 1.5 / 3.5 Sekunden stellen eine getroffene Wahl dar.
    • Zusammenführung der Auswertungspfade
  • Um die Steuersignale der Meldungsrelais zu erzeugen, werden die "Zwischensignale" der verschiedenen Auswertungspfade zusammengeführt:
    Auswertungspfad "gemeinsamer Signalpegel" FMa STa
    Auswertungspfad "Paketauswertung" FMb STb
    Auswertungspfad "Isolierstörung" FMc STc
    Steuersignale der Melderelais FM ST
  • Die Auswertungspfade "gemeinsamer Signalpegel" und "Paketauswertung" erzeugen dabei jeweils die Steuersignale für die Frei- und Störungsrelais (FMa/b bzw STa/b).
    Der nachfolgend beschriebene Funktionsblock "Pfadumschaltung" entscheidet, welcher Auswertungspfad die effektiven Steuersignale bestimmt; er schaltet also gewissermassen zwischen den beiden Pfaden. Figur 11 zeigt die Zusammenführung der Auswertungspfade.
    • Anmerkung:
  • "tab" der vorangehenden Abbildung bezeichnet den Zustand der Paketauswertung gemäss Tabelle 3.
  • Der Auswertungspfad "Isolierstörung" erzeugt lediglich ein Steuersignal für das Störungsrelais (STc). Dieses Steuersignal dominiert die Steuersignale der "Pfadumschaltung"; ist eine Isolierstörung erkannt, bewirkt das Steuersignal die Relaismeldung "belegt und gestört". Tabelle 4: Verknüpfung der Auswertungspfade
    FMab ST FM STab STc ST
    0 0 0 0 0 0
    0 1 0 0 1 0
    1 0 0 1 0 0
    1 1 1 1 1 1
    FM... = 0 = belegt ST... = 0 = gestört
    FM... = 1 = frei ST... = 1 = nicht gestört
  • Tabelle 4 verdeutlicht, wie zur Ausgabe der Meldung "frei und ungestört" (FM=1 und ST=1) alle Auswertepfade ungestört sein müssen.
    • Pfadumschaltung
  • Der Funktionsblock "Pfadumschaltung" verhält sich gemäss den folgenden Kriterien:
    • sind beide Arbeitsfrequenzen ungestört1, erfolgt die Relaismeldung entsprechend der Auswertung des gemeinsamen Signalpegels (FMa, STa),
    • ist eine der beiden Arbeitsfrequenzen gestört, erfolgt die Relaismeldung entsprechend der noch ungestörten Arbeitsfrequenz (FMb, STb),
    • sind beide Arbeitsfrequenzen gestört, oder
    • ist mindestens eine Arbeitsfrequenz stark gestört, oder
    • 1 Arbeitsfrequenz zu lange gestört ist, hat die Relaismeldung "Störung" zu lauten.
    1beide Pausenwerte im Bereich p0
  • In Figur 11 wird die 'schaltende' Funktion als Blockdiagramm bereits dargestellt. Figur 12 zeigt dieselbe Funktion als Zustandsdiagramm.
    • Hierarchie der Auswertungspfade
  • Die drei Auswertungspfade beeinflussen sich gegenseitig (hierarchisch).
    Damit wird insbesondere erreicht, dass der Zustand Frei nach einer Belegung oder Störung durch alle Auswerte-pfade ,genehmigt' werden muss.
    Andererseits werden dadurch die Funktionen Glättungsfahrt oder Störungsrücknahme an einer Stelle (im Auswertungspfad "gemeinsamer Signalpegel") realisiert.
  • Es gilt folgende Hierarchie (1 = zuoberst):
    1. 1. eine Störung im Auswertungspfad "Isolierstörung" führt zum
      • o Störungszustand des Auswertungspfades "Paketauswertung"
      • o Störungszustand des Auswertungspfades "gemeinsamer Signalpegel"
    2. 2. eine Störung im Auswertungspfad "Paketauswertung" führt zum
      • o Störungszustand des Auswertungspfades "gemeinsamer Signalpegel"
    3. 3. die Rücknahme des Zustandes "Vorstörung" im Auswertungspfad "Paketauswertung" führt zum
      • o Vorstörungszustand des Auswertungspfades "gemeinsamer Signalpegel"
    Glättungsfahrt und Störungsrücknahme
  • Gemäss der vorangehenden Beschreibung befindet sich der Auswertungspfad "gemeinsamer Signalpegel" im Zustand Störung, solange ein anderer Auswertungspfad den Störungszustand eingenommen hat.
    Werden keine Störungen mehr empfangen, befindet der Auswertungspfad "gemeinsamer Signalpegel" als letzter über den Übergang in den Zustand Frei; die Funktionen Glättungsfahrt und Störungsrücknahme sind dort implementiert.
    • Vorstörung bei Paketauswertung
  • Analog zum Auswertungspfad "gemeinsamer Signalpegel" kann auch im Auswertungspfad "Paketauswertung" der Zustand Vorstörung eingenommen werden.
  • Wechselt die Paketauswertung vom Zustand Vorstörung zurück in Ungestört, muss der Auswertungspfad "gemeinsamer Signalpegel" neu initialisiert werden, indem dort ebenfalls der Zustand Vorstörung eingenommen wird. Dabei sind die Relaiszustände der Paketauswertung zu übernehmen.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Gleisfreimeldung eines Abschnitts einer Gleisstrecke, bei dem:
    a) eine Länge des Abschnitts über einen an zwei Enden unterbrochenen Schienenstrang definiert wird;
    b) an einem Ende des Schienenstranges eine Wechselspannung mit zwei alternierenden Arbeitsfrequenzen, die aus einer vorbestimmten Gruppe von drei Arbeitsfrequenzen ausgewählt werden, als Eingangssignal eingespeist wird;
    c) an dem anderen Ende des Schienenstranges ein Ausgangssignal abgegriffen wird;
    d1) das abgegriffene Ausgangssignal hinsichtlich seiner Eigenschaften im Bezug auf den Aufbau des Eingangssignals dreikanalig analysiert wird, wobei:
    d2)
    - in einem ersten Pfad bei eindeutigen Signalen in den beiden alternierend gesendeten Arbeitsfrequenzen anhand des summierten Signalpegels für beide verwendeten Arbeitsfrequenzen eine Bewertung des Ausgangssignals vorgenommen und daraus der Zustand des Gleisabschnitts ermittelt wird;
    - in einem zweiten Pfad die Sendephasen und die Sendepausen der beiden alternierend gesendeten Arbeitsfrequenzen anhand einer Paketauswertung separat bewertet werden um den Eintretenszeitpunkt eines betriebshemmenden Zustandes beim Auftreten einer störungsüberlagerten Arbeitsfrequenz zu verzögern; und
    - in einem dritten Pfad ein Signalpegel auf der dritten nicht in den betrachteten, aber in einen Nachbarabschnitt eingespiesenen Arbeitsfrequenz bewertet wird und ein Störungszustand angenommen wird, wenn ein Signalpegel auf der dritten Arbeitsfrequenz detektiert wird; und
    e) in Abhängigkeit von der Analyse anhand von Grenzwertvergleichen mittels einer Pfadumschaltungslogik laufend entschieden wird, welcher der drei Auswertungspfade die an ein Stellwerk auszugebende Belegungs- und Zustandsmeldung über den Zustand des Gleisabschnitts bestimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Belegungs- und Zustandsmeldung mittels Relais bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Eingangssignal und das Ausgangssignal in demselben A/D-Wandler gewandelt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, beim dem das Ausgangssignal zumindest in zwei Kanälen Bandpass-gefiltert wird, wobei die Durchlassfrequenzen der Bandpässe den beiden Arbeitsfrequenzen des Eingangssignals im Wesentlichen entsprechen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Gleisfreimeldung von zwei benachbarten Abschnitten einer Gleisstrecke in den beiden Abschnitten nur eine Frequenz des Eingangssignals übereinstimmt und die jeweils andere Frequenz voneinander abweicht, wobei die jeweils gerade gesendete Frequenz in den benachbarten Abschnitten ebenfalls voneinander abweichend eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Pfadumschaltungslogik wie folgt verhält:
    a) sind beide Arbeitsfrequenzen als ungestört erkannt, erfolgt die Belegungs- und Zustandsmeldung entsprechend der Auswertung des gemeinsamen Signalpegels gemäss dem ersten Pfad über das jeweils erste Relais zur Freimeldung (FMa) und das erste Relais zur Störungsmeldung (STa);
    b) ist eine der beiden Arbeitsfrequenzen als gestört erkannt, erfolgt die Belegungs- und Zustandsmeldung entsprechend der Paketauswertung gemäss des zweiten Pfades auf der Basis der noch ungestörten Arbeitsfrequenz über das jeweils zweite Relais zur Freimeldung (FMb) und das zweite Relais zur Störungsmeldung (STb);
    c) sind beide Arbeitsfrequenzen als gestört erkannt, oder ist mindestens eine Arbeitsfrequenz als stark gestört erkannt, wird der Zustand "Störung" an das Stellwerk gemeldet.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die folgende Hierarchi der drei Pfade vorgesehen ist:
    a) eine Störung im dritten Pfad führt zu einem Störungszustand des ersten Pfades und des zweiten Pfades;
    b) eine Störung des zweiten Pfades führt zu einem Störungszustand des ersten Pfades; und
    c) eine Rücknahme eines als Vorstörung bezeichneten Zustandes im zweiten Pfad führt zu einem Vorstörungszustand des ersten Pfades.
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