EP2597009B1 - Verfahren und System zum Übertragen von Zustandsdaten einer eine Verkehrsbeeinflussungskomponente ansteuernden Kontrolleinheit - Google Patents
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- B61L2003/123—French standard for inductive train protection, called "Contrôle de vitesse par balises" [KVB]
Definitions
- the present invention relates to a method and a system for transmitting status data of a control unit, which drives a first traffic control component, in particular a transparent or fixed data beacon.
- Another important constraint is the requirement of saving electrical energy in the operation of the transport network and generally the saving of resources in the construction of the traffic routes.
- the decentralized units such as the control and monitoring units of signals, points, balises and the like, partly conscious due to the limited Cable lengths in an electrical supply from the interlocking also increasingly autonomously operated.
- solar powered power supplies in which the obtained limited amounts of energy to be used by the decentralized units particularly effective.
- a certain optimization of the electrical power consumed for this purpose must be achieved for the transmission of the diagnostic data.
- the present invention is therefore based on the object of specifying a method and a system for transmitting status data of a control unit, which controls a first traffic control component, which are characterized by low power consumption and simultaneously high availability.
- this object is achieved according to the invention by a system for transmitting status data
- the status data can be reliably transmitted over an existing current path and due to the only periodic coupling energy-saving to the infrastructure monitoring unit.
- the status data are thus transmitted parasitically over the existing current path.
- the desired energy efficiency is particularly supported when the periodic launching is a first period of time and the interval until the next pairing is a second period of time, the second period of time being large versus the first period of time.
- the first time duration may be about 10 to 500 ms, preferably 50 to 200 ms.
- the second time period ie the time interval between two transmissions, can typically be in the range of a few seconds to a few minutes.
- a particularly energy-optimized data transmission method can be achieved if the diagnostic data are transmitted by means of a Timeslot multiplexing method, as this example, from the ISDN standard or fieldbus technology (FSK, PSK, etc.) is known in telecommunications transmitted.
- FSK fieldbus technology
- a pause interval inject data in the downlink, i. towards the control unit, followed by.
- a pause interval may for example have a length of 1 to 100 ms, preferably about 10 to 50 ms.
- control data in the uplink and / or the data in the downlink in a frequency range of 5 kHz to 100 kHz, inductive, ie galvanically isolated, coupled.
- a coupling can be provided in a lamp circuit of a signal lamp, wherein preferably the lamp circuit of the HALT or EMERGENCY STOP-representing signal lamp is used.
- the current path of the HALT or EMERGENCY STOP signal lamp here is actually the almost permanently energized low-impedance signal path (the red light does not shine only in the phases of green light or green / orange light), so the coupling can be made according to the current loop principle.
- the present method can be used particularly well for control units that are autonomously supplied with electricity.
- Any kind of autonomous supply such as e.g. by means of photovoltaic cells, wind turbines, traction return currents and the like.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a system 2 for transmitting status data of a trackside control unit 4 for a Transparent Schemeise, hereafter called Balise 6 for short.
- a fixed data balise 8 which, as the name already shows, transmits fixedly implemented telegrams, such as location information.
- Such pairs of balise 6 and fixed data balise 8 are used especially in the ETCS level 0 and ETCS level 1 or ETCS L1LS train control, where the balise 6 is used to signal signals displayed by a signal 10 on a control unit of a railway vehicle, not shown here transfer.
- the signal 10 is called in the present embodiment directly from a relay interlocking, called RSTW 12.
- the In the RSTW 12 generated state data of the controlled and / or monitored by the RSTW components, such as the signal 10 are transmitted via transceivers of a gateway 14 by means of Ethernet connection to an infrastructure server or WEB service 16, the corresponding received display devices 18 Information visually and / or acoustically processed.
- control unit 4 is supplied with electrical energy by means of a photovoltaic panel 20.
- the control unit 4 applies the corresponding signal term received by a state machine 22 to the balise 6.
- this signal concept is read out by the rail vehicle and further processed in the vehicle control unit.
- a low-energy or engengieoptimierts data transmission method for the coupling of the state data of the control unit 4 in the time slot multiplexing method is applied.
- the state or diagnostic data are cyclically transmitted to save energy in a time window of less than 100ms, but only every 20 to 30s.
- the transmission mode automatically switches to the receive mode during a time window of less than 100 ms. Only in this time window, the control unit 4 can receive data by means of their transceiver not shown here and consumed accordingly only in this time window electrical energy.
- the decentralized control unit 4 goes into sleep mode with regard to the data connection. Since the sleep mode takes tens of seconds (example, 20 to 30 seconds), averaged data transfer results in pW power consumption.
- an emergency stop signal lamp 25 is coupled into a lamp circuit 24.
- the signals in a frequency range from 5kHz to 100kHz become inductive, i. as current, coupled in a defined time window.
- the connection can be uni- or bidirectional. However, for a pure diagnostic connection, the connection may be unidirectional.
- a protocol stack according to TCP (anti-collision algorithms) or a time slot method (the master in RSTW 12 determines the time slots per subscriber) is used.
- the coupling takes place by means of a folding magnetic circuit 26.
- this acts with a transmission ratio of 1: X.
- the gear ratio is selected to be 1:20 (to 1: 100) due to optimum signal matching.
- the gateway 14 prepares the bidirectional signals for a suitable protocol (here Ethernet). The decoupled status data is thus transferred via Ethernet connections to the infrastructure client.
- FIG. 2 shows in a schematic way the data transmission of the state data in the time slot method.
- the data in the uplink is transferred from the control unit 4 to the RSTW 12. This is followed by a transmission pause of 10 ms, followed by data transmission with the same parameters in the downlink from the RSTW 12 to the control unit 4. Thereafter, a pause of 30 s follows and the transmission then starts again. Overall, this results in energy consumption in the ⁇ W range.
- the state data is transmitted in data packets typically including a header HD, an identification ID, payload DATA, and a check number CRC.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Übertragen von Zustandsdaten einer Kontrolleinheit, die eine erste Verkehrsbeeinflussungskomponente, insbesondere eine Transparent- oder Fixdatenbalise, ansteuert.
- In Verkehrssystemen (Strasse, Schiene, Luft, Wasser) müssen die Verkehrströme gesteuert und besonders - mit Ausnahme des Strassenverkehrs - die einzelnen Fahrzeuge mittels Sicherungseinrichtungen sicher entlang eines vorgesehenen Verkehrsweges gelenkt werden. Hierzu werden beispielsweise im Eisenbahnverkehr sehr umfangreiche Zugsicherungseinrichtungen eingesetzt, die Leitsystem, Stellwerke sowie die Zug- und Streckenausrüstung umfassen. Im Besonderen die Streckenausrüstung mit Signalen, Weichen, punkt-und linienförmigen Datenübertragungseinrichtungen (Balisen und Loop-Kabeln), Achszählern, Gleisstromkreisen und dergleichen ist zur Erreichung der geforderten Sicherheitsniveaus aufwendig ausgestaltet. Mit dem Einzug des neuen europäischen Standards für die Zugsicherung (ETCS Level 0 bis 3 und ETCS L1 Limited Supervision) bestehen daher hohe Anforderungen an die Infrastrukturbetreiber, im Rahmen des Investitionsschutzes und der zur Verfügung stehenden Gelder ihre Strecken sicherheitstechnisch aufzurüsten und auf einem hohen Niveau zu betreiben. Hierbei kommt der Wartung und Diagnose besonders der dezentral angeordneten Einheiten eine hohe Bedeutung zu.
- Eine weitere wichtige Randbedingung stellt die Anforderung der Einsparung elektrischer Energie beim Betrieb des Verkehrsnetzes sowie generell die Einsparung von Ressourcen bei der Errichtung der Verkehrwege dar. Hierzu werden die dezentralen Einheiten, wie z.B. die Steuerungs- und Kontrolleinheiten von Signalen, Weichen, Balisen und dergleichen, zum Teil bewusst aufgrund der limitierten Kabellängen bei einer elektrischen Versorgung aus dem Stellwerk heraus auch zunehmend autonom betrieben. Es werden daher vermehrt solargespiesene Spannungsversorgungen eingesetzt, bei denen die gewonnenen beschränkten Energiemengen von den dezentralen Einheiten besonders effektiv genutzt werden sollen. Wegen der Wichtigkeit der Diagnosemöglichkeiten für derartige dezentrale Einheiten muss daher für die Übertragung der Diagnosedaten eine gewisse Optimierung der zu diesem Zweck aufgenommenen elektrischen Leistung erzielt werden.
- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Übertragen von Zustandsdaten einer Kontrolleinheit, die eine erste Verkehrsbeeinflussungskomponente ansteuert, anzugeben, die sich durch eine geringe Leistungsaufnahme bei gleichzeitig hoher Verfügbarkeit auszeichnen.
- Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch ein Verfahren zum Übertragen von Zustandsdaten einer Kontrolleinheit, die eine erste Verkehrsbeeinflussungskomponente, insbesondere eine Transparent- oder Festdatenbalise, ansteuert, gelöst, bei dem die folgenden Verfahrensschritte umfasst sind:
- a) Bereitstellen der Zustandsdaten auf der Kontrolleinheit;
- b) Periodisches Einkoppeln der Zustandsdaten in einen Strompfad, der eine zweite Verkehrsbeeinflussungskomponente, insbesondere ein Signal, und eine Verkehrssteuerungszentraleinheit, insbesondere ein Stellwerk, verbindet;
- c) Auskoppeln der Zustandsdaten aus dem Strompfad in der Verkehrsteuerungszentraleinheit; und
- d) Übertragen der ausgekoppelten Zustandsdaten an eine Infrastrukturüberwachungseinheit.
- Bezüglich des System wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch ein System zum Übertragen von Zustandsdaten einer
- Kontrolleinheit, die eine erste Verkehrsbeeinflussungskomponente, insbesondere eine Transparent- oder Festdatenbalise, ansteuert, gelöst, umfassend:
- a) Datenverarbeitungsmittel zum Bereitstellen der Zustandsdaten auf der Kontrolleinheit;
- b) einen Strompfad, der eine zweite Verkehrsbeeinflussungskomponente, insbesondere ein Signal, und eine Verkehrssteuerungszentraleinheit, insbesondere ein Stellwerk, verbindet und Mittel zum periodischen Einkoppeln der Zustandsdaten in den Strompfad;
- c) Mittel zum Auskoppeln der Zustandsdaten aus dem Strompfad in der Verkehrsteuerungszentraleinheit; und
- d) Mittel zum Übertragen der ausgekoppelten Zustandsdaten an eine Infrastrukturüberwachungseinheit.
- Auf diese Weise können die Zustandsdaten zuverlässig über einen bestehenden Strompfad und aufgrund der nur periodischen Einkopplung besonders energiesparend an die Infrastrukturüberwachungseinheit übertragen werden. Die Zustandsdaten werden damit sozusagen parasitär über den bestehenden Strompfad übertragen.
- Die gewünschte Energieeffizienz wird besonders dann unterstützt, wenn das periodische Einkoppeln eine erste Zeitdauer beträgt und das Intervall bis zur nächsten Einkopplung eine zweite Zeitdauer beträgt, wobei die zweite Zeitdauer gross gegen die erste Zeitdauer ist. Typischerweise kann die erste Zeitdauer dabei etwa 10 bis 500 ms, vorzugsweise 50 bis 200 ms, betragen. Die zweite Zeitdauer, also der zeitliche Abstand zwischen zwei Übertragungen, kann typischerweise im Bereich von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten liegen. Auch hier ergeben sich vorzugsweise mittlere Zeitdauern von 20 bis 200 Sekunden.
- Ein besonders energieoptimiertes Datenübertragungsverfahren kann erzielt werden, wenn die Diagnosedaten mittels eines Zeitschlitzmultiplex-Verfahrens, wie dieses beispielsweise aus dem ISDN-Standard oder der Feldbustechnologie (FSK, PSK etc.) in der Telekommunikation bekannt ist, übertragen werden.
- Um eine Quittierung des Empfangs der Diagnosedaten sowie auch die Übersendung anderer Daten zu ermöglichen, kann es vorteilhaft sein, dass sich nach dem Einkoppeln der Zustandsdaten im Uplink, d.h. in Richtung zur Verkehrsteuerungszentraleinheit hin, nach einem Pausenintervall ein Einkoppeln von Daten im Downlink, d.h. in Richtung zur Kontrolleinheit hin, anschliesst. Ein derartiges Pausenintervall kann beispielsweise eine Länge von 1 bis 100 ms, vorzugsweise etwa 10 bis 50 ms, aufweisen.
- Um die Rückwirkungsfreiheit gewährleisten und die Beeinflussung auf das Fremdkabelsystem möglichst klein halten zu können, kann es in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Kontrolldaten im Uplink und/oder die Daten im Downlink in einem Frequenzbereich von 5 kHz bis 100 kHz induktiv, d.h. galvanisch getrennt, eingekoppelt werden.
- Um eine hohe Verfügbarkeit der Diagnosedaten gewährleisten zu können, kann es in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass für den Fall, dass die zweite Verkehrsbeeinflussungskomponente mehrere Strompfade aufweist, für die Einkopplung der Strompfad gewählt wird, der die höchste Bestromungszeit aufweist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Lösung kann eine Einkopplung in einen Lampenstromkreis einer Signallampe vorgesehen sein, wobei vorzugsweise der Lampenstromkreis der HALT- oder NOTHALT-repräsentierenden Signallampe verwendet wird. Damit ist der Strompfad der HALT- oder NOTHALT-Signallampe hier der eigentlich fast permanent bestromte niederohmige Signalpfad (das Rotlicht leuchtet nur in den Phasen der Grünlichts oder Grün/Orange-Licht nicht), sodass die Einkopplung nach dem Stromschlaufenprinzip vorgenommen werden kann.
- Das vorliegende Verfahren kann besonders gut für Kontrolleinheiten eingesetzt werden, die autonom elektrisch versorgt werden. Hierzu eignet sich grundsätzlich jede Art von autonomer Versorgung, wie z.B. mittels Photovoltaikzellen, Windräder, Traktionsrückströme und dergleichen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen Unteransprüchen ausgeführt.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1
- in einer schematischen Darstellung ein System zur Übertragung von Zustandsdaten einer gleisseitigen Kontrolleinheit für eine Transparentdatenbalise; und
- Figur 2
- in schematischer Darstellung die Datenübertragung der Zustandsdaten im Zeitschlitzmultiplex-Verfahren.
- Die
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein System 2 zur Übertragung von Zustandsdaten einer gleisseitigen Kontrolleinheit 4 für eine Transparentdatenbalise, nachfolgend kurz Balise 6 genannt. Der Balise 6 beigeordnet ist eine Fixdatenbalise 8, die wie der Name schon zeigt, fest implementierte Telegramme, wie zum Beispiel eine Ortsinformation, überträgt. Derartige Paare von Balise 6 und Fixdatenbalise 8 werden besonders bei der Zugsicherung nach ETCS Level 0 und ETCS Level 1 oder ETCS L1LS eingesetzt, wo die Balise 6 eingesetzt wird, um von einem Signal 10 angezeigte Signalbegriffe auf ein Steuergerät eines hier nicht weiter dargestellten Eisenbahnfahrzeug zu übertragen. - Das Signal 10 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel direkt von einem Relaisstellwerk, RSTW 12 genannt, angesteuert. Die im RSTW 12 generierten Zustandsdaten der von dem RSTW gesteuerten und/oder überwachten Komponenten, wie z.B. das Signal 10, werden über Transceiver eines Gateways 14 mittels Ethernet-Verbindung zu einem Infrastruktur-Server oder WEB Service 16 übertragen, der über entsprechende Anzeigegeräte 18 die empfangenen Informationen optisch und/oder akustisch aufbereitet.
- Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Kontrolleinheit 4 mittels eines Photovoltaik-Panels 20 mit elektrischer Energie versorgt. Die Kontrolleinheit 4 legt den entsprechenden von einem Zustandsautomat 22 erhaltenen Signalbegriff an der Balise 6 an. Mittels Telepowering wird dieser Signalbegriff von dem Schienenfahrzeug ausgelesen und im Fahrzeugsteuergerät weiterverarbeitet.
- Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein energiearmes bzw. engergieoptimiertes Datenübertragungsverfahren für die Einkopplung der Zustandsdaten der Kontrolleinheit 4 im Zeitschlitzmultiplexverfahren angewendet. Die Zustands- oder auch Diagnosedaten werden zur Energieeinsparung zyklisch in einem Zeitfenster von weniger als 100ms, jedoch nur alle 20 bis 30s übertragen. Um eine bidirektionale Verbindung zu ermöglichen, wird nach dem Sendezyklus automatisch auf den Empfangsmodus während eines Zeitfensters von ebenfalls kleiner 100ms umgeschaltet. Nur in diesem Zeitfenster kann die Kontrolleinheit 4 mittels ihrer hier nicht weiter dargestellten Transceiver Daten empfangen und konsumiert dementsprechend auch nur in diesem Zeitfenster elektrische Energie. Nach Ablauf des Zeitfensters geht die dezentrale Kontrolleinheit 4 hinsichtlich der Datenanbindung in den Schlafmodus. Da der Schlafmodus einige Zehn Sekunden (Beispiel 20 bis 30s dauert, resultiert gemittelt eine Datenübertragung mit pW- Energieverbrauch.
- Zur Übertragung der Zustandsdaten werden bereits installierte Signaladern 24 und das Stromschlaufenprinzip verwendet.
- Vorliegend wird in einen Lampenstromkreis 24 einer Nothalt-Signallampe 25 eingekoppelt. Um die Rückwirkungsfreiheit gewährleisten und die Beeinflussung auf das Fremdkabelsystem klein halten zu können, werden die Signale in einem Frequenzbereich von 5kHz bis 100kHz induktiv, d.h. als Strom, in einem definierten Zeitfenster eingekoppelt. Die Verbindung kann uni- bzw. bidirektional erfolgen. Für eine reine Diagnoseanbindung kann die Verbindung jedoch unidirektional gestaltet sein. Um eine Datenkollision zu vermeiden, wird ein Protokoll- Stack gemäss TCP (Anti-kollisions- Algorithmen) oder ein Zeitschlitz-Verfahren (der Master im RSTW 12 bestimmt die Zeitfenster pro Teilnehmer) angewendet.
- In
Figur 1 erfolgt die Ankopplung mittels eines Klapp-Magnetringkreises 26. Im Signalstrompfad 24 wirkt dieser mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:X . Vorzugsweise wird das Übersetzungsverhältnis von 1: 20 (bis 1: 100) aufgrund einer optimalen Signalanpassung gewählt. Das Gateway 14 bereitet die bidirektionalen Signale auf ein geeignetes Protokoll (hier Ethernet) auf. Die ausgekoppelten Zustandsdaten werden so über Ethernet-Verbindungen zu dem Infrastruktur-Client übertragen. -
Figur 2 zeigt in einer schematischen Weise die Datenübertragung der Zustandsdaten im Zeitschlitzverfahren. Bei einer Leistungsaufnahme von 200 mW über 75 ms werden die Daten im Uplink von der Kontrolleinheit 4 zum RSTW 12 übertragen. Danach schliesst sich eine Übertragungspause von 10 ms an, gefolgt einer Datenübertragung mit denselben Parameter im Downlink vom RSTW 12 zur Kontrolleinheit 4. Danach schliesst sich eine Pause von 30 s an und die Übertragung beginnt dann von Neuem. Insgesamt resultiert so ein Energieverbrauch im µW-Bereich. - Die Zustandsdaten werden in Datenpaketen übertragen, die typischerweise einen Header HD, eine Identifikation ID, Nutzdaten DATA und eine Prüfsummer CRC umfassen.
Claims (9)
- Verfahren zum Übertragen von Zustandsdaten (DATA) einer Kontrolleinheit (4), die eine erste Verkehrsbeeinflussungskomponente (6), insbesondere eine Transparent- oder Festdatenbalise, ansteuert, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:a) Bereitstellen der Zustandsdaten (DATA) auf der Kontrolleinheit (4);b) Periodisches Einkoppeln der Zustandsdaten (DATA) in einen Strompfad (24), der eine zweite Verkehrsbeeinflussungskomponente (10), insbesondere ein Signal, und eine Verkehrssteuerungszentraleinheit (12), insbesondere ein Stellwerk, verbindet;c) Auskoppeln der Zustandsdaten (DATA) aus dem Strompfad (24) in der Verkehrsteuerungszentraleinheit (12); undd) Übertragen der ausgekoppelten Zustandsdaten (DATA) an eine Infrastrukturüberwachungseinheit (16).
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das periodische Einkoppeln eine erste Zeitdauer beträgt und das Intervall bis zur nächsten Einkopplung eine zweite Zeitdauer beträgt, wobei die zweite Zeitdauer gross gegen die erste Zeitdauer ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosedaten mittels eines Zeitschlitzmultiplex-Verfahrens übertragen werden.
- Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich nach dem Einkoppeln der Zustandsdaten im Uplink, d.h. in Richtung zur Verkehrsteuerungszentraleinheit (12) hin, nach einem Pausenintervall ein Einkoppeln von Daten im Downlink, d.h. in Richtung zur Kontrolleinheit (4) hin, anschliesst. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontrolldaten im Uplink und/oder die Daten im Downlink in einem Frequenzbereich von 5 kHz bis 100 kHz induktiv eingekoppelt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
für den Fall, dass die zweite Verkehrsbeeinflussungskomponente mehrere Strompfade aufweist, für die Einkopplung der Strompfad gewählt wird, der die höchste Bestromungszeit aufweist. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Einkopplung in einen Lampenstromkreis (24) einer Signallampe (25) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Lampenstromkreis der HALT- oder NOTHALT-repräsentierenden Signallampe (25) verwendet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontrolleinheit (4) autonom elektrisch versorgt wird. - System (2) zum Übertragen von Zustandsdaten einer Kontrolleinheit (4), die eine erste Verkehrsbeeinflussungskomponente (6), insbesondere eine Transparent- oder Festdatenbalise, ansteuert, umfassend:a) Datenverarbeitungsmittel zum Bereitstellen der Zustandsdaten auf der Kontrolleinheit (4);b) einen Strompfad (24), der eine zweite Verkehrsbeeinflussungskomponente (10), insbesondere ein Signal, und eine Verkehrssteuerungszentraleinheit (12), insbesondere ein Stellwerk, verbindet und Mittel (26) zum periodischen Einkoppeln der Zustandsdaten in den Strompfad (24);c) Mittel (26) zum Auskoppeln der Zustandsdaten aus dem Strompfad (24) in der Verkehrsteuerungszentraleinheit (12); undd) Mittel (14) zum Übertragen der ausgekoppelten Zustandsdaten an eine Infrastrukturüberwachungseinheit (16).
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