EP2900539B1 - Schaltungsanordnung zur fehleroffenbarung bei einem lichtsignal - Google Patents

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EP2900539B1
EP2900539B1 EP13792893.3A EP13792893A EP2900539B1 EP 2900539 B1 EP2900539 B1 EP 2900539B1 EP 13792893 A EP13792893 A EP 13792893A EP 2900539 B1 EP2900539 B1 EP 2900539B1
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signal transmitter
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Siemens AG
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    • B61L29/24—Means for warning road traffic that a gate is closed or closing, or that rail traffic is approaching, e.g. for visible or audible warning
    • B61L29/243—Transmission mechanism or acoustical signals for gates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
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    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
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    • B61L5/1809—Daylight signals
    • B61L5/1881—Wiring diagrams for power supply, control or testing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L2207/00—Features of light signals
    • B61L2207/02—Features of light signals using light-emitting diodes [LEDs]

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for error disclosure in a light signal, in particular for railway safety systems, with an eventual error reversible shutdown electronic signal transmitter and designed for incandescent control unit for driving and monitoring the signal generator, the error disclosure includes a fault differentiation between line-induced interference voltage and error of the signal generator ,
  • the lines are dimensioned in such a way that when the signal leads are influenced, the influencing current flows through the incandescent lamp and this influencing current does not cause the incandescent lamp to light up.
  • Actuators designed for incandescent light signals typically evaluate a signal current to detect a fault or the proper functioning of the light signal.
  • This start sequence is also given in the case of a low-impedance fault in the signal generator. Due to the impedance of the signal line, the signal voltage breaks down when the electronics are switched on. In this case, a very high current flows, which is rated for the control part not as an error, but as a valid signal stream. The electronics, however, can not measure the current due to the low voltage and, where appropriate, starts a new start attempt.
  • the document EP 2 131 628 A2 shows a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.
  • the invention is accordingly based on the object, the reliability of error differentiation between line-related To increase the influencing voltage and the low-impedance fault of the signal transmitter. In particular, independence from capacitive energy buffers is desirable.
  • the object is achieved in that the signal generator is connected to a resistor arrangement such that at high-impedance signal generator, the signal generator voltage is greater than the influencing voltage.
  • the resistor arrangement consists of consumers, which lower the influencing voltage.
  • the voltage breaks down immediately after starting on the signal generator.
  • the signal generator is thus high impedance.
  • the voltage rises again, wherein the signal generator voltage of the high-impedance signal generator is greater than the influencing voltage by the resistor arrangement.
  • the influencing voltage is measured after high-ohm switching, while the signal generator voltage is measured when the signal transmitter is defective.
  • the starting currents do not have to be evaluated and the capacitors required for this purpose as an energy source do not have to be dimensioned exactly and frequently checked. Only the dimensioning of the resistor arrangement must be determined in such a way that the signal generator only becomes so high-impedance that the influencing voltage remains smaller than the voltage at the signal generator.
  • the threshold for detecting the signal generator voltage is not reached, so that no new start attempt takes place and no error message occurs.
  • a voltage threshold is applied, when exceeded an error of the signal generator and when it falls below an influence exists.
  • the voltage threshold is positioned approximately midway between the signal generator voltage and the bias voltage to achieve the most reliable error assignment possible.
  • the resistor assembly is designed to be switched off, said shutdown is carried out according to claim 4 in particular in case of error disclosure.
  • the correct error transmission to the actuator is thereby independent of any repercussions of the resistor assembly and is carried out as in the known error disclosure described above by the high impedance switching of the signal generator and thus the reduction of the signal current.
  • FIG. 1 illustrates the connection of a signal generator 1 via a signal line 2, which is connected via a switch S1 to one of a, usually far from the signal transmitter 1 remote control part, which has a voltage source 3, with a signal voltage U1.
  • U2 is the signal generator voltage
  • U3 is a line-induced influencing voltage.
  • the signal generator 1, the signal generator voltage U2 and the impedance Z3 are assigned.
  • the signal voltage U1 is switched by the control unit via S1 and the signal line 2 with the impedance Z1 to the signal generator 1.
  • the influencing voltage U3 is permanently applied to the signal generator 1 via Z2.
  • a correspondingly simplified circuit diagram shows FIG. 2 ,
  • U2 of the signal generator voltage is much larger than U2 of the influencing voltage.
  • the signal generator 1 is connected to a resistor arrangement which reduces the influencing voltage.
  • FIGS. 4 to 6 each show 33 successively measured current / voltage value pairs. Current and voltage are not normalized.
  • the measured value 637 in the three diagrams indicates a voltage threshold value 4 for distinguishing the influencing voltage from the signal generator voltage in the high-impedance state of the signal transmitter.
  • the signal generator 1 operates error-free with low voltage, so that via the signal generator 1 in stable continuous operation, a voltage drop is present, which results from Z1 and Z3. Since the signal generator 1 is not high-impedance, there is a higher voltage drop across Z1 than in the high-resistance state of Z3. For this reason, the measured voltage is smaller than the threshold value 4. The distinction between the signal generator voltage and the influencing voltage only occurs with a high-impedance signal generator.
  • FIG. 5 shows a typical measurement history at low impedance error Z3.1 of the signal generator 1 and switched signal voltage U1. It can be seen that the voltage of the value pairs 1, 7, 8, 13, 14, 19 and 20 is very low, whereas the current is very high. The high current values in connection with the high voltage values of the value pairs 6, 12 and 18 exceed the threshold value 4, since the signal generator 1 at this value pairs 6, 12 and 18 has switched to the high-impedance state. Due to the high-impedance state in the aforementioned value pairs 6, 12 and 18 and the exceeding of the threshold value 4, the signal generator 1 is restarted. After multiple "false starts" in the value pairs 1, 7 and 19, the signal generator 1 switches at the value pairs greater than 22 high impedance, thus reporting its error to the control section. The signal generator voltage is greater than the threshold value 4.
  • FIG. 6 shows the switch-on behavior with influencing voltage (U3). If influenced, the signal generator 1 starts first and then switches to the high-impedance state. From the fifth value pair the signal generator 1 is high-impedance and the voltage remains below the threshold value 4, whereby the influencing voltage is detected. The switch S1 from the control is open in this state.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Fehleroffenbarung bei einem Lichtsignal, insbesondere für Eisenbahnsicherungsanlagen, mit einem im Fehlerfall sich reversibel abschaltenden elektronischen Signalgeber und einem für Glühlampen konzipierten Stellteil zur Ansteuerung und Überwachung des Signalgebers, wobei die Fehleroffenbarung eine Fehlerdifferenzierung zwischen leitungsbedingter Beeinflussungsspannung und Fehler des Signalgebers umfasst.
  • Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf Lichtsignale für Eisenbahnsicherungsanlagen, ohne dass die Erfindung auf diese Anwendung beschränkt ist. Vielmehr ist eine Anwendung beispielsweise auch bei anderen Verkehrssystemen oder im industriellen Bereich denkbar.
  • Bei Glühlampen-Lichtsignalen werden die Leitungen derart dimensioniert, dass bei einer Beeinflussung der Signaladern der Beeinflussungsstrom durch die Glühlampe fließt und dieser Beeinflussungsstrom nicht zum Aufleuchten der Glühlampe führt. Stellteile, die für Glühlampen-Lichtsignale konzipiert sind, werten üblicherweise einen Signalstrom aus, um einen Fehler oder die ordnungsgemäße Funktion des Lichtsignals festzustellen.
  • Wenn Glühlampen-Signalgeber durch elektronische Signalgeber, beispielsweise für LED-Lichtquellen, ersetzt werden, führt der Beeinflussungsstrom dazu, dass die Elektronik arbeitet, aber wegen der geringen Energie der Beeinflussung ein Starten des Signalgebers nicht möglich ist. Die Signalspannung sinkt beim Startversuch und der sich reversibel abschaltende Signalgeber beginnt den nächsten Startversuch.
  • Dieser Startablauf ist auch bei einem niederohmigen Fehler im Signalgeber gegeben. Durch die Impedanz der Signalleitung bricht die Signalspannung beim Zuschalten der Elektronik zusammen. Dabei fließt ein sehr hoher Strom, der für das Stellteil nicht als Fehler, sondern als gültiger Signalstrom bewertet wird. Die Elektronik hingegen kann den Strom aufgrund der geringen Spannung nicht messen und beginnt gegebenenfalls einen neuen Startversuch.
  • Durch das gleiche Startverhalten bei fehlerfreiem Signalgeber mit Beeinflussung und Signalgeber mit niederohmigem Fehler kann die Fehlerursache nicht erkannt werden. Folglich muss dafür gesorgt werden, dass der elektronische Signalgeber zwischen Signalgeberspannung und Beeinflussungsspannung unterscheiden kann, um nicht nur das Vorliegen eines Fehlers, sondern auch die Fehlerursache zu offenbaren.
  • Bisher wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass bei einem zu hohen Stromfluss das Stellteil und bei einem nur gering erhöhten Stromfluss der Signalgeber den Fehler erkennt und an das Stellteil übermittelt. Diese Fehleroffenbarung ist jedoch bei höheren Impedanzen der Signalleitung nicht immer sichergestellt, da eine Lücke zwischen der Stromflusserkennung durch das Stellteil und der Stromflusserkennung durch den Signalgeber besteht. Diese Lücke der Stromflusserkennung wird dadurch geschlossen, dass der Signalgeber den Strom sofort nach dem Start auswertet, das heißt bevor die Signalspannung zusammenbricht. Dazu sind signalgeberinterne Kondensatoren erforderlich, die von dem Stellteil aufgeladen werden und den Signalgeber ausreichend lange mit Strom versorgen. Nach dem Start der Elektronik des Signalgebers mit niederohmigem Fehler können somit hohe Ströme gemessen und zur Fehlererkennung genutzt werden. Voraussetzung ist, dass die Kondensatoren genügend lange ihre Energie speichern können. Die Funktion der Kondensatoren wird jedoch üblicherweise nicht getestet.
  • Das Dokument EP 2 131 628 A2 zeigt eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit der Fehlerdifferenzierung zwischen leitungsbedingter Beeinflussungsspannung und niederohmigem Fehler des Signalgebers zu erhöhen. Dabei ist insbesondere Unabhängigkeit von kapazitiven Energiezwischenspeichern anzustreben.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Signalgeber mit einer Widerstandsanordnung derart beschaltet ist, dass bei hochohmigem Signalgeber die Signalgeberspannung größer ist als die Beeinflussungsspannung. Durch die Widerstandsanordnung werden die Signalgeberspannung und die Beeinflussungsspannung quasi auseinandergezogen und dadurch voneinander unterscheidbar. Die Widerstandsanordnung besteht aus Verbrauchern, welche die Beeinflussungsspannung absenken. Im Fehlerfall bricht die Spannung nach dem Start am Signalgeber sofort zusammen. Der Signalgeber wird somit hochohmig. Danach steigt die Spannung wieder an, wobei durch die Widerstandsanordnung die Signalgeberspannung des hochohmigen Signalgebers größer ist als die Beeinflussungsspannung. Bei fehlerfreiem Signalgeber und Beeinflussungsspannung wird nach dem Hochohmigschalten die Beeinflussungsspannung gemessen, während bei defektem Signalgeber die Signalgeberspannung gemessen wird.
  • Vorteilhaft ist vor allem, dass die Startströme nicht ausgewertet werden müssen und die dazu als Energiequelle erforderlichen Kondensatoren nicht genau dimensioniert und häufig überprüft werden müssen. Lediglich die Dimensionierung der Widerstandsanordnung muss derart festgelegt werden, dass der Signalgeber nur so hochohmig wird, dass die Beeinflussungsspannung kleiner als die Spannung am Signalgeber bleibt.
  • Bei erkannter Signalgeberspannung und mehrmaligen fehlgeschlagenen Startversuchen erfolgt eine Fehlermeldung an das Stellteil durch das Hochohmigschalten des Signalgebers, welches aufgrund des zu geringen Signalstromes auf einen Signalgeberfehler, das heißt auf einen Fehler der Baugruppe oder eine defekte hochohmige Klemmstelle im Signalkabelbereich, schließt.
  • Bei Beeinflussungsspannung wird die Schwelle zum Erkennen der Signalgeberspannung nicht erreicht, so dass kein neuer Startversuch stattfindet und auch keine Fehlermeldung erfolgt.
  • Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass zur Fehlerdifferenzierung zwischen der Signalgeberspannung und der Beeinflussungsspannung ein Spannungs-Schwellwert gelegt wird, bei dessen Überschreitung ein Fehler des Signalgebers und bei dessen Unterschreitung eine Beeinflussung vorliegt. Vorzugsweise wird der Spannungs-Schwellwert ungefähr in der Mitte zwischen der Signalgeberspannung und der Beeinflussungsspannung positioniert, um eine möglichst sichere Fehlerzuordnung zu erreichen.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ist die Widerstandsanordnung abschaltbar ausgebildet, wobei diese Abschaltung gemäß Anspruch 4 insbesondere bei Fehleroffenbarung erfolgt. Die korrekte Fehlerübertragung an das Stellteil wird dadurch von eventuellen Rückwirkungen der Widerstandsanordnung unabhängig und erfolgt wie bei der oben beschriebenen bekannten Fehleroffenbarung durch das Hochohmigschalten des Signalgebers und damit der Absenkung des Signalstromes.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    das Grundprinzip einer Signalanschaltung,
    Figur 2
    eine vereinfachte Darstellung des Grundprinzips gemäß Figur 1,
    Figur 3
    eine Signalanschaltung mit fehlerhaftem Signalgeber in der Darstellungsweise gemäß Figur 2,
    Figur 4
    ein Diagramm bezüglich des Einschaltverhaltens eines fehlerfreien Signalgebers,
    Figur 5
    ein Diagramm des Einschaltverhaltens mit fehlerhaftem Signalgeber und
    Figur 6
    ein Diagramm des Einschaltverhaltens bei Beeinflussung.
  • Figur 1 veranschaulicht die Anschaltung eines Signalgebers 1 über eine Signalleitung 2, die über einen Schalter S1 mit einer von einem, üblicherweise weit vom Signalgeber 1 entfernten Stellteil, welches eine Spannungsquelle 3 aufweist, mit einer Signalspannung U1 verbunden wird. Dabei sind U2 die Signalgeberspannung und U3 eine leitungsbedingte Beeinflussungsspannung. Dem Signalgeber 1 sind die Signalgeberspannung U2 und die Impedanz Z3 zugeordnet. Die Signalspannung U1 wird vom Stellteil über S1 und der Signalleitung 2 mit der Impedanz Z1 an den Signalgeber 1 geschaltet. Die Beeinflussungsspannung U3 liegt über Z2 dauerhaft am Signalgeber 1 an.
  • Eine entsprechend vereinfachte Schaltungsdarstellung zeigt Figur 2. Die Impedanz Z1 der Signalspannung U1 ist viel kleiner als die Impedanz Z2 der Beeinflussungsspannung U3. Damit ist U 2 = U 1 Z 3 Z 1 + Z 3
    Figure imgb0001
     für die Signalgeberspannung und U 2 = U 3 Z 3 Z 2 + Z 3
    Figure imgb0002
     für die Beeinflussungsspannung.
  • U2 der Signalgeberspannung ist viel größer als U2 der Beeinflussungsspannung.
  • In Figur 3 ist zusätzlich ein Signalgeberfehler als Z3.1 dargestellt. Durch diese Zusatzimpedanz Z3.1 des Signalgebers 1 fällt U2 der Signalgeberspannung auf den Wert von U2 der Beeinflussungsspannung. Damit ist U 2 = U 1 Z 3 + Z 3.1 Z 1 + Z 3 + Z 3.1 ≈ U 3 Z 3 Z 2 + Z 3
    Figure imgb0003
  • Folglich kann bei Messung der Spannung U2 über den nicht hochohmig geschalteten Signalgeber 1 nicht zwischen Beeinflussungsspannung und Signalgeberspannung unterschieden werden.
  • Um Unterscheidbarkeit herzustellen, ist der Signalgeber 1 erfindungsgemäß mit einer Widerstandsanordnung beschaltet, die die Beeinflussungsspannung verringert.
  • Die Diagramme der Figuren 4 bis 6 zeigen jeweils 33 nacheinander gemessene Strom/Spannung-Wertepaare. Strom und Spannung sind nicht normiert. Der Messwert 637 in den drei Diagrammen kennzeichnet einen Spannungsschwellwert 4 zur Unterscheidung zwischen Beeinflussungsspannung und Signalgeberspannung im hochohmigen Zustand des Signalgebers.
  • In Figur 4 arbeitet der Signalgeber 1 fehlerfrei mit geringer Spannung, so dass über den Signalgeber 1 im stabilen Dauerbetrieb ein Spannungsabfall vorhanden ist, welcher sich durch Z1 und Z3 ergibt. Da der Signalgeber 1 nicht hochohmig ist, ist ein höherer Spannungsabfall über Z1 als im hochohmigen Zustand von Z3 vorhanden. Aus diesem Grund ist die gemessene Spannung kleiner als der Schwellwert 4. Die Unterscheidung zwischen Signalgeberspannung und Beeinflussungsspannung erfolgt nur bei hochohmigem Signalgeber.
  • In den Figuren 5 und 6 sind verschiedene Fehlerzustände dargestellt, wobei die Strom/Spannung-Wertepaare mit Spannungswert 0 eine zusammengebrochene Signalgeberspannung anzeigen, so dass auch die Stromwerte dieser Wertepaare ungültig sind.
  • Figur 5 zeigt einen typischen Messwertverlauf bei niederohmigem Fehler Z3.1 des Signalgebers 1 und zugeschalteter Signalspannung U1. Es ist ersichtlich, dass die Spannung der Wertepaare 1, 7, 8, 13, 14, 19 und 20 sehr gering ist, wohingegen der Strom sehr hoch ist. Die hohen Stromwerte im Zusammenhang mit den hohen Spannungswerten der Wertepaare 6, 12 und 18 übersteigen den Schwellwert 4, da sich der Signalgeber 1 bei diesen Wertepaaren 6, 12 und 18 in den hochohmigen Zustand geschaltet hat. Durch den hochohmigen Zustand bei den genannten Wertepaaren 6, 12 und 18 und der Überschreitung des Schwellwertes 4 wird der Signalgeber 1 neu gestartet. Nach mehrmaligen "Fehlstarts" bei den Wertepaaren 1, 7 und 19 schaltet sich der Signalgeber 1 bei den Wertepaaren größer 22 hochohmig und meldet so seinen Fehler an das Stellteil. Dabei ist die Signalgeberspannung größer als der Schwellwert 4.
  • Figur 6 zeigt das Einschaltverhalten bei Beeinflussungsspannung (U3). Bei Beeinflussung startet der Signalgeber 1 zunächst und schaltet dann in den hochohmigen Zustand. Ab dem fünften Wertepaar ist der Signalgeber 1 hochohmig und die Spannung bleibt unterhalb des Schwellwertes 4, wodurch die Beeinflussungsspannung erkannt wird. Der Schalter S1 vom Stellteil ist in diesem Zustand geöffnet.
  • Schließt der Schalter S1 vom Stellteil, so überschreitet die Spannung den Schwellwert 4 und der Signalgeber 1 startet wie in Figur 4.

Claims (4)

  1. Schaltungsanordnung zur Fehleroffenbarung bei einem Lichtsignal, insbesondere für Eisenbahnsicherungsanlagen, mit einem im Fehlerfall sich reversibel abschaltenden elektronischen Signalgeber (1) und einem für Glühlampen konzipierten Stellteil zur Ansteuerung und Überwachung des Signalgebers (1), wobei die Fehleroffenbarung eine Fehlerdifferenzierung zwischen leitungsbedingter Beeinflussungsspannung und Fehler des Signalgebers (1) umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (1) mit einer Widerstandsanordnung derart beschaltet ist, dass bei hochohmigem Signalgeber (1) die Signalgeberspannung größer ist als die Beeinflussungsspannung.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlerdifferenzierung zwischen der Signalgeberspannung und der Beeinflussungsspannung ein Spannungs-Schwellwert (4) vorgesehen ist, bei dessen Überschreitung ein Fehler des Signalgebers (1) und bei dessen Unterschreitung eine Beeinflussungsspannung vorliegt.
  3. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsanordnung abschaltbar ausgebildet ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltung der Widerstandsanordnung bei Fehleroffenbarung erfolgt.
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