EP3046825B1 - Bahnübergangssicherungssystem - Google Patents
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- B61L29/22—Operation by approaching rail vehicle or train electrically
Definitions
- the invention relates to a level crossing protection system with a control device for road-side components, in particular railway barriers and light signals, in which the control device has a two-channel control computer which is secure in terms of signaling technology.
- a high level of safety - Safety Integrity Level / SIL - is a prerequisite for approval by national authorities for level crossing protection systems.
- the safety levels are defined in the CENELEC standard EN50129 from SIL0 - not safe in terms of signaling - to SIL4 - extremely safe in terms of signaling.
- the security level specified for level crossing protection systems is usually SIL4.
- a level crossing protection system is known in which individual components are connected to one another by radio devices.
- Level crossing protection systems based on two-channel SIL4 computers for the control device and for component computers with multi-channel reading of the component status are known, the same user software being provided in each of the channels of the computers.
- the invention is based on the object of specifying a level crossing protection system of the generic type, in which the SIL level of as many system computers as possible can be reduced, the required SIL level for the overall system, in particular SIL4, nevertheless being ensured.
- the required signaling security of the level crossing protection system is achieved even with component computers that are not safe in terms of signaling technology. This results in a simplification of the component computers and ultimately a significant reduction in hardware costs.
- the splitting of the component computer into a first and a second single-channel computer and their interaction according to the sequence with the signal-technically secure control computer also leads to simpler security verification for the approval of the overall system.
- the first and second computers which are assigned to the components to be controlled, in particular railway barriers and light signals, of the level crossing protection system can be designed as SILO computers and thus as commercial, inexpensive computers.
- the responsibility for safety lies with the control computer, which is preferably designed as a SIL4 computer, when the components are controlled and monitored. It is also advantageous that the space requirement of the two single-channel, diverse computers of the individual components is less than in the case of a two-channel, signal-safe version according to the prior art.
- the first computer functions here essentially as a controller, while the second computer can also be referred to as a communication module, since this second computer additionally manages the communication between the component computer and the control computer.
- the control computer and the component computer are preferably arranged in a communication ring.
- Various types of data telegrams can be transmitted quickly and securely on the communication ring, for example via Ethernet, between all computers or their associated components and the control computer. Individual connections between the control computer and each individual component computer are therefore eliminated.
- control computer sends shutdown commands to the first and second computers, whereby the first and / or the second computer places the assigned component in a signal-safe state switches or switches.
- security response can also be triggered by the control computer breaking the communication link to the component computers, as a result of which the components are automatically switched to a signal-safe state.
- Figure 1 illustrates a level crossing at which a road 1 crosses a track 2.
- two half barriers 3a and 3b and four light signals 4a, 4b, 4c and 4d are provided on the road side, which are connected in a communication ring 5 to a two-channel signal-safe control computer 6 in the manner of a SIL4-LCU / level crossing unit.
- the control computer 6 is equipped with a communication device 7 which is associated with the components 3a, 3b, 4a, 4b, 4c and 4d in FIG Figure 2
- a central or decentralized signaling device 9 transmits a signal to the communication ring 5 when a rail vehicle approaches the level crossing, so that the railroad barriers 3a and 3b have to be lowered and the light signals 4a, 4b, 4c and 4d have to be set to red.
- 24V control signals 24V_1 and 24V_2 are generated for components 3a, 3b, 4a, 4b, 4c and 4d as well as 220V operating voltage for level crossings 3a and 3b.
- FIG. 2 The essential assemblies for controlling the component computers are shown using the example of two component computers 8a and 8b for controlling the two light signals 4a and 4b.
- the component computers 8a and 8b are each equipped with a first single-channel SILO computer 10a or 10b and a second single-channel SILO computer 11a or 11b.
- the two computers 10a and 11a and 10b and 11b differ in terms of hardware, so that diverse data processing principles result.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Bahnübergangssicherungssystem mit einer Steuereinrichtung für straßenseitige Komponenten, insbesondere Bahnschranken und Lichtzeichen, bei dem die Steuereinrichtung einen signaltechnisch sicheren zweikanaligen Steuerrechner aufweist.
- Für Bahnübergangssicherungssysteme ist ein hoher Sicherheitslevel - Safety Integrity Level / SIL - Voraussetzung für eine Zulassung durch nationale Behörden. Die Sicherheitslevel sind in der CENELEC Norm EN50129 von SIL0 - signaltechnisch nicht sicher - bis SIL4 - signaltechnisch hochgradig sicher - definiert. Der für Bahnübergangssicherungssysteme vorgegebene Sicherheitslevel ist üblicherweise SIL4.
- Aus der
DE 199 28 317 A1 ist eine Bahnübergangssicherungsanlage bekannt, in der einzelne Komponenten durch Funkeinrichtungen miteinander verbunden sind. - Bekannt sind Bahnübergangssicherungssysteme auf der Basis zweikanaliger SIL4-Rechner für die Steuereinrichtung und für Komponentenrechner mit mehrkanaliger Rücklesung des Komponentenzustandes, wobei in den Kanälen der Rechner jeweils die gleiche Anwendersoftware vorgesehen ist.
- Aus der
DE 10 2007 032 805 A1 ist eine sichere einkanalige Kommunikation zum Steuern eines sicherheitskritischen Bahnbetriebsprozesses bekannt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bahnübergangssicherungssystem gattungsgemäßer Art anzugeben, bei dem der SIL-Level möglichst vieler Systemrechner verringert werden kann, wobei der geforderte SIL-Level für das Gesamtsystem, insbesondere SIL4, dennoch sichergestellt ist.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass den Komponenten signaltechnisch nicht sichere Komponentenrechner zugeordnet sind, wobei die Komponentenrechner jeweils einen ersten und einen zweiten einkanaligen Rechner mit diversitärer Hardware umfassen, und dass der Steuerrechner und die Komponentenrechner Mittel zur Ansteuerung und Überwachung der Komponenten mit folgendem Ablauf aufweisen:
- der Steuerrechner sendet einen Stellbefehl an die ersten Rechner, welche ihre zugeordnete Komponente ansteuern,
- der erste und der zweite Rechner der Komponente ermitteln unabhängig voneinander die Bestromung der Komponente und senden dieses Rückleseergebnis an den Steuerrechner und
- der Steuerrechner vergleicht seinen Stellbefehl mit den Rückleseergebnissen der Komponenten und vergleicht die Rückleseergebnisse miteinander, wobei bei Nichtübereinstimmung mindestens eines der Vergleichsergebnisse eine Sicherheitsreaktion ausgelöst wird.
- Durch die Zweifachrücklesung des tatsächlichen Schaltzustandes der Komponenten, das heißt der Komponentenbestromung, mittels zweier diversitärer Rechner und durch den steuerrechnerseitigen Vergleich sowohl seines Stellbefehles mit den Rückleseergebnissen als auch der Rückleseergebnisse untereinander wird die geforderte signaltechnische Sicherheit des Bahnübergangssicherungssystems auch mit signaltechnisch nicht sicheren Komponentenrechnern erreicht. Auf diese Weise ergibt sich eine Vereinfachung der Komponentenrechner und letztlich eine erhebliche Verringerung der Hardwarekosten. Die Aufspaltung des Komponentenrechners in einen ersten und einen zweiten einkanaligen Rechner und deren ablaufgemäßes Zusammenwirken mit dem signaltechnisch sicheren Steuerrechner führen außerdem zu einer einfacheren Sicherheitsnachweisführung für die Zulassung des Gesamtsystems. Die ersten und zweiten Rechner, die den anzusteuernden Komponenten, insbesondere Bahnschranken und Lichtzeichen, des Bahnübergangssicherungssystems zugeordnet sind, können als SILO-Rechner und damit als kommerzielle, preiswerte Rechner ausgeführt sein. Die Sicherheitsverantwortung liegt bei ablaufgemäßer Ansteuerung und Überwachung der Komponenten bei dem Steuerrechner, der vorzugsweise als SIL4-Rechner ausgeführt ist. Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass der Platzbedarf der beiden einkanaligen diversitären Rechner der einzelnen Komponenten geringer ist als bei zweikanaliger, signaltechnisch sicherer Ausführung gemäß dem Stand der Technik. Dabei fungiert der erste Rechner im Wesentlichen als Controller, während der zweite Rechner auch als Kommunikationsmodul bezeichnet werden kann, da dieser zweite Rechner zusätzlich die Kommunikation zwischen Komponentenrechner und Steuerrechner managet.
- Vorzugsweise sind der Steuerrechner und die Komponentenrechner gemäß Anspruch 2 in einem Kommunikationsring angeordnet. Datentelegramme verschiedenster Art können auf dem Kommunikationsring, beispielsweise via Ethernet, zwischen allen Rechnern bzw. deren zugeordneten Komponenten und dem Steuerrechner schnell und sicher übertragen werden. Einzelverbindungen des Steuerrechners mit jedem einzelnen Komponentenrechner entfallen somit.
- Zur Auslösung der Sicherheitsreaktion bei durch den Steuerrechner festgestellter Nichtübereinstimmung mindestens eines der beiden Vergleichsergebnisse ist gemäß Anspruch 3 vorgesehen, dass der Steuerrechner an die ersten und zweiten Rechner Abschaltkommandos sendet, wodurch der erste und/oder der zweite Rechner die zugeordnete Komponente in einen signaltechnisch sicheren Zustand schaltet beziehungsweise schalten. Zusätzlich oder alternativ kann die Sicherheitsreaktion gemäß Anspruch 4 auch dadurch ausgelöst werden, dass der Steuerrechner die Kommunikationsverbindung zu den Komponentenrechnern abbricht, wodurch die Komponenten automatisch in einen signaltechnisch sicheren Zustand geschaltet werden.
- Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren gemäß Anspruch 5. Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- ein Bahnübergangssicherungssystem mit Bestromungsplan und
- Figur 2
- eine Detaildarstellung der wesentlichen Baugruppen zur Ansteuerung von Lichtsignalen an einem Bahnübergang.
-
Figur 1 veranschaulicht einen Bahnübergang, bei dem eine Straße 1 ein Gleis 2 kreuzt. Zur Sicherung des Bahnüberganges sind straßenseitig zwei Halbschranken 3a und 3b und vier Lichtzeichen 4a, 4b, 4c und 4d vorgesehen, welche in einem Kommunikationsring 5 mit einem zweikanaligen signaltechnisch sicheren Steuerrechner 6 nach Art eines SIL4-LCU / Level Crossing Unit verbunden sind. Der Steuerrechner 6 ist mit einer Kommunikationseinrichtung 7 ausgestattet, welche mit den Komponenten 3a, 3b, 4a, 4b, 4c und 4d zugeordneten inFigur 2 dargestellten Komponentenrechnern 8a und 8b Datentelegramme via Ethernet austauscht. Eine zentrale oder dezentrale Meldeeinrichtung 9 überträgt ein Meldesignal an den Kommunikationsring 5, wenn sich ein Schienenfahrzeug dem Bahnübergang nähert, so dass die Bahnschranken 3a und 3b abgesenkt und die Lichtzeichen 4a, 4b, 4c und 4d auf rot gestellt werden müssen. Dabei werden 24V-Ansteuersignale 24V_1 und 24V_2 für die Komponenten 3a, 3b, 4a, 4b, 4c und 4d sowie 220V-Betätigungsspannung für die Bahnübergänge 3a und 3b erzeugt. - In
Figur 2 sind die wesentlichen Baugruppen für die Ansteuerung der Komponentenrechner am Beispiel zweier Komponentenrechner 8a und 8b für die Ansteuerung der beiden Lichtzeichen 4a und 4b dargestellt. Die Komponentenrechner 8a und 8b sind jeweils mit einem ersten einkanaligen SILO-Rechner 10a beziehungsweise 10b und einem zweiten einkanaligen SILO-Rechner 11a beziehungsweise 11b ausgestattet. Die beiden Rechner 10a und 11a sowie 10b und 11b unterscheiden sich hardwaremäßig, so dass diversitäre Datenverarbeitungsprinzipien resultieren. - Zur signaltechnisch sicheren Ansteuerung und Überwachung der Lichtzeichen 4a und 4b ist folgender Ablauf vorgesehen:
- Der Steuerrechner 6 sendet einen Stellbefehl an die ersten Rechner 10a und 11a, welche daraufhin ihr zugeordnetes Lichtzeichen 4a beziehungsweise 4b auf rot 12a beziehungsweise 12b schalten.
- Der erste und der zweite Rechner 10a und 11a beziehungsweise 10b und 11b ermitteln über Stromüberwachungseinrichtungen 13a und 14a beziehungsweise 13b und 14b unabhängig voneinander die Bestromung des Lichtzeichens 4a beziehungsweise 4b, das heißt die beiden Rechner 10a und 11a beziehungsweise 10b und 11b stellen fest, ob der gemäß Stellbefehl des Steuerrechners 6 vorgesehene Rot-Zustand 12a beziehungsweise 12b des Lichtzeichens 4a beziehungsweise 4b korrekt eingeschaltet wurde. Dieses Rückleseergebnis wird von dem ersten Rechner 10a beziehungsweise 10b als erstes Telegramm 15a beziehungsweise 15b und von dem zweiten Rechner 11a beziehungsweise 11b als zweites Datentelegramm 16a beziehungsweise 16b über den Kommunikationsring 5 an den Steuerrechner 6 übermittelt. Daraufhin vergleicht der Steuerrechner 6 seinen Stellbefehl mit den Rückleseergebnissen, das heißt mit den Datentelegrammen 15a und 16a sowie 15b und 16b. Wenn die Datentelegramme 15a, 16a, 15b und 16b nicht zu dem Stellbefehl des Steuerrechners 6 passen, bedeutet das, dass der Rot-Zustand 12a und/oder 12b des Lichtzeichens 4a und/oder 4b nicht korrekt eingestellt wurde, wodurch der Steuerrechner 6 eine Sicherheitsreaktion auslöst, die die Lichtzeichen 4a und 4b so lange in den Rot-Zustand 12a, 12b zwingt, bis die Störung behoben ist. Die gleiche Sicherheitsreaktion erfolgt auch, wenn der Steuerrechner 6 durch Vergleich der Rot-zustandsspezifischen Datentelegramme 15a und 16a bezüglich des Lichtzeichens 4a mit den Datentelegrammen 15b und 16b bezüglich des Lichtzeichens 4b eine Diskrepanz feststellt.
- Die in
Figur 2 beispielhaft dargestellte Konfiguration ermöglicht im Zusammenwirken mit dem geschilderten Ablauf zur Ansteuerung und Überwachung von Bahnschranken 3a und 3b und Lichtzeichen 4a, 4b, 4c und 4d, dass die Komponentenrechner 8a und 8b als SILO-Rechner ausgeführt sein können, ohne die SIL4-Sicherheit des Gesamtsystems zu gefährden. InFigur 2 ist außerdem ersichtlich, dass die ersten Rechner 10a und 10b Controllerfunktionalität aufweisen, während die zweiten Rechner 11a und 11b darüber hinaus die Ethernet-Kommunikation mit dem sicheren Rechner 6 steuern.
Claims (5)
- Bahnübergangssicherungssystem mit einer Steuereinrichtung für straßenseitige Komponenten (3a, 3b; 4a, 4b, 4c, 4d), insbesondere Bahnschranken (3a, 3b) und Lichtzeichen (4a, 4b, 4c, 4d), bei dem die Steuereinrichtung einen signaltechnisch sicheren zweikanaligen Steuerrechner (6) aufweist und
dadurch gekennzeichnet, dass den Komponenten (3a, 3b; 4a, 4b, 4c, 4d) signaltechnisch nicht sichere Komponentenrechner (8a; 8b) zugeordnet sind, wobei die Komponentenrechner (8a; 8b) jeweils einen ersten und einen zweiten einkanaligen Rechner (10a, 11a; 10b, 11b) mit diversitärer Hardware umfassen, und
dass der Steuerrechner (6) und die Komponentenrechner (8a; 8b) Mittel zur Ansteuerung und Überwachung der Komponenten (3a, 3b; 4a, 4b, 4c, 4d) mit folgendem Ablauf aufweisen:- der Steuerrechner (6) sendet einen Stellbefehl an die ersten Rechner (10a; 10b), welche ihre zugeordnete Komponente (4a; 4b) ansteuern,- der erste und der zweite Rechner (10a, 11a; 10b, 11b) der Komponente (4a; 4b) ermitteln unabhängig voneinander die Bestromung der Komponente (4a; 4b) und senden diese Rückleseergebnisse an den Steuerrechner (6) und- der Steuerrechner (6) vergleicht seinen Stellbefehl mit den Rückleseergebnissen der Komponenten (4a; 4b) und vergleicht die Rückleseergebnisse miteinander, wobei bei Nichtübereinstimmung mindestens eines der Vergleichsergebnisse eine Sicherheitsreaktion ausgelöst wird. - Bahnübergangssicherungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerrechner (6) und die Komponentenrechner (8a; 8b) in einem Kommunikationsring (5) angeordnet sind. - Bahnübergangssicherungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerrechner (6) zur Auslösung der Sicherheitsreaktion an die ersten und zweiten Rechner (10a, 11a; 10b, 11b) Abschaltkommandos sendet, wodurch der erste und/oder der zweite Rechner (10a, 10b und/oder 11a, 11b) die zugeordnete Komponente (4a; 4b) in einen signaltechnisch sicheren Zustand schaltet/schalten. - Bahnübergangssicherungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerrechner (6) zur Auslösung der Sicherheitsreaktion die Kommunikationsverbindung zu den Komponentenrechnern (8a; 8b) abbricht, wodurch die Komponenten (4a; 4b) in einen signaltechnisch sicheren Zustand geschaltet werden. - Verfahren zur signaltechnisch sicheren Ansteuerung und Überwachung von straßenseitigen Komponenten (3a, 3b; 4a, 4b, 4c, 4d) eines Bahnübergangsicherungssystems,
bei dem- ein signaltechnisch sicherer zweikanaliger Steuerrechner (6) einen Stellbefehl an einem ersten Rechner (10a; 10b) sendet, der eine ihm zugeordnete Komponente (4a; 4b) ansteuert,- der erste und ein zweiter Rechner (10a, 11a; 10b, 11b) der Komponente (4a; 4b) unabhängig voneinander eine Bestromung der Komponente (4a; 4b) als Rückleseergebnisse ermitteln und diese Rückleseergebnisse an den Steuerrechner (6) senden, wobei den Komponenten (3a, 3b; 4a, 4b, 4c, 4d) signaltechnisch nicht sichere Komponentenrechner (8a; 8b) zugeordnet sind, wobei die Komponentenrechner (8a; 8b) jeweils einen ersten und einen zweiten einkanaligen Rechner (10a, 11a; 10b, 11b) mit diversitärer Hardware umfassen, und- der Steuerrechner (6) seinen Stellbefehl mit den Rückleseergebnissen und die Rückleseergebnisse miteinander vergleicht, wobei bei Nichtübereinstimmung mindestens eines der Vergleichsergebnisse eine Sicherheitsreaktion ausgelöst wird.
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