EP3109128A1 - System and method for automatic rectification of short circuits in an energy bus - Google Patents

System and method for automatic rectification of short circuits in an energy bus Download PDF

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EP3109128A1
EP3109128A1 EP15173814.3A EP15173814A EP3109128A1 EP 3109128 A1 EP3109128 A1 EP 3109128A1 EP 15173814 A EP15173814 A EP 15173814A EP 3109128 A1 EP3109128 A1 EP 3109128A1
Authority
EP
European Patent Office
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network node
snd
snd1
snd7
units
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15173814.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel Sigg
Anton Reichlin
Martin Hediger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
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Priority to PCT/EP2016/059780 priority patent/WO2016206843A1/en
Priority to EP16721138.2A priority patent/EP3313710B1/en
Publication of EP3109128A1 publication Critical patent/EP3109128A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L19/00—Arrangements for interlocking between points and signals by means of a single interlocking device, e.g. central control
    • B61L19/06—Interlocking devices having electrical operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/70—Details of trackside communication

Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for automatically eliminating a short circuit in an energy bus, are supplied via the arranged in an industrial plant decentralized functional units with electrical energy.
  • Such decentralized functional units are used in particular in rail transport networks such as the railroad, where these are used to control vehicle influencing and / or vehicle monitoring units and to monitor functionality and to record process data and back to a central control and / or Monitoring center, such as a control center or a signal box, to report.
  • a central control and / or Monitoring center such as a control center or a signal box
  • As Switzerlandbeeinu units that give instructions to the driver or even make direct intervention in the vehicle control or directly set a safe track for example, signals, points, balises, line conductors, track magnets and the like, as well as sensors for detecting process variables of the moving train, such as power consumption, speed and the like.
  • train and track section monitoring units can also balise and line conductors, but also axle and track circuits and other train detection systems are called.
  • the present invention relates to all industrial plants in which functional units are distributed over long distances and yet must be centrally controlled.
  • the central controller can be perceived by a stationary control center, but also by
  • a digital data transport network be used, which is robust in any way against a simple fault event, yet a very skillful use of very widely used in railway engineering Cu cables, for example, previously available interlocking cables, allowed and finally only a relatively small number of network access points needed.
  • Such a device is used in a particularly advantageous manner for a rail network for rail transport. Consequently, it is then expedient, by means of the decentralized functional units traffic-monitoring and traffic-controlling functional units, such as in particular signals, switches, axle counter, track circuits, point and line train control elements to couple to the data transport network.
  • traffic-monitoring and traffic-controlling functional units such as in particular signals, switches, axle counter, track circuits, point and line train control elements to couple to the data transport network.
  • the supply of the connected consumers can take place from both supply sides. This creates a previously unavailable redundancy of the energy supply.
  • the decentralized functional units also known as element controllers or EC for short
  • EC element controllers
  • SNDs bus couplers
  • the SNDs can interrupt or bypass the power bus, as well as measure currents and voltages in the power bus.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a system and a method for the automatic elimination of a short circuit in an energy bus, which provides decentralized functional units arranged in an industrial plant with electrical energy.
  • the short circuit in the power bus should be reliably and quickly detectable and localizable, so that immediate measures to restore the correct function of the power bus can be initiated.
  • the network node units closest to the short circuit first of all interrupt the power bus, whereby this interruption takes place by opening the switch of the network node unit directed in each case to the side of the short circuit.
  • this shutdown is configured for each network node unit in dependence on the current direction and the position in the power bus.
  • Each network node unit therefore knows its respective shutdown time as soon as a short circuit has been detected.
  • a short circuit can be characterized, for example, a state of the power bus, which exceeds a pre-configured shutdown and / or drops the voltage of the power bus below a pre-configured shutdown voltage.
  • the network node furthest away from this feed point has the earliest switch-off time for separating the power bus to the other feed point and the further switch-off times are sequentially staggered from network node unit to network node unit with a predefinable time interval increase toward the feeding point.
  • this predeterminable time interval can be in the single-digit millisecond range, preferably for example 1 ms.
  • this time interval depends on the dimensioning of the power bus and the decentralized functional unit. For example, is the maximum number of network node units sequentially arranged in the power bus 16 network node units, results under the boundary condition that a decentralized functional unit E can buffer a supply interruption for 20 ms, the value of about one millisecond for this time interval (when stocking a small reserve).
  • a cascaded shutdown of the network node units could also be provided, in which case the staggered shutdown for separating the power bus from network node units can be executed until the evaluation module negates the presence of a short circuit.
  • a further advantageous embodiment of the invention can be realized if the evaluation module sends a message about the presence of the short circuit together with a time stamp to all network node units after the detection of a short circuit.
  • this variant requires a sufficiently fast communication between the evaluation module and the network node units.
  • a further advantageous embodiment of the invention which in this respect requires virtually no communication between the network node units for the selective shutdown of the power bus, can be achieved if each network node unit itself has the evaluation module.
  • each network node unit can automatically detect the presence of a short circuit. With the detection of the short circuit therefore starts the time until the respective shutdown time of the network node unit, this shutdown is configured for each network node unit in dependence on the current direction and the position in the power bus.
  • Each network node unit therefore knows its respective shutdown time. The time up to this switch-off time begins to run in the moment of detection of the short circuit.
  • FIG. 1 schematically shows an interlocking architecture with a system Sys, which has, inter alia, a signal box STW, a redunant degraded data backbone NB1, NB2, a data bus CB and an energy bus EB with two feed points PS1 and PS2.
  • the interlocking STW controls a train traffic on a track section G, in which signals S, points W, a level crossing Bue and axle counter AC are arranged.
  • These train protection and train control components each couple to a decentralized functional unit - also called element controller unit E - on the data bus CB and the power bus EB.
  • the decentralized functional units E are so on connected to the annular data bus CB that either access to the data backbone NB1 or NB2 is given on each side of the annular data bus CB.
  • the sequential connection of the Element Controller Unit E to the annular power bus ensures that each Element Controller Unit E provides redundant electrical power from both sides Energy can be supplied.
  • FIG. 2 now shows schematically the data and power supply connection of the Element Controller Unit E of a train control component, here for example a switch W, to the data bus CB and the power bus EB.
  • a train control component here for example a switch W
  • Such an attachment point comprises a network node unit SND and the actual element controller EC.
  • the network node unit SND comprises a communication unit SCU for data exchange over both branches of the data bus CB.
  • the network node unit SND is designed so that it couples to both branches of the power bus EB and thus always, if necessary, across other network node units SND away - an access to both feed points PS1 and PS2 consists (as in FIG. 1 shown).
  • the network node unit SND further has a control and evaluation logic SL, which can be integrated, for example, in the switching module S, and thus controls and monitors the power bus EB.
  • the control and evaluation logic detects current violations and / or voltage dips within the power bus EB and / or the connected consumer (SPU with EC) and evaluates this data for a possibly present short circuit.
  • the network node unit is always supplied in redundant manner from two sides with electrical energy and therefore has in the context of a switching module S. via a left switch S1 and a right switch S2 and via a load switch S3 to the supply unit SPU of the element controller EC.
  • the network node unit SND also supplies the communication unit SCU with voltage and can also exchange data with it via an Ethernet connection and is thus integrated into the data bus CB (eg activation of manual operation of the SND via remote access and actuation of the switches S1 to S3, delivery of diagnostic data to the interlocking or a higher-level service and Diagnoseytem, query the current voltages, currents, energy and power values, parameterization of the SND, data for charging a not further illustrated energy storage or the registration of a future power requirements).
  • the supply unit SPU is integrated via the switch S3, which converts the voltage of the power bus EB to the input voltage required for the element controller EC.
  • a data connection between the switching module S of the network node unit SND and the supply unit SPU, for example in the form of a serial RS 422, is provided.
  • Energy-technically typical here is, for example, a three-phase connection with 400 VAC.
  • the element controller EC controls and supplies in FIG. 2
  • the switch W receives the element controller EC data telegrams from a higher-level interlocking CPU via an Ethernet connection from the communication unit SCU and are via this communication unit SCU feedback to the interlocking computer CPU.
  • the interlocking computer CPU can also represent a corresponding evaluation module that evaluates the received data as intended. In the present case, however, emphasis is placed in this embodiment on the control and evaluation logic integrated in the network node unit.
  • FIG. 3 shows a schematic view of three examples a) to c) for the short-circuit shutdown of the power bus EB by the respective affected network node units.
  • PS1 and PS2 are the feed points for the power bus EB.
  • the feed point PS1 is also referred to as the left feed point PS1 and, correspondingly, the feed point PS2 is referred to as the right feed point PS2.
  • seven network node units SND1 to SND7 are sequentially connected in the power bus EB.
  • the entire power consumers of the Element Controller Unit E are hereby referred to as consumers V1 to V7. Power consumers in this sense include the Element Controller EC and the upstream supply unit SPU. This notation was used in the FIG. 3 for the sake of clarity, only for example a) is inserted and applies correspondingly to examples b) and c).
  • Each network node unit SND1 to SND7 measures the bus current i and the direction in which the bus current flows. If the limit value for the short-circuit current is exceeded and / or the bus voltage falls below a defined value, the respective network node unit enters a short-circuit mode.
  • the power bus is not immediately disconnected by the network node units SND1 to SND7, but the response of the bus shutdown is staggered eg in ms steps as in the table in FIG. 4 shown.
  • the waiting time of the network node unit SND1 to SND7 depends on the position in the energy bus EB and on the number of network node units SND1 to SND7 present in the energy bus EB.
  • the short circuit KS1 case no longer exists for the entire remaining left branch of the power bus. There is therefore no further shutdown of the right branch of the power bus.
  • the network node unit SND1 on the far left would have been the first network node unit which would have interrupted the connection to the left branch of the power bus by opening its left switch S1.
  • the network node unit SND which is closest to the short circuit, automatically switches off first.
  • the network node units further afield on the respective branch are no longer short-circuiting at the time they are allowed to shut down.
  • the short circuit occurs between the network node units SND4 and SND5 (case b).
  • the current i flows here for the network node units SND1 to SND4 from the left and for the network node units SND5 to SND7 from the right.
  • the network node unit SND4 is the first network node unit in the power bus EB, which opens after the detection of the short circuit at time T0 in the case of "power from the left" their right switch S2 at time T0 + 4ms. This eliminates the short-circuit KS2 for the network node units SND1 to SND4 after 4 ms.
  • the network node unit SND5 opens its left switch S1 at time T0 + 5ms, as indicated in the table for the network node unit SND5 at "power from the right". This eliminates the short-circuit KS2 for the network node units SND5 to SND7 after 5 ms. Now, if the two network node units SND4 and SND5 have their switches S2 and S1 open, the short circuit is disconnected from the power bus EB and the currents and voltages normalize immediately, so that the other network node units, here SND1 to SND3, SND6 and SND7 no longer turn.
  • KS3 occurs the short circuit between the network node units SND1 and SND2.
  • the short-circuit current only flows for the network node unit SND1 from the left (ie supply from the left supply point PS1) and for the network node units SND2 to SND7 on the right (ie supply from the right-hand supply point SP2).
  • the network node unit SND2 is the first network node unit in the power bus EB, which opens after the detection of the short circuit at time T0 in the case of "power from the right" their left switch S1 at time T0 + 2ms.
  • the network node unit SND1 opens its right switch S2 at time T0 + 7 ms, as shown in the table for the network node unit SND1 is provided at "power from the left”. This eliminates the short-circuit KS3 for the network node unit SND1 after 7 ms. If the two network node units SND2 and SND1 have now opened their switches S1 and S2, the short circuit is disconnected from the energy bus EB after 7 ms and the currents and voltages normalize immediately, so that the other network node units, here SND3 to SND7, no longer switch ,
  • the exemplary embodiments described above thus explain a system and a method which, in the case of a short circuit on the energy bus EB, selectively separates the power bus at that track part such that only that track part on which the short circuit actually takes place is disconnected.
  • the selective separation of the bus takes place via the network node units SND (Sigrid Node Device), which are used along the energy bus EB. Since the supply of the power bus EB is redundant, so remain all connected to the power bus EB consumers V1 to V7 available and there are no restrictions for the industrial plant, here for the rail traffic. With the detection of the short-circuit case KS1 to KS3 a diagnostic message is issued, so that the defective track part can be repaired and the system can be repaired again.
  • the element controllers for example, control and signaling devices for track vacancy, signal control, level crossing control and points control
  • PSU Power Supply Unit
  • the existence of a short-circuit case is affirmative if the bus current i exceeds a pre-configured switch-off current and optionally the bus voltage drops below a specific limit of, for example nominally 750 VDC to below 500 VDC. These values can also be lower or higher.
  • the network node units and their consumers V1 to V7 with their upstream voltage converters PSU are robust for a voltage interruption of up to approximately 20 ms. These values may also be differently dimensioned for other embodiments, such as e.g. 30ms or 50ms.
  • the particular inventive whistle lies in the fact that the energy bus EB sequentially integrated network node units SND depending on the position of the network node unit in the power bus EB and the current direction in the network node unit have staggered bus off times. These switch-off times depend on the current direction of the power bus EB in the considered network node unit SND.
  • the use of the position of the network node unit SND in the power bus EB in combination with the current direction on the power bus EB, is the key for determining the individual switch-off delay of the network node SND participating in the power bus EB as well as for the location of the partial route, lying on the between two network node units SND the short circuit has occurred.
  • the method and the system Sys need thus no communication between the network node units SND to perform the selective bus shutdown, it suffices a prior configuration in the network node unit SND with respect to the position of the network node unit SND on the power bus EB (number in the bus order) and the number SND at the same energy bus.
  • the network node unit SND When configuring the network node unit, the network node unit SND must therefore be informed as to how many SND are present in the bus and at which position it is located. From this information, the SND can then also calculate the necessary reaction times for switching off in the event of a short circuit, whereby the provision of the corresponding formula also predetermines the switch-off time.
  • a short circuit of a consumer connected to the network node unit SND V1 to V7 has for the remaining network node units SND on the power bus EB the same effect as a short circuit in the power bus EB.
  • the affected network node unit SND switches the consumer V1 to V7ab without delay, so that there are no bus shutdowns. If, in this case, a network node unit does not switch off the load immediately, the immediately adjacent network node unit would disconnect the faulty network node unit with its consumer causing the short circuit from the power bus on both sides.

Abstract

Erfindungsgemäss sind ein System (Sys) und ein Verfahren zum automatischen Beseitigen eines Kurzschlusses in einem Energiebus (EB) vorgesehen, über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten (E) mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei:
a) ein übergeordnetes Steuerungssystem (STW) vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten (E) mittels Datentelegrammen Informationen über einen Datenbus (CB, NB1, NB2) austauscht,
b) Netzknoteneinheiten (SND, SND1 bis SND7) sequentiell zwischen zwei Speisepunkten (PS1, PS2, Sp_L, Sp_R) eines ringartig aufgebauten Energiebusses (EB) angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten (E) den Zugang zu dem Energiebus (EB) und optional auch zum Datenbus (CB) bereitstellen,
c) die Netzknoteneinheiten (SND) über ein steuerbares Schaltmodul (S) verfügen, das einen ersten Schalter (S1) und einen zweiten Schalter (S2) umfasst, wobei mit den beiden Schaltern (S1, S2) je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten (PS1, PS2, Sp_L, Sp R) schaltbar ist,
d) ein Auswertemodul (CPU) vorgesehen ist, das die gemessene Spannung und/oder den gemessenen Strom innerhalb einer Netzknoteneinheit (SND) und/oder unter benachbarten Netzknoteneinheiten (SND) und/oder in mindestens einem der beiden Speisepunkte auf einen Kurzschluss des Energiebusses (EB) auswertet, wobei bei einer Detektion eines Kurzschlusses eine zeitlich gestaffelte Abschaltung mindestens eines Teils der Netzknoteneinheiten (SND) von dem Energiebus (EB) durch Öffnen des ersten oder des zweiten Schalters ausführbar ist; und
e) ein Abschaltzeitpunkt für jede Netzknoteneinheit (SND) in Abhängigkeit von einer in der Netzknoteneinheit (SND) vorherrschenden Stromrichtung und von der Position der Netzknoteneinheit (SND) im Energiebus (EB) vorgesehen ist.

Figure imgaf001
According to the invention, a system (Sys) and a method for automatically eliminating a short circuit in an energy bus (EB) are provided, via which decentralized functional units (E) arranged in an industrial plant are supplied with electrical energy, wherein:
a) a higher-level control system (STW) is provided, which exchanges information with the decentralized functional units (E) by means of data telegrams via a data bus (CB, NB1, NB2),
b) network node units (SND, SND1 to SND7) are arranged sequentially between two feed points (PS1, PS2, Sp_L, Sp_R) of a ring-shaped power bus (EB), which gives the decentralized functional units (E) access to the power bus (EB) and optionally also provide to the data bus (CB),
c) the network node units (SND) have a controllable switching module (S) comprising a first switch (S1) and a second switch (S2), wherein the two switches (S1, S2) each have access to the two feed points (S) PS1, PS2, Sp_L, Sp R) is switchable,
d) an evaluation module (CPU) is provided which measures the measured voltage and / or the measured current within a network node unit (SND) and / or under adjacent network node units (SND) and / or in at least one of the two feed points for a short circuit of the power bus ( EB), wherein upon detection of a short circuit, a time-staggered shutdown of at least a portion of the network node units (SND) from the power bus (EB) by opening the first or the second switch is executable; and
e) a switch-off time point is provided for each network node unit (SND) as a function of a current direction prevailing in the network node unit (SND) and of the position of the network node unit (SND) in the power bus (EB).
Figure imgaf001

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum automatischen Beseitigen eines Kurzschlusses in einem Energiebus, über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten mit elektrischer Energie versorgt werden.The present invention relates to a system and a method for automatically eliminating a short circuit in an energy bus, are supplied via the arranged in an industrial plant decentralized functional units with electrical energy.

Derartige dezentrale Funktionseinheiten werden im Besonderen in Schienenverkehrsnetzwerken z.B wie die Eisenbahn eingesetzt, wo diese genutzt werden, um Fahrzeug beeinflussende und/oder Fahrzeug überwachende Einheiten zu steuern und bezüglich der Funktionalität zu überwachen und um Prozessdaten aufzunehmen und zurück an eine zentrale Steuerungs- und/oder Überwachungszentrale, wie zum Beispiel eine Leitstelle oder ein Stellwerk, zu melden. Als zugbeeinflussende Einheiten, die also Anweisungen an den Fahrzeugführer geben oder sogar direkt Eingriffe in der Fahrzeugsteuerung vornehmen oder direkt einen sicheren Fahrweg einstellen, können beispielsweise Signale, Weichen, Balisen, Linienleiter, Gleismagnete und dergleichen sowie auch Sensoren zum Erfassen von Prozessgrössen des fahrenden Zuges, wie Leistungsaufnahme, Geschwindigkeit und dergleichen, betrachtet werden. Als Zug- und Gleisabschnitt überwachende Einheiten können ebenfalls Balisen und Linienleiter, aber auch Achszähler und Gleisstromkreise und andere Gleisfreimeldesysteme genannt werden. Grundsätzlich betrifft die vorliegende Erfindung aber alle industriellen Anlagen, in denen funktionale Einheiten über grössere Strecken verteilt sind und dennoch zentral gesteuert werden müssen. Die zentrale Steuerung kann dabei von einer ortsfesten Leitstelle, aber auch durch eine nicht-ortsfeste virtuelle Leitstelle wahrgenommen werden.Such decentralized functional units are used in particular in rail transport networks such as the railroad, where these are used to control vehicle influencing and / or vehicle monitoring units and to monitor functionality and to record process data and back to a central control and / or Monitoring center, such as a control center or a signal box, to report. As Zugbeeinflussende units that give instructions to the driver or even make direct intervention in the vehicle control or directly set a safe track, for example, signals, points, balises, line conductors, track magnets and the like, as well as sensors for detecting process variables of the moving train, such as power consumption, speed and the like. As train and track section monitoring units can also balise and line conductors, but also axle and track circuits and other train detection systems are called. Basically, however, the present invention relates to all industrial plants in which functional units are distributed over long distances and yet must be centrally controlled. The central controller can be perceived by a stationary control center, but also by a non-stationary virtual control center.

Im Eisenbahnverkehr ist es üblicherweise so, dass diese dezentralen Funktionseinheiten von einem Stellwerk oder einem abgesetzten Stellwerkrechner gesteuert werden. Für den Datentransfer zwischen dem Stellwerk und den Funktionseinheiten im Gleisbereich sind heute in der Regel standardisierte Kupferkabel vorgesehen, für deren klassische Stelldistanzlängen wegen der physikalischen Übertragungsparameter, den Kabelbelägen (RLC), bei 10 km in der Praxis die obere Grenze liegt. Bei gewissen Typen von Funktionseinheiten kann diese obere Limite jedoch auch nur bei maximal 6,5 km liegen.In railway traffic, it is usually the case that these decentralized functional units are controlled by an interlocking or a remote interlocking computer. For the data transfer between the interlocking and the functional units in the track area today standardized copper cables are usually provided, for their classical travel distances because of the physical transmission parameters, the cable coverings (RLC), at 10 km in practice is the upper limit. For certain types of functional units, however, this upper limit can only be at a maximum of 6.5 km.

Aus dem Projekt Sinet® der Siemens Schweiz AG und der dazu korrespondierenden europäischen Patentanmeldung EP 2 301 202 A1 sind eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung von entlang eines Verkehrsnetzwerks angeordneten dezentralen Funktionseinheiten bekannt, welche folgenden Kernpunkte umfassen:

  1. a) ein übergeordnetes Steuerungssystem, das mit den dezentralen Funktionseinheiten mittels Datentelegrammen Informationen austauscht,
  2. b) ein Datentransportnetzwerk mit einer Anzahl von Netzzugangspunkten, wobei das übergeordnete Steuerungssystem über mindestens einen Netzzugangspunkt an dem Datentransportnetzwerk angekoppelt ist;
  3. c) Kommunikationseinheiten, die jeweils an einem Netzzugangspunkt angeschlossen sind, wobei:
  4. d) die dezentralen Funktionseinheiten zu Untergruppen mit jeweils eigenem Subnetzwerk zusammengefasst sind; und wobei
  5. e) das Subnetzwerk jeder der Untergruppen an jedem seiner beiden Ende jeweils über eine Kommunikationseinheit und über einem Netzzugangspunkt an dem Datentransportnetzwerk angekoppelt ist.
From the Sinet® project of Siemens Switzerland AG and the corresponding European patent application EP 2 301 202 A1 a device and a method for controlling and / or monitoring decentralized functional units arranged along a traffic network are known, which comprise the following key points:
  1. a) a higher-level control system which exchanges information with the decentralized functional units by means of data telegrams,
  2. b) a data transport network having a number of network access points, wherein the higher-level control system is coupled to the data transport network via at least one network access point;
  3. c) communication units each connected to a network access point, wherein:
  4. d) the decentralized functional units are combined into subgroups, each with its own subnetwork; and where
  5. e) the subnetwork of each of the subgroups at each of its two ends is coupled to the data transport network via a communication unit and via a network access point.

Auf diese Weise kann für die Ankopplung der dezentralen Funktionseinheiten ein digitales Datentransportnetzwerk genutzt werden, welches in jeder Weise robust gegen ein einfaches Fehlerereignis ist, dennoch eine sehr geschickte Verwendung von sehr breit in der Bahntechnik eingesetzten Cu-Kabeln, zum Beispiel bisher vorhandenen Stellwerkskabeln, erlaubt und schliesslich auch nur eine vergleichsweise geringe Zahl von Netzzugangspunkten benötigt.In this way, for the coupling of the decentralized functional units, a digital data transport network be used, which is robust in any way against a simple fault event, yet a very skillful use of very widely used in railway engineering Cu cables, for example, previously available interlocking cables, allowed and finally only a relatively small number of network access points needed.

Eine derartige Einrichtung ist dabei in besonders vorteilhafter Weise für ein Schienennetz für den Eisenbahnverkehr einsetzbar. Folglich ist dann zweckmässig, mittels den dezentralen Funktionseinheiten verkehrsüberwachende und verkehrssteuernde Funktionseinheiten, wie insbesondere Signale, Weichen, Achszähler, Gleisstromkreise, punkt- und linienförmige Zugbeeinflussungselemente, an das Datentransportnetzwerk anzukoppeln.Such a device is used in a particularly advantageous manner for a rail network for rail transport. Consequently, it is then expedient, by means of the decentralized functional units traffic-monitoring and traffic-controlling functional units, such as in particular signals, switches, axle counter, track circuits, point and line train control elements to couple to the data transport network.

Der Aufbau von technischen Anlagen, besonders auch in der Bahninfrastruktur, ist aufgrund der über 100 jährigen Geschichte des Industrieanlagenbaus und des Eisenbahnwesens auf Robustheit und Zuverlässigkeit ausgelegt. In der damaligen Konzeption wurden besonders die Aussenelemente der Bahnsicherungsanlagen über relativ kräftige Kabeladern angeschlossen, um die Schaltzustände über die definierten Distanzen sicher detektieren zu können, d.h. die Auslegung erfolgt entsprechend der Spitzenbelastungen mit ausreichender Reserve. Mit dem Schaltvorgang der Aussenelemente wird über die Energiezuführung auch die Information übermittelt. Daraus folgt aber in naheliegender Weise auch, dass die möglichen Distanzen durch den detektierbaren Energiefluss begrenzt sind. Unter heutigen Flexibilitäts-, Kosten- und Ressourcenpolitischen -Aspekten sind diese etablierten Konzepte neben der durch die EP 2 301 202 A1 offenbarten Kommunikationsstruktur dringend auch im Bereich der Energiezuführung zu innovieren und so die bisherige Kopplung von Information und Energie aufzulösen.The construction of technical facilities, especially in railway infrastructure, is based on robustness and reliability due to the more than 100 years of history of industrial plant construction and railway engineering. In the former conception, the outer elements of the railway safety systems were connected via relatively strong cable cores in order to be able to reliably detect the switching states over the defined distances, ie the design takes place according to the peak loads with sufficient reserve. With the switching operation of the outer elements, the information is transmitted via the energy supply. It follows, however, in an obvious way, that the possible distances are limited by the detectable energy flow. Among today's flexibility, cost and resource policy aspects, these established concepts are in addition to those through the EP 2 301 202 A1 It is urgently necessary to innovate the disclosed communication structure in the field of energy supply, thus dissolving the previous coupling of information and energy.

Hierzu offenbart die internationalen Patentanmeldung WO 2013/013908 A1 eine Lösung. Diese Lösung sieht eine Einrichtung und ein Verfahren zum Betreiben von in einer industriellen Anlage angeordneten dezentralen Funktionseinheiten vor, umfassend:

  1. a) ein übergeordnetes Steuerungssystem, das mit den dezentralen Funktionseinheiten mittels Datentelegrammen Informationen austauscht,
  2. b) ein Datentransportnetzwerk mit einer Anzahl von Netzzugangspunkten, wobei das übergeordnete Steuerungssystem über mindestens einen Netzzugangspunkt an dem Datentransportnetzwerk angekoppelt ist;
  3. c) Kommunikationseinheiten, die an einem Netzzugangspunkt angeschlossen sind und den dezentralen Funktionseinheiten den Zugang zu dem Datentransportnetzwerk bereitstellen, und
  4. d) ein Energietransportnetz, an das die dezentralen Funktionseinheiten angeschlossen sind und das die dezentralen Funktionseinheiten mit elektrischer Energie versorgt. Auf diese Weise ist nun auch das Energietransportnetz vollkommen von einem Stellwerk entkoppelt.
For this purpose, the international patent application discloses WO 2013/013908 A1 a solution. This solution provides a device and a method for operating decentralized functional units arranged in an industrial plant, comprising:
  1. a) a higher-level control system which exchanges information with the decentralized functional units by means of data telegrams,
  2. b) a data transport network having a number of network access points, wherein the higher-level control system is coupled to the data transport network via at least one network access point;
  3. c) communication units which are connected to a network access point and provide access to the data transport network to the decentralized functional units, and
  4. d) an energy transport network to which the decentralized functional units are connected and which supplies the decentralized functional units with electrical energy. In this way, the energy transport network is now completely decoupled from a signal box.

Ausgehend von der heutigen Stellwerkarchitektur mit dezentralen Stationen, aber Punkt-zu-Punkt-Energiezuführung, wird hiermit ein neuer, innovativer Ansatz beschritten, der von der Siemens Schweiz AG unter dem Namen Sigrid® vertrieben. Die heutigen kabel- und arbeitsintensiven Punkt- zu Punkt-Verbindungen für die Stromversorgung bzw. die Energieversorgung der peripheren Elemente entlang dem Gleis (Element Controller oder auch dezentrale Funktionseinheit genannt) werden ersetzt durch adernsparende und einfach zu montierende Bus- oder Ringleitungen.Based on today's interlocking architecture with decentralized stations, but point-to-point energy supply, this is a new, innovative approach, which was sold by Siemens Switzerland AG under the name Sigrid®. Today's cable-intensive and labor-intensive point-to-point connections for the power supply or power supply of the peripheral elements along the track (element controller or decentralized functional unit) are replaced by wire-saving and easy-to-install bus or ring circuits.

Die in der WO 2013/013908 A1 offenbarte Lösung beschränkt sich aber längst nicht nur auf den beschriebenen Anwendungsfall der Stellwerksarchitektur von Bahnanlagen, sondern geht weit darüber hinaus. Als zukünftige Beispiele werden das Energiemanagement für Gebäude oder für Grossanlagen in der produzierenden oder verarbeitenden Industrie auf der Basis dezentraler Energieversorgung gesehen.The in the WO 2013/013908 A1 However, the solution disclosed is by no means confined to what has been described Application of the interlocking architecture of railway facilities, but goes far beyond. Future examples include energy management for buildings or large-scale plants in the manufacturing or processing industries based on decentralized energy supply.

Wenn der Energiebus zwischen zwei Stellwerken oder sonstigen Einrichtungen mit Anschluss zu den Energieversorgungsnetzen verlegt wird, so kann die Versorgung der angeschlossenen Verbraucher (dezentrale Funktionseinheiten) von beiden Speiseseiten erfolgen. Dadurch wird eine bisher noch nicht verfügbare Redundanz der Energieversorgung geschaffen. Die dezentralen Funktionseinheiten - auch Element Controller oder kurz EC genannt) werden dabei durch Netzknoteneinheiten - auch Buskoppler oder kurz SND - Smart Node Device genannt - an den Datenbus und den Energiebus angeschlossen, die Steuerungs-, Überwachungs- und Diagnosefunktionen übernehmen können. Die SND können beispielsweise den Energiebus unterbrechen bzw. durchschalten, sowie Ströme und Spannungen im Energiebus messen.If the power bus is routed between two signal boxes or other devices with connection to the power supply networks, the supply of the connected consumers (decentralized functional units) can take place from both supply sides. This creates a previously unavailable redundancy of the energy supply. The decentralized functional units - also known as element controllers or EC for short) are connected to the data bus and the power bus via network node units - also called bus couplers or SNDs for short - which can assume control, monitoring and diagnostic functions. For example, the SNDs can interrupt or bypass the power bus, as well as measure currents and voltages in the power bus.

Einfache Defekte, also beispielsweise Kurzschlüsse oder Unterbrüche, im Energiebus führen bei korrekter Behandlung aufgrund der Redundanz nicht unmittelbar zu einem Ausfall von Elementen. Im Fall einer ausfallenden Speiseseite würde die Versorgung aller dezentralen Funktionselemente von der zweiten Speiseseite übernommen.Simple defects, such as short circuits or interruptions, in the power bus, if properly handled due to the redundancy do not directly lead to a failure of elements. In the case of a failed feed side, the supply of all decentralized functional elements would be taken over by the second feed side.

Dennoch ist es an dieser Stelle bisher nur mit einer unzulässig langen Reaktionszeit möglich einen Kurzschluss zwischen zwei Netzknoteneinheiten und/oder zwischen einer Netzknoteneinheit und einer Einspeisestelle zu lokalisieren und in einer Weise zu beheben, dass alle dezentralen Funktionseinheiten aufgrund der Redundanz weiter mit Elektrizität versorgt werden können.Nevertheless, it is possible at this point so far only with an unacceptably long reaction time to locate a short circuit between two network node units and / or between a network node unit and a feed point and remedy in a way that all decentralized functional units can be supplied with electricity due to the redundancy ,

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur automatischen Beseitigung eines Kurzschlusses in einem Energiebus anzugeben, der in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten mit elektrischer Energie vorsorgt. Dabei soll der Kurzschluss im Energiebus zuverlässig und schnell detektierbar und lokalisierbar sein, sodass umgehend Massnahmen zur Wiederherstellung der korrekten Funktion des Energiebusses eingeleitet werden können.The present invention is therefore based on the object of specifying a system and a method for the automatic elimination of a short circuit in an energy bus, which provides decentralized functional units arranged in an industrial plant with electrical energy. The short circuit in the power bus should be reliably and quickly detectable and localizable, so that immediate measures to restore the correct function of the power bus can be initiated.

Die Aufgabe wird bezüglich des Systems erfindungsgemäss durch ein System zum automatischen Beseitigen eines Kurzschlusses in einem Energiebus, über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei:

  1. a) ein übergeordnetes Steuerungssystem vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten mittels Datentelegrammen Informationen über einen Datenbus austauscht,
  2. b) Netzknoteneinheiten sequentiell zwischen zwei Speisepunkten eines ringartig aufgebauten Energiebusses angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten den Zugang zu dem Energiebus und optional auch zum Datenbus bereitstellen,
  3. c) die Netzknoteneinheiten über ein steuerbares Schaltmodul verfügen, das einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, wobei mit den beiden Schaltern je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten schaltbar ist,
  4. d) ein Auswertemodul vorgesehen ist, das die gemessene Spannung und/oder den gemessenen Strom innerhalb einer Netzknoteneinheit und/oder unter benachbarten Netzknoteneinheiten und/oder in mindestens einem der beiden Speisepunkte auf einen Kurzschluss des Energiebusses auswertet, wobei bei einer Detektion eines Kurzschlusses eine zeitlich gestaffelte Abschaltung mindestens eines Teils der Netzknoteneinheiten von dem Energiebus durch Öffnen des ersten oder des zweiten Schalters ausführbar ist; und
  5. e) ein Abschaltzeitpunkt für jede Netzknoteneinheit in Abhängigkeit von einer in der Netzknoteneinheit vorherrschenden Stromrichtung und von der Position der Netzknoteneinheit im Energiebus vorgesehen ist.
According to the invention, this object is achieved by a system for automatically eliminating a short circuit in an energy bus, which is supplied with electrical energy via the decentralized functional units arranged in an industrial plant, wherein:
  1. a) a higher-level control system is provided which exchanges information with the decentralized functional units by means of data telegrams via a data bus,
  2. b) network node units are arranged sequentially between two feed points of a ring-shaped power bus, which provide the decentralized functional units access to the power bus and optionally also to the data bus,
  3. c) the network node units have a controllable switching module which comprises a first switch and a second switch, wherein the two switches each having access to the two feed points is switchable,
  4. d) an evaluation module is provided which evaluates the measured voltage and / or the measured current within a network node unit and / or under adjacent network node units and / or in at least one of the two feed points to a short circuit of the power bus, wherein upon detection of a short circuit a temporally Staggered shutdown of at least a part of the network node units of the Power bus by opening the first or the second switch is executable; and
  5. e) a switch-off time is provided for each network node unit in dependence on a current direction prevailing in the network node unit and on the position of the network node unit in the power bus.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch ein Verfahren zum automatischen Beseitigen eines Kurzschlusses in einem Energiebus gelöst, über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei:

  1. a) ein übergeordnetes Steuerungssystem vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten mittels Datentelegrammen Informationen über einen Datenbus austauscht,
  2. b) Netzknoteneinheiten sequentiell zwischen zwei Speisepunkten eines ringartig aufgebauten Energiebusses angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten den Zugang zu dem Energiebus und optional auch zum Datenbus bereitstellen,
  3. c) die Netzknoteneinheiten über ein steuerbares Schaltmodul verfügen, das einen ersten Schalter und einem zweiten Schalter umfasst, wobei mit den beiden Schaltern je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten schaltbar ist,
  4. d) ein Auswertemodul vorgesehen ist, das die gemessene Spannung und/oder den gemessenen Strom innerhalb einer Netzknoteneinheit und/oder unter benachbarten Netzknoteneinheiten und/oder in mindestens einer der beiden Speisepunkte auf einen Kurzschluss des Energiebusses auswertet, wobei bei einer Detektion eines Kurzschlusses eine zeitlich gestaffelte Abschaltung zumindest eines Teils der Netzknoteneinheiten ausgeführt wird; und
  5. e) ein Abschaltzeitpunkt für jede Netzknoteneinheit in Abhängigkeit von einer in der Netzknoteneinheit vorherrschenden Stromrichtung und von der Position der Netzknoteneinheit im Energiebus vorgesehen ist.
With regard to the method, this object is achieved according to the invention by a method for automatically eliminating a short circuit in an energy bus, via which decentralized functional units arranged in an industrial plant are supplied with electrical energy, wherein:
  1. a) a higher-level control system is provided which exchanges information with the decentralized functional units by means of data telegrams via a data bus,
  2. b) network node units are arranged sequentially between two feed points of a ring-shaped power bus, which provide the decentralized functional units access to the power bus and optionally also to the data bus,
  3. c) the network node units have a controllable switching module which comprises a first switch and a second switch, wherein the two switches each having access to the two feed points can be switched,
  4. d) an evaluation module is provided which evaluates the measured voltage and / or the measured current within a network node unit and / or under adjacent network node units and / or in at least one of the two feed points to a short circuit of the power bus, wherein upon detection of a short circuit a temporally staggered shutdown of at least a portion of the network node units is executed; and
  5. e) a switch-off time for each network node unit as a function of one in the network node unit prevailing current direction and is provided by the position of the network node unit in the power bus.

Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die dem Kurzschluss am nächsten liegenden Netzknoteneinheiten zuerst den Energiebus unterbrechen, wobei dieser Unterbruch durch das Öffnen des jeweils zur Seite des Kurzschlusses gerichteten Schalters der Netzknoteneinheit erfolgt. Mit der Detektion des Kurzschlusses startet daher die Zeit bis zum jeweiligen Abschaltzeitpunkt der Netzknoteneinheit, wobei dieser Abschaltzeitpunkt für jede Netzknoteneinheit in Abhängigkeit von der Stromrichtung und der Position im Energiebus projektiert ist. Jede Netzknoteneinheit kennt daher ihren jeweiligen Abschaltzeitpunkt, sobald ein Kurzschluss detektiert wurde. Als Kurzschluss kann dabei beispielsweise ein Zustand des Energiebusses charakterisiert werden, der einen vorprojektierten Abschaltstrom überschreitet und/oder der die Spannung des Energiebusses unterhalb eine vorprojektierte Abschaltspannung fallen lässt.In this way, it is ensured that the network node units closest to the short circuit first of all interrupt the power bus, whereby this interruption takes place by opening the switch of the network node unit directed in each case to the side of the short circuit. With the detection of the short circuit therefore starts the time until the respective shutdown time of the network node unit, this shutdown is configured for each network node unit in dependence on the current direction and the position in the power bus. Each network node unit therefore knows its respective shutdown time as soon as a short circuit has been detected. As a short circuit can be characterized, for example, a state of the power bus, which exceeds a pre-configured shutdown and / or drops the voltage of the power bus below a pre-configured shutdown voltage.

Als besonders sinnvoll hat es dabei erwiesen, wenn bei einen Stromfluss durch einen der beiden Speisepunkte die diesem Speisepunkt am entferntesten liegende Netzknoteneinheit den frühesten Abschaltzeitpunkt zur Auftrennung des Energiebusses zum anderen Speisepunkt aufweist und sich die weiteren Abschaltzeitpunkte sequentiell von Netzknoteneinheit zu Netzknoteneinheit mit einem vorgebbaren Zeitintervall gestaffelt in Richtung zum versorgenden Speisepunkt erhöhen.It has proven to be particularly useful if, in the case of a current flow through one of the two feed points, the network node furthest away from this feed point has the earliest switch-off time for separating the power bus to the other feed point and the further switch-off times are sequentially staggered from network node unit to network node unit with a predefinable time interval increase toward the feeding point.

Typischerweise kann dieses vorgebbare Zeitintervall im einstelligen Millisekundenbereich liegen, vorzugsweise zum Beispiel 1 ms betragen. Letztendlich hängt dieses Zeitintervall aber von der Dimensionierung des Energiebusses und der dezentralen Funktioneinheit ab. Beträgt beispielsweise die maximale Zahl von in dem Energiebus sequentiell angeordneten Netzknoteneinheiten 16 Netzknoteneinheiten, ergibt sich unter der Randbedingung, dass eine dezentrale Funktionseinheit E einen Versorgungsunterbruch für 20 ms puffern kann, der Wert von rund einer Millisekunde für dieses Zeitintervall (bei Bevorratung einer kleinen Reserve).Typically, this predeterminable time interval can be in the single-digit millisecond range, preferably for example 1 ms. Ultimately, however, this time interval depends on the dimensioning of the power bus and the decentralized functional unit. For example, is the maximum number of network node units sequentially arranged in the power bus 16 network node units, results under the boundary condition that a decentralized functional unit E can buffer a supply interruption for 20 ms, the value of about one millisecond for this time interval (when stocking a small reserve).

Grundsätzlich könnte auch eine kaskadierte Abschaltung der Netzknoteneinheiten vorgesehen sein, wobei dann die gestaffelte Abschaltung zur Auftrennung des Energiebusses von Netzknoteneinheiten solange ausführbar sein kann, bis das Auswertemodul das Vorliegen eines Kurzschlusses verneint.In principle, a cascaded shutdown of the network node units could also be provided, in which case the staggered shutdown for separating the power bus from network node units can be executed until the evaluation module negates the presence of a short circuit.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann realisiert werden, wenn das Auswertemodul allen Netzknoteneinheiten nach der Detektion eines Kurzschlusses eine Mitteilung über das Vorliegen des Kurzschlusses zusammen mit einem Zeitstempel zusendet. Diese Variante erfordert jedoch eine hinreichend schnelle Kommunikation zwischen dem Auswertemodul und den Netzknoteneinheiten.A further advantageous embodiment of the invention can be realized if the evaluation module sends a message about the presence of the short circuit together with a time stamp to all network node units after the detection of a short circuit. However, this variant requires a sufficiently fast communication between the evaluation module and the network node units.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die diesbezüglich praktisch keine Kommunikation zwischen den Netzknoteneinheiten zur selekten Abschaltung des Energiebusses benötigt, kann erreicht werden, wenn jede Netzknoteneinheit selbst über das Auswertemodul verfügt. So kann jede Netzknoteneinheit selbsttätig das Vorliegen eines Kurzschlusses detektieren. Mit der Detektion des Kurzschlusses startet daher die Zeit bis zum jeweiligen Abschaltzeitpunkt der Netzknoteneinheit, wobei dieser Abschaltzeitpunkt für jede Netzknoteneinheit in Abhängigkeit von der Stromrichtung und der Position im Energiebus projektiert ist. Jede Netzknoteneinheit kennt daher ihren jeweiligen Abschaltzeitpunkt. Die Zeit bis zu diesem Abschaltzeitpunkt beginnt in dem Moment der Detektion des Kurzschlusses zu laufen.A further advantageous embodiment of the invention, which in this respect requires virtually no communication between the network node units for the selective shutdown of the power bus, can be achieved if each network node unit itself has the evaluation module. Thus, each network node unit can automatically detect the presence of a short circuit. With the detection of the short circuit therefore starts the time until the respective shutdown time of the network node unit, this shutdown is configured for each network node unit in dependence on the current direction and the position in the power bus. Each network node unit therefore knows its respective shutdown time. The time up to this switch-off time begins to run in the moment of detection of the short circuit.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the present invention can be taken from the remaining subclaims.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1
in schematischer Ansicht eine Stellwerkarchitektur mit einem Datenbus und einem Energiebus;
Figur 2
in schematischer Ansicht eine Netzknoteneinheit zur Verbindung einer dezentralen Funktionseinheit mit dem Datenbus und Energiebus;
Figur 3
in schematischer Ansicht Beispiele für die Kurzschlussabschaltung des Energiebusses durch die Netzknoteneinheiten; und
Figur 4
in tabellarischer Ansicht die Staffelung der zeitlichen Abschaltzeitpunkte für die Netzknoteneinheiten in Abhängigkeit von der Position der Netzknoteneinheiten im Energiebus und von der Stromrichtung.
Advantageous embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Showing:
FIG. 1
a schematic view of a interlocking architecture with a data bus and an energy bus;
FIG. 2
a schematic view of a network node unit for connecting a decentralized functional unit with the data bus and power bus;
FIG. 3
a schematic view of examples of the short-circuit shutdown of the power bus through the network node units; and
FIG. 4
in tabular view, the staggering of the time switch-off times for the network node units as a function of the position of the network node units in the power bus and of the current direction.

Figur 1 zeigt schematisch eine Stellwerkarchitektur mit einem System Sys, das u.a. ein Stellwerk STW, einen redunant abgebauten Datenbackbone NB1, NB2, einen Datenbus CB und einen Energiebus EB mit zwei Speisestellen PS1 und PS2 aufweist. Das Stellwerk STW steuert einen Zugverkehr auf einem Gleisabschnitt G, in welchem Signale S, Weichen W, ein Bahnübergang Bue und Achszähler AC angeordnet sind. Diese Zugsicherungs- und Zugbeeinflussungskomponenten koppeln jeweils mit einer dezentralen Funktionseinheit - auch Element Controller Unit E genannt - an dem Datenbus CB und dem Energiebus EB an. Die dezentralen Funktionseinheiten E sind dabei so an den ringförmigen Datenbus CB angeschlossen, dass über jede Seite des ringförmigen Datenbusses CB entweder der Zugriff auf den Datenbackbone NB1 bzw. NB2 gegeben ist. Der Datenbus CB koppelt dabei mit entsprechenden Routern/Switches SW an dem jeweiligen Datenbackbone NB1, NB2 an.Zudem gewährleistet der sequentielle Anschluss der Element Controller Unit E an den ringförmigen Energiebus, dass jede Element Controller Unit E von beiden Seiten her und damit redundant mit elektrischer Energie versorgt werden kann. FIG. 1 schematically shows an interlocking architecture with a system Sys, which has, inter alia, a signal box STW, a redunant degraded data backbone NB1, NB2, a data bus CB and an energy bus EB with two feed points PS1 and PS2. The interlocking STW controls a train traffic on a track section G, in which signals S, points W, a level crossing Bue and axle counter AC are arranged. These train protection and train control components each couple to a decentralized functional unit - also called element controller unit E - on the data bus CB and the power bus EB. The decentralized functional units E are so on connected to the annular data bus CB that either access to the data backbone NB1 or NB2 is given on each side of the annular data bus CB. In addition, the sequential connection of the Element Controller Unit E to the annular power bus ensures that each Element Controller Unit E provides redundant electrical power from both sides Energy can be supplied.

Figur 2 zeigt nun schematisch die daten- und energieversorungstechnische Anschaltung der Element Controller Unit E einer Zugbeeinflussungskomponente, hier zum Beispiel eine Weiche W, an den Datenbus CB und den Energiebus EB. Ein derartiger Anschaltpunkt umfasst eine Netzknoteneinheit SND und den eigentlichen Element Controller EC. Die Netzknoteneinheit SND umfasst eine Kommunikationseinheit SCU zum Datenaustausch über beide Äste des Datenbusses CB. Energieseitig ist die Netzknoteneinheit SND so ausgestaltet, dass sie an beiden Ästen des Energiebusses EB ankoppelt und damit immer, ggfs. über andere Netzknoteneinheiten SND hinweg - ein Zugang zu beiden Einspeisepunkten PS1 und PS2 besteht (wie in Figur 1 gezeigt). Die Netzknoteneinheit SND verfügt weiter über eine Steuer- und Auswertelogik SL, die zum Beispiel in das Schaltmodul S integriert sein kann, und steuert und überwacht damit den Energiebus EB. Im Besonderen detektiert die Steuer-und Auswertelogik Stromüberschreitungen und/oder Spannungseinbrüche innerhalb des Energiebusses EB und/oder beim angeschlossenen Verbraucher (SPU mit EC) und wertet diese Daten auf einen möglicherweise vorliegenden Kurzschluss aus. FIG. 2 now shows schematically the data and power supply connection of the Element Controller Unit E of a train control component, here for example a switch W, to the data bus CB and the power bus EB. Such an attachment point comprises a network node unit SND and the actual element controller EC. The network node unit SND comprises a communication unit SCU for data exchange over both branches of the data bus CB. On the energy side, the network node unit SND is designed so that it couples to both branches of the power bus EB and thus always, if necessary, across other network node units SND away - an access to both feed points PS1 and PS2 consists (as in FIG. 1 shown). The network node unit SND further has a control and evaluation logic SL, which can be integrated, for example, in the switching module S, and thus controls and monitors the power bus EB. In particular, the control and evaluation logic detects current violations and / or voltage dips within the power bus EB and / or the connected consumer (SPU with EC) and evaluates this data for a possibly present short circuit.

Somit wird die Netzknoteneinheit immer in redundanter Weise von zwei Seiten her mit elektrischer Energie versorgt und verfügt daher im Rahmen eines Schaltmoduls S über einen linken Schalter S1 und einen rechten Schalter S2 sowie über einen Lastschalter S3 zur Versorgungseinheit SPU des Element Controllers EC.Thus, the network node unit is always supplied in redundant manner from two sides with electrical energy and therefore has in the context of a switching module S. via a left switch S1 and a right switch S2 and via a load switch S3 to the supply unit SPU of the element controller EC.

Die Netzknoteneinheit SND versorgt auch die Kommunikationseinheit SCU mit Spannung und kann mit dieser auch über eine Ethernet-Verbindung Daten austauschen und ist damit in den Datenbus CB eingebunden (z.B. Aktivieren des Handbetriebs des SND über Fernzugriff und Betätigen der Schalter S1 bis S3, Abgabe von Diagnosedaten an das Stellwerk oder ein übergeordnetes Service- und Diagnosesytem, Abfrage der aktuellen Spannungen, Ströme, Energie- und Leistungswerte, Parametrierung des SND, Daten für Aufladung eines hier nicht weiter dargestellten Energiespeichers oder die Anmeldung eines zukünftigen Leistungsbedarfs). In die Netzknoteneinheit SND ist hier über den Schalter S3 die Versorgungseinheit SPU integriert, die die Spannung des Energiebusses EB auf die für den Element Controller EC erforderliche Eingangsspannung konvertiert. Zudem ist eine Datenverbindung zwischen dem Schaltmodul S der Netzknoteneinheit SND und der Versorgungseinheit SPU, z.B. in Form einer serielle RS 422, vorgesehen. Energietechnisch typisch ist hier zum Beispiel eine dreiphasige Verbindung mit 400 VAC. Der Element Controller EC steuert und versorgt in Figur 2 vorliegend die Weiche W. Dabei empfängt der Element Controller EC Datentelegramme von einem übergeordneten Stellwerksrechner CPU via einer Ethernet-Verbindung von der Kommunikationseinheit SCU und gibt über diese Kommunikationseinheit SCU die Rückmeldungen an den Stellwerksrechner CPU. Der Stellwerksrechner CPU kann auch ein entsprechendes Auswertemodul repräsentieren, dass die empfangenen Daten bestimmungsgemäss auswertet. Vorliegend wird aber in diesem Ausführungsbeispiel der Schwerpunkt auf die in die Netzknoteneinheit integrierte Steuer- und Auswertelogik gelegt.The network node unit SND also supplies the communication unit SCU with voltage and can also exchange data with it via an Ethernet connection and is thus integrated into the data bus CB (eg activation of manual operation of the SND via remote access and actuation of the switches S1 to S3, delivery of diagnostic data to the interlocking or a higher-level service and Diagnoseytem, query the current voltages, currents, energy and power values, parameterization of the SND, data for charging a not further illustrated energy storage or the registration of a future power requirements). In the network node unit SND here the supply unit SPU is integrated via the switch S3, which converts the voltage of the power bus EB to the input voltage required for the element controller EC. In addition, a data connection between the switching module S of the network node unit SND and the supply unit SPU, for example in the form of a serial RS 422, is provided. Energy-technically typical here is, for example, a three-phase connection with 400 VAC. The element controller EC controls and supplies in FIG. 2 In the present case, the switch W receives the element controller EC data telegrams from a higher-level interlocking CPU via an Ethernet connection from the communication unit SCU and are via this communication unit SCU feedback to the interlocking computer CPU. The interlocking computer CPU can also represent a corresponding evaluation module that evaluates the received data as intended. In the present case, however, emphasis is placed in this embodiment on the control and evaluation logic integrated in the network node unit.

Figur 3 zeigt in schematischer Ansicht drei Beispiele a) bis c) für die Kurzschlussabschaltung des Energiebusses EB durch die jeweils betroffenen Netzknoteneinheiten. Ausgehend von drei Kurzschlussfällen KS1, KS2 und KS3 wird das Verhalten bei Kurzschlussabschaltungen näher erklärt. PS1 bzw. PS2 sind die Einspeisestellen für den für den Energiebus EB. Im weiteren Verlauf wird die Einspeisestelle PS1 auch als linke Einspeisestelle PS1 und entsprechend die Einspeisestelle PS2 als rechte Einspeisestelle PS2 bezeichnet. In der vorliegenden Darstellung sind sieben Netzknoteneinheiten SND1 bis SND7 sequentiell in den Energiebus EB geschaltet. Die gesamten Stromverbraucher der Element Controller Unit E werden hier vereinfacht entsprechend als Verbraucher V1 bis V7 bezeichnet. Stromverbraucher in diesem Sinne sind dabei u.a. die Element Controller EC und die vorgeschaltete Versorgungseinheit SPU. Diese Notation wurde in der Figur 3 der besseren Übersichtichkeit halber nur für das Bespiel a) eingefügt und gilt für die Beispiele b) und c) entsprechend. FIG. 3 shows a schematic view of three examples a) to c) for the short-circuit shutdown of the power bus EB by the respective affected network node units. Based on three short-circuit cases KS1, KS2 and KS3, the behavior during short-circuit shutdowns is explained in more detail. PS1 and PS2 are the feed points for the power bus EB. In the further course, the feed point PS1 is also referred to as the left feed point PS1 and, correspondingly, the feed point PS2 is referred to as the right feed point PS2. In the present illustration, seven network node units SND1 to SND7 are sequentially connected in the power bus EB. The entire power consumers of the Element Controller Unit E are hereby referred to as consumers V1 to V7. Power consumers in this sense include the Element Controller EC and the upstream supply unit SPU. This notation was used in the FIG. 3 for the sake of clarity, only for example a) is inserted and applies correspondingly to examples b) and c).

Jede Netzknoteneinheit SND1 bis SND7 misst den Bussstrom i und die Richtung, in welcher der Bussstrom fliesst. Wenn nun der Grenzwert für den Kurzschlussstrom überschritten wird und/oder die Busspannung unter einen definierten Wert fällt, so geht die jeweilige Netzknoteneinheit in einen Kurzschlussmodus. Der Energiebus wird durch die Netzknoteneinheiten SND1 bis SND7 nicht sofort aufgetrennt, sondern die Reaktion der Busabschaltung erfolgt gestaffelt z.B. im ms Schritten wie in der Tabelle in Figur 4 gezeigt. Die Wartezeit der Netzknoteneinheit SND1 bis SND7 ist abhängig von der Position im Energiebus EB und von der Anzahl der im Energiebus EB vorhandenen Netzknoteneinheiten SND1 bis SND7.Each network node unit SND1 to SND7 measures the bus current i and the direction in which the bus current flows. If the limit value for the short-circuit current is exceeded and / or the bus voltage falls below a defined value, the respective network node unit enters a short-circuit mode. The power bus is not immediately disconnected by the network node units SND1 to SND7, but the response of the bus shutdown is staggered eg in ms steps as in the table in FIG. 4 shown. The waiting time of the network node unit SND1 to SND7 depends on the position in the energy bus EB and on the number of network node units SND1 to SND7 present in the energy bus EB.

Im Kurzschlussfall KS1 in Figur 3a) befindet sicher der Kurzschluss zwischen der Netzknoteneinheit SND7 und der rechten Speisestelle PS2. Hier fliesst der Strom von links nach rechts, und jede Netzknoteneinheit SND1 bis SND7 stellt mit ihrer jeweiligen Auswertelogik zu einem allen Netzknoteneinheiten gemeinsamen Zeitpunkt T0 das Vorliegen des Kurzschlusses fest. Da der Strom i in jeder der Netzknoteneinheiten SND1 bis SND7 von links nach rechts fliesst, öffnet die Netzknoteneinheit SND7 ihren rechten Schalter S2 zum Zeitpunkt T0+1ms. Diese Netzknoteneinheit SND7 ist somit die erste Netzknoteneinheit, die den rechten Ast des Energiebusses EB von den übrigen Netzknoteneinheiten separiert. Damit besteht für den ganzen übrigen linken Ast des Energiebusses der Kurzschlussfall KS1 nicht mehr fort. Es kommt daher zu keiner weiteren Abschaltung des rechten Astes des Energiebusses. Wäre der Strom i komplett in die andere Richtung geflossen, wäre die Netzknoteneinheit SND1 ganz links die erste Netzknoteneinheit gewesen, die durch Öffnen ihres linken Schalters S1 die Verbindung zum linken Ast des Energiebusses unterbrochen hätte. Durch das in Figur 4 tabellarisch angegebenen Verzögerungsschema schaltet die Netzknoteneinheit SND, die jeweils am nächsten beim Kurzschluss liegt, automatisch als erstes ab. Die auf dem jeweiligen Ast weiter entfernten Netzknoteneinheiten messen zu dem Zeitpunkt, an dem sie abschalten dürften, bereits keinen Kurzschluss mehr. In einem Bus mit dem Maximalausbau von 16 Netzknoteneinheiten wäre also ein Kurzschluss spätestens nach 16ms vom Energiebus abgetrennt. Der Vollständigkeit halber sei zum Kurzschlussfall KS1 noch erwähnt, dass auch die linke Speisestelle PS2 hier nach spätestens 8ms die Einspeisung unterbricht, falls der Kurzschlussfall dann immer noch vorliegen sollte und somit durch die gestaffelte Abschaltung der betroffenen Netzknoteneinheiten nicht automatisch von beiden Ästen des Energiebusses EB isoliert werden konnte.In case of short circuit KS1 in FIG. 3a ) is surely the short circuit between the network node unit SND7 and the right feed point PS2. Here the current flows from left to right, and each network node unit SND1 to SND7 determines the presence of the short circuit with its respective evaluation logic at a common time T0 for all network node units. Since the current i flows from left to right in each of the network node units SND1 to SND7, the network node unit SND7 opens its right switch S2 at time T0 + 1 ms. This network node unit SND7 is thus the first network node unit which separates the right branch of the power bus EB from the remaining network node units. Thus, the short circuit KS1 case no longer exists for the entire remaining left branch of the power bus. There is therefore no further shutdown of the right branch of the power bus. If the current i had flowed completely in the other direction, the network node unit SND1 on the far left would have been the first network node unit which would have interrupted the connection to the left branch of the power bus by opening its left switch S1. Through the in FIG. 4 in tabular form, the network node unit SND, which is closest to the short circuit, automatically switches off first. The network node units further afield on the respective branch are no longer short-circuiting at the time they are allowed to shut down. In a bus with the maximum configuration of 16 network node units, a short circuit would therefore be separated from the power bus after 16 ms at the latest. For the sake of completeness, it should be mentioned for the short-circuit case KS1 that the left feed PS2 breaks here after 8ms at the latest, if the short-circuit should still be present and thus not automatically isolated from both branches of the power bus EB by the staggered shutdown of affected network node units could be.

Bei dem zweiten Kurzschlussfall KS2 tritt der Kurzschluss zwischen den Netzknoteneinheiten SND4 und SND5 (Fall b) auf. Der Strom i fliesst hier für die Netzknoteneinheiten SND1 bis SND4 von links und für die Netzknoteneinheiten SND5 bis SND7 von rechts. Gemäss der Tabelle in Figur 4 ist die Netzknoteneinheit SND4 ist die erste Netzknoteneinheit im Energiebus EB, die nach der Detektion des Kurzschlusses zum Zeitpunkt T0 für den Fall "Strom von links" ihren rechten Schalter S2 zum Zeitpunkt T0 + 4ms öffnet. Damit ist der Kurzschlussfall KS2 für die Netzknoteneinheiten SND1 bis SND4 nach 4ms behoben. Die Netzknoteneinheit SND5 öffnet zum Zeitpunkt T0 + 5ms ihren linken Schalter S1, wie dies in der Tabelle für die Netzknoteneinheit SND5 bei "Strom von rechts" vorgesehen ist. Damit ist der Kurzschlussfall KS2 für die Netzknoteneinheiten SND5 bis SND7 nach 5ms behoben. Wenn nun die beiden Netzknoteneinheiten SND4 und SND5 ihre Schalter S2 bzw. S1 geöffnet haben, ist der Kurzschluss vom Energiebus EB abgetrennt und die Ströme und Spannungen normalisieren sich augenblicklich wieder, sodass die übrigen Netzknoteneinheiten, hier SND1 bis SND3, SND6 und SND7 gar nicht mehr schalten.In the second short-circuit case KS2, the short circuit occurs between the network node units SND4 and SND5 (case b). The current i flows here for the network node units SND1 to SND4 from the left and for the network node units SND5 to SND7 from the right. According to the table in FIG. 4 is the network node unit SND4 is the first network node unit in the power bus EB, which opens after the detection of the short circuit at time T0 in the case of "power from the left" their right switch S2 at time T0 + 4ms. This eliminates the short-circuit KS2 for the network node units SND1 to SND4 after 4 ms. The network node unit SND5 opens its left switch S1 at time T0 + 5ms, as indicated in the table for the network node unit SND5 at "power from the right". This eliminates the short-circuit KS2 for the network node units SND5 to SND7 after 5 ms. Now, if the two network node units SND4 and SND5 have their switches S2 and S1 open, the short circuit is disconnected from the power bus EB and the currents and voltages normalize immediately, so that the other network node units, here SND1 to SND3, SND6 and SND7 no longer turn.

Für den in Figur 3c) gezeigten Kurzschlussfall KS3 tritt der Kurzschluss zwischen den Netzknoteneinheiten SND1 und SND2. Hier fliesst der Kurzschlusstrom nur für die Netzknoteneinheit SND1 von links (also Versorgung von linken Speisestelle PS1) und für die Netzknoteneinheiten SND2 bis SND7 rechts (also Versorgung von der rechten Speisestelle SP2). Gemäss der Tabelle in Figur 4 ist die Netzknoteneinheit SND2 ist die erste Netzknoteneinheit im Energiebus EB, die nach der Detektion des Kurzschlusses zum Zeitpunkt T0 für den Fall "Strom von rechts" ihren linken Schalter S1 zum Zeitpunkt T0 + 2ms öffnet. Damit ist der Kurzschlussfall KS3 für die Netzknoteneinheiten SND2 bis SND7 nach 2ms behoben. Die Netzknoteneinheit SND1 öffnet zum Zeitpunkt T0 + 7ms ihren rechten Schalter S2, wie dies in der Tabelle für die Netzknoteneinheit SND1 bei "Strom von links" vorgesehen ist. Damit ist der Kurzschlussfall KS3 für die Netzknoteneinheit SND1 nach 7ms behoben. Wenn nun die beiden Netzknoteneinheiten SND2 und SND1 ihre Schalter S1 bzw. S2 geöffnet haben, ist der Kurzschluss nach 7ms vom Energiebus EB abgetrennt und die Ströme und Spannungen normalisieren sich augenblicklich wieder, sodass die übrigen Netzknoteneinheiten, hier SND3 bis SND7, gar nicht mehr schalten.For the in Figure 3c ) shown shorting case KS3 occurs the short circuit between the network node units SND1 and SND2. Here, the short-circuit current only flows for the network node unit SND1 from the left (ie supply from the left supply point PS1) and for the network node units SND2 to SND7 on the right (ie supply from the right-hand supply point SP2). According to the table in FIG. 4 is the network node unit SND2 is the first network node unit in the power bus EB, which opens after the detection of the short circuit at time T0 in the case of "power from the right" their left switch S1 at time T0 + 2ms. This eliminates the short-circuit KS3 for the network node units SND2 to SND7 after 2 ms. The network node unit SND1 opens its right switch S2 at time T0 + 7 ms, as shown in the table for the network node unit SND1 is provided at "power from the left". This eliminates the short-circuit KS3 for the network node unit SND1 after 7 ms. If the two network node units SND2 and SND1 have now opened their switches S1 and S2, the short circuit is disconnected from the energy bus EB after 7 ms and the currents and voltages normalize immediately, so that the other network node units, here SND3 to SND7, no longer switch ,

Die im vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutern so ein System und ein Verfahren, welche im Falle eines Kurzschlusses am Energiebus EB den Energiebus selektiv an jenem Streckenteil derart auftrennt, dass nur derjenige Streckenteil, an welchem der Kurzschluss tatsächlich stattfindet, abgetrennt wird. Die selektive Auftrennung des Busses erfolgt dabei über die Netzknoteneinheiten SND (Sigrid Node Device), welche entlang dem Energiebus EB eingesetzt werden. Da die Einspeisung des Energiebusses EB redundant erfolgt, bleiben damit alle am Energiebus EB angeschlossenen Verbraucher V1 bis V7 verfügbar und es ergeben sich keine Einschränkungen für die industrielle Anlage, hier für den Bahnverkehr. Mit der Detektion des Kurzschlussfalles KS1 bis KS3 wird eine Diagnosemeldung abgegeben, sodass der defekte Streckenteil repariert werden kann und das System wieder instand gestellt werden kann. Als Verbraucher V1 bis V7 am Energiebus EB werden die Element Controller (z.B. Steuer- und Meldegeräte für Gleisfreimeldung, Signalsteuerung, Bahnübergangssteuerung und Weichensteuerung) mit ihren vorgeschalteten Speisegeräten PSU (Power Supply Unit) bezeichnet.The exemplary embodiments described above thus explain a system and a method which, in the case of a short circuit on the energy bus EB, selectively separates the power bus at that track part such that only that track part on which the short circuit actually takes place is disconnected. The selective separation of the bus takes place via the network node units SND (Sigrid Node Device), which are used along the energy bus EB. Since the supply of the power bus EB is redundant, so remain all connected to the power bus EB consumers V1 to V7 available and there are no restrictions for the industrial plant, here for the rail traffic. With the detection of the short-circuit case KS1 to KS3 a diagnostic message is issued, so that the defective track part can be repaired and the system can be repaired again. As consumers V1 to V7 on the power bus EB, the element controllers (for example, control and signaling devices for track vacancy, signal control, level crossing control and points control) with their upstream power supply PSU (Power Supply Unit) referred to.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Vorliegen eines Kurzschlussfalles bejaht, wenn wenn der Busstrom i einen vorprojektierten Abschaltstrom überschreitet und optional die Busspannung unterhalb eine bestimmte Limite von z.B. nominal 750 VDC auf unter 500 VDC fällt. Diese Werte können aber auch noch tiefer oder höher liegen.In the present exemplary embodiment, the existence of a short-circuit case is affirmative if the bus current i exceeds a pre-configured switch-off current and optionally the bus voltage drops below a specific limit of, for example nominally 750 VDC to below 500 VDC. These values can also be lower or higher.

Ebenso wurde hier angenommen, dass die Netzknoteneinheiten und ihre Verbraucher V1 bis V7 mit ihren vorgeschalteten Spannungskonvertern PSU robust für einen Spannungsunterbruch von bis zu ca. 20 ms sind. Auch dieser Werte kann für andere Ausführungsbeispiele auch anders dimensioniert sein, wie z.B. 30ms oder 50 ms.Likewise, it was assumed here that the network node units and their consumers V1 to V7 with their upstream voltage converters PSU are robust for a voltage interruption of up to approximately 20 ms. These values may also be differently dimensioned for other embodiments, such as e.g. 30ms or 50ms.

Die Vorteile, die sich mit der vorliegenden Erfindung und ihren vorteilhaften Ausgestaltungen ergeben, können nachfolgend wie folgt zusammengefasst werden:

  1. a) es erfolgt eine gezielte Abschaltung des Energiebusses EB im Falle eines Kurzschlusses so, dass durch die redundante Buseinspeisung kein Verbraucher V1 bis V7 vom Energiebus EB weggetrennt wird und damit die dezentralen Verbraucher für den (Bahn-)Betrieb verfügbar bleiben;
  2. b) das Verfahren und das System kommen ohne Kommunikation zwischen den Netzknoteneinheiten SND1 bis SND7 aus, die selektive Busabschaltung vorzunehmen; es genügt an dieser Stelle eine vorgängige Projektierung in den Netzknoteneinheiten, d.h. im Besonderen kennt die Netzknoteneinheit ihren Abschaltzeitpunkt für den Fall, dass im Zeitpunkt T0 ein Kurzschluss detektiert wird;
  3. c) die Abschaltung des Teiles des Energiebusses EB mit dem Kurzschluss erfolgt elektronisch, d.h. es müssen keine Sicherungen gewechselt werden;
  4. d)die Lokalisation des Kurzschlusses bzw. des Teilsegmentes im Energiebus, innerhalb welchem der Kurzschluss stattfindet, ist sehr einfach möglich;
  5. e) die Möglichkeit der automatischen Wiederanschaltung des durch den Kurzschluss gestörten Abschnitts des Energiebusses besteht; die Anzahl erlaubter Versuche kann in den Netzknoteneinheiten SND entsprechend projektierbar werden;
  6. f) es besteht zudem die Möglichkeit mit einem Remote-Eingriff auf die Netzknoteneinheiten einzuwirken und den Kurzschluss-gestörten Abschnitt manuell wieder anzuschalten, z.B. nach Beseitigung der Kurzschlussursache.
The advantages arising with the present invention and its advantageous embodiments can be summarized below as follows:
  1. a) there is a targeted shutdown of the power bus EB in the event of a short circuit so that no consumers V1 to V7 is separated from the power bus EB by the redundant bus feed and thus the decentralized consumers for the (rail) operation remain available;
  2. b) the method and the system come off without communication between the network node units SND1 to SND7 to perform the selective bus shutdown; it is sufficient at this point a previous configuration in the network node units, ie in particular the network node unit knows its switch-off for the case that at the time T0 a short circuit is detected;
  3. c) the disconnection of the part of the power bus EB with the short circuit is carried out electronically, ie no fuses need to be changed;
  4. d) the localization of the short circuit or the subsegment in the power bus, within which the short circuit takes place, is very easy;
  5. e) there is the possibility of automatic reconnection of the short-circuited section of the power bus; the number of allowed attempts can be appropriately configured in the network node units SND;
  6. f) it is also possible with a remote intervention to act on the network node units and the short-circuit faulty section manually turn on, for example, after elimination of the short circuit cause.

Der besondere erfinderische Pfiff liegt damit darin, dass die im Energiebus EB sequentiell eingebundenen Netzknoteneinheiten SND ein abhängig von der Position der Netzknoteneinheit im Energiebus EB und der Stromrichtung in der Netzknoteneinheit zeitlich gestaffelte Bus-Abschaltzeiten aufweisen. Diese Abschaltzeiten sind abhängig von der Stromrichtung des Energiebusses EB im betrachteten Netzknoteneinheit SND. Die Benutzung der Position der Netzknoteneinheit SND im Energiebus EB in Kombination mit der Stromrichtung auf dem Energiebus EB, ist der Schlüssel für die Bestimmung der individuellen Abschaltverzögerung der am Energiebus EB beteiligten Netzknoteneinheiten SND sowie für die Ortung der Teilstrecke, auf der zwischen zwei Netzknoteneinheiten SND liegend der Kurzschluss aufgetreten ist. Das Verfahren und das System Sys brauchen so keine Kommunikation zwischen den Netzknoteneinheiten SND, um die selektive Busabschaltung vorzunehmen, es genügt eine vorgängige Projektierung in der Netzknoteneinheit SND bzgl. der Position der Netzknoteneinheit SND am Energiebus EB (Nummer in der Busreihenfolge) und der Anzahl SND am gleichen Energiebus.The particular inventive whistle lies in the fact that the energy bus EB sequentially integrated network node units SND depending on the position of the network node unit in the power bus EB and the current direction in the network node unit have staggered bus off times. These switch-off times depend on the current direction of the power bus EB in the considered network node unit SND. The use of the position of the network node unit SND in the power bus EB in combination with the current direction on the power bus EB, is the key for determining the individual switch-off delay of the network node SND participating in the power bus EB as well as for the location of the partial route, lying on the between two network node units SND the short circuit has occurred. The method and the system Sys need thus no communication between the network node units SND to perform the selective bus shutdown, it suffices a prior configuration in the network node unit SND with respect to the position of the network node unit SND on the power bus EB (number in the bus order) and the number SND at the same energy bus.

Anstelle der Anzahl SND im Energiebus EB kann alternativ auch die max. Anzahl SND für die Berechnung der Abschaltzeiten berücksichtigt werden. Die Reaktion auf einen Kurzschluss erfolgt dann etwas verzögerter; sie kann aber unter 20 ms (Millisekunden) gehalten werden, falls für die Schrittfolge pro SND 1 ms angenommen wird (wenn die max. Anzahl der SND in einem Energiebus EB - wie in diesem Ausführungsbeispiel - auf 16 begrenzt ist).Instead of the number SND in the power bus EB, alternatively, the max. Number of SNDs to be considered for the calculation of the shutdown times. The reaction to a short circuit then takes place somewhat more slowly; however, it can be kept below 20 ms (milliseconds) if 1 ms is assumed for the sequence of steps per SND (if the maximum number of SNDs in an energy bus EB is limited to 16, as in this embodiment).

Bei der Projektierung der Netzknoteneinheit muss der Netzknoteneinheit SND also mitgeteilt werden, wie viele SND im Bus vorhanden sind und an welcher Position es liegt. Aus diesen Informationen kann das SND sich dann auch die notwendigen Reaktionszeiten für das Abschalten beim Kurzschlussfall berechnen, womit durch die Bereitstellung der entsprechenden Formel der Abschaltzeitpunkt ebenfalls vorbestimmt ist. Ein Kurzschluss eines an der Netzknoteneinheit SND angeschlossenen Verbrauchers V1 bis V7 hat für die restlichen Netzknoteneinheiten SND am Energiebus EB die gleiche Wirkung wie ein Kurzschluss im Energiebus EB. Hier schaltet aber die betroffene Netzknoteneinheit SND ohne Verzögerung den Verbraucher V1 bis V7ab, sodass es zu keinen Busabschaltungen kommt. Sollte in diesem Fall einen Netzknoteneinheit nicht unverzüglich den Verbraucher abschalten, würden die unmittelbar benachbarten Netzknoteneinheit die fehlerhafte Netzknoteneinheit mit ihrem den Kurzschluss auslösenden Verbraucher vom Energiebus beidseitig abtrennen.When configuring the network node unit, the network node unit SND must therefore be informed as to how many SND are present in the bus and at which position it is located. From this information, the SND can then also calculate the necessary reaction times for switching off in the event of a short circuit, whereby the provision of the corresponding formula also predetermines the switch-off time. A short circuit of a consumer connected to the network node unit SND V1 to V7 has for the remaining network node units SND on the power bus EB the same effect as a short circuit in the power bus EB. Here, however, the affected network node unit SND switches the consumer V1 to V7ab without delay, so that there are no bus shutdowns. If, in this case, a network node unit does not switch off the load immediately, the immediately adjacent network node unit would disconnect the faulty network node unit with its consumer causing the short circuit from the power bus on both sides.

Claims (14)

System (Sys) zum automatischen Beseitigen eines Kurzschlusses in einem Energiebus (EB), über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten (E) mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei: a) ein übergeordnetes Steuerungssystem (STW) vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten (E) mittels Datentelegrammen Informationen über einen Datenbus (CB, NB1, NB2) austauscht, b) Netzknoteneinheiten (SND, SND1 bis SND7) sequentiell zwischen zwei Speisepunkten (PS1, PS2) eines ringartig aufgebauten Energiebusses (EB) angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten (E) den Zugang zu dem Energiebus (EB) und optional auch zum Datenbus (CB) bereitstellen, c) die Netzknoteneinheiten (SND) über ein steuerbares Schaltmodul (S) verfügen, das einen ersten Schalter (S1) und einen zweiten Schalter (S2) umfasst, wobei mit den beiden Schaltern (S1, S2) je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten (PS1, PS2) schaltbar ist, d) ein Auswertemodul (CPU, SL) vorgesehen ist, das die gemessene Spannung und/oder den gemessenen Strom innerhalb einer Netzknoteneinheit (SND) und/oder unter benachbarten Netzknoteneinheiten (SND) und/oder in mindestens einem der beiden Speisepunkte (PS1, PS2) auf einen Kurzschluss des Energiebusses (EB) auswertet, wobei bei einer Detektion eines Kurzschlusses eine zeitlich gestaffelte Abschaltung mindestens eines Teils der Netzknoteneinheiten (SND) von dem Energiebus (EB) durch Öffnen des ersten oder des zweiten Schalters (S1, S2) ausführbar ist; und e) ein Abschaltzeitpunkt für jede Netzknoteneinheit (SND) in Abhängigkeit von einer in der Netzknoteneinheit (SND) vorherrschenden Stromrichtung und von der Position der Netzknoteneinheit (SND) im Energiebus (EB) vorgesehen ist. System (Sys) for automatically eliminating a short circuit in an energy bus (EB), via which distributed functional units (E) arranged in an industrial installation are supplied with electrical energy, wherein: a) a higher-level control system (STW) is provided, which exchanges information with the decentralized functional units (E) by means of data telegrams via a data bus (CB, NB1, NB2), b) network node units (SND, SND1 to SND7) are arranged sequentially between two feed points (PS1, PS2) of a ring-shaped power bus (EB), which gives the decentralized functional units (E) access to the power bus (EB) and optionally also to the data bus ( CB), c) the network node units (SND) have a controllable switching module (S) comprising a first switch (S1) and a second switch (S2), wherein the two switches (S1, S2) each have access to the two feed points (S) PS1, PS2) is switchable, d) an evaluation module (CPU, SL) is provided, the measured voltage and / or the measured current within a network node unit (SND) and / or adjacent network node units (SND) and / or in at least one of the two feed points (PS1, PS2 ) evaluates to a short circuit of the power bus (EB), wherein upon detection of a short circuit, a time-staggered shutdown of at least a portion of the network node units (SND) of the power bus (EB) by opening the first or the second switch (S1, S2) is executable ; and e) a switch-off time point is provided for each network node unit (SND) as a function of a current direction prevailing in the network node unit (SND) and of the position of the network node unit (SND) in the power bus (EB). System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einen Stromfluss durch einen der beiden Speisepunkte (PS1, PS2) die diesem Speisepunkt (PS1, PS2) am entferntesten liegende Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) den frühesten Abschaltzeitpunkt zur Auftrennung des Energiebusses (EB) zum anderen Speisepunkt (PS1, PS2) aufweist und sich die weiteren Abschaltzeitpunkte sequentiell von Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) zu Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) mit einem vorgebbaren Zeitintervall gestaffelt in Richtung zum versorgenden Speisepunkt (PS1, PS2) erhöhen.System according to claim 1,
characterized in that
in the case of a current flow through one of the two feed points (PS1, PS2), the feed node unit (SN1, SND1 to SND7) furthest away from this feed point (PS1, PS2) has the earliest switch-off time for separating the power bus (EB) from the other feed point (PS1, PS2) and the further switch-off times increase sequentially from the network node unit (SND, SND1 to SND7) to the network node unit (SND, SND1 to SND7) with a predefinable time interval staggered in the direction of the supplying feed point (PS1, PS2). System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das vorgebbare Zeitintervall im einstelligen Millisekundenbereich liegt, vorzugsweise 1 ms beträgt.System according to claim 1 or 2,
characterized in that
the predetermined time interval is in the single-digit millisecond range, preferably 1 ms. System nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die gestaffelte Abschaltung zur Auftrennung des Energiebusses (EB) von Netzknoteneinheiten (SND, SND1 bis SND7) solange ausführbar ist, bis das Auswertemodul (CPU, SL) das Vorliegen eines Kurzschlusses verneint.System according to one of the preceding claims,
characterized in that
the staggered shutdown for the separation of the energy bus (EB) from network node units (SND, SND1 to SND7) is executable until the evaluation module (CPU, SL) negates the presence of a short circuit. System nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswertemodul (CPU, SL)allen Netzknoteneinheiten (SND, SND1 bis SND7) nach der Detektion eines Kurzschlusses eine Mitteilung über das Vorliegen des Kurzschlusses zusammen mit einem Zeitstempel zusendet.System according to one of the preceding claims,
characterized in that
the evaluation module (CPU, SL) sends to all network node units (SND, SND1 to SND7) after the detection of a short circuit a message about the presence of the short circuit together with a time stamp. System nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) für beide Richtungen des Stromflusses den jeweiligen Abschaltzeitpunkt kennt.System according to one of the preceding claims,
characterized in that
Each network node unit (SND, SND1 to SND7) knows the respective switch-off time for both directions of the current flow. System nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) über ein Auswertemodul (SL) verfügt.System according to one of the preceding claims,
characterized in that
Each network node unit (SND, SND1 to SND7) has an evaluation module (SL). Verfahren zum automatischen Beseitigen eines Kurzschlusses in einem Energiebus (EB), über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten (E) mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei: a) ein übergeordnetes Steuerungssystem (STW) vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten (E) mittels Datentelegrammen Informationen über einen Datenbus (CB, NB1, NB2) austauscht, b) Netzknoteneinheiten (SND) sequentiell zwischen zwei Speisepunkten (PS1, PS2) eines ringartig aufgebauten Energiebusses (EB) angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten (E) den Zugang zu dem Energiebus (EB) und optional auch zum Datenbus (CB, NB1, NB2) bereitstellen, c) die Netzknoteneinheiten (SND) über ein steuerbares Schaltmodul (S) verfügen, das einen ersten Schalter (S1) und einem zweiten Schalter (S2) umfasst, wobei mit den beiden Schaltern (S1, S2) je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten (PS1, PS2) schaltbar ist, d) ein Auswertemodul (CPU, SL) vorgesehen ist, das die gemessene Spannung und/oder den gemessenen Strom innerhalb einer Netzknoteneinheit (SND) und/oder unter benachbarten Netzknoteneinheiten (SND) und/oder in mindestens einer der beiden Speisepunkte (PS1, PS2) auf einen Kurzschluss des Energiebusses (EB) auswertet, wobei bei einer Detektion eines Kurzschlusses eine zeitlich gestaffelte Abschaltung zumindest eines Teils der Netzknoteneinheiten (SND, SND1 bis SND7) ausgeführt wird; und e) ein Abschaltzeitpunkt für jede Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) in Abhängigkeit von einer in der Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) vorherrschenden Stromrichtung und von der Position der Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) im Energiebus (EB) vorgesehen ist. Method for automatically eliminating a short circuit in an energy bus (EB) via which decentralized functional units (E) arranged in an industrial installation are supplied with electrical energy, wherein: a) a higher-level control system (STW) is provided, which exchanges information with the decentralized functional units (E) by means of data telegrams via a data bus (CB, NB1, NB2), b) network node units (SND) are arranged sequentially between two feed points (PS1, PS2) of a ring-shaped power bus (EB), which gives the decentralized functional units (E) access to the power bus (EB) and optionally also to the data bus (CB, NB1, NB2), c) the network node units (SND) have a controllable switching module (S) which comprises a first switch (S1) and a second switch (S2), wherein the two switches (S1, S2) each have access to the two feed points (S) PS1, PS2) is switchable, d) an evaluation module (CPU, SL) is provided, the measured voltage and / or the measured current within a network node unit (SND) and / or adjacent network node units (SND) and / or in at least one of the two feed points (PS1, PS2 ) evaluates to a short circuit of the power bus (EB), wherein upon detection of a short circuit, a time-staggered shutdown of at least a portion of the network node units (SND, SND1 to SND7) is executed; and e) a switch-off time for each network node unit (SND, SND1 to SND7) in dependence on a prevailing in the network node unit (SND, SND1 to SND7) Current direction and from the position of the network node unit (SND, SND1 to SND7) in the power bus (EB) is provided. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einen Stromfluss durch einen der beiden Speisepunkte (PS1, PS2) die diesem Speisepunkt (PS1, PS2) am entferntesten liegende Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) den frühesten Abschaltzeitpunkt zur Auftrennung des Energiebusses zum anderen Speisepunkt (PS1, PS2) aufweist und sich die weiteren Abschaltzeitpunkte sequentiell von Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) zu Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) mit einem vorgebbaren Zeitintervall gestaffelt in Richtung zum versorgenden Speisepunkt (PS1, PS2) erhöhen.Method according to claim 8,
characterized in that
at a current flow through one of the two feed points (PS1, PS2), the feed point (PS1, PS2) furthest remote node unit (SND, SND1 to SND7) has the earliest shut-off time to separate the power bus to the other feed point (PS1, PS2) and increment the further switch-off times sequentially from network node unit (SND, SND1 to SND7) to network node unit (SND, SND1 to SND7) with a predefinable time interval staggered in the direction of the supplying feed point (PS1, PS2). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das vorgebbare Zeitintervall im einstelligen Millisekundenbereich liegt, vorzugsweise 1 ms beträgt.Method according to claim 8 or 9,
characterized in that
the predetermined time interval is in the single-digit millisecond range, preferably 1 ms. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die gestaffelte Abschaltung zur Auftrennung des Energiebusses (EB) von Netzknoteneinheiten (SND, SND1 bis SND7) solange ausgeführt wird, bis das Auswertemodul (CPU, SL) das Vorliegen eines Kurzschlusses verneint.Method according to one of the preceding claims 8 to 10, characterized in that
the staggered shutdown for separating the power bus (EB) from network node units (SND, SND1 to SND7) is carried out until the evaluation module (CPU, SL) negates the presence of a short circuit. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswertemodul (CPU, SL) allen Netzknoteneinheiten (SND, SND1 bis SND7) nach der Detektion eines Kurzschlusses eine Mitteilung über das Vorliegen des Kurzschlusses zusammen mit einem Zeitstempel zusendet.Method according to one of the preceding claims 8 to 11, characterized in that
the evaluation module (CPU, SL) sends to all network node units (SND, SND1 to SND7) after the detection of a short circuit a message about the presence of the short circuit together with a time stamp. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
jede Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) für beide Richtungen des Stromflusses den jeweiligen Abschaltzeitpunkt kennt.Method according to one of the preceding claims 8 to 12, characterized in that
Each network node unit (SND, SND1 to SND7) knows the respective switch-off time for both directions of the current flow. System nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
jede Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) über eine Auswertemodul (SL) verfügt.System according to one of the preceding claims 8 to 13, characterized in that
Each network node unit (SND, SND1 to SND7) has an evaluation module (SL).
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