EP3305622A1 - Verfahren zur diagnose von räumlich verteilt angeordneten anlagentechnischen komponenten - Google Patents

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EP3305622A1
EP3305622A1 EP16192529.2A EP16192529A EP3305622A1 EP 3305622 A1 EP3305622 A1 EP 3305622A1 EP 16192529 A EP16192529 A EP 16192529A EP 3305622 A1 EP3305622 A1 EP 3305622A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
voltage
supply line
components
system components
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16192529.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred BEREUTER
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
Priority to EP16192529.2A priority Critical patent/EP3305622A1/de
Publication of EP3305622A1 publication Critical patent/EP3305622A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L7/00—Remote control of local operating means for points, signals, or track-mounted scotch-blocks
    • B61L7/06—Remote control of local operating means for points, signals, or track-mounted scotch-blocks using electrical transmission
    • B61L7/08—Circuitry
    • 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
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions

Definitions

  • the present invention relates to a method for the diagnosis of spatially distributed plant components, in particular components of the train protection and train control, which consume electric power to fulfill its intended purpose.
  • Such usually decentralized system components are used in particular in rail 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.
  • 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 non
  • the previously customary and approved monitoring strategy for the decentralized system components is lost because of the no longer existing point-to-point connection. So it is, for example, in existing switch diagnostic devices so that they Measure the voltages and currents when changing over a switch by attaching voltage and current transformers to the supply lines to the point motor motor.
  • the signal term to be displayed on the signal is transmitted from the signal box card to the trackside signal control unit by means of a modulated AC voltage signal, and the corresponding current flow of the lamp currents activated according to the transmitted signal term is monitored on the signal box card.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide a method for diagnosing spatially distributed equipment components, in particular components of the command and / or train control, which consume electric power to fulfill its intended purpose to specify that in terms of the required cabling and the use of Monitoring components designed much simpler.
  • Another example could be the power consumption of a switch motor, which shows a conspicuously high and long power consumption at the beginning of the Weichenumstellieri and therefore could be an indication that the sliding conditions for the switch blade on the sliding chairs are no longer optimal and therefore a lubrication of the switch required should be.
  • a specific plant component can be customized, it may be useful to record the commissioning of a plant component, the current and voltage signature and this of the respective plant technology Assign component.
  • a difference in the start-up of turnout motors can be customized, so that any deviating at most from the usual current and voltage curve for turnout engines course is not fundamentally already be assessed as a mistake, but just a certain deviating from the beginning plant technical component, here another point motor or identical point motor, but special switch configuration / situation, can be assigned.
  • system components connected to the supply line can be gradually or individually isolated or grouped together from the supply line. So it is possible on suspicion To isolate a faulty system component by isolating individual equipment component in an expert mode the cause of a different current and voltage profile.
  • railway track side arranged electronic units For the environment of rail-bound traffic, it is typical when used as equipment components railway track side arranged electronic units, with the railway track side arranged components components of the train protection and / or train control, such as signals, balises, track magnets, track circuits, axle, switches, line conductors , Railway barriers and the like, are controlled and / or supplied with power.
  • components components of the train protection and / or train control such as signals, balises, track magnets, track circuits, axle, switches, line conductors , railway barriers and the like, are controlled and / or supplied with power.
  • FIG. 1 schematically shows a modern interlocking architecture with a system SYS, inter alia, has a signal box STW, a redunant built data backbone NB1, NB2, a data bus CB and an energy bus EB with two feed points PS1 and PS2.
  • the interlocking STW controls the train traffic on a track section G, in which here, for example, signals S, points W, a level crossing Bue and axle counter AC are arranged.
  • These train protection and influencing components each connect 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 connected to the annular data bus CB in such a way that access to the data backbones NB1 and NB2 is given via each side of the annular data bus CB.
  • the data bus CB coupled with corresponding routers / switches SW to the respective data backbone NB1, NB2.
  • 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, a communication unit SCU and the actual element controller EC.
  • the communication unit SCU is for data exchange used over both branches of the data bus CB.
  • Energy side, the network node unit SND is designed so that it couples to both branches of the power bus EB.
  • the network node unit SND controls and monitors the power bus EB, detects current violations within the power bus EB and the connected consumer (SPU with EC).
  • the switching module S In redundant manner, it is always supplied from two sides with electrical energy and therefore has in a switching module S via a left switch S1 and a right switch S2 and a load switch S3 to the supply unit SPU of the element controller EC.
  • the switching module S also includes a control and / or evaluation logic SL that is used, for example, for measuring the voltages and / or currents at the inputs of the power bus EB in the network node unit SND.
  • 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 in the data bus CB (eg for activating the manual operation of the SND via remote access and actuation of the switches S1 to S3, for delivery of diagnostic data to the interlocking or to a higher-level service and Diagnoseosesyt, query the current voltages, currents, energy and power values, parameterization of the SND, for delivery and / or receipt of data for charging / energy management of an energy storage not shown here or for the registration of a future power requirement).
  • 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 eg in the form of a serial RS 422, 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 here also represents a corresponding evaluation module that evaluates the received data as intended.
  • the present invention proposes a method which is comparatively simpler than the system SYS. This method is also expedient if the monitoring and control solutions currently used as standard interlocking technology with conventional relay interlockings and / or electronic interlockings is used.
  • the procedure now provides that - as in FIG. 3 shown - several electrical loads ( plant components) V1 to Vn are connected to a supply line L.
  • the supply line L itself is connected to a power supply unit PS and obtains from there the electrical power required for the consumers V1 to Vn.
  • an ammeter 2 and a voltmeter 4 are connected, which measure the current and voltage waveform and transmitted to a diagnostic device 6.
  • the ammeter 2 and the voltmeter 4 are switched into the supply line L in such a way that the current I flowing between a power supply unit PS and the consumers closest to the power supply unit PS and the voltage U are measured.
  • the diagnostic unit 6 evaluates the current and voltage values supplied by the ammeter 2 and voltmeter 4 by comparing these actual consumption values with the current and voltage signature recorded for the consumers V1 to Vn in the undisturbed state during the intended function. If a predetermined deviation is achieved, a diagnostic signal is sent to a service point 8 and / or a maintenance person. In this way, entire supply areas can be monitored with a large number of consumers V1 to Vn arranged therein with little effort with this method. Therefore, this method requires neither arranged at the individual consumers diagnostic means nor a point-to-point wiring from the interlocking to the consumers V1 to Vn.
  • the diagnostic unit 6 can basically all types of electrical loads are monitored with the diagnostic unit 6, if for each of them a characteristic pattern of the consumption values of voltage and current (current and voltage signature) can be determined.
  • the diagnostic procedure is therefore in Essentially, on the basis of the known patterns of the current and voltage profiles, to identify those consumers whose actual measured values for the current and the voltage differ in their characteristics from the characteristic recorded for normal operation.
  • the diagnostic unit 6 Due to the central arrangement of the diagnostic unit 6 in such a power supply infrastructure, it may also be necessary to provide further possibilities for the localization of detected faulty consumers. This localization can also take place, for example, by the gradual targeted actuation or isolation of individual consumers or consumer groups (for this purpose, see the indicated switches in FIG FIG. 3 ). By observing the current and voltage profiles which change as a result of this actuation or insulation, and thus the diagnostic results derived therefrom, it is possible to conclude that a consumer affected by a malfunction can be detected. Furthermore, the signatures for the current and voltage curve can also be recorded during commissioning by the diagnostic unit 6, which can thus be assigned to the individual consumers V1 to Vn. In the course of operation, the diagnostic unit 6 can track the changes in the current current and voltage curves and clearly identify the affected consumer as defective if the limit values are exceeded.

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Abstract

Erfindungsgemäss ist ein Verfahren zur Diagnose von räumlich verteilt angeordneten anlagentechnischen Komponenten, insbesondere Komponenten der Zugsicherung und/oder Zugbeeinflussung, die zur Erfüllung ihrer bestimmungsgemässen Aufgabe elektrischen Strom verbrauchen, vorgesehen, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Anschliessen von einer Vielzahl von anlagentechnischen Komponenten (V1 bis Vn) an eine elektrische Stromversorgungsleitung (L); b) Anschliessen eines Messwandlers für Spannung (4) und Strom (2) an die Versorgungsleitung (L) zwischen einer Versorgungsquelle (PS) und einer nächst zur Versorgungsquelle (PS) angeschlossenen anlagentechnischen Komponente (V2, V3); c) Auswerten der von dem Messwandler (2, 4) gelieferten Strom- und Spannungswerte durch Vergleich des in einem Messintervall aufgenommenen Strom- und Spannungsverlaufs mit für die anlagentechnischen Komponenten (V1 bis Vn) im ungestörten Zustand bei Ausübung der bestimmungsgemässen Funktion aufgenommenen Strom- und Spannungssignatur; und d) bei Erreichen einer vorbestimmten Abweichung ein Diagnosesignal abgesetzt wird. Auf diese Weise ist es möglich, bei vielen an der Versorgungsleitung angeschlossenen Verbrauchern (anlagetechnischen Komponenten) ermitteln zu können, welcher Strom- und Spannungsverlauf aufgrund der bekannten Strom- und Spannungssignaturen von einem Regelverlauf abweicht und daher ein Diagnosesignal auslöst. Somit ist es hier auch möglich, bereits frühzeitig eine Abweichung vom Regelverlauf festzustellen, der für eine zukünftige Fehlfunktion einer anlagentechnischen Komponente im Wege einer Frühwarnung indikativ sein könnte.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Diagnose von räumlich verteilt angeordneten anlagentechnischen Komponenten, insbesondere Komponenten der Zugsicherung und Zugbeeinflussung, die zur Erfüllung ihrer bestimmungsgemässen Aufgabe elektrischen Strom verbrauchen.
  • Derartige meist dezentral angeordnete anlagentechnische Komponenten 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.
  • Im Eisenbahnverkehr ist es üblicherweise so, dass diese anlagentechnischen Komponenten von einem Stellwerk oder einem abgesetzten Stellwerkrechner gesteuert werden. Für den Datentransfer zwischen dem Stellwerk und den anlagentechnischen Komponenten 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 anlagentechnischen Komponenten kann diese obere Limite jedoch auch nur bei maximal 6,5 km Stelldistanz liegen.
  • 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.
  • 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.
  • 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 wird. 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 anlagentechnische Komponente genannt) werden ersetzt durch adernsparende und einfach zu montierende Bus- oder Ringleitungen.
  • Hiermit geht aber die bisher übliche und approbierte Überwachungsstrategie für die dezentral angeordneten anlagentechnischen Komponenten aufgrund der nicht mehr vorhandenen Punkt-zu-Punkt-Anbindung verloren. So ist es beispielsweise bei bestehenden Weichendiagnoseeinrichtungen so, dass diese die Spannungen und Ströme beim Umstellen einer Weiche durch das Anbringen von Spannungs- und Stromwandlern an den Zuleitungen zum Motor des Weichenantriebs messen. Bei Signalen wird der am Signal anzuzeigende Signalbegriff von der Stellwerkkarte mittels eines modulierten Wechselspannungssignals an die gleisseitige Signalsteuereinheit übertragen und der entsprechende Stromfluss der gemäss dem übermittelten Signalbegriff aktivierten Lampenströme auf der Stellwerkkarte überwacht. All diese Überwachungsrichtungen, mit denen Sicherheitslevels bis SIL4 erreichbar sind, erfordern jedoch erhebliche Mittel im Stellwerk sowie umfangreiche Verkabelungen und sicherheitstechnische Überprüfungen, sodass ein neuer Weg für ein weniger materialintensive vereinfachte Diagnose der anlagentechnischen Komponenten beschritten werden muss. Dieser neue Weg muss zudem auch der Anschaltung der anlagentechnischen Komponenten an die o.g. Energiebusse Rechnung tragen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diagnose von räumlich verteilt angeordneten anlagentechnischen Komponenten, insbesondere Komponenten der Zugsicherung und/oder Zugbeeinflussung, die zur Erfüllung ihrer bestimmungsgemässen Aufgabe elektrischen Strom verbrauchen, anzugeben, das hinsichtlich des erforderlichen Verkabelungsaufwandes und des Einsatzes von Überwachungskomponenten erheblich einfacher ausgestaltet ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Diagnose von räumlich verteilt angeordneten anlagentechnischen Komponenten, insbesondere Komponenten der Zugsicherung und/oder Zugbeeinflussung, die zur Erfüllung ihrer bestimmungsgemässen Aufgabe elektrischen Strom verbrauchen, gelöst. Dabei umfasst dieses Verfahren die folgenden Verfahrensschritte:
    1. a) Anschliessen von einer Vielzahl von anlagentechnischen Komponenten an eine elektrische Stromversorgungsleitung;
    2. b) Anschliessen eines Messwandlers für Spannung und Strom an die Versorgungsleitung zwischen einer an die Versorgungsleitung angeschlossenen Versorgungsquelle und einer nächst zur Versorgungsquelle an der Versorgungsleitung angeschlossenen anlagentechnischen Komponente;
    3. c) Auswerten der von dem Messwandler gelieferten Strom- und Spannungswerte durch Vergleich des in einem Messintervall aufgenommenen Strom- und Spannungsverlaufs mit für die anlagentechnischen Komponenten im ungestörten Zustand bei Ausübung der bestimmungsgemässen Funktion aufgenommenen Strom- und Spannungssignaturen; und
    4. d) bei Erreichen einer vorbestimmten Abweichung Aussenden eines Diagnosesignals.
  • Auf diese Weise ist es möglich, bei vielen an der Versorgungsleitung angeschlossenen Verbraucher (anlagetechnischen Komponenten) ermitteln zu können, welcher Strom- und Spannungsverlauf aufgrund der bekannten Strom- und Spannungssignaturen von einem Regelverlauf abweicht und daher ein Diagnosesignal auslöst. Somit ist es hier auch möglich, bereits frühzeitig eine Abweichung vom Regelverlauf festzustellen, der für eine zukünftige Fehlfunktion einer anlagentechnischen Komponente im Wege einer Frühwarnung indikativ sein könnte. Beispielhaft könnte ein fehlerhafter Glühfaden genannt werden, der einen höheren Widerstand verursacht und daher wohl in Kürze durchbrennen wird. Ein anderes Beispiel könnte die Leistungsaufnahme eines Weichenmotors sein, die eine auffällig hohe und lange Leistungsaufnahme zu Beginn der Weichenumstellbewegung zeigt und daher ein Indiz dafür sein könnte, dass die Gleitbedingungen für die Weichenzunge auf den Gleitstühlen nicht mehr optimal sind und daher eine Schmierung der Weiche erforderlich sein dürfte.
  • Selbst bei vielbefahrenen Eisenbahnstrecken ist es in der Regel wohl eher nicht so, dass die Aussagekraft des aufgenommenen Strom- und Spannungsverlauf durch eine zu hohe Anzahl gleichzeitig aktiver anlagentechnischer Komponenten verwischt wird. Dennoch kann es in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die an der Versorgungsleitung angeschlossenen anlagentechnischen Komponenten schrittweise oder gezielt einzeln oder in Gruppen zusammengefasst betätigt werden könnten. Damit ist es möglich, das Verhalten einzelner anlagentechnischen Komponente besonders unter die Lupe nehmen zu können.
  • Damit bei den Vergleichen der aufgenommenen Strom- und Spannungsverläufe sogar innerhalb von einer Gruppe von gleichartigen anlagentechnischen Komponenten eine bestimmte anlagentechnische Komponente individualisiert werden kann, kann es sinnvoll sein, bei der Inbetriebnahme von einer anlagentechnischen Komponente die Strom- und Spannungssignatur aufzuzeichnen und diese der jeweiligen anlagentechnischen Komponente zuzuordnen. So kann zum Beispiel auch ein Unterschied im Anlaufen von Weichenmotoren individualiert werden, sodass ein allenfalls von dem üblichen Strom- und Spannungsverlauf für Weichenmotoren abweichender Verlauf nicht grundsätzlich schon als Fehler zu bewerten ist, sondern eben einer bestimmten schon von Beginn an abweichenden anlagentechnischen Komponente, hier anderer Weichenmotor oder baugleicher Weichenmotor, aber spezielle Weichenkonfiguration/-situation, zugeordnet werden kann.
  • Ebenso kann es in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die an der Versorgungsleitung angeschlossenen anlagentechnischen Komponenten schrittweise oder gezielt einzeln oder in Gruppen zusammengefasst von der Versorgungsleitung isoliert werden können. So ist es möglich bei Verdacht einer fehlerhaften anlagentechnischen Komponente durch das Isolieren einzelner anlagentechnischer Komponente in einem Expertenmodus die Ursache für einen abweichenden Strom- und Spannungsverlauf eruieren zu können.
  • Weiter kann es auch Gründen einer höheren Auswertegeschwindigkeit der aufgenommen Strom- und Spannungsverläufe und/oder spezifischeren Auswertung auch vorgesehen sein, dass das Auswerten der von dem Messwandler gelieferten Strom- und Spannungswerte in einem vorgebbaren Frequenzband ausgeführt wird. Gerade auch durch diese spektrale Analyse der aufgenommenen Strom- und Spannungsverläufe können bei dem Vergleich mit den Strom- und Spannungssignaturen des Neuzustandes bereits vor dem Ausfall einer anlagentechnischen Komponente Aussagen über deren Zustand hinsichtlich Alterung und/oder Verschleiss abgeleitet werden.
  • Für das Umfeld des schienengebundenen Verkehrs ist es typisch, wenn als anlagentechnische Komponenten eisenbahngleisseitig angeordnete elektronischen Einheiten verwendet werden, wobei mit den eisenbahngleisseitig angeordneten Komponenten Komponenten der Zugsicherung und/oder der Zugbeeinflussung, wie Signale, Balisen, Gleismagnete, Gleisstromkreise, Achszähler, Weichen, Linienleiter, Bahnschranken und dergleichen, angesteuert und/oder spannungsversorgt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • 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 gemäss dem Stand der Technik;
    Figur 2
    in schematischer Ansicht eine Netzknoteneinheit zur Verbindung einer dezentralen Funktionseinheit mit dem Datenbus und Energiebus gemäss dem Stand der Technik; und
    Figur 3
    in schematischer Ansicht eines Schaltbildes der für das Verfahren zur Diagnose von räumlich verteilt angeordneten dezentralen Stellteilen in einem Eisenbahnnetzwerk.
  • Figur 1 zeigt schematisch eine moderne Stellwerkarchitektur mit einem System SYS, das u.a. ein Stellwerk STW, einen redunant aufgebauten Datenbackbone NB1, NB2, einem Datenbus CB und einen Energiebus EB mit zwei Speisestellen PS1 und PS2 aufweist. Das Stellwerk STW steuert den Zugverkehr auf einem Gleisabschnitt G, in welchem hier beispielhaft Signale S, Weichen W, ein Bahnübergang Bue und Achszähler AC angeordnet sind. Diese Zugsicherungs- und beeinflussungskomponenten 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 der Zugriff auf die Datenbackbones NB1 und NB2 gegeben ist. Der Datenbus CB koppelt dabei mit entsprechenden Routern/Switches SW an dem jeweiligen Datenbackbone NB1, NB2 an.
  • 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, eine Kommunikationseinheit SCU und den eigentlichen Element Controller EC. Die Kommunikationseinheit SCU wird für den Datenaustausch über beide Äste des Datenbusses CB verwendet. Energieseitig ist die Netzknoteneinheit SND so ausgestaltet, dass sie an beiden Ästen des Energiebusses EB ankoppelt. Die Netzknoteneinheit SND steuert und überwacht den Energiebus EB, detektiert Stromüberschreitungen innerhalb des Energiebusses EB und beim angeschlossenen Verbraucher (SPU mit EC). In redundanter Weise wird sie immer von zwei Seiten her mit elektrischer Energie versorgt und verfügt daher in einem Schaltmodul S über einen linken Schalter S1 und einen rechten Schalter S2 sowie über einen Lastschalter S3 zur Versorgungseinheit SPU des Element Controllers EC. Das Schaltmodul S umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch eine Steuer- und/oder Auswertelogik SL, die beispielsweise zur Messung der Spannungen und/oder Ströme an den Eingängen des Energiebusses EB in der Netzknoteneinheit SND eingesetzt wird.
  • 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. zum Aktivieren des Handbetriebs des SND über Fernzugriff und Betätigen der Schalter S1 bis S3, zur Abgabe von Diagnosedaten an das Stellwerk oder an ein übergeordnetes Service- und Diagnosesytem, Abfrage der aktuellen Spannungen, Ströme, Energie- und Leistungswerte, Parametrierung des SND, zur Abgabe und/oder Empfang von Daten für die Aufladung/das Energiemanagement eines hier nicht weiter dargestellten Energiespeichers oder für 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 repräsentiert hier auch ein entsprechendes Auswertemodul, dass die empfangenen Daten bestimmungsgemäss auswertet.
  • Diese vorstehend beschriebenen Ausgestaltungsformen gelten so für ein System SYS neuester Bauart, bei der die dezentralen Funktionseinheiten nicht mehr stellwerkseitig auf die Strom- und Leistungsaufnahme überwacht werden. Vielmehr geschieht dies nun auf den Netzknoteneinheiten SND selbst. Sämtlicher Austausch der Ergebnisse zur Überprüfung des Strom- und Spannungsverlaufs bei der Ausübung der bestimmungsgemässen Funktion erfolgt über den Datenbus CB. Es ist dabei leicht ersichtlich, dass der pro Funktionseinheit zu treibende Aufwand für die aus dem Stellwerk heraus ins Feld verlagerten Überwachungsaufgaben vergleichsweise gross ist.
  • Um nun eine Vielzahl von dezentralen Funktionselementen (anlagetechnischen Komponenten) elektrisch hinsichtlich des Strom- und Spannungsverlaufs überwachen zu können, schlägt die vorliegende Erfindung ein gegenüber den System SYS vergleichsweise einfacheres Verfahren vor. Dieses Verfahren ist auch dann zweckmässig, wenn hinsichtlich der Überwachungs- und Steuerungslösungen die heute standardmässig eingesetzte Stellwerktechnologie mit herkömmlichen Relaisstellwerken und/oder elektronischen Stellwerken verwendet wird.
  • Das Verfahren sieht es nun vor, dass - wie in Figur 3 gezeigt - mehrere elektrische Verbraucher (=anlagentechnische Komponenten) V1 bis Vn an einer Versorgungsleitung L angeschlossen sind. Die Versorgungsleitung L selbst ist an einer Stromversorgungseinheit PS angeschlossen und bezieht von dort die für die Verbraucher V1 bis Vn erforderliche elektrische Leistung. In die Versorgungsleitung L sind ein Amperemeter 2 und ein Voltmeter 4 geschaltet, die den Strom- und Spannungsverlauf messen und an eine Diagnoseeinrichtung 6 übertragen. Dabei sind das Amperemeter 2 und das Voltmeter 4 so in die Versorgungsleitung L eingeschaltet, dass der zwischen einer Stromversorgungseinheit PS und den nächst zur Stromversorgungseinheit PS angeschlossenen Verbrauchern V1 bis Vn fliessende Strom I und die Spannung U gemessen werden.
  • Die Diagnoseeinheit 6 wertet die von dem Amperemeter 2 und Voltmeter 4 gelieferten Strom- und Spannungswerte aus, indem diese tatsächlichen Verbrauchswert mit für die Verbraucher V1 bis Vn im ungestörten Zustand bei Ausübung der bestimmungsgemässen Funktion aufgenommenen Strom- und Spannungssignatur verglichen werden. Wird dabei eine vorbestimmte Abweichung erreicht, wird ein Diagnosesignal an eine Wartungsstelle 8 und/oder eine Wartungsperson abgesetzt. Auf diese Weise können mit diesem Verfahren mit geringem Aufwand ganze Versorgungsbereiche mit einer Vielzahl von darin angeordneten Verbrauchern V1 bis Vn überwacht werden. Dieses Verfahren erfordert daher weder an den einzelnen Verbrauchern angeordnete Diagnosemittel noch eine Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung vom Stellwerk zu den Verbrauchern V1 bis Vn. Es können dabei grundsätzlich alle Arten von elektrischen Verbrauchern mit der Diagnoseeinheit 6 überwacht werden, wenn sich für diese jeweils ein charakteristische Muster der Verbrauchswerte von Spannung und Strom (Strom- und Spannungssignatur) ermitteln lässt. Das Diagnoseverfahren besteht daher im Wesentlichen, ausgehend von den bekannten Mustern der Strom- und Spannungsverläufe diejenigen Verbraucher zu identifizieren, deren aktuelle Messwerte für den Strom und die Spannung in ihrer Ausprägung von der für den Normalbetrieb aufgezeichneten Ausprägung abweichen.
  • Durch die zentrale Anordnung der Diagnoseeinheit 6 in einer derartigen Stromversorgungsinfrastruktur kann es auch erforderlich sein, weitere Möglichkeiten zur Lokalisierung von entdeckten fehlerhaften Verbrauchern zu schaffen. Diese Lokalisierung kann beispielsweise auch durch die schrittweise gezielte Betätigung oder Isolation von einzelnen Verbrauchern oder Verbrauchergruppen erfolgen (siehe hierzu die angedeuteten Schalter in Figur 3). Durch die Beobachtung der sich durch diese Betätigung oder Isolation verändernden Strom- und Spannungsverläufe und damit der daraus abgeleiteten Diagnoseergebnisse ist es möglich, auf einen von einer Störung betroffenen Verbraucher schliessen zu können. Weiter können auch bei der Inbetriebnahme durch die Diagnoseeinheit 6 die Signaturen für den Strom- und Spannungsverlauf aufgenommen werden, die sich so den einzelnen Verbrauchern V1 bis Vn zuordnen lassen. Im Verlauf des Betriebs kann die Diagnoseeinheit 6 die Veränderungen in den aktuellen Strom- und Spannungsverläufen verfolgen und bei der Überschreitung von Grenzwerten den betroffenen Verbraucher eindeutig als schadhaft identifizieren.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Diagnose von räumlich verteilt angeordneten anlagentechnischen Komponenten (V1 bis Vn), insbesondere Komponenten der Zugsicherung und Zugbeeinflussung, die zur Erfüllung ihrer bestimmungsgemässen Aufgabe elektrischen Strom (I) verbrauchen; umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
    a) Anschliessen von einer Vielzahl von anlagentechnischen Komponenten (V1 bis Vn) an eine elektrische Stromversorgungsleitung (L);
    b) Anschliessen eines Messwandlers für Spannung (4) und Strom (2) an die Versorgungsleitung (L) zwischen einer Versorgungsquelle (PS) und einer nächst zur Versorgungsquelle (PS) angeschlossenen anlagentechnischen Komponente (V2, V3);
    c) Auswerten der von dem Messwandler (2, 4) gelieferten Strom- und Spannungswerte durch Vergleich des in einem Messintervall aufgenommenen Strom- und Spannungsverlaufs mit für die anlagentechnischen Komponenten (V1 bis Vn) im ungestörten Zustand bei Ausübung der bestimmungsgemässen Funktion aufgenommenen Strom- und Spannungssignatur; und
    d) bei Erreichen einer vorbestimmten Abweichung ein Diagnosesignal abgesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die an der Versorgungsleitung (L) angeschlossenen anlagentechnischen Komponenten (V1 bis Vn) schrittweise oder gezielt einzeln oder in Gruppen zusammengefasst betätigt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei der Inbetriebnahme von einer anlagentechnischen Komponente (V1 bis Vn) die Strom- und Spannungssignatur aufgezeichnet wird, die der jeweiligen anlagentechnischen Komponente zugeordnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die an der Versorgungsleitung (L) angeschlossenen anlagentechnischen Komponenten (V1 bis Vn) schrittweise oder gezielt einzeln oder in Gruppen zusammengefasst von der Versorgungsleitung (L) isoliert werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Auswerten der von dem Messwandler (2, 4) gelieferten Strom- und Spannungswerte in einem vorgebbaren Frequenzband ausgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als anlagentechnische Komponenten (V1 bis Vn) eisenbahngleisseitig angeordnete elektronischen Einheiten verwendet werden, wobei mit den eisenbahngleisseitig angeordneten Komponenten Komponenten der Zugsicherung und/oder der Zugbeeinflussung, wie Signale, Balisen, Gleismagnete, Gleisstromkreise, Achszähler, Weichen, Linienleiter, Bahnschranken und dergleichen, angesteuert und/oder spannungsversorgt werden.
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