EP3787374A1 - System und verfahren zur überprüfung des leuchtens eines mit mindestens einem led-leuchtmittel ausgerüsteten leuchtpunkts - Google Patents

System und verfahren zur überprüfung des leuchtens eines mit mindestens einem led-leuchtmittel ausgerüsteten leuchtpunkts Download PDF

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EP3787374A1
EP3787374A1 EP19194555.9A EP19194555A EP3787374A1 EP 3787374 A1 EP3787374 A1 EP 3787374A1 EP 19194555 A EP19194555 A EP 19194555A EP 3787374 A1 EP3787374 A1 EP 3787374A1
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EP
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led
lighting
control unit
traffic signal
limit values
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EP19194555.9A
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Reto Schumacher
Mario Moser
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Siemens Mobility AG
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Siemens Mobility AG
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/58—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits involving end of life detection of LEDs
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/52—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a parallel array of LEDs

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for checking the lighting of a light point equipped with at least one LED lighting means in a traffic signal.
  • a significant (personal) hazard can typically also result from the process of changing the lamp, because work often has to be done in the dark, in poor weather conditions and sometimes under considerable time pressure.
  • the entrances to the light signals are sometimes quite exposed, for example on viaducts or in front of and after tunnels. Due to the increasing automation of control and interlocking technology, many stations are no longer manned nowadays, which in the event of a fault leads to the fact that the journeys to rectify the defect are longer and thus the duration of the fault, respectively. the delay minutes increase and the costs of eliminating the disruption increase.
  • LED lamps Due to the significantly longer service life of LED lamps and the fact that filament fluorescent lamps will disappear from the market in the medium to long term, there is an increasing trend towards using LED lamps when equipping / retrofitting new or existing signal systems. These LED lamps often have a large number of individual LEDs arranged in an array, which are collectively illuminated to display a signal aspect. The failure of an individual LED or a small number of individual LEDs can hardly be of any consequence due to the large number of individual LEDs, which is why the system error rate is significantly lower in addition to the longer service life of the LED compared to incandescent lamps.
  • these adaptation measures provide for the simulation of the filament characteristic for the LED light source, although additional measures must be taken in order to actually detect the lighting of the LED light source and report it back to the interlocking.
  • a light sensor is usually provided that detects the lighting of the LED light source and reports this to the monitoring unit via a separate interface.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method and a system for checking the lighting of a light point equipped with at least one LED light source in a traffic signal, with which the proper function of the light point can be reported to a higher-level control entity in an operationally safe form .
  • the limit values for the current flow and the flow voltage can have been derived from the state of the correct lighting of the at least one LED lighting means.
  • the decrease in the luminous signal point can be used to measure the flowing current and the forward voltage over the luminous point and based on this Define the limit values for measured values with a corresponding tolerance.
  • the control unit can also monitor the development over time of the measured values for the current and the forward voltage during ongoing operation of the luminous point and thus, for example, warn of impending functional failures of the luminous point if the measured values deviate too much from the initial values or setpoints and, if necessary, even an increasing negative trend for the deviations can also be observed.
  • the figure shows a schematic representation of a light point 2 of a light signal, not shown here, as it can be used in road or rail traffic.
  • the luminous point 2 is equipped with a large number of LEDs 4a to 4i, which are supplied from a constant current source 6 connected in parallel.
  • the constant current source 6 is in turn switched on and off by a control unit 8, which in turn receives its signals / commands via a data bus 10 from a higher-level control entity 12, for example from an interlocking or a control system.
  • the constant current source 6 itself is supplied via an energy bus 14 in the present case.
  • a measuring device 16 connected to the control unit 8 for detecting the current 16 flowing through the LEDs 4a to 4i and a further measuring device 18 for detecting the voltage 18 across the LEDs are now required 4a to 4i falling forward voltage provided.
  • the control unit 8 the measured current and the measured voltage are compared with predefined limit values. In this way it is determined whether the measured values are within the defined tolerances, which indicate that the LEDs 4a to 4i are lit.
  • control unit 8 sends a warning message to the higher-level control entity 12 via the data bus 10.
  • This warning message is analyzed there and the further procedure, such as exchanging the light point 2, arranging slow travel until the exchange has taken place, and the like, is determined.

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  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Überprüfung des Leuchtens eines mit mindestens einem LED-Leuchtmittel ausgerüsteten Leuchtpunkts in einem Verkehrssignal anzugeben, mit denen die ordnungsgemässe Funktion des Leuchtpunkts in betriebstechnisch sicherer Form an eine übergeordnete Steuerungsinstanz gemeldet werden kann.Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren und ein System zur Überprüfung des Leuchtens eines mit mindestens einem LED-Leuchtmittel ausgerüsteten Leuchtpunkts in einem Verkehrssignal gelöst, umfassend:a) das Verkehrssignal mit dem Leuchtpunkt (2), der das mindestens eine LED-Leuchtmittel (4a bis 4i) aufweist;b) eine Steuerungseinheit (8) für das Verkehrssignal, die den Leuchtpunkt (2) mittels einer Konstantstromquelle (6) zum Leuchten ansteuert;c) eine mit der Steuerungseinheit (8) assoziierte Messanordnung (16, 18) zum Messen des über das mindestens eine LED-Leuchtmittel (4a bis 4i) fliessenden Stroms und der über mindestens einem LED-Leuchtmittel (4a bis 4i) abfallenden Flussspannung;d) eine mit der Steuerungseinheit (8) assoziierte Vergleichsanordnung zum Vergleichen des gemessenen Stroms und der gemessenen Spannung mit vordefinierten Grenzwerten; unde) einer mit der Steuerungseinheit (8) assoziierten Kommunikationseinheit zum Absenden einer Warnmeldung an eine übergeordnete Steuerungsinstanz (12), wie z.B. an ein Stellwerk oder an ein Leitsystem, bei Feststellung einer Verletzung mindestens eines der Grenzwerte.Auf diese Weise kann sicher erkannt werden, ob der durch das mindestens eine LED-Leuchtmittel fliessende Strom auch tatsächlich zum Leuchten der LED (LEDs) führt, weil mit der Messung der Flussspannung über dem gesamten Lichtpunkt eine klare Aussage zu dessen Leuchten gemacht werden kann.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Überprüfung des Leuchtens eines mit mindestens einem LED-Leuchtmittel ausgerüsteten Leuchtpunkts in einem Verkehrssignal.
  • Nach wie vor kommt Lichtsignalen für die Steuerung von Verkehrsflüssen, insbesondere zur Steuerung des schienengebundenen Verkehrs, eine überragende Bedeutung zu, auch wenn beispielsweise in der Eisenbahntechnik mittlerweile Normen bestehen, die eine Zugbeeinflussung ausschliesslich aufgrund von per Funk in den Führerstand einer Lokomotive oder eines Steuerwagens übertragenen Informationen vorsehen (ETCS Level 2 und höher).
  • Derartige Lichtsignale sind derzeit noch zu einem weit überwiegenden Teil mit herkömmlichen Glühlampen ausgestattet. Die begrenzte Lebensdauer derartiger Leuchtmittel stellt jedoch ein sehr grosses Risiko für die Sicherheit des Verkehrs dar, weil im Besonderen im Eisenbahnverkehr Signalbegriffe aus mehreren Leuchtpunkten zusammengesetzt sein können und nichtleuchtende Signalpunkte den eigentlich anzuzeigenden Signalbegriff daher gefährlich verfälschen können. Aus diesem Grund stehen für die stellwerkseitige Überwachung der Funktion der Glühlampen vor allen Dingen solche Massnahmen bereit, die aus dem üblicherweise von einer Glühlampe aufgenommenen Lampenstrom auf die ordnungsgemässe Funktion derselben schliessen lassen. Naturgemäss besteht bei dieser Überwachungsart jedoch ein erhebliches Potential für Fehlfolgerungen, weil es beispielsweise aufgrund parasitärer Leckströme aufgrund der zum Teil sehr langen Kabelstrecken zu Stromflüssen kommt, die mit dem Leuchten der eigentlichen Signallampe überhaupt nichts zu tun haben.
  • Ebenso kann eine erhebliche (Personen-) Gefährdung typischerweise auch durch den Vorgang des Lampenwechsels resultieren, weil hier oft bei Dunkelheit, schlechten Witterungsbedingungen und mitunter auch unter erheblichem Zeitdruck gearbeitet werden muss. Besonders in gebirgigen Gebieten sind zudem die Zugänge zu den Lichtsignalen teilweise recht exponiert, beispielsweise auf Viadukten oder vor und nach Tunneln. Aufgrund der zunehmenden Automatisierung der Leit- und Stellwerktechnik sind heutzutage auch viele Stationen nicht mehr besetzt, was im Falle einer Störung dazu führt, dass die Anfahrtswege zur Behebung des Defekts länger werden und dadurch sowohl die Störungsdauer resp. die Verspätungsminuten zunehmen als auch die Kosten für die Beseitigung der Störung ansteigen.
  • In US 2004/0070519 A1 «Compact light emitting diode retrofit lamp and method for traffic signal lights» ist eine Signalleuchte offenbart, bei der die Glühlampen durch LED-Leuchtmittel ersetzt worden sind. Dabei werden zur optischen Anpassung Fresnel Linsen eingesetzt. Die LED-Leuchtmittel beinhalten dabei bereits eine eigene Energieversorgung.
  • Aufgrund der deutlich längeren Lebensdauer von LED-Leuchtmitteln und aufgrund der Tatsache, dass die Glühfadenleuchtlampen mittel- bis langfristig ganz vom Markt verschwinden werden, wird daher zunehmend bei einer Ausrüstung/Nachrüstung von neuen bzw. bestehenden Signalanlagen dazu übergegangen, LED-Leuchtmittel einzusetzen. Diese LED-Leuchtmittel verfügen oft über eine grössere Anzahl von in einem Array angeordneten Einzel-LEDs, die zur Anzeige eines Signalbegriffs kollektiv zum Leuchten gebracht werden. Der Ausfall einer Einzel-LED oder einer geringen Anzahl von Einzel-LEDs kann aufgrund der grossen Anzahl von Einzel-LEDs kaum ins Gewicht fallen, weshalb neben der gegenüber Glühlampen erhöhten Lebensdauer der LED auch die Systemfehlerrate deutlich geringer ist.
  • Da sich die Kennlinien von Glühfaden- und LED-Lampen jedoch grundsätzlich unterscheiden, sind insbesondere bei aus Relaisstellwerken versorgten Leuchtpunkten erhebliche Anpassungsmassnahmen vorzusehen, damit die deutlich geringere Leistungsaufnahme der LED-Lampen nicht zum Auslösen einer Störung führen. Diese Anpassungsmassnahmen sehen unter anderem die Nachbildung der Glühfadenkennlinie für das LED-Leuchtmittel vor, wobei jedoch zusätzliche Massnahmen getroffen werden müssen, um das Leuchten des LED-Leuchtmittels auch tatsächlich detektieren und in das Stellwerk zurückmelden zu können. Hierzu ist in der Regel ein Lichtsensor vorgesehen, der das Leuchten des LED-Leuchtmittels erfasst und dieses über eine separate Schnittstelle an die Überwachungseinheit meldet.
  • Während diese Lösung funktionell sehr zuverlässig arbeitet und auch vergleichsweise einfach zu realisieren ist, haftet ihr jedoch der Nachteil an, dass für den Überwachungspfad separate Leitungen zu verlegen und zu prüfen sind. Zudem haftet diesem Stand der Technik der aufwendigen optischen Überwachungsverfahren, bei welchen die Lichtabgabe gemessen wird, der Makel an, dass derartige Verfahren relativ kostspielig sind und zudem durch Fremdlichteinflüsse (Sonne, Scheinwerfer) Phantomlicht generiert wird, welche das eigentliche Lichtsignal maskieren können.
  • Weiter wohnt auch den LED-Leuchtmitteln rein physikalisch eine gewisse Gefahr bei der Überwachung des Leuchtens inne, da die LED-Leuchtmittel im Bahnbereich in der Signalisierungstechnik üblicherweise mit konstantem Strom versorgt werden und der Stromfluss auch hier keine Garantie für das Leuchten der LEDs sein kann. Über den Lebenszyklus können die LED-Leuchtmittel nämlich Ereignisse erfahren, welche die Betriebsdauer minimieren oder sogar den Halbleiterkristall der LED zerstören. Durch einen Blitzeinschlag oder durch die unsachgemässe Behandlung der Leuchtmittel können Spannungsspitzen hervorgerufen werden. Durch derartige Ereignisse kann die LED soweit geschädigt werden, dass die LED nicht mehr leuchtet und niederohmig wird. Trotzdem kann so der geforderte Strom über die Konstantstromquelle fliessen und es wird kein Fehler von einer Strom-Überwachungsschaltung detektiert, da der geforderte Strom (geregelte Konstantstromquelle) über die niederohmige LED fliessen kann, ohne sie zum Leuchten zu bringen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Überprüfung des Leuchtens eines mit mindestens einem LED-Leuchtmittel ausgerüsteten Leuchtpunkts in einem Verkehrssignal anzugeben, mit denen die ordnungsgemässe Funktion des Leuchtpunkts in betriebstechnisch sicherer Form an eine übergeordnete Steuerungsinstanz gemeldet werden kann.
  • Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Überprüfung des Leuchtens eines mit mindestens einem LED-Leuchtmittel ausgerüsteten Leuchtpunkts in einem Verkehrssignal gelöst, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
    1. a) Ansteuern des Leuchtpunkts mittels einer Konstantstromquelle;
    2. b) Messen des über das mindestens eine LED-Leuchtmittel fliessenden Stroms und der über mindestens einem LED-Leuchtmittel abfallenden Flussspannung;
    3. c) Vergleichen des gemessenen Stroms und der gemessenen Spannung mit vordefinierten Grenzwerten; und
    4. d) Absenden einer Warnmeldung an eine übergeordnete Steuerungsinstanz, wie z.B. an ein Stellwerk oder an ein Leitsystem oder eine Wartungseinheit, bei Feststellung einer Verletzung mindestens eines der Grenzwerte.
  • Bezüglich des Systems wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch ein System zur Überprüfung des Leuchtens eines mit mindestens einem LED-Leuchtmittel ausgerüsteten Leuchtpunkts in einem Verkehrssignal gelöst, umfassend:
    1. a) das Verkehrssignal mit dem Leuchtpunkt, der das mindestens eine LED-Leuchtmittel aufweist;
    2. b) eine Steuerungseinheit für das Verkehrssignal, die den Leuchtpunkt mittels einer Konstantstromquelle zum Leuchten ansteuert;
    3. c) eine mit der Steuerungseinheit assoziierte Messanordnung zum Messen des über das mindestens eine LED-Leuchtmittel fliessenden Stroms und der über dem mindestens einen LED-Leuchtmittel abfallenden Flussspannung;
    4. d) eine mit der Steuerungseinheit assoziierte Vergleichsanordnung zum Vergleichen des gemessenen Stroms und der gemessenen Spannung mit vordefinierten Grenzwerten; und
    5. e) einer mit der Steuerungseinheit assoziierte Kommunikationseinheit zum Absenden einer Warnmeldung an eine übergeordnete Steuerungsinstanz, wie z.B. an ein Stellwerk oder an ein Leitsystem oder eine Wartungseinheit, bei Feststellung einer Verletzung mindestens eines der Grenzwerte.
  • Auf diese Weise kann sicher erkannt werden, ob der durch das mindestens eine LED-Leuchtmittel fliessende Strom auch tatsächlich zum Leuchten der LED (LEDs) führt, weil mit der Messung der Flussspannung über dem gesamten Lichtpunkt eine klare Aussage zu dessen Leuchten gemacht werden kann. Überschreitet die gemessenen Flussspannung bei Vorliegen eines richtigen Stromflusses den vordefinierbaren Grenzwert, kann sicher von einem Leuchten der LED(s) ausgegangen werden. Ist die gemessene Flussspannung hingegen zu niedrig, ist auch die LED zu niederohmig und funktioniert nicht (mehr) ordnungsgemäss.
  • In zweckmässiger Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Grenzwerte für den Stromfluss und die Flussspannung von dem Zustand des korrekten Leuchtens des mindestens einen LED-Leuchtmittels abgeleitet worden sein. So kann beispielsweise die Abnahme des leuchtenden Signalpunkts dazu genutzt werden, den fliessenden Strom und die Flussspannung über dem Leuchtpunkt zu messen und ausgehend von diesen Messwerten mit entsprechender Toleranz die Grenzwerte zu definieren. Zugleich kann die Steuerungseinheit auch die zeitliche Entwicklung der Messwerte für den Strom und die Flussspannung im laufenden Betrieb des Leuchtpunkts überwachen und so beispielsweise auch schon vor bevorstehenden Funktionsausfällen des Leuchtpunkts warnen, wenn sich die Messwerte zu stark von den Anfangswerten oder Sollwerten entfernen und ggfs. sogar auch noch ein zunehmender negativer Trend für die Abweichungen zu beobachten ist.
  • Da ein Leuchtpunkt oft auch eine Vielzahl von einzelnen LEDs umfasst, kann dieses Verfahren auch den Ausfall einzelner oder weniger LEDs identifizieren, falls diese LEDs dann so niederohmig geworden sind, dass zumindest der grösste Teil des zur Verfügung gestellten Strom durch diese abfliesst, wodurch im Ergebnis auch die über dem Leuchtpunkt gemessene Flussspannung gegen Null tendiert. Grundsätzlich wäre es natürlich schaltungstechnisch auch möglich, jede einzelne LED bezüglich Stromfluss und Flussspannung zu überwachen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen Unteransprüchen ausgeführt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur in schematischer Darstellung einen Leuchtpunkt 2 eines hier nicht weiter dargestellten Lichtsignals, wie es im Strassen- oder Schienenverkehr eingesetzt werden kann. Der Leuchtpunkt 2 ist dabei mit einer Vielzahl von LEDs 4a bis 4i ausgestattet, die von einer Konstantstromquelle 6 parallelgeschaltet versorgt werden. Die Konstantstromquelle 6 wird wiederum von einer Steuereinheit 8 an- und ausgeschaltet, die ihre Signale/Kommandos wiederum über einen Datenbus 10 von einer übergeordneten Steuerungsinstanz 12, zum Beispiel von einem Stellwerk oder einem Leitsystem, erhält. Die Konstantstromquelle 6 selbst wird vorliegend über einen Energiebus 14 versorgt.
  • Zur Überprüfung des Leuchtens des mit den LEDs 4a bis 4i ausgerüsteten Leuchtpunkts 2 sind nun ein mit der Steuerungseinheit 8 verbundene Messeinrichtung 16 zum Erfassen des Stromes 16 über die LEDs 4a bis 4i fliessenden Stroms und eine weitere Messeinrichtung 18 zum Erfassen der Spannung 18 über den LEDs 4a bis 4i abfallenden Flussspannung vorgesehen. In der Steuerungseinheit 8 werden der gemessene Strom und die gemessene Spannung mit vordefinierten Grenzwerten verglichen. Auf diese Weise wird festgestellt, ob die Messwerte innerhalb der definierten Toleranzen liegen, die auf ein Leuchten der LEDs 4a bis 4i schliessen lassen.
  • Liegt nun einer der beiden Messwerte oder sogar beide Messwerte ausserhalb der durch die Grenzwerte definierten Bereichen sendet die Steuerungseinheit 8 über den Datenbus 10 eine Warnmeldung an die übergeordnete Steuerungsinstanz 12 aus. Dort wird diese Warnmeldung analysiert und das weitere Vorgehen, wie Austausch des Leuchtpunkts 2, Anordnung von Langsamfahrt bis zum erfolgten Austausch und dergleichen, festgelegt.
  • Durch die Messung von Strom und Flussspannung kann hier sicher auf die ordnungsgemässe Funktion des Leuchtpunkts 2 und seiner LEDs 4a bis 4i geschlossen werden. Besonders Zerstörungen der Halbleiterstrukturen in einer oder mehrerer LEDs, die zu deren Niederohmigkeit führen, können so sicher detektiert werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Überprüfung des Leuchtens eines mit mindestens einem LED-Leuchtmittel (4a bis 4i) ausgerüsteten Leuchtpunkts (2) in einem Verkehrssignal, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
    a) Ansteuern des Leuchtpunkts (2) mittels einer Konstantstromquelle (6);
    b) Messen des über das mindestens eine LED-Leuchtmittel (4a bis 4i) fliessenden Stroms und der über mindestens einem LED-Leuchtmittel (4a bis 4i) abfallenden Flussspannung;
    c) Vergleichen des gemessenen Stroms und der gemessenen Spannung mit vordefinierten Grenzwerten; und
    d) Absenden einer Warnmeldung an eine übergeordnete Steuerungsinstanz (12), wie z.B. an ein Stellwerk oder an ein Leitsystem, bei Feststellung einer Verletzung mindestens eines der Grenzwerte.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Grenzwerte für den Stromfluss und die Flussspannung von dem Zustand des korrekten Leuchtens des mindestens einen LED-Leuchtmittels (4a bis 4i) abgeleitet worden sind.
  3. System zur Überprüfung des Leuchtens eines mit mindestens einem LED-Leuchtmittel ausgerüsteten Leuchtpunkts in einem Verkehrssignal, umfassend:
    a) das Verkehrssignal mit dem Leuchtpunkt (2), der das mindestens eine LED-Leuchtmittel (4a bis 4i) aufweist;
    b) eine Steuerungseinheit (8) für das Verkehrssignal, die den Leuchtpunkt (2) mittels einer Konstantstromquelle (6) zum Leuchten ansteuert;
    c) eine mit der Steuerungseinheit (8) assoziierte Messanordnung (16, 18) zum Messen des über das mindestens eine LED-Leuchtmittel (4a bis 4i) fliessenden Stroms und der über mindestens einem LED-Leuchtmittel (4a bis 4i) abfallenden Flussspannung;
    d) eine mit der Steuerungseinheit (8) assoziierte Vergleichsanordnung zum Vergleichen des gemessenen Stroms und der gemessenen Spannung mit vordefinierten Grenzwerten; und
    e) einer mit der Steuerungseinheit (8) assoziierten Kommunikationseinheit zum Absenden einer Warnmeldung an eine übergeordnete Steuerungsinstanz (12), wie z.B. an ein Stellwerk oder an ein Leitsystem, bei Feststellung einer Verletzung mindestens eines der Grenzwerte.
  4. System nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Grenzwerte von dem Zustand des korrekten Leuchtens des mindestens einen LED-Leuchtmittels (4a bis 4i) abgeleitet worden sind.
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