SK1702006A3 - Svietidlo LED a spôsob bezpečného ovládania svietidla LED - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka svietidla LED pre vonkajšiu svetelnú signalizáciu v železničnej zabezpečovacej technike, určeného najmä pre prejazdové zabezpečovacie zariadenia a/alebo staničné a traťové zabezpečovacie zariadenia, s LED diódami rozdelenými do sekcií, zahŕňajúce obvody ovládania a kontroly a zdroj ako napájaciu časť.

Vynález sa týka tiež spôsobu bezpečného ovládania svietidla LED, pri ktorom sa uskutočňuje kontrola funkčnosti LED diód a kontrola funkčnosti riadiacej a kontrolnej elektroniky každej sekcie svietidla LED.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti používané vonkajšie signalizačné svietidlá v rámci Českých dráh sú takmer výhradne žiarovkové. Žiarovka, ako zdroj svetla pre zabezpečovacie zariadenia, sa javí ako nevýhodná z dôvodu veľmi nízkej spoľahlivosti danej vlastnou konštrukciou a princípom svietenia. Táto vlastnosť sa z dôvodu bezpečnosti prevádzky na železnici eliminuje dvoma možnými spôsobmi:

Pri prejazdovom zabezpečovacom zariadení, t.j. výstražníku, sa používajú dvojvláknové žiarovky. V prípade prepálenia hlavného vlákna žiarovky dôjde automaticky ku prepnutiu na náhradné vlákno.

V ostatných oblastiach vonkajších signalizácií železničného zabezpečovacieho zariadenia, t.j. pri návestidlách sa v prípade prepálenia jediného vlákna žiarovky využíva princíp rozsvietenia menej povoľujúceho znaku.

Tiež nezanedbateľným faktorom pri použití žiarovkových svietidiel je aj pomerne vysoká energetická náročnosť takéhoto zdroja svetla.

Ovládanie a celá logika dohľadov nad žiarovkovými svietidlami sú vo väčšine umiestnené mimo objektov svetelných návestidiel alebo výstražníkov. Príslušná elektronika je tvorená pri starších typoch zariadení reléovými obvodmi, alebo pri novších typoch kombináciou procesorových systémov v kombinácii s kontaktným alebo bezkontaktným rozhraním. Pri kontrole svietenia žiaroviek sa využíva princíp dohľadu prúdu prechádzajúceho žiarovkou. Pri výstražníkoch sa naviac bežne používajú aj optické čidlá umiestnené v svietidlách, ktorých výstupy dávajú informáciu o svietení žiaroviek svietidiel. Na základe týchto vstupných informácií reléová alebo procesorová logika vyhodnotí funkciu svietidiel a v prípade poruchy vlákna žiarovky svietidla prepne zodpovedajúcu žiarovku na náhradné vlákno, pri výstražníkoch, alebo na žiarovku svietenia svetla menej povoľujúceho znaku pri návestidlách.

Napájanie žiarovkových svietidiel návestidiel je z dôvodu čo najmenších úbytkov napätia, distribuovaného na veľké vzdialenosti, riešené striedavým napätím 230V/50 Hz. Toto napätie sa potom transformátorom umiestneným v päte alebo blízkosti návestidla transformuje na napájacie napätie konkrétne návestnej žiarovky typu 12V/20W.

Menovité napájanie žiarovkových svietidiel výstražníkov je odvodené od napájacieho napätia logiky, či už reléovej, alebo procesorovej, ovládajúcej výstražníky, ktoré je 24V, DC. Dvojvláknové žiarovky výstražníkov sú potom typu 2x 12V, 20W.

Z vyššie uvedených dôvodov sa v rámci Českých dráh začínajú objavovať prvé svietidlá osadené LED diódami. Ide zatiaľ len o indikátory rýchlosti, čo predstavuje číslice (znak) alebo pás (symbol). Ovládanie svietenia tohto svetla je riešené pripojením či odpojením napájania. Jeho dohľad je tvorený jedným prúdovým relé, ktoré pri nedostatočnom prúde svojim odpadnutím indikuje nevyhovujúci stav svietidla pri svietení. Principiálne zapojenie LED diód v rámci tohto svietidla je klasické sérioparalelné, s priamym vzájomným vplyvom jednotlivých LED diód.

V zahraničí sa výrobou LED svietidiel pre železničné zabezpečovacie zariadenia zaoberajú napr. firmy Alstom, Ansaldo, Safetran, Westinghouse, Percept a ďalšie.

Tieto svietidlá obvykle využívajú opäť sérioparalenú kombináciu zapojenia jednotlivých LED diód, pri niektorých výrobcoch rozdelené do dvoch paralelných sekcií s nezávislým zdrojom a riadením. Z dôvodu čo najväčšej kompatibility so žiarovkovými svietidlami je ich ovládanie vyriešené pripojením napájania, kedy svietidlo svieti, alebo odpojením napájania, kedy svietidlo zhasne. Napájacie napätie týchto zahraničných svietidiel sa líši podľa jednotlivých výrobcov s možnosťou napájať jednosmerným alebo striedavým napätím podľa typu svietidla. Napájanie a teda aj samotné riadenie týchto zahraničných LED svietidiel je obvykle len dvoj drôtové a neredundantné.

Kontrola svietenia LED svietidla je pri výrobkoch týchto zahraničných firiem prednostne riešená kontrolou celkového odoberaného prúdu svietidla a to s malou citlivosťou a teda detekciou poruchy až väčšieho množstva LED diód. Veľký dôraz je tu teda kladený na spoľahlivosť samotnej LED diódy. Pri zapojení dvoch paralelných sekcií LED diód, napájaných dvoma nezávislými zdrojmi, je samozrejme výpadok každého z týchto zdrojov detekovaný.

Spoločným znakom vyššie spomenutých systémov ovládania a dohľadu LED svietidiel je ich nesporné zvýšenie spoľahlivosti oproti žiarovkovým svietidlám, založených na všeobecne platnom a fyzikálne podloženom fakte, že žiarovka má ďaleko menšiu spoľahlivosť ako je spoľahlivosť aj väčšieho počtu LED diód, v tomto prípade rádovo 200 kusov, tvoriacich jedno svietidlo. Nedochádza tu však, oproti žiarovkovým svietidlám, k žiaducemu zvýšeniu dostupnosti, teda pohotovosti. Ide len o systém 1 z 1 („1oo1“) s čiastočnou možnosťou monitorovania funkcie LED pomocou odoberaného prúdu. Ďalej sa tu využíva len princíp spínacieho kontaktného alebo bezkontaktného povelovania svietenia svetla na diaľku s rozhodovacou, vybavovacou a diagnostickou logikou umiestnenou vo vzdialenom objekte. To so sebou prináša veľké nároky na dostatočnú kabeláž, čo má podstatný vplyv na celkovú cenu zabezpečovacieho zariadenia.

Napríklad v patentovej prihláške EP 132 4641 prihlasovateľa Westinghouse Brake & Signál Holdings Ltd., GB je riešená úloha elektrického usporiadania a monitorovania prúdu LED svietidla návestidla. Svietidlo návestidla, ktoré je z hľadiska napájania a ovládania určené výhradne ako priama náhrada žiarovkového svietidla návestidla, je zložené minimálne z dvoch oddelených polí LED diód s vlastnými riadiacimi obvodmi, zapojenými paralelne. Na základe priechodu prúdu týmito poliami LED sa k napájaniu svietidla automaticky paralelne pripojí zaťažovací rezistor, ktorý spôsobí taký odber svietidla LED, ako by bolo žiarovkové. Vyhodnotenie funkčnosti svietidla prúdovými relé je rovnaké ako pri žiarovkovom svietidle. Obvod automatického pripojenia zaťažovacieho rezistora je tvorený vždy dvojicou optočlenov pre jedno pole LED. Nezhodná funkcia polí LED, t.j. nesvietenie jedného alebo viacej polí LED, je vyhodnotená samostatným relé ako „nenaliehavá signalizácia“ (non-urgent alarm). Tento obvod vyhodnotenia nie je „obvod s vlastnou bezpečnosťou“ (fail-safe). Preto je tu kladený hlavný dôraz na vyhodnotenie nesvietenia ľubovolného poľa LED pozorovateľom, napr. strojvodcom. Z tohto dôvodu musí byť rozmiestnenie jednotlivých polí LED v rámci svietidla také, aby bol ľudským okom rozpoznateľný výpadok ktoréhokoľvek z nich.

Prednosťou tohto riešenia je možnosť jednoduchej zámeny svietidla LED za jestvujúce žiarovkové svietidlo bez nutnosti úprav ovládacích a dohliadacích obvodov návestného svietidla. Princíp tohto riešenia je založený na rovnakom odbere svietidla LED, ako žiarovkového svietidla, takže nedochádza k žiadnej energetickej úspore. Ďalšou nevýhodou spomenutou v tomto vynáleze je, že charakter dohliadacieho obvodu je menej spoľahlivý ako obvod použitý na vyhodnotenie svietenia žiarovkových svietidiel. Ďalšou nevýhodou je bezpečnosť založená na ľudskom faktore, kde dohliadací obvod vyhodnotenia svietenia LED svietidla nie je „fail-safe“, teda obvod s vlastnou bezpečnosťou. Identifikáciu nesvietenia jedného poľa LED svietidla uskutočňuje strojvodca iba vizuálnym pozorovaním. V prípade výpadku poľa LED zjavne nie sú splnené optické parametre kladené na návestné svietidlo.

V českom úžitkovom vzore č. 14 134 majiteľa Betamont s. r. o., SK je popísané zapojenie elektronického dohliadacieho obvodu pre výstražníky prejazdového zabezpečovacieho zariadenia, ktoré rieši úlohu napájania a kontroly svetiel výstražníkov, tvorených maticou svietivých diód LED. Matica svietivých LED diód je rozdelená do dvoch nezávislých sériových vetiev. Každá z nich je napájaná samostatným prúdovým zdrojom. Kontrola svietivosti LED diód spočíva v monitorovaní prúdu pretekajúceho sériovou vetvou LED tzv. bezpečným hladinovým obvodom. Prúd v každej vetve je monitorovaný zvlášť. Kontrola svietenia prúdom je doplnená kontrolou napätia medzi oboma vetvami LED ďalším bezpečným hladinovým obvodom. Kontrola prúdu oboch vetiev LED aj kontrola napätia sú spoločne vyhodnocované v bezpečnom obvode logického súčinu, ktorého výstupný statický signál slúži na budenie výsledného kontrolného relé I. skupiny bezpečnosti. Výstupný statický signál je generovaný len vtedy, pokiaľ sú budené všetky vstupy výstupnými signálmi bezpečných hladinových obvodov, t.j. kontrolným prúdom LED oboch vetiev a kontrolou napätia.

Rovnako toto riešenie umožňuje zámenu svietidla LED za žiarovkové svietidlo, bez tohto aby boli nutné akékoľvek úpravy ovládacích obvodov výstražníkov, avšak s nutnosťou minimálnych úprav v obvodoch dohliadania svietenia svietidiel výstražníkov.

Nevýhodou tohto riešenia je nízka dostupnosť výstrahy. Prvá porucha LED svietidla totiž znamená poruchový stav. Ďalšou nevýhodou je statický výstupný signál dohľadu v dobe svietenia oboch svietidiel výstražníka, čo má za následok nízku spoľahlivosť informácie. Zapojenie riešia len svietidlá výstražníkov, pričom napájacie napätie je len 12V so stanoveným bližšie nešpecifikovaným povoleným rozsahom.

V japonskom patente č. 2000172986, majiteľa Nippon Signál Co. Ltd., JP je popísané riešenie poruchového detektora návestného svietidla, ktorý je schopný detekovať poruchu, t.j. rozpojenie LED diód a zníženie ich svitu, spôsobené ich starnutím. LED svietidlá pre signalizáciu sú prepojené sérioparalelne. V každej sériovej vetve je dióda na monitorovanie veľkosti svietivosti signalizačných LED. Táto monitorovacia LED je z rovnakej výrobnej série ako signalizačná LED dióda. Monitorovacia LED dióda je umiestnená na rovnakom substráte ako signalizačné LED diódy. Svietivosť monitorovacej LED diódy je snímaná, principiálne formou optočlenu, vyhodnocovacím obvodom. Pokiaľ sa vychádza zo skutočnosti, že vďaka rovnakej technológii výroby budú všetky tieto LED diódy zhodne starnúť a ich svietivosť sa bude s časom rovnako znižovať, je tak zisťovaná respektíve skôr odhadovaná aj svietivosť signalizačných LED diód, a teda je určená ich medzná úroveň svietivosti. V prípade prerušenia ľubovoľnej LED diódy v sériovej vetve, prestane monitorovacia LED dióda svietiť, čo je taktiež detekované vyhodnocovacím obvodom. Výstup výhodnocovacích obvodov všetkých sériových vetiev LED diód je zlúčený v jednom hradle, ktorého výstup je pripojený na signalizačné relé.

Ide len o obyčajný dohľad napájacieho prúdu niekoľkých vetiev LED diód a dohliada sa, či prd tečie alebo netečie. Tiež sa odhaduje zníženie svietivosti LED vplyvom ich starnutia. Navrhnutý obvod nerieši indikáciu skratu diód/y každej sériovej vetvy a ani nijako nezvyšuje dostupnosť svietidiel. Pričom obvod dohľadu svietenia LED diód nie je riešený princípom „fail safe“.

Podstata vynálezu

Uvedené vyššie spomenuté nevýhody sa odstránia alebo podstatne obmedzia navrhnutým inteligentným svietidlom LED podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že svietidlo LED je rozdelené do troch nezávislých a vzájomne elektricky oddelených sekcií LED diód, kedy aj svit iba dvoch sekcií je postačujúci pre splnenie príslušných noriem ohľadne optických vlastností svietidla pri zachovaní bezpečnosti pre povoľujúci a zakazujúci znak. Každá z troch sekcii LED má nezávislý napájači okruh, každá sekcia LED obsahuje tri nezávislé dohľady, každý výstup nezávislého dohľadu je privedený do riadiaceho obvodu inej sekcie LED a každý riadiaci obvod je vybavený vypínacím prvkom napájania susedných sekcií LED.

Hlavnou výhodou tohto vynálezu je, že toto inteligentné svietidlo LED pracuje na princípe systému „2oo3“, t.j. dve z troch.

Prednosťou tohto inteligentného svietidla LED podľa tohto vynálezu je, že - výrazným spôsobom zvyšuje dostupnosť či pohotovosť vonkajšej svetelnej signalizácie v železničnej doprave (A_s=0,999999), a to ako s ohľadom na užívateľa cestnej komunikácie pri prejazdovom zabezpečovacom zariadení, tak s ohľadom na železničnú dopravu pri staničnom, traťovom a prejazdovom zabezpečovacom zariadení,

- zvyšuje funkčnú spoľahlivosť svetelných návestidiel a výstražníkov,

- obmedzuje náklady na celkové kabelizáciu zabezpečovacích zariadení,

- obmedzuje náklady na údržbu svetelných návestidiel a výstražníkov,

- umožňuje pripojenie k moderným systémom riadenia zabezpečovacích zariadení,

- preberá a bezpečným spôsobom rieši funkcie ovládania, kontroly a dohliadania svietenia každého jednotlivého svietidla od nadradených systémov.

Je výhodné, keď nezávislým dohľadom je najmenej jeden prúdový dohľad, ktorý najjednoduchším spôsobom umožňuje kontrolu svietenia LED diódy. Nezávislým dohľadom môže byť tiež napäťový dohľad či optický dohľad.

Nezávislým dohľadom môže byť najmenej jeden obvod ovládania a monitorovania funkcie LED, čo predstavuje optimálne spojenie inej dohliadacej a ovládacej funkcie riadenia LED diód v jednom obvode.

Nezávislé dohľady môžu byť tiež vytvorené dvoma prúdovými dohľadmi LED a jedným obvodom ovládania a monitorovania funkcie LED, čo je výhodné usporiadanie pre železničné svietidlo LED.

Riadiacim obvodom je s výhodou riadiaci procesor, ktorý združuje ovládacie funkcie vyhodnotenia všetkých dohliadacích prvkov. Riadiaci obvod môže byť vytvorený aj z diskrétnych polovodičových obvodov, prípadne reléových obvodov.

V konkrétnom dlhodobo odskúšanom a výhodnom usporiadaní má nezávislý prúdový dohľad privedený výstup do riadiaceho procesora prvej susednej sekcie LED, druhý nezávislý prúdový dohľad má výstup privedený do riadiaceho procesora druhej susednej sekcie LED a obvod ovládania a monitorovania funkcie LED vytvára kontrolu LED diód vlastnej sekcie LED diód. Tým je zabezpečená nezávislá kontrola a nezávislé vyhodnotenie stavu všetkých LED diód svietidla.

Vypínacím prvkom napájania sekcií LED diód je blok odpojenia napájania LED diód. Takýto vypínací prvok zabraňuje zobrazeniu mätúceho svetelného signálu, ktorý môže viesť ku vzniku nebezpečnej dopravnej situácie, napr. k samovoľnému rozsvieteniu viac povoľujúceho znaku.

Každá z troch sekcií je vybavená obojsmernou dátovou komunikáciou s nadradeným systémom, slúžiacou na prenos povelových a diagnostických informácií.

Výhodne je dátová komunikácia fyzicky redundantná so súbežným aktívnym stavom, čo vedie ku zvýšeniu pohotovosti LED svietidla.

Každá sekcia LED má riadiaci obvod vybavený obojsmernou priečnou komunikáciou na umožnenie komunikovania s riadiacimi obvodmi oboch zostávajúcich dvoch sekcií LED.

Zdroj elektrického prúdu je napojený na dve napájacie sústavy, ktoré zabezpečujú stabilitu svietidla LED. Svietidlo LED je teda prispôsobené na napájanie z dvoch nezávislých vonkajších napájacích zostáv, čo vedie ku zvýšeniu dostupnosti zariadenia.

Princíp spôsobu bezpečného ovládania tohto inteligentného svietidla LED podľa tohto vynálezu spočíva vtom, že sa uskutočňuje kontrolou LED diód, rozdelených do troch nezávislých a elektricky oddelených sekcií, kontinuálne a súčasne troma nezávislými dohľadmi a súčasne kontinuálnou kontrolou funkčnosti ovládacej a dohliadacej elektroniky každej sekcie svietidla LED. Pri týchto kontrolách sa detekuje každá jedna porucha, vzniknutá v jednom s obvodov, zahrňujúcich obvod ovládania svietidla LED, obvod dohľadu svietidla LED, obvod zdroja a obvod LED diód. Následne sa detekcia tejto poruchy bezpečne prenesie do nadradeného systému na jej indikáciu. Svietidlo LED zostáva plne funkčné podľa príslušných noriem pri zachovaní bezpečnostných princípov pre povoľujúci aj zakazujúci znak.

Hlavnou výhodou tohto spôsobu podľa vynálezu je, že svit iba dvoch sekcií je postačujúci na splnenie príslušných noriem ohľadne optických vlastností svietidla LED a teda táto ľubovolne vzniknutá jedna porucha nespôsobí výpadok funkcie celého svietidla LED.

Rozdelenie LED diód do troch elektricky oddelených sekcií zaručuje vzájomnú nezávislosť sekcií. Kontinuálne a súčasne uskutočňované kontroly LED diód zabezpečujú bezpečné monitorovanie LED svietidla. Detekcia poruchy jednej sekcie sa prenáša do nadradeného systému, kde je indikovaná a vyhodnocovaná. Podstatné je, že výpadok jednej sekcie LED diód nespôsobí výpadok funkcie celého svietidla.

Je výhodné pre zachovanie nezávislosti informácií o funkcii každej LED diódy, keď sa funkcia LED diód v každej sekcii riadi a dohliada samostatným riadiacim obvodom na základe informácie z nadradeného systému a diagnostických informácií z tejto sekcie aj oboch susedných sekcií.

Pre dôslednú nezávislosť a zabezpečenie bezpečnej funkcie LED svietidla je výhodné, kedy informáciu o funkcii každej LED diódy ľubovolnej jednej sekcie z troch sekcií získava riadiaci obvod, z troch nezávislých zdrojov, a to z obvodu ovládania a monitorovanie funkcie LED diód tejto jednej sekcie, z obojsmernej priečnej komunikácie s riadiacim obvodom ďalšej ľubovolnej sekcie z dvoch zostávajúcich sekcií a z obojsmernej priečnej komunikácie s riadiacim obvodom zostávajúcej poslednej tretej sekcie. Každý riadiaci obvod jednej ľubovolnej sekcie získava informáciu prenášanú obojsmernou priečnou komunikáciou o funkcii LED diód oboch zostávajúcich sekcií z prúdových dohľadov týchto susedných sekcií. Ku vyhodnoteniu funkcie každej LED diódy dochádza nezávisle vo všetkých troch riadiacich obvodoch, pričom ku výmene výsledných dát dochádza prostredníctvom obojsmernej priečnej komunikácie.

Bez ohľadu na informácie z nadradeného systému v prípade poruchy jednej sekcie svietidla LED povoľujúceho znaku, prípadne aj bez zhody informácií riadiacich obvodov oboch zostávajúcich sekcií, tieto riadiace obvody odpoja napájanie LED diód sekcie so zistenou poruchou. Je tak zabezpečené možnosť vypnutia napájania každej sekcie LED diód riadiacim obvodom susednej sekcie bez logickej zhody zostávajúcich sekcií, aby nedošlo k nechcenému rozsvieteniu aj len jednej sekcie LED svietidla povoľujúceho znaku.

Bez ohľadu na informácie z nadradeného systému v prípade poruchy jednej sekcie svietidla LED zakazujúceho znaku po zhode informácií riadiacich obvodov oboch zostávajúcich sekcií, tieto riadiace obvody odpoja napájanie LED diód sekcie so zistenou poruchou. V prípade nechceného rozsvietenia jednej sekcie svietidla LED zakazujúceho znaku je tak umožnené vypnutie napájania LED diód tejto sekcie po logickej zhode riadiacich obvodov zostávajúcich sekcií. Je vylúčená možnosť zhasnutia aj len jednej sekcie LED diód vplyvom poruchy ľubovolného ovládacieho obvodu.

Riadiaci obvod s nadradeným systémom obojsmerne komunikuje výhradne prostredníctvom zabezpečenej dátovej komunikácie, ktorá je fyzicky redundantná so súbežným aktívnym stavom. To zabezpečuje prenos nevyhnutných signálov aj po prerušení jednej z komunikačných liniek.

Každá sekcia svietidla LED je napájaná samostatne pre zachovanie systému „2oo3“, t.j. dve z troch.

Zdroj vytvára z dvoch vstupných napájacích sústav tri samostatné napájacie okruhy sekcií svietidiel LED, pričom výpadok ľubovolnej jednej z dvoch vstupných napájacích sústav má za následok výpadok len jedného z troch samostatných napájacích okruhov sekcií svietidiel LED, čo je optimálne riešenie pre voľbu systému 2oo3.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Príkladné uskutočnenie vynálezu je podrobne popísané ďalej a objasnené pomocou schematických výkresov, z ktorých predstavuje obr. 1 blokovú schému jednej sekcie LED svietidla a obr. 2 blokovú schému svietidla LED.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je schematicky znázornená príkladná bloková schéma jednej z troch sekcií 9 inteligentného svietidla LED, s napájaním 1 LED diód 4, a s dvoma sériovo radenými prúdovými dohľadmi 3 LED diód. Výstupy 2 prúdových dohľadov 3 sú privedené na susedné sekcie 9 LED (obr. 2). Ovládanie LED diód 4 sekcie 9 LED zabezpečuje obvod 5 ovládania a monitorovania, ktorý komunikuje s riadiacim procesorom 7. Na základe priečnej komunikácie 6 a výstupov 2 prúdových dohľadov 3 LED diód, riadiaci obvod, s výhodou riadiaci procesor 7 umožňuje aktivovať blok 13 odpojenia napájania susednej sekcie 9 LED diód. Obojsmernou komunikáciou 8 s nadradeným systémom je riadený chod celej sekcie 9 LED diód.

Na obr. 2 je znázornené prepojenie všetkých troch sekcií 9. Sekcie 9 sú prepojené jednak priečnou komunikáciou 6, jednak výstupmi 2 prúdových dohľadov 3 LED diód a ďalej ovládaním bloku 13 odpojenia napájania LED diód. Napájacie okruhy 12 sekcií 9 LED diód sú tvorené v zdroji H z dvoch nezávislých napájacích sústav 10.

Všetky LED diódy 4 jedného LED svietidla sú rozdelené do troch nezávislých sekcií 9 LED diód a sú rozmiestnené takým spôsobom, že svietenie aj len dvoch z týchto troch sekcií 9 LED zabezpečuje splnenie všetkých požiadaviek príslušných noriem na optické viastnosti daného svietidla. LED diódy 4 sú riadené obvodmi 5 ovládania a monitorovania LED diód, umožňujúce navzájom na sebe nezávislé napájanie 1 sekcie 9 LED diód 4. Teda fubovolná porucha, t.j. rozpojenie, alebo skrat, ktorejkoľvek LED diódy 4 nijako neovplyvní svit ostatných LED diód 4 a tým ich optické a spoľahlivostné parametre. Tieto obvody 5 ovládania LED diód 4 umožňujú aj monitorovanie ich funkčnosti. Ľubovolná porucha pripojenej LED diódy 4, t.j. rozpojenie, ale aj skrat, je detekovaná a táto informácia je postúpená riadiacemu procesoru 7. Každá sekcia 9 LED má svoj vlastný nezávislý riadiaci procesor 7. Nezávislý riadiaci procesor 7 spracováva povelové informácie, prichádzajúce z nadradeného systému 8 napr. povely „rozsvieť svetlo“, „rozsvieť kmitavé svetlo“, „zhasni svetlo“ atp. Súčasne stým, nezávislý riadiaci procesor 7 ďalej spracováva informácie z obvodov 5 g

ovládajúcich a monitorujúcich LED diódy „svojej“ sekcie 9. Súčasne nezávislý riadiaci procesor 7 spracováva rovnako informácie z priečnej komunikácie 6 medzi všetkými troma riadiacimi procesormi 7 a tiež informácie z výstupov 2 prúdových dohľadov 3 LED diód oboch susedných sekcií 9 LED diód. Prúdové dohľady 3 LED diód snímajú celkový odoberaný prúd príslušnej sekcie 9 LED diód. Spracovaním všetkých týchto informácií dochádza k jednoznačnému zisteniu informácií o funkcii a okamžitom stave každej jednotlivej LED diódy 4, každého jednotlivého riadiaceho a monitorujúceho obvodu 5 a každého riadiaceho procesora 7.

Aby vplyvom poruchy rozhodovacej alebo vybavovacej časti zariadenia, tvorenej riadiacim procesorom 7 a obvodmi 5 ovládania a monitorovania funkcie LED diód, nemohlo dôjsť k rozsvieteniu príslušnej sekcie 9 LED svietidla povoľujúceho znaku, napr. návestia v čase keď má byť zhasnuté, je umožnené každému riadiacemu procesoru 7 trvalo odpojiť napájanie LED diód 4 susedných sekcií 9 blokom 13 odpojenia napájania LED diód 4 v svietidle povoľujúceho znaku bez ohľadu na ostávajúce riadiace procesory 7.

Aby vplyvom poruchy rozhodovacej alebo vybavovacej časti zariadenia, tvorenej riadiacim procesorom 7 a obvodmi 5 ovládania a monitorovania funkcie LED diód nemohlo dôjsť ku zhasnutiu viac ako jednej sekcie 9 LED svietidla zakazujúceho znaku, napr. návestia, je umožnené vždy dvom riadiacim procesorom 7 len až po ich zhode, t.j. po logickom súčine, trvalo odpojiť napájanie LED diód 4 tretej sekcie 9 v svietidle zakazujúceho znaku blokom 13 odpojenia napájania LED diód 4.

Napájanie jednotlivých sekcií 9 LED vrátane riadiacej a dohliadacej elektroniky je riešené separátne, to znamená, že výstupom bloku zdroja 11 sú tri nezávislé napájacie okruhy 12 sekcií 9 LED. Dve privedené vstupné napätia napájacích sústav 10 , t.j. podľa potreby rôzne alebo jednotné napájacie sústavy ľubovolnej kombinácie AC a/alebo DC, sú v rámci zdroja H transformované na tri výstupné napájacie okruhy 12 sekcií 9 LED, takým spôsobom, že výpadok vstupného napätia ľubovolnej napájacej sústavy 10 má za následok výpadok len 1/3 výstupných napájacích okruhov 12 sekcií 9 LED, pričom všetky požiadavky príslušných noriem na optické vlastnosti daného svietidla tak zostávajú zachované. Funkčnosť jednotlivých nutne potrebných obvodov bloku zdroja 11 sú neustále testované riadiacimi procesormi 7 jednotlivých sekcií 9 LED.

Povelové informácie prichádzajúcej komunikácie 8 s nadradeným systémom, napr. „rozsvieť svetlo“, rozsvieť kmitavé svetlo“, zhasni svetlo“ atp. a zároveň diagnostické informácie odosielané do nadradeného systému komunikácií 8 napr. „svetlo svieti“, „svetlo nesvieti“, „bezporuchový stav“, „porucha“ a jej typ atp. sú prenášané výhradne pomocou dátovej komunikácie 8. Táto komunikácia 8 je fyzicky redundantná, predstavujúca dve nezávislé linky, so súbežným aktívnym stavom.

Príkladné konkrétne uskutočnenie je jedným z množstva možných uskutočnení. Sú možné aj iné uskutočnenia v rámci rozsahu patentových nárokov.

Priemyselná využiteľnosť

Pri prejazdovom zabezpečovacom zariadení ide o červené a biele svietidlá LED výstražníkov.

Pri staničnom a traťovom zabezpečovacom zariadení ide o červené, žlté, zelené, modré a biele svietidlá LED hlavných návestidiel (t.j. vjazdových, odjazdových, cestových, oddielových a krycích), predzvestí hlavných návestidiel, opakovacích predzvestí hlavných návestidiel, zorad’ovacích návestidiel, opakovacích zorad’ovacích návestidiel, spádoviskových návestidiel, opakovacích spádoviskových návestidiel a prejazd n íkov.

Claims (19)

1. Svietidlo LED vonkajšej svetelnej signalizácie v železničnej zabezpečovacej technike, určené najmä pre prejazdové zabezpečovacie zariadenia a/alebo staničné a traťové zabezpečovacie zariadenia, s LED diódami (4) rozdelenými do sekcií (9), zahŕňajúce obvody ovládania a dohliadania a zdroj (11) ako aj napájaciu časť, vyznačujúce sa tým, že

- je rozdelené do troch nezávislých a vzájomne elektricky oddelených sekcií (9) LED diód (4), kedy aj svit dvoch sekcií (9) LED je postačujúci na splnenie požadovaných optických vlastností svietidla LED, pri zachovaní bezpečnosti pre povoľujúci a zakazujúci znak,

- každá sekcia (9) LED má nezávislý napájači okruh (12),

- každá sekcia (9) LED obsahuje tri nezávislé dohľady,

- výstup každého nezávislého dohľadu je privedený do iného riadiaceho obvodu sekcií (9) LED a

- každá sekcia (9) LED je vybavená vypínacím prvkom napájania (1) každej zo susedných sekcií (9).

2. Svietidlo LED podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že nezávislým dohľadom je najmenej jeden prúdový dohľad (3) LED.

3. Svietidlo LED podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že nezávislým dohľadom je najmenej jeden obvod (5) ovládania a monitorovania funkcie LED.

4. Svietidlo LED podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že riadiacim obvodom je riadiaci procesor (7).

5. Svietidlo LED podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že vypínacím prvkom napájania (1) je blok (13) odpojenia napájania LED každej zo susedných sekcií (9) LED, ovládaný z riadiacich obvodov oboch susedných sekcií (9) LED.

6. Svietidlo LED podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že každá sekcia (9) LED má svoj riadiaci obvod vybavený obojsmernou dátovou komunikáciou (8) s nadradeným systémom.

7. Svietidlo LED podľa nároku 6, vyznačujúce sa tým, že dátová komunikácia (8) je fyzicky redundantná so súbežným aktívnym stavom.

8. Svietidlo LED podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že každá sekcia (9) LED má riadiaci obvod vybavený obojsmernou priečnou komunikáciou (6) ne umožnenie komunikovania s riadiacimi obvodmi oboch zostávajúcich sekcií (9).

9. Svietidlo LED podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že zdroj (11) elektrického prúdu je napojený na dve napájacie sústavy (10).

10. Svietidlo LED podľa nároku 2 alebo 3, vyznačujúce sa tým, že tri nezávislé dohľady sú vytvorené

- dvoma prúdovými dohľadmi (3) LED a

- jedným obvodom (5) ovládania a monitorovania funkcie LED.

11. Svietidlo LED podľa nároku 10, vyznačujúce sa tým, že

- jeden z nezávislých prúdových dohľadov (3) LED má svoj výstup (2) privedený do riadiaceho obvodu jednej susednej sekcie (9) LED,

- zostávajúci druhý nezávislý prúdový dohľad (3) má výstup (2) privedený do riadiaceho obvodu zostávajúcej druhej susednej sekcie (9) LED,

- obvod (5) ovládania a monitorovania funkcie LED, na vytváranie kontroly LED diód (4) vlastnej sekcie (9) LED, je napojený na riadiaci obvod vlastnej sekcie (9) LED a

- do tohto riadiaceho obvodu sú privedené dva výstupy (2) prúdových dohľadov zostávajúcich dvoch sekcií (9) LED.

12. Svietidlo LED podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že vypínacím prvkom napájania (1) LED diód (4) je blok (13) odpojenia napájania LED.

13. Spôsob bezpečného ovládania svietidla LED podľa nárokov 1 až 12, pri ktorom sa uskutočňuje kontrola funkčnosti LED diód (4) a kontrola funkčnosti riadiacej a dohliadacej elektroniky každej sekcie svietidla LED, vyznačujúci sa tým, že kontrola funkčnosti LED svietidla sa uskutočňuje

- kontrolou každého obvodu LED diód (4) kontinuálne a súčasne troma nezávislými dohľadmi a

- súčasne kontinuálnou kontrolou funkčnosti ovládacej a dohliadacej elektroniky každej sekcie (9) svietidla LED,

- pri týchto kontrolách sa detekuje každá jedna porucha, vzniknutá v jednom z obvodov, zahŕňajúcich obvod ovládania svietidla LED, obvod dohľadu svietidla LED, obvod zdroja (11) a obvod LED diód (4),

- následne sa detekcia tejto poruchy bezpečne prenesie do nadradeného systému na jej indikáciu,

- pritom svietidlo LED zostáva plne funkčné podľa príslušných noriem pri zachovaní bezpečnostných princípov pre povoľujúci a zakazujúci znak.

14. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že funkcia LED diód (4) v každej sekcii (9) sa riadi a dohliada samostatným riadiacim obvodom, na základe informácie z nadradeného systému a diagnostických informácií z tejto sekcie (9) aj z oboch zostávajúcich sekcií (9).

15. Spôsob podľa nároku 14, vyznačujúci sa tým, že informáciu o funkcii každej LED diódy (4) ľubovolnej jednej sekcie (9) z troch sekcií (9) získava riadiaci obvod z troch nezávislých zdrojov, a to

- z obvodu (5) ovládania a monitorovania funkcie LED tejto jednej sekcie (9),

- z obojsmernej priečnej komunikácie (6) s riadiacim obvodom ďalšej ľubovolnej sekcie (9) z dvoch zostávajúcich sekcií (9) LED,

- z obojsmernej priečnej komunikácie (6) s riadiacim obvodom zostávajúcej poslednej tretej sekcie (9) LED,

- pričom každý riadiaci obvod jednej ľubovolnej sekcie (9) získava informáciu prenášanú obojsmernou priečnou komunikáciou (6) o funkcii LED diód (4) oboch zostávajúcich sekcií (9) LED z prúdových dohľadov (3) týchto susedných sekcií (9).

16. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že bez ohľadu na informácie z nadradeného systému, v prípade poruchy jednej sekcie (9) svietidla LED povoľujúceho znaku, prípadne aj bez zhody informácií riadiacich obvodov oboch zostávajúcich sekcií (9), tieto riadiace obvody odpoja napájanie (1) LED diód (4) sekcie (9) so zistenou poruchou.

17.Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že bez ohľadu na informácie z nadradeného systému, v prípade poruchy jednej sekcie (9) pri svietidle LED zakazujúceho znaku, po zhode informácií riadiacich obvodov oboch zostávajúcich sekcií (9), tieto riadiace obvody odpoja napájanie (1) LED diód (4) sekcie (9) so zistenou poruchou.

18. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že riadiaci obvod s nadradeným systémom obojsmerne komunikuje výhradne prostredníctvom zabezpečenej obojsmernej dátovej komunikácie (8), ktorá je prednostne fyzicky redundantná so súbežným aktívnym stavom.

19. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že zdroj (11) elektrického prúdu vytvára z dvoch vstupných napájacích sústav (10) tri samostatné napájacie okruhy (12) pre tri oddelené sekcie (9) svietidiel LED, pričom výpadok ľubovolnej jednej z dvoch vstupných napájacích sústav (10) má za následok výpadok len jedného z troch samostatných napájacích okruhov (12) sekcií (9) svietidiel LED, takže svietidlo LED zostáva plne funkčné.