Beschreibung
Verfahren zur Weichendiagnose und Weichendiagnoseeinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Weichendiagnose nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf eine Weichendiagnoseeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 3. Ein solches Verfahren und eine solche Einrichtung sind unter anderem aus Signal und Draht (91) 3/99, Seite 34 bekannt.
Störungen an Weichen können zeitraubende und kostspielige Betriebsbehinderungen verursachen. Derartige Behinderungen lassen sich heute dank moderner Technik aber weitgehend vermeiden. Über Weichendiagnosesysteme lassen sich oberbautechnische und sicherungstechnische Störungen im Bereich einer Weiche vielfach schon in der Entstehungsphase erkennen; die vorbeugende Weichendiagnose eröffnet die Möglichkeit, durch eine zeitoptimierte Wartung dem Ausfall einer Weiche gezielt und dosiert • entgegenzusteuern. Neben der Verringerung der Instandhaltungskosten von Weichen geht dabei insbesondere eine Erhöhung der Verfügbarkeit durch Verringerung von Betriebsbehinderungen als Folge von Wartungsarbeiten und Weichenstörungen einher.
Die aus Signal und Draht bekannte Weichendiagnoseeinrichtung besteht aus Spannungswandlern und Durchsteckstromwandlern, die die Spannungen und die Ströme beim Umlaufen einer Weiche an den Speiseleitungen des Antriebsmotors abgreifen. Aus diesen Größen berechnet ein Minicomputer den zeitlichen Verlauf der vom Weichenantriebsmotor aufgenommenen Wirkleistung. Die Wirkleistung nimmt linear mit dem Motormoment oder der Stellkraft zu. Das Diagnosesystem wertet
Informationsmerkmale der Wirkleistungskurve und deren
Veränderung im Verlauf der Zeit aus . Diagnoseinformationen werden gegeben durch: die Leistung während des Entriegelungshubs, die Leistung während der Zungenbewegung (Stellkraft) , die Leistung während des Verriegelungshubs, die Spannungsverlaufe und
- Veränderungen der Symmetrie und der Stromverläufe bei Drehstrom.
Das Weichendiagnosesystem gibt Informationen über: den oberbautechnischen Weichenzustand (ZungenrestSpannung, Schwergang beweglicher Teile, Klemmen durch Verschleiß) ,
- den sicherungstechnischen Instandhaltungszustand (Motorverschleiß, Abnutzung von Schaltkontakten, entstehende Kabelschaden, Stellkraftveränderungen) und
- den Pflegezustand der Weiche (Schmierung der Gleitstühle) .
Weichenantriebe werden vom Stellwerk her in ihren Endlagen überwacht'. Dazu gibt es über die Speiseleitungen, "'die
Motorwicklungen und über die motorseitigen Antriebskontakte geführte Überwachungsstromkreise, die üblicherweise aus einer Gleichspannungsquelle gespeist werden. Solange der Überwachungsgleichstrom sehr viel höher ist als der vom Weichendiagnosesystem aufgenommene Leckstrom, entsprechen die aus dem Überwachungsgleichstrom abgeleiteten Überwachungsmeldungen dem Betriebszustand der jeweils überwachten Weiche. Das ist bei Relaisstellwerken und frühen elektronischen Stellwerken der Fall. In jüngster Zeit sind jedoch Überwachungstechniken entwickelt worden, die mit sehr viel niedrigeren Überwachungsströmen auskommen als bislang eingesetzte Techniken. Die Überwachungsströme solcher modernen Überwachungstechniken liegen in der Größenordnung
des Stromes, der von einer Weichendiagnoseeinrichtung aufgenommen wird. Die Verwendung von Diagnoseeinrichtungen bei Weichenantrieben, die von extrem niedrigen
Überwachungsströmen überwacht werden, würde dazu führen, dass die Überwachungsmeldungen durch die Leckströme der
Diagnoseeinrichtungen deutlich verfälscht würden. Die
Diagnoseeinrichtungen hätten damit unerwünschte Auswirkungen auf die Sicherheit des Bahnbetriebes .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Weichendiagnose anzugeben, das auch bei Weichenantrieben angewendet werden kann, die von extrem niedrigen Überwachungsströmen überwacht werden. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Weichendiagnoseeinrichtung zu schaffen.
Die Erfindung löst diese Merkmale durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 3.
Danach soll außerhalb der eigentlichen Umlaufphase eines
Antriebes die Weichendiagnoseeinrichtung eingangsseitig von den Speiseleitungen des Antriebes abgetrennt werden, jedenfalls soweit es sich dabei um Zuleitungen handelt, die zu einer Strombelastung des Überwachungskreises führen. Damit vermindert sich die Stromaufnahme der Diagnoseeinrichtung innerhalb der Zeiten, in der sie sowieso nicht wirksam ist auf den Wert null, so dass eine Beeinflussung des ÜberwachungsStromes nicht mehr gegeben ist. Die Abkopplung der Diagnoseeinrichtung von den Speiseleitungen eines Weichenantriebs geschieht vorzugsweise durch Schalter in den Zuleitungen von den Speiseleitungen zu den die VersorgungsSpannungen detektierenden Eingängen einer Erfassungs- oder Bewertungseinrichtung. Als Schalter kommen
insbesondere Relaiskontakte infrage. Die Steuerung der diese
Kontakte betätigenden Relais kann in vorteilhafter Weise aus der Bewertungseinrichtung heraus erfolgen und zwar in
Abhängigkeit von dem durch die Bewertungseinrichtung festgestellten Speisestrom in den Speiseleitungen des
Weichenantriebs . Übersteigt der Speisestrom beim Anlaufen und beim Umlaufen des Antriebs einen vorgegebenen Schwellwert, dann werden die Schalter geschlossen und die
Diagnoseeinrichtung ermittelt aus den dann aufgenommenen Strom- und Spannungswerten die aktuelle Wirkleistung des
Antriebs . Bei Erreichen der Endlage des Antriebs sinkt der vom Antriebsmotor aufgenommene Speisestrom drastisch ab und die Diagnoseeinrichtung trennt über das oder die von ihr gesteuerten Relais die Zuleitungen zur Spannungsüberwachung wieder auf.
Die Diagnoseeinrichtungen können im Stellwerk untergebracht und dabei vorzugsweise den Stell- und Überwachungseinrichtungen der einzelnen Antriebe zugeordnet -bzw. 'i-n- diese integriert sein. Es -ist aber auch möglich, die für die Weichendiagnose benötigten Strom- und Spannungswerte vor Ort in der Nähe der einzelnen Weichenantriebe auf dort dezentral angeordnete Module zu führen, die daraus gewonnenen Daten dort gegebenenfalls vorzuverarbeiten und dann in einer für mehrere Weichenantriebe gemeinsamen Diagnoseeinrichtung zu bewerten. Die Datenübertragung zu dieser gemeinsamen Diagnoseeinrichtung kann leitungsgebunden über Kupferleitungen oder Lichtwellenleiter geschehen oder drahtlos per Funk.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt den Antriebsmotor M eines nicht dargestellten Weichenantriebes, der aus dem Stellteil ST eines fernen Stellwerkes zum Umlaufen mit Energie versorgt wird. Die Versorgungsenergie stammt aus einem Drehstromnetz und wird dem Antrieb über Speiseleitungen Ll, L2, L3 und N zugeführt. Die zum An- und Abschalten des Motors M erforderlichen Steuerschaltmittel sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Endlagen des Antriebsmotors werden durch mindestens einen ÜberwachungsStromkreis überwacht, der über die Speiseleitungen zum Antrieb, die Motorwicklungen und im
Motor angeordnete Antriebskontakte geführt ist. Die
Überwachung erfolgt mit einem sehr geringen Gleichstrom.
Um Aussagen über den Betriebszustand und das Betriebsverhalten des Weichenantriebes und der ihn steuernden Schaltmittel machen zu können, gibt es eine dem betreffenden Antrieb zugeordnete Weichendiagnoseeinrichtung. Diese besteht im wesentlichen aus einer Bewertungseinrichtung B,von der die an den Speiseleitungen des Antriebes abgreifbaren Strom- und • Spannungswerte e'rfasst~und,J"entweder direkt bewertet oder einer nachgeordneten zentralen Bewertungseinrichtung zugeführt werden. Die Aussagen über das Betriebsverhalten des jeweils überwachten Antriebes geschieht durch Ermitteln der im Antrieb während des An- und Umlaufens des Antriebes umgesetzten Wirkleistung, wobei der jeweils bestimmte Wirkleistungsverlauf mit entsprechenden gespeicherten Referenzwerten oder Referenzwertebändern verglichen wird; hieraus lassen sich etwaige Abweichungen nach Größe, Richtung und Tendenz feststellen und für eine bedarforientierte Wartung verwenden. Zur Aufnahme der vom Motor aufgenommenen Ströme dienen Stromwandler SWl bis SW3 , die als Durchstreckstromwandler ausgeführt sind und die Versorgungsleitungen Ll bis L3 umgreifen. Die Stromwandler
führen der Bewertungseinrichtung Spannungen zu, die den in der jeweils überwachten Leitung fließenden Speiseströmen entsprechen. Für die Überwachung der VersorgungsSpannung sind die Speiseleitungen über gesonderte Zuleitungen Z mit der Bewertungseinrichtung verbunden, wobei in die Zuleitungen
Sicherungen SI eingefügt sein können.
Während die lediglich induktiv an die Speiseleitungen angekoppelten Zuleitungen zum Erfassen speisestromabhängiger Spannungen den Weichenkreis nicht belasten, insbesondere nicht während der Überwachungsphase, in der die Speiseleitungen üblicherweise mit einem
Überwachungsgleichstrom beaufschlagt sind, ist dies bei den galvanisch mit den Speiseleitungen verbundenen Zuleitungen zum Erfassen der VersorgungsSpannungen nicht der Fall. Über sie würde, abhängig von der Art der Ankopplung der Zuleitungen an die Speiseleitungen, aus diesen ein wenn auch nur geringer Strom entnommen und der Bewertungseinrichtung zugeführt . Diese Stromentnahme würde auch während des Übe'rwachungsvorganges stattfinden und- damit -das-"'
Überwachungsergebnis des Weichenüberwachungskreises in unerwünschter Weise verfälschen können.
Nach der vorliegenden Erfindung sollen deshalb mindestens diejenigen Zuleitungen zwischen den Speiseleitungen und der Bewertungseinrichtung, über die bei abgeschaltetem Antriebsmotor Ströme in die Bewertungseinrichtung abfließen können, während der Ruhephase des Antriebes unterbrochen werden, das heißt, die Stromaufnahme der Bewertungseinrichtung aus den Speiseleitungen wird in dieser Zeit vollständig unterbrochen oder zumindest auf einen unkritischen sehr niedrigen Wert verringert. Diesem Zweck dienen in die Zuleitungen für die Spannungsbewertung
geschaltete Schalter S*, die vorzugsweise als Relaiskontakte eines oder mehrerer parallel geschalteter Relais S ausgeführt sind. Die Schalter S* sind geschlossen, wenn während der
Anlauf- oder Umlaufphase des Antriebsmotors ein entsprechender Speisestrom über mindestens eine der
Antriebswicklungen fließt und sie sind geöffnet, wenn der
Motor stillgesetzt und die Speisung unterbrochen wurde. Die
Steuerinformationen zum Betätigen der Schalter können aus dem
Stellwerk stammen; sie können aber auch vom Antrieb oder von der Bewertungseinrichtung erzeugt werden, die hierzu über die
Stromwandler SWl bis SW3 die beim An- und Umlaufen in den
Speiseleitungen Ll bis L3 fließenden Speiseströme erfasst.
Dadurch, dass während der Ruhephase des Antriebes von der Bewertungseinrichtung kein oder ein nur sehr geringer Strom aus den Speiseleitungen zum überwachten Antrieb entnommen wird, wird der stellwerkseitige Überwachungsström durch den Leckstrom der Bewertungseinrichtung nicht oder nicht nennenswert verfälscht, so dass das Überwachungsergebnis des Stellwerkes eindeutig dem jeweilige Zustand des überwachten Weichenantriebes entspricht.
Die Bewertung der aus den Speisekreisen ausgekoppelten Strom- und Spannungswerte erfolgt vorzugsweise in einer Bewertungseinrichtung, die im Stellwerk angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, eine solche Bewertung vor Ort in der Nähe der Weichenantriebe oder an beliebiger Stelle zwischen Stellwerk und Weichenantrieben vorzunehmen. Die jeweiligen Strom- und Spannungswerte oder die daraus gebildeten Werte der Wirkleistung können vor Ort zwischengespeichert und in vorgegebenen Abständen ausgelesen und leitungsgebunden oder drahtlos an eine für mehrere Weichenantriebe gemeinsame
Bewertungseinrichtung übermittelt werden, in der die Diagnose für eine Vielzahl von Weichenantrieben stattfindet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor des zu überwachenden Weichenantriebs als
Drehstrommotor ausgeführt. Die Erfindung ist nicht auf die Überwachung von Drehstromantrieben beschränkt, sondern lässt sich sinngemäß auch bei beliebigen anderen Weichenantrieben vorteilhaft anwenden, zum Beispiel solchen, die aus einem einphasigen Netz oder auch aus einer
Gleichstromversorgungsquelle betrieben werden. Bei den letztgenannten Antrieben sind die Mittel zum Abgreifen speisestromabhängiger Größen beispielsweise als Hall- Generatoren auszuführen.
Prinzipiell ist es aber auch möglich, entsprechende stromabhängige Größen z.B. über in die Speiseleitungen eingefügte niederohmige Messwiederstände zu gewinnen. Wenn zu erwarten steht, dass auch über die zum Erzeugen '"' strömabhängiger Signale erforderlichen Zuleitungen Leckströme in die Bewertungseinrichtung abließen, sind auch in diese Zuleitungen entsprechende Schalter zum bedarfsweisen Auftrennen dieser Zuleitungen einzuschalten. Die Steuerung der Schalter geschieht dann vom Stellwerk oder vom Antrieb aus.