WO2006056587A2 - Bahnübergangssicherungssystem - Google Patents

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WO2006056587A2
WO2006056587A2 PCT/EP2005/056197 EP2005056197W WO2006056587A2 WO 2006056587 A2 WO2006056587 A2 WO 2006056587A2 EP 2005056197 W EP2005056197 W EP 2005056197W WO 2006056587 A2 WO2006056587 A2 WO 2006056587A2
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WO
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level crossing
controller
frequency
track circuit
track
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/056197
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English (en)
French (fr)
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WO2006056587A3 (de
Inventor
Dejan Lutovac
Hans-Joachim Petersen
Christoph Kutschera
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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
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Publication of WO2006056587A2 publication Critical patent/WO2006056587A2/de
Publication of WO2006056587A3 publication Critical patent/WO2006056587A3/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L29/00—Safety means for rail/road crossing traffic
    • B61L29/08—Operation of gates; Combined operation of gates and signals
    • B61L29/18—Operation by approaching rail vehicle or train
    • B61L29/22—Operation by approaching rail vehicle or train electrically
    • B61L29/226—Operation by approaching rail vehicle or train electrically using track-circuits, closed or short-circuited by train or using isolated rail-sections

Definitions

  • the invention relates to a level crossing system according to the O-berbegriff of patent claim 1.
  • the invention has for its object to provide a level crossing ⁇ hedging system of the generic type, the level crossing controller is largely wirelessly controlled.
  • the claimed system for securing and controlling Bru ⁇ transitions is a computer-aided system, which is designed specifically for simple applications. Compared with other computer-aided and conventional relay-based level crossing systems, the system is highly competitive in terms of safety and price.
  • the system referred to below as LX7, has the functionality of an automated Bruübergangs Anlagenssys ⁇ tems for a single-track railroad line with bi-directional traffic flow.
  • the vehicle-controlled track circuits hereinafter referred to as FTC - Frequency-operated Track Circuit - called serve to Erkken ⁇ tion of trains or other rail vehicles on monitored th stretch sections.
  • An FTC is an electronic track circuit without insulated rail joints.
  • the functiona ⁇ formality of FTC is based on the variable transmission range of the signals with different frequencies to the Ab ⁇ deviations of the inductive component of the track impedance zu ⁇ recycle.
  • the transmitter connected to the track determines the transition range as a function of its operating frequency.
  • the receiver which may be connected to the track in the immediate vicinity of the transmitter, detects the change in the track impedance. If a train or other rail vehicle occupies the controlled track section, ie travels and approaches the FTC's junction, the track impedance will decrease. This change in the track impedance is registered by the receiver of the FTC, which is set to the transmission range and tuned to the operating frequency of the transmitter.
  • FIG. 1 shows the operating principle of a level crossing fuse ⁇ system
  • Figure 2 shows the essential components of a controller
  • FIG. 3 shows an arrangement of frequency-controlled track circuits and FIG. 4 shows a level crossing safety system.
  • the LX7 is an automatic level crossing controller that is controlled by the train.
  • the LX7 is activated by a frequency controlled track circuit for long range LFTC (LFTC - Long Frequency-operated Track Circuit) and by a frequenzge ⁇ controlled track circuit for short-range SFTC disabled (SFTC - Short Frequency-operated Track Circuit).
  • FTCs Fre quency ⁇ -operated Track Circuits, frequency-controlled of track circuits
  • FTCs are immune to the interference caused by overhead lines and can therefore be used equally on electrified and non-electrified lines.
  • FIG. 2 shows an LX7 architecture.
  • the LX7 is based on ei ⁇ nem PLC, a programmable logic controller. This controller is characterized by a high degree of modularity (An ⁇ demanding 2). Most of the modules used are commercially available. These modules are self-contained functional units and have been tested and approved for their intended use. Together these modules form one simple and inexpensive hardware structure, which ensures the greatest ⁇ possible application flexibility, ease of maintenance, Zu ⁇ reliability and security.
  • the LX7 has a battery-powered power supply system with a backup battery backup power supply that ensures operation of the system for a fixed period of time - typically eight hours.
  • the inputs are isolated and controlled by independent contacts of miniature safety relays . Current test functions are performed by miniature solid-state devices for various currents. This supports almost all lamp types and LED modules available worldwide.
  • the outputs are also isolated and activated via miniature safety relays.
  • the PLC platform provides easy access to the software, widespread design tools, and easy customization of the software to different application needs.
  • the software of the system is created from independent functional modules. Each module contains a special function or function group. The software will run after the ladder
  • the LX7 is preferably piert for universal applicability konzi ⁇ .
  • Country-specific differences which are determined by the respective For the most part, these are defined within the module for application data.
  • the corresponding changes relate in each case to different settings of timers. Changes to the hardware and the country-specific software will only be required to a very limited extent and will be restricted primarily to the circuits of the relay interfaces .
  • the LX7 is designed for simple applications and for everyone
  • the security of the LX7 system is based on PLC components, which are available in a basic version and a failsafe F version - Failsafe.
  • the F-versions are certified up to SIL 3 according to the CENELEC standards.
  • the Safe ⁇ ness of the system is scalable, so that the various SIL requirements can be met.
  • the basic version of the LX7 is designed to meet the requirements of SIL 1 / SIL 2. With the F version of the PLCs, the LX7 can be upgraded to SIL3 and SIL4.
  • the outputs are designed fail-safe, ie this be ⁇ usually found in an activated state.
  • the state the output relay is called up by the PLC at the appropriate processing stage. Therefore, an improper state of each individual relay is detected and displayed, so that safety precautions can be carried out via the functionality of the LX7.
  • the software can be developed based on the relay circuits that have proven themselves in safety applications for many years.
  • various country-specific prac ⁇ ken into account.
  • Checking circuits serve penüberage to Lam ⁇ and possible to detect in time to control the flashing functions to the appropriate failures and thus increase the SIL level of the system.
  • the SIL level of the system can also be increased by using the optional train control signals TCS (claim 3) .
  • the TCS can only set the route signal to continue when the appropriate release conditions have been met, namely railroad crossing switched on, path signal lights functional and LX7 errors.
  • a work contact Feh ⁇ lererkennungsrelais FDR (fault Detection Relay) mergege- is provides (claim 4).
  • the FDR performs the monitoring functions for the PLC.
  • the functionality of the FDR is UNMIT ⁇ ly after each activation of the LX7 checked.
  • the Zeit ⁇ window in which a potential failure of the PLC could remain undetected is thus considerably restricted.
  • the FDR must be activated and to be operational so that the Switzerlandkon ⁇ can be switched to release troll signals TCS.
  • the LX7 constantly monitors an approach section to recognize ei ⁇ nen possibly approaching train.
  • the LX7 able the required number of An internolsgleisab ⁇ is cut to monitor the released track section and an additional overlay release detector construction with appropriate Thomasstellenkon ⁇ without the control of the ⁇ toddlers software needs to be changed.
  • the approach track section - Vorsignalabstand - is for example in an interval of 25 to 90 seconds - up to max. 2 km defined, depending on which maximum speed in the approach track section he ⁇ can be reached.
  • the LX7 is preferably equipped with an integrated directional self-holding function, preventing a reactivation of the LX7 by a pulling train.
  • the sequence of the assignment and the release of the switch-on and switch-off components are checked and registered by the controller. If an error is detected, the LX7 turns off the track signal lamps - dark signals. If the controller fails, the flashing output is deactivated and the power supply for the route signal lamps is interrupted - dark signals.
  • the LX7 activated and switches the white lights of road signals. At the same time, the red lights of the road signals are switched on. After the last axis of the departing train clears the release the LX7 turns off and turns off the red road signal lamps and the white road signal lights again. In a normal Switzerland Switzerlandga ⁇ the LX7 bemeldung the road signals must switch the red flashing light on the white flashing light within 5 seconds after leaving the Freigabegleisab ⁇ -section. The flashing of the signal is generated and monitored by the software so that the various flashing frequencies and turn-on cycles are supported. Semiconductor relays are used for the interfaces.
  • the LX7 recognizes a train on the access track with the LFTC and the SFTC.
  • the sliding ⁇ nengleise are continuously welded or in the approach section connected in any other suitable manner, whereby the at ⁇ proximity portion at least via a ballast resistor of 1.5 Ohm / km must have.
  • Bilateral monitoring of the approach sections is done with the LFTC bidirectional application.
  • a one-sided application is possible lent.
  • isolated or electric slide ⁇ are nenlaschen on LX7 location to mount.
  • two units of LFTC are needed - one unit per Ann ⁇ ⁇ herungsgleisabêt. The advantages in this case are the possibility of recognizing the approaching train as well as the longer approaching track sections.
  • the LFTC can be installed in the LX7 housing.
  • the SFTC can be installed in LX7 housing ⁇ to.
  • the SFTC can also be used as an overlay circuit. det to achieve the required length of the Freigabegleisab ⁇ section . If the existing track is too long for approach signaling, the LFTC may additionally be used as an overlay circuit to achieve the required length of the approach track section - wireless application from the end of the existing track.
  • the FTC used for remote switching requires only two conductors of the signal cable per receiver to transmit the information "busy / free" to the LX7. Dual Receiver requires four conductors to drive two pulse relays at the LX7 location.
  • the failure of a bulb of a track signal the replacement bulb is automatically switched on and the interrup ⁇ monitoring the lamp function is detected or reported. This also applies to the failure of a road signal. If the flashing frequency or duty cycle is out of the preset range, a flashing module fault is detected and reported.
  • the LX7 can also be used in the railway station areas where signals within the approach track sections - Si ⁇ cherungssignale for the level crossing - are present.
  • the activation of the portion LX7 by the occupancy of the An internode- is deactivated here, as long as the hold signal ge ⁇ sets.
  • the power supply system of the LX7 (FIG. 2) preferably has a modular structure.
  • the basic version requires a power source of 230 V / 50 Hz.
  • the power supply can also easily to other external power sources example ⁇ example to 230 V / 16 2 / are 3 Hz, solar collectors, or retrofitted to eventual from ⁇ battery power. All Various ⁇ nen variants of the power supply can optionally by replacing the respective modules cost realization reindeer.
  • the basic version of the LX7 is characterized by a ge wrestle power consumption.
  • the LX7 and Switzerlanddetektoren each contain a battery back-up power, the normal operation for the required minimum duration - eight hours of re ⁇ gel - maintained.
  • the system can be fed by the overhead lines, for example 17 kV / 16 2 I 3 Hz, whereby the voltage is reduced to 230 V / 16 2 I 3 Hz by means of transformers ,
  • the inverter / charging module 230 V / 50 Hz must be replaced by an appropriate inverter / charging module designed for 230 V / 16 2 Z 3 Hz.
  • solar panels with appropriate battery charging modules can be used.
  • an inverter / charger module is dispensed with. For all systems or only to systems with direct ⁇ ter site power if necessary, a power-management feature can be integrated during the night.
  • Overvoltage protection modules are installed at all connection points at the insertion of the outer cables into the housing as well as at the input of the external power supply of the LX7.
  • an input of the controller can be reserved specifically for the sending of SMS messages to ei ⁇ nen zuentral Dispatcher (claim 5).
  • the voltage of the batteries is monitored. If this voltage falls below the permissible minimum value, a corresponding SMS message can be sent to the responsible maintenance personnel who ⁇ .
  • the LX7 is preferably capable of sending and receiving SMS messages. As an optional equipment variant, the LX7 can be restarted via SMS message if the system is working properly. If the LX7 an error, an error or other reportable event firmly ⁇ represents an SMS message to the maintenance or Wachper ⁇ is personnel or sent to Switzerlanddispatcher. This GSM message is holds the ID number of the level crossing, the code or the Be ⁇ scription of the incident and the time of the incident.
  • the LX7 is preferably capable of SMS messages as receive ⁇ confirmation received to the dispatcher, guard or maintenance personnel.
  • the LX7 has a built-in diagnostics database that records real-time scheduled events and errors and disturbances.
  • the database preferably operates cyclically, ie at a erschöpf ⁇ th storage capacity, the oldest events are overwritten by each new events.
  • To retrieve the data bank is used special software that can be run on Windows on PCs or laptop computers. A local or remote access to the database is thus easily possible.
  • FIG. 1 A block diagram of the FTC with track connections is shown in FIG.
  • Each FTC consists of a transmitter and the receiver, which are installed together in a metal container and connected by separate cables to the track. He is the ⁇ detection area bilaterally symmetrical bidirectional application and extends to the left and right of the connecting points of the FTC. This range depends on the properties of the track bedding and is expressed by the track impedance.
  • Rail joints can be installed directly next to the connection point of the transmitter.
  • the detection area is directed to only one side of the track - unidirectional application.
  • the unidirectional detection area is approx. 33% longer for unidirectional application than for bidirectional application. Since the track impedance is dependent on the weather conditions, arise with respect to the detection range, in particular at ⁇ sondere LFTCs, slight fluctuations. When ER a very accurate detection range for the ent ⁇ speaking application conducive, rail joints should be used.
  • the operating frequencies of FTCs are selected so that the influence of the traction power supply (25 kV / 50 Hz) and the ent speaking harmonics is minimized as possible.
  • the maximum detection range ⁇ is also defined.
  • a separation between the Various ⁇ NEN operating frequencies is chosen to enable the use of two or more FTCs with different operating frequencies in a controlled track section.
  • both the receiver and the transmitter in a common device housing ensures that the receiver receives a strong signal in the immediate vicinity of the transmitter and not only registers a weak signal at the end of the controlled track section. This enables it ⁇ to decorate the power of the transmitter and receiver to redu ⁇ and also results in cost savings in terms of the cable network between the transmitter and receiver. The costs for an additional device housing can also be saved here. Overall, significant savings are being made, especially for the LFTCs.
  • the recognition range of the FTC can be adjusted via a Regelwider ⁇ stand. Two FTCs with adjacent working frequencies can therefore have the same detection range. It follows that the Anlagenerken ⁇ tion function can be duplicated within the monitored route section - redundancy. This is for some Sig ⁇ nalanengineen of great importance, especially for the Control of level crossings, where in many countries by the Eisenbahn ⁇ a duplicate Buchmeldung vor ⁇ is written. FTCs allow the implementation of the duplexed approach track sections for the level crossing controllers without the need for expensive cable networks next to the tracks. Two receivers Rl and R2 are connected to the FTCs and act on serial contacts Cont.1 and Cont .2 of the associated relays ReI and Re2.
  • the level crossing controller is preferably equipped with a radio modem for receiving programming data, in particular with regard to applications, additional parameters, error correction and updating (claim 6).
  • a remote transmission of the programming data by a central is provided (An ⁇ claim 7).
  • the invention is not limited to the above-ge ⁇ above embodiment. Rather, a number of variants Va ⁇ conceivable which ma ⁇ chen use even in fundamentally different gearte ⁇ ter execution of the features of the invention.
  • the remote programming according to claim 7 is not limited to systems with LFTCs and SFTCs, but can be used in any level crossing protection systems, provided they have a programmable Brubergergangs ⁇ controller.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bahnübergangssicherungssystem mit einem Bahnübergangssicherungscontroller zur Steuerung von Sicherungseinrichtungen, insbesondere Lichtsignalanlagen, sowie ein Verfahren zur Überwachung und Ansteuerung eines Bahnübergangssicherungssystems. Um auf Kabelverbindungen weitgehend verzichten zu können, ist vorgesehen, dass der Bahnübergangscontroller von einem frequenzgesteuerten Gleisstromkreis für Fernbereich (LFTC - Long Frequency-operated Track Circuit) aktivierbar und von einem frequenzgesteuerten Gleisstromkreis für Nahbereich (SFTC - Short Frequency-operated Track Circuit) deaktivierbar ist.

Description

Beschreibung
BahnübergangssicherungsSystem
Die Erfindung betrifft ein Bahnübergangssystem gemäß dem O- berbegriff des Patentanspruchs 1.
Mehr als 60 % aller unbeschrankten Bahnübergänge weltweit sind einfache Anwendungen. Dabei handelt es sich überwiegend um eingleisige Bahnstrecken mit bidirektionaler Verkehrsfüh¬ rung. Entlang der Strecke ist kein Kabelnetz vorhanden und es gibt keine Elektro- oder Gerätehäuser an den Einschaltpunk¬ ten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bahnübergangs¬ sicherungssystem der gattungsgemäßen Art anzugeben, dessen Bahnübergangscontroller weitgehend kabellos ansteuerbar ist.
Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An- spruchs 1 gelöst.
Die beanspruchte Anlage zur Sicherung und Steuerung von Bahn¬ übergängen ist ein computergestütztes System, das speziell für einfache Anwendungen vorgesehen ist. Das System ist, ver- glichen mit anderen computergestützten und konventionellen relaisgestützten Bahnübergangssystemen, in Bezug auf Sicher¬ heit und Preis höchst konkurrenzfähig.
Das System, nachfolgend LX7 genannt, verfügt über die Funk- tionalität eines automatisierten Bahnübergangssicherungssys¬ tems für eine eingleisige Bahnstrecke mit bidirektionaler Verkehrsführung. Die fahrzeuggesteuerten Gleisstromkreise, nachfolgend FTC - Frequency-operated Track Circuit - genannt, dienen zur Erken¬ nung von Zügen oder anderen Schienenfahrzeugen auf überwach¬ ten Streckenabschnitten. Ein FTC ist ein elektronischer Gleisstromkreis ohne isolierte Schienenstöße. Die Funktiona¬ lität des FTC beruht auf dem variablen Übertragungsbereich der Signale mit unterschiedlichen Frequenzen, die auf die Ab¬ weichungen der induktiven Komponente der Gleisimpedanz zu¬ rückzuführen sind. Somit bestimmt der mit dem Gleis verbunde- ne Sender den Übergangsbereich in Abhängigkeit von seiner Ar¬ beitsfrequenz. Der Empfänger, der in unmittelbarer Nähe des Senders an das Gleis angeschlossen sein kann, erkennt die Än¬ derung der Gleisimpedanz. Wenn ein Zug oder ein anderes Schienenfahrzeug den kontrollierten Gleisabschnitt belegt, d. h. befährt und sich dem Anschlusspunkt des FTC annähert, verringert sich die Gleisimpedanz. Diese Änderung der Gleis¬ impedanz wird vom Empfänger des FTC registriert, der auf den Übertragungsbereich eingestellt und auf die Betriebsfrequenz des Senders abgestimmt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand figürlicher Darstellun¬ gen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 das Funktionsprinzip eines Bahnübergangssicherungs¬ systems, Figur 2 die wesentlichen Baugruppen eines Controllers,
Figur 3 eine Anordnung frequenzgesteuerter Gleisstromkreise und Figur 4 ein Bahnübergangssicherungssystem.
Die schematische Anordnung der Komponenten für ein typisches Anwendungsbeispiel ist in Figur 1 dargestellt. Das LX7 ist ein automatischer Bahnübergangscontroller, der durch den Zug gesteuert wird. Das LX7 wird durch einen frequenzgesteuerten Gleisstromkreis für Fernbereich LFTC aktiviert (LFTC - Long Frequency-operated Track Circuit) und durch einen frequenzge¬ steuerten Gleisstromkreis für Nahbereich SFTC deaktiviert (SFTC - Short Frequency-operated Track Circuit) . FTCs (Fre¬ quency-operated Track Circuits, frequenzgesteuerte Gleis- Stromkreise) sind isolierstoßfreie und kabellose Detektoren, so dass mit dem LX7 flexible, isolierstoßfreie und kabellose Anwendungen für Bahnübergänge ermöglicht werden. FTCs sind gegenüber den von Fahrleitungen verursachten Interferenzen störfest und können somit gleichermaßen auf elektrifizierten und nicht elektrifizierten Strecken eingesetzt werden. Die Funktionsweise von SFTCs beruht auf Tonfrequenzen, so dass diese SFTCs auch als Overlay-Gleisstromkreise in der beste¬ henden Infrastruktur verwendet werden können. Falls präzise Einschaltpunkte erforderlich sind, können wahlweise herkömm- lieh isolierte Schienenstöße oder passive elektrische Schie¬ nenverbinder verwendet werden.
In einer Grundversion sind als Sicherungseinrichtungen des LX7 rot/weiß blinkende Road Signals - Straßensignale - RSl und RS2 sowie Warning Beils - Läutewerke - WBl und WB2 vorge¬ sehen. Aufgrund der modularen und erweiterbaren Struktur des LX7 kann das System zur Steuerung weiterer optionaler exter¬ ner Sicherungseinrichtungen aufgerüstet werden, beispielswei¬ se Boom Barriers - Schranken - BBl und BB2 oder durchgehend gelb leuchtende und weiß blinkende Signallampen - Train Control Signals - TCSl und TCS2.
Figur 2 zeigt eine LX7 - Architektur. Das LX7 basiert auf ei¬ nem PLC, einem programmierbaren logischen Controller. Dieser Controller zeichnet sich durch eine hohe Modularität aus (An¬ spruch 2) . Die meisten verwendeten Module sind im Handel frei erhältlich. Diese Module stellen selbstständige funktionale Einheiten dar und sind für die jeweiligen Verwendungszwecke geprüft und zugelassen. Zusammen bilden diese Module eine einfache und kostengünstige Hardwarestruktur, die eine größt¬ mögliche Anwendungsflexibilität, Wartungsfreundlichkeit, Zu¬ verlässigkeit und Sicherheit gewährleistet. Das LX7 verfügt über ein batteriegespeistes Stromversorgungssystem mit einer entsprechenden akkubasierten Reservestromversorgung, die den Betrieb der Anlage für eine festgelegte Dauer sichert - in der Regel acht Stunden. Die Eingänge sind isoliert und werden durch unabhängige Kontakte von Miniatursicherheitsrelais an¬ gesteuert. Stromtestfunktionen werden durch Miniatur- Festkörperelemente für verschiedene Stromstärken ausgeführt. Somit werden nahezu alle weltweit verfügbaren Lampentypen und LED-Module unterstützt. Die Ausgänge sind ebenfalls isoliert und werden über Miniatursicherheitsrelais aktiviert.
Die PLC-Plattform ermöglicht einen einfachen Zugriff auf die Software, weit verbreitete Designtools sowie eine einfache Anpassung der Software an verschiedene Anwendungsbedürfnisse. Die Software des Systems wird aus unabhängigen funktionalen Modulen erstellt. Jedes Modul enthält eine spezielle Funktion oder Funktionsgruppe. Die Software wird nach dem Ladder-
Logic-Prinzip entwickelt. Somit können Ingenieure, die mit der Konstruktion der Relaiskontakte vertraut sind, die Funk¬ tionalität des Systems problemlos verfolgen. Die wichtigsten Softwaremodule sind: • Modul für Steuerungs- und Überwachungsfunktion,
• Modul für Anwendungsdaten,
• Modul für Service, Diagnose und Ereignisprotokollierung,
• Modul für Service-, Diagnose- und Ereignisprotokollie- rungsdaten, • Modul für SMS-Unterstützung.
Das LX7 ist vorzugsweise für universelle Anwendbarkeit konzi¬ piert. Landesspezifische Unterschiede, die durch die jeweili- ge Eisenbahnbehörde vorgeschrieben sind, werden größtenteils innerhalb des Moduls für Anwendungsdaten definiert. Für die meisten Anwendungen beziehen sich die entsprechenden Änderun¬ gen jeweils auf unterschiedliche Einstellungen von Timern. Änderungen der Hardware und der landesspezifischen Software werden nur in sehr geringem Umfang erforderlich sein und sich vorwiegend auf die Schaltkreise der Relaisschnittstellen be¬ schränken.
Das LX7 ist für einfache Anwendungen bestimmt und für alle
Einsatzzwecke auf eingleisigen Strecken mit Gegenverkehr ge¬ eignet. In diesem Fall ist nur eine geringe Anzahl von Ein¬ gängen und Ausgängen erforderlich. Daher wird eine kosten¬ günstige, für den Einsatzzweck adäquate Architektur verwen- det. Bei diesem System ist jedoch die Möglichkeit einer Er¬ weiterung durch Einbau zusätzlicher Ein-/Ausgänge und weite¬ rer funktionaler Module nicht ausgeschlossen, so dass auch komplexere Anwendungen, z. B. zweigleisige Konfigurationen mit Implementierung der Down-Holding-Funktion, möglich sind. In solchen Fällen müssen jedoch Software- und Hardwareerwei¬ terungen für das jeweilige Land vorgenommen werden.
Der Sicherheit des Systems LX7 basiert auf PLC-Komponenten, die in einer Basisversion und einer ausfallsicheren F-Version - Failsafe - erhältlich sind. Die F-Versionen sind bis zu SIL 3 entsprechend den CENELEC-Normen zertifiziert. Die Sicher¬ heit des Systems ist skalierbar, so dass die verschiedenen SIL-Anforderungen erfüllt werden können. Die Basisversion des LX7 ist auf die Einhaltung der Anforderungen gemäß SIL 1/SIL 2 ausgelegt. Mit der F-Version der PLCs kann das LX7 auf SIL3 und SIL4 aufgerüstet werden.
Die Ausgänge sind ausfallsicher konstruiert, d. h. diese be¬ finden sich normalerweise in aktiviertem Zustand. Der Zustand der Ausgangsrelais wird durch den PLC auf der entsprechenden Verarbeitungsstufe abgerufen. Daher wird ein regelwidriger Zustand jedes einzelnen Relais erkannt und angezeigt, so dass Sicherheitsvorkehrungen über die Funktionalität des LX7 aus- geführt werden können.
Die Software kann in Anlehnung an die Relaisschaltkreise, die sich seit vielen Jahren in Sicherheitsanwendungen bewährt ha¬ ben, entwickelt werden. Bei der Definition einer gemeinsamen Funktionalität und der Entwicklung möglichst flexibel anwend¬ barer Software können verschiedene länderspezifische Prakti¬ ken berücksichtigt werden. PrüfSchaltkreise dienen zur Lam¬ penüberprüfung und zur Kontrolle der Blinkfunktionen, um die entsprechenden Ausfälle möglichst rechtzeitig zu erkennen und somit die SIL-Stufe des Systems zu erhöhen.
Durch Verwendung der optionalen Zugkontrollsignale TCS ( (An¬ spruch 3) lässt sich bei Bedarf ebenfalls die SIL-Stufe des Systems erhöhen. Das TCS kann das Streckensignal nur dann auf Weiterfahrt stellen, wenn die entsprechenden Freigabebedin¬ gungen erfüllt sind, nämlich Bahnübergang eingeschaltet, Streckensignalleuchten funktionsfähig und LX7 fehlerfrei. Für die Funktionsüberwachung des LX7 wird ein Arbeitskontakt Feh¬ lererkennungsrelais FDR (Fault Detection Relay) bereitge- stellt (Anspruch 4) . Das FDR führt die Überwachungsfunktionen für den PLC aus. Die Funktionsfähigkeit des FDR wird unmit¬ telbar nach jeder Aktivierung des LX7 überprüft. Das Zeit¬ fenster, in dem ein potenzieller Ausfall des PLC unerkannt bleiben könnte, wird somit erheblich eingeschränkt. Das FDR muss aktiviert und betriebsbereit sein, damit die Zugkon¬ trollsignale TCS auf Freigabe geschaltet werden können.
Das beschriebene skalierbare Sicherheitskonzept des LX7 in Verbindung mit seiner relativ einfachen Architektur, der ge- ringen Komponentenzahl sowie seiner hohen Zuverlässigkeit er¬ füllt ein breites Spektrum der von Eisenbahnbehörden gestell¬ ten Anforderungen in Bezug auf die Ausfallsicherheit von Sys¬ temen.
Das LX7 überwacht ständig einen Annäherungsabschnitt, um ei¬ nen ggf. herannahenden Zug zu erkennen. Dabei ist das LX7 in der Lage, die erforderliche Anzahl von Annäherungsgleisab¬ schnitten, den Freigabegleisabschnitt und einen zusätzlichen Overlay-Freigabedetektor mit geeigneter Schnittstellenkon¬ struktion zu überwachen, ohne dass die Software des Control¬ lers geändert werden muss. Der Annäherungsgleisabschnitt - Vorsignalabstand - wird beispielsweise in einem Intervall von 25 bis 90 Sekunden - bis max. 2 km definiert, je nachdem, welche Höchstgeschwindigkeit im Annäherungsgleisabschnitt er¬ reicht werden kann.
Das LX7 verfügt vorzugsweise über eine integrierte direktio- nale Selbsthaltungsfunktion, so dass eine Reaktivierung des LX7 durch einem abfahrenden Zug verhindert wird.
Die Abfolge der Belegung und die Freigabe der Einschalt- und Ausschaltkomponenten werden durch den Controller überprüft und registriert. Wenn ein Fehler festgestellt wird, schaltet das LX7 die Streckensignallampen aus - dunkle Signale. Bei einem Fehler des Controllers wird der Blinkausgang deakti¬ viert und die Stromversorgung für die Streckensignallampen wird unterbrochen - dunkle Signale.
Wenn die erste Achse des ankommenden Zuges den Annäherungs¬ gleisabschnitt erreicht hat, aktiviert sich das LX7 und schaltet die weißen Lampen der Straßensignale aus. Zugleich werden die roten Lampen der Straßensignale eingeschaltet. Nachdem die letzte Achse des abfahrenden Zuges den Freigabe- gleisabschnitt verlassen hat, deaktiviert sich das LX7 und schaltet die roten Straßensignallampen aus und die weißen Straßensignallampen wieder ein. Bei einer normalen Zugfreiga¬ bemeldung des LX7 muss das rote Blinklicht der Straßensignale spätestens 5 Sekunden nach dem Verlassen des Freigabegleisab¬ schnitts auf das weiße Blinklicht umschalten. Das Blinken des Signals wird durch die Software generiert und überwacht, so dass die verschiedenen Blinkfrequenzen und Einschaltzyklen unterstützt werden. Für die Schnittstellen werden Halbleiter- relais verwendet.
Normalerweise erkennt das LX7 mit dem LFTC und dem SFTC einen Zug auf dem Zufahrtsgleis. Voraussetzung ist, dass die Schie¬ nengleise im Annäherungsabschnitt durchgängig geschweißt oder auf eine andere geeignete Weise verbunden sind, wobei der An¬ näherungsabschnitt mindestens über einen Ballastwiderstand von 1,5 Ohm/km verfügen muss. Die beidseitige Überwachung der Annäherungsabschnitte erfolgt mit der LFTC - bidirektionalen Anwendung. Wahlweise ist auch eine einseitige Anwendung mög- lieh. In diesem Fall sind isolierte oder elektrische Schie¬ nenlaschen am LX7-Standort zu montieren. Außerdem werden zwei Einheiten des LFTC benötigt - jeweils eine Einheit pro Annä¬ herungsgleisabschnitt. Die Vorteile in diesem Fall bestehen in der Möglichkeit der Erkennung des herannahenden Zuges so- wie in den längeren Annäherungsgleisabschnitten.
Das LFTC kann im LX7-Gehäuse eingebaut werden. Ein Einbau in einem Gehäuse entlang der Strecke ist jedoch ebenfalls mög¬ lich, beispielsweise als Remote-Einschaltmodul mit hoher Reichweite. Auch das SFTC kann im LX7-Gehäuse eingebaut wer¬ den.
Falls der vorhandene Gleisabschnitt zu lang für die Freigabe ist, kann das SFTC zusätzlich als Overlay-Schaltkreis verwen- det werden, um die erforderliche Länge des Freigabegleisab¬ schnitts zu erreichen. Falls das vorhandene Gleis zu lang für die Annäherungssignalisierung ist, kann auch das LFTC zusätz¬ lich als Overlay-Schaltkreis verwendet werden, um die erfor- derliche Länge des Annäherungsgleisabschnitts zu erreichen - kabellose Anwendung vom Ende des vorhandenen Gleises. Das FTC, das zur Ferneinschaltung dient, benötigt lediglich zwei Leiter des Signalkabels pro Empfänger zur Übertragung der In¬ formationen "Belegt/Frei" an das LX7. Bei doppeltem Empfänger werden vier Leiter benötigt, um zwei Impulsrelais am LX7- Standort anzusteuern.
Falls der Annäherungsgleisabschnitt für eine festgelegte ma¬ ximale Zeitspanne belegt war und der Freigabebereich nicht ausgelöst wurde, wird ein Fehler des Annäherungsdetektors festgestellt sowie gemeldet, und die Streckensignalleuchten werden abgeschaltet. Auch andere Fehler und Störungen des An¬ näherungsdetektors und des Freigabedetektors können erkannt und gemeldet werden.
Wenn keine externe Stromversorgung - 230 V/50 Hz - vorhanden ist, die Batterie jedoch betriebsbereit ist, wird eine Unter¬ brechung erkannt und gemeldet. Die normale Funktionsweise wird davon jedoch nicht beeinträchtigt. Bei einer zu geringen Akkuspannung kann ein Fehler der Batterie erkannt und gemel¬ det werden. Die Streckensignalleuchten werden dann ausge¬ schaltet.
Beim Ausfall einer Glühlampe eines Streckensignals wird die Ersatzglühlampe automatisch eingeschaltet, und die Unterbre¬ chung der Lampenfunktion wird erkannt bzw. gemeldet. Das gilt auch für den Ausfall eines Straßensignals. Falls die Blinkfrequenz oder der Einschaltzyklus außerhalb des voreingestellten Bereiches liegen, wird ein Fehler des Blinkmoduls festgestellt und gemeldet.
Nachdem das System die erste reguläre fehlerfreie Zugdurch¬ fahrt registriert hat und keine weiteren Gründe für einen Systemfehlerzustand vorliegen, schaltet das System in den Normalzustand zurück und schaltet die weißen Blinkleuchten der Streckensignale ein.
Das LX7 kann auch in Bahnhofsbereichen eingesetzt werden, in denen Signale innerhalb der Annäherungsgleisabschnitte - Si¬ cherungssignale für den Bahnübergang - vorhanden sind. Die Aktivierung des LX7 durch die Belegung des Annäherungsgleis- abschnitts wird hier deaktiviert, solange das Haltesignal ge¬ setzt ist. In Abhängigkeit von der Stellung des Signals und der Zuggeschwindigkeit ist es unter Umständen erforderlich, die Freigabestellung des Sicherungssignals durch Blockierung im Bahnhof zu verzögern, um einen ausreichenden Warnzeitraum für das LX7 zu gewährleisten.
Das Stromversorgungssystem des LX7 (Figur 2) besitzt vorzugs¬ weise eine modulare Struktur. Die Basisversion benötigt eine Stromquelle mit 230 V/50 Hz. Die Stromversorgung kann jedoch auch problemlos auf andere externe Stromquellen, beispiels¬ weise auf 230 V/16 2/3 Hz, Solarkollektoren oder auf aus¬ schließlichen Akkubetrieb umgerüstet werden. Alle verschiede¬ nen Varianten der Stromversorgung lassen sich optional durch Austausch der entsprechenden Module kostengünstig realisie- ren. Die Grundversion des LX7 zeichnet sich durch einen ge¬ ringen Energieverbrauch aus. Das LX7 sowie die Zugdetektoren enthalten jeweils einen Akku zur Reservestromversorgung, die den Normalbetrieb für die benötigte Mindestdauer - in der Re¬ gel acht Stunden - aufrechterhalten. Auf elektrifizierten Strecken, auf denen keine externe Stromversorgung zur Verfü¬ gung steht, kann das System durch die Oberleitungen, bei¬ spielsweise 17 kV/16 2I3 Hz gespeist werden, wobei mittels Transformatoren die Spannung auf 230 V/16 2I3 Hz verringert wird. In diesem Fall muss das Wechselrichter-/Lademodul 230 V/50 Hz durch ein entsprechendes, auf 230 V/16 2Z3 Hz ausgelegtes Wechselrichter-/Lademodul ersetzt werden. Falls keine konventionelle Stromversorgung verfügbar ist, können Solarkollektoren mit geeigneten Akkulademodulen eingesetzt werden. In diesem Fall wird auf ein Wechselrichter-/Lademodul verzichtet. Für alle Systeme oder nur für Systeme mit direk¬ ter Energieerzeugung vor Ort kann bei Bedarf eine Funktion zur Energieeinsparung während der Nacht integriert werden. Standorte ohne externe Stromversorgung, an denen auch eine Stromerzeugung vor Ort unrealistisch ist, können direkt über wiederaufladbare Batterien mit Strom versorgt werden. Über- spannungsschutzmodule werden an allen Anschlusspunkten an der Einführung der äußeren Kabel in das Gehäuse sowie am Eingang der externen Stromversorgung des LX7 installiert.
Bei Sytemen mit direkter Energieerzeugung vor Ort, die über eine Alarmanlage mit Sirenen verfügen, kann ein Eingang des Controllers speziell für das Senden von SMS-Meldungen an ei¬ nen zuentralen Dispatcher reserviert werden (Anspruch 5) . Die Spannung der Akkus wird überwacht. Falls diese Spannung unter den zulässigen Mindestwert fällt, kann eine entsprechende SMS-Meldung an das zuständige Wartungspersonal gesendet wer¬ den. Das LX7 ist vorzugsweise in der Lage, SMS-Meldungen zu senden und zu empfangen. Als optionale Ausstattungsvariante kann das LX7 per SMS-Meldung neu gestartet werden, wenn das System fehlerfrei funktioniert. Wenn das LX7 einen Fehler, eine Störung oder ein anderes meldepflichtiges Ereignis fest¬ stellt, wird eine SMS-Meldung an das Wartungs- oder Wachper¬ sonal oder den Zugdispatcher gesendet. Diese GSM-Meldung ent- hält die ID-Nummer des Bahnübergangs, den Code bzw. die Be¬ schreibung des Vorfalls und den Zeitpunkt des Vorfalls. Das LX7 ist vorzugsweise in der Lage, SMS-Meldungen als Empfangs¬ bestätigung vom Dispatcher, Wach- oder Wartungspersonal zu empfangen.
Das LX7 verfügt über eine integrierte Diagnosedatenbank, durch die festgelegte reguläre Ereignisse sowie Fehler und Störungen in Echtzeit aufgezeichnet werden. Die Datenbank funktioniert vorzugsweise zyklisch, d. h. bei einer erschöpf¬ ten Speicherkapazität werden jeweils die ältesten Ereignisse durch neue Ereignisse überschrieben. Zum Abrufen der Daten¬ bank dient spezielle Software, die unter Windows auf PCs oder Laptop-Computern ausgeführt sein kann. Ein lokaler oder Remo- te-Zugriff auf die Datenbank ist somit problemlos möglich.
Ein Blockschaltbild des FTC mit Gleisanschlüssen ist in Figur 3 dargestellt. Jeder FTC besteht aus einem Sender und dem Empfänger, die zusammen in einen Metallbehälter eingebaut und durch separate Kabel an das Gleis angeschlossen sind. Der Er¬ kennungsbereich ist für bidirektionale Anwendung beidseitig symmetrisch und erstreckt sich nach links und rechts von den Anschlusspunkten des FTC. Dieser Bereich ist von den Eigen¬ schaften der Gleisbettung abhängig und wird durch die Gleis- impedanz ausgedrückt.
Für asymmetrische Annäherungen werden elektrische oder mecha¬ nische Schienenstöße benötigt. Schienenstöße können unmittel¬ bar neben dem Anschlusspunkt des Senders eingebaut werden. In diesem Fall ist der Erkennungsbereich nur auf eine Seite des Gleises gerichtet - unidirektionale Anwendung. Der einseitig gerichtete Erkennungsbereich ist bei unidirektionaler Anwen¬ dung ca. 33 % länger als bei bidirektionaler Anwendung. Da die Gleisimpedanz von den Witterungsbedingungen abhängig ist, ergeben sich bezüglich des Erkennungsbereiches, insbe¬ sondere bei LFTCs, leichte Schwankungen. Wenn für die ent¬ sprechende Anwendung ein sehr genauer Erkennungsbereich er- forderlich ist, sind Schienenstöße zu verwenden.
Die Arbeitsfrequenzen von FTCs werden so ausgewählt, dass der Einfluss der Bahnstromversorgung (25 kV/50 Hz) und der ent¬ sprechenden Oberschwingungen möglichst minimiert wird. Durch die Arbeitsfrequenzen wird ebenfalls die maximale Erkennungs¬ reichweite definiert. Eine Trennung zwischen den verschiede¬ nen Arbeitsfrequenzen wird gewählt, um die Verwendung von zwei oder mehr FTCs mit unterschiedlichen Betriebsfrequenzen auf einem kontrollierten Gleisabschnitt zu ermöglichen.
Durch den Einbau sowohl des Empfängers als auch des Senders in einem gemeinsamen Gerätegehäuse wird erreicht, dass der Empfänger ein starkes Signal in unmittelbarer Nähe des Sen¬ ders empfängt und nicht lediglich ein schwaches Signal am En- de des kontrollierten Gleisabschnitts registriert. Dies er¬ möglicht es, die Leistung des Senders und Empfängers zu redu¬ zieren und führt außerdem zu Kosteneinsparungen hinsichtlich des Kabelnetzes zwischen Sender und Empfänger. Die Kosten für ein zusätzliches Gerätegehäuse können hierbei ebenfalls ein- gespart werden. Insgesamt ergeben sich, insbesondere bei den LFTCs, Einsparungen in beträchtlicher Höhe.
Die Erkennungsreichweite des FTC kann über einen Regelwider¬ stand eingestellt werden. Zwei FTCs mit nebeneinander liegen- den Arbeitsfrequenzen können daher über dieselbe Erkennungs¬ reichweite verfügen. Daraus ergibt sich, dass die Zugerken¬ nungsfunktion innerhalb des überwachten Streckenabschnitts dupliziert werden kann - Redundanz. Dies ist für manche Sig¬ nalanwendungen von großer Bedeutung, insbesondere für die Steuerung von Bahnübergängen, bei denen durch die Eisenbahn¬ behörden in vielen Ländern eine duplizierte Zugmeldung vorge¬ schrieben ist. FTCs ermöglichen die Implementierung der dup¬ lizierten Annäherungsgleisabschnitte für die Bahnübergangs- Controller, ohne dass teure Kabelnetze neben den Gleisen ver¬ legt werden müssen. Zwei Empfänger Rl und R2 sind mit den FTCs verbunden und beaufschlagen serielle Kontakte Cont.1 und Cont .2 der zugeordneten Relais ReI und Re2.
Welche Einsparungen dadurch erzielt werden können, dass kein Kabelnetz neben der Strecke - Kabel, Grabenaushub, Verlegung und Prüfung - benötigt wird, ist von der maximalen Zugge¬ schwindigkeit abhängig. Demzufolge können bei höheren Zugge¬ schwindigkeiten wegen der längeren Annäherungsgleisabschnitte auch höhere Einsparungen erzielt werden. Diese Einsparungen sind außerdem von dem jeweils vor Ort gültigen Preis der Ka¬ bel und vor allem auch von den Arbeitskosten abhängig. Über¬ wiegend könnten Kosten für mehr als 2.600 m Kabel eingespart werden.
Eine typische Anordnung einer stoßlosen und kabellosen Bahn¬ übergangsanwendung ist in Figur 4 dargestellt. Vorzugsweise ist der Bahnübergangscontroller mit einem Funkmodem zum Emp¬ fang von Programmierungsdaten, insbesondere bezüglich Appli- kationen, zusätzlicher Parameter, Fehlerkorrektur und Upda¬ tes, ausgestattet (Anspruch 6) . Dazu ist eine Fernübertragung der Programmierungsdaten durch eine Zentrale vorgesehen (An¬ spruch 7) .
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend ge¬ nannte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Va¬ rianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearte¬ ter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch ma¬ chen. Insbesondere ist die Fernprogrammierung gemäß Anspruch 7 nicht auf Systeme mit LFTCs und SFTCs beschränkt, sondern kann bei jeglichen Bahnübergangssicherungssystemen verwendet werden, sofern diese einen programmierbaren Bahnübergangs¬ controller aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Bahnübergangssicherungssystem mit einem Bahnübergangscon¬ troller zur Steuerung von Sicherungseinrichtungen, insbeson- dere Lichtsignalanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnübergangscontroller von einem frequenzgesteuer¬ ten Gleisstromkreis für Fernbereich (LFTC - Long Frequency- operated Track Circuit) aktivierbar und von einem frequenzge- steuerten Gleisstromkreis für Nahbereich (SFTC - Short Fre- quency-operated Track Circuit) deaktivierbar ist.
2. Bahnübergangssicherungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnübergangscontroller einen programmierbaren logi¬ schen Controller (PLC) aufweist, welcher Softwaremodule für Steuerung und Überwachung, für Anwendungsdaten, für Service, Diagnose und Ereignisprotokollierung und für SMS-Unterstüt¬ zung aufweist.
3. Bahnübergangssicherungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Sicherungseinrichtung eine Zugkontroll- einrichtung (TCS-Train Control Signals) vorgesehen ist, die Mittel aufweist, welche ein Streckensignal nur dann auf Wei¬ terfahrt stellen, wenn die Sicherungseinrichtungen am Bahn¬ übergang aktiviert sind, die Streckensignalleuchten funkti¬ onsfähig und der Bahnübergangscontroller fehlerfrei sind.
4. Bahnübergangssicherungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Fehlerüberwachung des Bahnübergangscontrollers ein Arbeitskontakt-Fehlererkennungsrelais (FDR-Fault Detecti- on Relay) vorgesehen ist.
5. Bahnübergangssicherungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnübergangscontroller Mittel zum Senden von Mel¬ dungen, insbesondere SMS-Meldungen, an einen zentralen Dispatcher aufweist.
6. Bahnübergangssicherungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnübergangscontroller Empfangsmittel, insbesondere ein Funkmodem, zum Empfang von Programmierungsdaten, insbe¬ sondere bezüglich Applikationen, zeitlicher Parameter, Feh¬ lerkorrektur und Updates, aufweist.
7. Verfahren zur Überwachung und Ansteuerung eines Bahnüber¬ gangssicherungssystems mit einem Bahnübergangscontroller zur Steuerung von Sicherungseinrichtungen, insbesondere Lichtsig¬ nalanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass Programmierungsdaten, insbesondere bezüglich Applikatio¬ nen, zeitlicher Parameter, Fehlerkorrektur und Updates, mit¬ tels Fernübertragung, insbesondere Funk oder Kabel, von einer Leitstelle an den Bahnübergangscontroller übertragen werden.
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