WO2007028772A1 - System-architektur zur steuerung und überwachung von komponenten einer eisenbahnsicherungsanlage - Google Patents

System-architektur zur steuerung und überwachung von komponenten einer eisenbahnsicherungsanlage Download PDF

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
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    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions

Definitions

  • the invention relates to a system architecture for controlling and monitoring components, in particular light signals, switches, track circuits, railway crossings, passenger information systems, a railway safety system.
  • microcomputer-based systems For the control and monitoring of railway safety systems predominantly microcomputer-based systems are ⁇ sets, in particular signal boxes, which are executed safe signaling. In addition, railway operators often require in parallel a signal-technically unsafe control and monitoring, which are realized either by a separate microprocessor system or by a corresponding expansion of the functionality of the existing microprocessor system.
  • the ⁇ se microprocessor systems typically consist of CPUs, power supplies, input and output devices as well as special interfaces which are adapted to the components to be controlled. Due to the large number of very different railway safety systems with different peripheral components, there are very many application-specific system architectures, which in particular are highly specialized
  • the invention has for its object to provide a system archi ⁇ tecture of the generic type, which allows a substantial standardization of the basic logic, with an improvement in availability and easier adaptability to changing environmental conditions are desirable.
  • the automation platform used should, according to claim 3, comprise means for component-specific fault diagnosis.
  • problems with the occurrence of errors have been solved by completely switching off all system components.
  • the component-specific Starbucksdiag ⁇ nose results in a simple localization of the error, so that only the system component must be turned off, in which an error has occurred.
  • the improved error localization combined with scalable Hierarchical reactions are made a categorization, which ultimately allows a very practical error management and error response.
  • the communication module for bidirectional data transmission, in particular with regard to control and monitoring as well as error diagnosis via at least one communication network, in particular radio and / or fixed network, connected to a control center.
  • the normal effort for control and maintenance is simplified. For example, to analyze error messages remotely diagnose and edited, often an on-site assessment of components, particularly field elements such as light signals, switches, track circuits or railway ⁇ sunsets, is dispensable.
  • the automation platform used should Figure 5 include a module for demanding safety Signalverarbei ⁇ tung, which offers the possibility, in addition to the component-specific signal processing tasks functional units, in particular track circuit functional units execute.
  • the integration of track-specific assemblies makes it possible to combine two different systems, namely the track circuit and the interlocking in a single modular platform.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine System-Architektur zur Steuerung und Überwachung von Komponenten, insbesondere Lichtsignale (11) , Weichen (12) , Gleiskreise (13) , Bahnübergänge, Passagier-Informations-Systeme, einer Eisenbahnsicherungsanlage. Um die Verfügbarkeit und die Anpassbarkeit an geänderte Umgebungsbedingungen zu verbessern, ist vorgesehen, dass eine Automatisierungs-Plattform (1) , die mehrere Module, insbesondere CPU (2), Stromversorgung (3), Modul für sicherheitsrelevante Signalverarbeitung (4) , Modul für nicht sicherheitsrelevante Signalverarbeitung (5), Kommunikations-Modul (6), umfasst, über spezielle Schnittstellen (7) mit sicherheitsrelevanten und nicht sicherheitsrelevanten Komponenten (11 bis 14) der Eisenbahnsicherungsanlage verbunden ist.

Description

Beschreibung
System-Architektur zur Steuerung und Überwachung von Komponenten einer Eisenbahnsicherungsanlage
Die Erfindung betrifft eine System-Architektur zur Steuerung und Überwachung von Komponenten, insbesondere Lichtsignale, Weichen, Gleiskreise, Bahnübergänge, Passagier-Informations- Systeme, einer Eisenbahnsicherungsanlage.
Für die Steuerung und Überwachung von Eisenbahnsicherungsanlagen werden überwiegend mikrocomputerbasierte Systeme einge¬ setzt, insbesondere Stellwerke, die signaltechnisch sicher ausgeführt sind. Zusätzlich verlangen Bahnbetreiber häufig parallel eine signaltechnisch nicht sichere Steuerung und Ü- berwachung, die entweder durch ein separates Mikroprozessorsystem oder durch entsprechende Ausweitung der Funktionalität des vorhandenen Mikroprozessorsystems realisiert werden. Die¬ se Mikroprozessorsysteme bestehen typischerweise aus CPUs, Stromversorgungen, Eingabe- und Ausgabe-Einrichtungen sowie speziellen Schnittstellen, die an die zu steuernden Komponenten angepasst sind. Durch die Vielzahl sehr unterschiedlicher Eisenbahnsicherungsanlagen mit unterschiedlichen peripheren Komponenten existieren sehr viele applikationsspezifische System-Architekturen, die insbesondere hoch spezialisierte
Schnittstellen aufweisen. Die Anforderungen an die System-Architektur sind teilweise durch Normen und Standards, bei¬ spielsweise in den USA durch AREMA, AAR, IEEE, MIL, FRA, vorgegeben und ergeben sich teilweise aus betreiberspezifischen Anforderungen, die häufig aus der vorhandenen Bahn-Infrastruktur abgeleitet werden. Durch die sehr starke Diversifi¬ zierung der System-Architekturen, die auf unterschiedlicher Basis-Logik aufbaut, sind Anpassungen an geänderte Bedingungen, beispielsweise neu einzubindende Komponenten der Außen- anläge mit großen Schwierigkeiten verbunden. Seitens des Bahnbetreibers sind solche Änderungen häufig nicht realisier¬ bar .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine System-Archi¬ tektur der gattungsgemäßen Art anzugeben, die eine weitgehende Vereinheitlichung der Basis-Logik gestattet, wobei eine Verbesserung der Verfügbarkeit und eine einfachere Anpassbar- keit an geänderte Umgebungsbedingungen anzustreben sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Automatisierungs-Plattform, die mehrere Module, insbesondere CPU, Stromversorgung, Modul für sicherheitsrelevante Signal¬ verarbeitung, Modul für nicht sicherheitsrelevante Signalver- arbeitung, Kommunikations-Modul umfasst, über spezielle
Schnittstellen mit sicherheitsrelevanten und nicht sicherheitsrelevanten Komponenten der Eisenbahnsicherungsanlage verbunden ist. Die existierende Automatisierungs-Plattform, beispielsweise die SIMATIC-Plattform von Siemens, ist ein mo- dulares System für Industrie-Automatisierungsanlagen und wird bisher nicht für Bahnsteuerung und Überwachung eingesetzt. Die vorgegebene Software-Struktur der Automatisierungs-Platt¬ form ist üblicherweise derart modular oder hierarchisch geordnet, dass die Logistik der Eisenbahnsicherungsanlage, ins- besondere Stellwerkslogistik, in funktionsspezifischen Softwareprogrammen organisiert werden kann. Die Software für diese Funktionen kann für sehr unterschiedliche Umgebungsbe¬ dingungen quasi immer wieder genutzt werden. Auf diese Weise sind Bahnbetreiber in der Lage, diese Basis-Logik entspre- chend anzupassen. Der erforderliche Engineeringaufwand ist deutlich geringer als bei diskreten, hochspezialisierten Systemen, die für die speziellen Umgebungsbedingungen entwickelt wurden. Mit einer existierenden Automatisierungs-Plattform kann darüber hinaus eine höhere Verfügbarkeit und bessere Performance der System-Hardware erreicht werden, da davon ausgegangen werden kann, dass die Automatisierungs-Plattform ein ausgereiftes System mit robuster Natur und hohen Produktionsmargen darstellt. Dabei sind häufig Fähigkeiten projek- tiert, die für Eisenbahnsicherungsanlagen sehr vorteilhaft anwendbar sind und bei der Entwicklung spezialisierter Systeme sehr hohe Investitionen erfordern und häufig fehleranfällig sind. Das betrifft beispielsweise Fernüberwachung, be¬ sondere Steuerungsprinzipien, modulare Programmierbarkeit und Fehlerdiagnose. Vorteilhaft ist außerdem die durchgehende Au¬ tomatisierung auf Basis mikroprozessorbasierter Systeme, wodurch elektromechanische und insbesondere relaisbasierte Me¬ chanismen, die üblicherweise hohen Instandhaltungsaufwand er¬ fordern, entfallen.
Gemäß Anspruch 2 sollte die CPU der Automatisierungs-Platt¬ form in der Lage sein, Programme für sicherheitsrelevante und für nicht sicherheitsrelevante Applikationen zu speichern. Dadurch erübrigt sich die Zweiteilung in unterschiedliche Systeme, nämlich für sichere und für nicht sichere Applika¬ tionen. Sichere und nicht sichere Programme lassen sich spei¬ cherplatzmäßig auf einfache Weise trennen, so dass Auswirkun¬ gen nicht sicherer Programme auf sichere Programme ausge¬ schlossen werden können.
Die verwendete Automatisierungs-Plattform sollte gemäß Anspruch 3 Mittel zur komponentenspezifischen Fehlerdiagnose umfassen. Bisher werden Probleme beim Auftreten von Fehlern dadurch gelöst, dass alle Systemkomponenten komplett abge- schaltet werden. Durch die komponentenspezifische Fehlerdiag¬ nose ergibt sich eine einfache Lokalisierung des Fehlers, so dass nur die Systemkomponente abgeschaltet werden muss, in der ein Fehler aufgetreten ist. Außerdem kann durch die verbesserte Fehlerlokalisierung in Verbindung mit skalierbaren hierarchischen Reaktionen eine Kategorisierung vorgenommen werden, die letztlich eine sehr praktische Fehlerverwaltung und Fehlerreaktion ermöglicht.
Auch ein üblicherweise vorhandenes Kommunikationsmodul der Automatisierungs-Plattform lässt sich für Eisenbahnsicherungsanlagen vorteilhaft nutzen. Gemäß Anspruch 4 ist das Kommunikations-Modul für bidirektionale Datenübertragung, insbesondere bezüglich Steuerung und Überwachung sowie Feh- lerdiagnose über mindestens ein Kommunikationsnetz, insbesondere Funk- und/oder Festnetz, mit einer Steuerzentrale verbunden. Der normale Aufwand für Steuerung und Wartung wird dadurch vereinfacht. Z. B. können Fehlermeldungen per Ferndiagnose analysiert und bearbeitet werden, wobei häufig eine Vor-Ort-Begutachtung von Komponenten, insbesondere Feldelementen wie Lichtsignale, Weichen, Gleiskreise oder Bahnüber¬ gänge, entbehrlich ist.
Die verwendete Automatisierungs-Plattform sollte gemäß An- spruch 5 ein Modul für sicherheitsrelevante Signalverarbei¬ tung umfassen, welches die Möglichkeit bietet, zusätzlich zu der Signalverarbeitung Aufgaben komponentenspezifischer Funktionseinheiten, insbesondere Gleiskreisfunktionseinheiten, auszuführen. Durch die Integration gleiskreisspezifischer Baugruppen ist es möglich, zwei an sich verschiedene Systeme, nämlich Gleiskreis und Stellwerk in einer einzigen Modular- Plattform zu vereinen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines figürlich darge- stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm, aus dem die Verwendung einer Automatisierungs-Plattform für eine Eisenbahnsicherungsanlage hervorgeht. Die Automatisierungs-Plattform 1 besteht dabei im Wesentlichen aus einer CPU 2, einer Stromversorgung 3, einem Modul für sicherheitsrelevante Signalverarbeitung 4, einem Modul für nicht sicherheitsrelevante Sig¬ nalverarbeitung 5 und einem Kommunikations-Modul 6. Diese Mo- dule 2 bis 6 bieten bereits wesentliche Grundfunktionen für die Steuerung und Überwachung von Komponenten der Eisenbahnsicherungsanlage, wobei notwendige Anpassungen durch den mo- dularen Aufbau relativ einfach möglich sind. Die entsprechend angepassten Module 2 bis 6 sowie weitere Schnittstellen 7 bilden zusammen mit einem Steuerpult 8 und entsprechenden Anschlüssen 9 für Komponenten der Außenanlage die wesentlichen Funktionseinheiten eines Stellwerks 10. Die Anschlüsse 9 sind mit den zu steuernden und zu überwachenden Komponenten der Eisenbahnsicherungsanlage verbunden, wobei in der Figur bei- spielhaft ein Signal 11, eine Weiche 12, ein Gleiskreis 13 und eine nicht sicherheitsrelevante Komponente 14, beispiels¬ weise ein Passagier-Informations-System 14, dargestellt sind.

Claims

Patentansprüche
1. System-Architektur zur Steuerung und Überwachung von Komponenten, insbesondere Lichtsignale (11), Weichen (12), Gleiskreise (13), Bahnübergänge, Passagier-Informations-Sys¬ teme, einer Eisenbahnsicherungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass eine Automatisierungs-Plattform (1), die mehrere Module, insbesondere CPU (2), Stromversorgung (3), Modul für sicher- heitsrelevante Signalverarbeitung (4), Modul für nicht si¬ cherheitsrelevante Signalverarbeitung (5) , Kommunikations-Mo¬ dul (6), umfasst, über spezielle Schnittstellen (7) mit si¬ cherheitsrelevanten und nicht sicherheitsrelevanten Komponenten (11 bis 14) der Eisenbahnsicherungsanlage verbunden ist.
2. System-Architektur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungs-Plattform (1) eine CPU (2) umfasst, welche Programmspeicher für sicherheitsrelevante und nicht sicherheitsrelevante Applikationen aufweist.
3. System-Architektur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungs-Plattform (1) Mittel zur komponen- tenspezifischen Fehlerdiagnose umfasst.
4. System-Architektur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungs-Plattform (1) ein Kommunikations- Modul (6) umfasst, welches zur bidirektionalen Datenübertra¬ gung, insbesondere bezüglich Steuerung, Überwachung und Fehlerdiagnose, über mindestens ein Kommunikationsnetz, insbe¬ sondere Funk und/oder Festnetz, mit einer Steuerzentrale verbunden ist.
5. System-Architektur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungs-Plattform (1) ein Modul für sicher- heitsrelevante Signalverarbeitung (5) umfasst, welches zu¬ sätzlich komponentenspezifische Funktionseinheiten, insbesondere Gleiskreis-Funktionseinheiten, aufweist.
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