WO2015071169A1 - Bahnübergangssicherungssystem - Google Patents

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WO2015071169A1
WO2015071169A1 PCT/EP2014/073926 EP2014073926W WO2015071169A1 WO 2015071169 A1 WO2015071169 A1 WO 2015071169A1 EP 2014073926 W EP2014073926 W EP 2014073926W WO 2015071169 A1 WO2015071169 A1 WO 2015071169A1
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Joachim Brille
Michael Gronemeyer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
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    • B61L29/24—Means for warning road traffic that a gate is closed or closing, or that rail traffic is approaching, e.g. for visible or audible warning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/30—Trackside multiple control systems, e.g. switch-over between different systems
    • 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
    • B61L29/12—Manual operation
    • B61L29/16—Manual operation electrically
    • 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

Definitions

  • Level crossing safety system The invention relates to a level crossing safety system with a control device for roadside components, in particular railway barriers and light signals.
  • SIL4 Safety Integrity Level / SIL - is required for approval by national authorities.
  • the safety levels are defined in the CENELEC standard EN50129 by SILO - not technically safe - up to SIL4 - with high signal integrity.
  • the safety level specified for level crossing safety systems is usually SIL4.
  • Level crossing safety systems based on two-channel SIL4 computers for the control device and for component computers with multi-channel readback of the component state are known, the same user software being provided in each of the channels of the computer.
  • the invention has for its object to provide a level crossing safety system of the generic type, in which the SIL level as many system computers can be reduced, the required SIL level for the entire system, in particular SIL4, is nevertheless ensured.
  • control device has a signal-technically safe control computer and the components are not technically secure component components associated components
  • the component computers each comprise a first and a second single-channel computer with diverse hardware and that the Steu- calculator and the component computer means to control and monitor the components with the following sequence: the control computer sends a control command to the first computers which control their assigned component,
  • the first and the second computer of the component independently determine the energization of the component and send this readback result to the control computer and
  • the control computer compares its control command with the readback results of the components and compares the readback results with each other, which in Mattbeerein- mood at least one of the comparison results a
  • the first and second computers which are assigned to the components to be controlled, in particular railway barriers and light signals, of the level crossing safety system, can be designed as SILO computers and thus as commercial, low-cost computers.
  • the safety responsibility lies in the appropriate control and monitoring of the components in the control computer, which is preferably designed as a SIL4 computer. It is advantageous, moreover, that the space requirement of the two single-channel diverse computer of the individual components is lower than in two-channel, safe signal execution according to the prior art.
  • the first computer acts here essentially as a controller, while the second computer can also be referred to as a communication module, since this second computer additionally manages the communication between the component computer and the control computer.
  • control computer and the component computer are arranged according to claim 2 in a communication ring.
  • Data telegrams of various kinds can be transmitted quickly and securely on the communication ring, for example via Ethernet, between all computers or their associated components and the control computer. Individual connections of the control computer with each individual component computer are therefore eliminated.
  • the control computer sends to the first and second computer Abschaltkommandos, whereby the first and / or the second computer, the associated component in a fail-safe state switches or switch.
  • the security reaction according to claim 4 can also be triggered by the fact that the control computer terminates the communication connection to the component computers, whereby the components are automatically switched to a signal-safe state.
  • Figure 1 is a level crossing protection system
  • FIG. 1 illustrates a level crossing in which a road 1 crosses a track 2.
  • two half-barriers 3a and 3b and four light signals 4a, 4b, 4c and 4d are provided on the road side, which are connected in a communication ring 5 with a two-channel fail-safe control computer 6 in the manner of a SIL4-LCU / Level Crossing Unit.
  • the control computer 6 is equipped with a communication device 7 which exchanges data telegrams via Ethernet with the component computers 8a and 8b assigned to the components 3a, 3b, 4a, 4b, 4c and 4d shown in FIG.
  • a centralized or decentralized reporting device 9 transmits an alarm signal to the communication ring 5 when a rail vehicle approaches the railroad crossing, so that the railroad barriers 3a and 3b lowered and the light signals 4a, 4b, 4c and 4d must be set to red.
  • 24V control signals 24V_1 and 24V_2 for the components 3a, 3b, 4a, 4b, 4c and 4d and 220V actuating voltage for the level crossings 3a and 3b are generated.
  • FIG. 2 shows the essential components for controlling the component computers using the example of two component computers 8a and 8b for controlling the two light signals 4a and 4b.
  • the component computers 8a and 8b are each provided with a first single-channel SILO computer 10a or 10b and a second single-channel SILO computer
  • the control computer 6 sends a control command to the first computers 10a and 11a, which then switch their associated light signals 4a and 4b to red 12a or 12b.
  • the first and the second computer 10a and 11a or 10b and 11b determine independently of one another via current monitoring devices 13a and 14a or 13b and 14b the energization of the light signal 4a or 4b, that is, the two computers 10a and IIa or 10b and IIb determine whether the according to the control command 6 commanded red state 12a or 12b of the light sign 4a and 4b has been correctly turned on.
  • This readback result is transmitted from the first computer 10a or 10b as a first message 15a or 15b and from the second computer IIa or IIb as a second data message 16a or 16b via the communication ring 5 to the control computer 6.
  • control computer 6 compares its control command with the readback results, that is to say with the data telegrams 15a and 16a as well as 15b and 16b. If the data telegrams 15a, 16a, 15b and 16b do not match the control command 6 setting command, it means that the red state 12a and / or 12b of the light 4 a and / or 4 b has not been set correctly, whereby the control computer 6 gives a security reaction triggers the light signals 4a and 4b in the red state 12a, 12b until the fault is resolved.
  • the same safety reaction also takes place when the control computer 6 detects a discrepancy by comparing the red state-specific data telegrams 15a and 16a with respect to the light signal 4a with the data telegrams 15b and 16b with respect to the light signal 4b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bahnübergangssicherungssystem mit einer Steuereinrichtung für straßenseitige Komponenten (3a, 3b; 4a, 4b, 4c, 4d), insbesondere Bahnschranken (3a, 3b) und Lichtzeichen (4a, 4b, 4c, 4d). Um signaltechnisch sichere Rechner durch signaltechnisch nicht sichere Rechner ersetzen zu können, ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung einen signaltechnisch sicheren Steuerrechner (6) aufweist und den Komponenten (4a; 4b) signaltechnisch nicht sichere Komponentenrechner (8a; 8b) zugeordnet sind, wobei die Komponentenrechner (8a; 8b) jeweils einen ersten und einen zweiten einkanaligen Rechner (10a, 11a; 10b, 11b) mit diversitärer Hardware umfassen und dass der Steuerrechner (6) und die Komponentenrechner (8a, 8b) Mittel zur Ansteuerung und Überwachung der Komponenten (4a; 4b) mit folgendem Ablauf aufweisen: - der Steuerrechner (6) sendet einen Stellbefehl an die ersten Rechner (10a; 10b), welche ihre zugeordnete Komponente (4a; 4b) ansteuern, - der erste und der zweite Rechner (10a, 11a; 10b, 11b) der Komponente (4a; 4b) ermitteln unabhängig voneinander die Bestromung der Komponente (4a; 4b) und senden dieses Rückleseergebnis an den Steuerrechner (6) und - der Steuerrechner (6) vergleicht seinen Stellbefehl mit den Rückleseergebnissen der Komponenten (4a; 4b) und vergleicht die Rückleseergebnisse miteinander, wobei bei Nichtübereinstimmung mindestens eines der Vergleichsergebnisse eine Sicherheitsreaktion ausgelöst wird.

Description

Beschreibung
BahnübergangssicherungsSystem Die Erfindung betrifft ein Bahnübergangssicherungssystem mit einer Steuereinrichtung für straßenseitige Komponenten, insbesondere Bahnschranken und Lichtzeichen.
Für BahnübergangssicherungsSysteme ist ein hoher Sicherheits- level - Safety Integrity Level / SIL - Voraussetzung für eine Zulassung durch nationale Behörden. Die Sicherheitslevel sind in der CENELEC Norm EN50129 von SILO - signaltechnisch nicht sicher - bis SIL4 - signaltechnisch hochgradig sicher - definiert. Der für BahnübergangssicherungsSysteme vorgegebene Sicherheitslevel ist üblicherweise SIL4.
Bekannt sind BahnübergangssicherungsSysteme auf der Basis zweikanaliger SIL4-Rechner für die Steuereinrichtung und für Komponentenrechner mit mehrkanaliger Rücklesung des Komponen- tenzustandes , wobei in den Kanälen der Rechner jeweils die gleiche Anwendersoftware vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bahnübergangs- Sicherungssystem gattungsgemäßer Art anzugeben, bei dem der SIL-Level möglichst vieler Systemrechner verringert werden kann, wobei der geforderte SIL-Level für das Gesamtsystem, insbesondere SIL4, dennoch sichergestellt ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung einen signaltechnisch sicheren Steuerrechner aufweist und den Komponenten signaltechnisch nicht sichere Komponentenrechner zugeordnet sind, wobei die Komponentenrechner jeweils einen ersten und einen zweiten einkanaligen Rechner mit diversitärer Hardware umfassen und dass der Steu- errechner und die Komponentenrechner Mittel zur Ansteuerung und Überwachung der Komponenten mit folgendem Ablauf aufweisen : - der Steuerrechner sendet einen Stellbefehl an die ersten Rechner, welche ihre zugeordnete Komponente ansteuern,
- der erste und der zweite Rechner der Komponente ermitteln unabhängig voneinander die Bestromung der Komponen- te und senden dieses Rückleseergebnis an den Steuerrechner und
- der Steuerrechner vergleicht seinen Stellbefehl mit den Rückleseergebnissen der Komponenten und vergleicht die Rückleseergebnisse miteinander, wobei bei Nichtüberein- Stimmung mindestens eines der Vergleichsergebnisse eine
Sicherheitsreaktion ausgelöst wird.
Durch die Zweifachrücklesung des tatsächlichen Schaltzustandes der Komponenten, das heißt der Komponentenbestromung, mittels zweier diversitärer Rechner und durch den steuerrech- nerseitigen Vergleich sowohl seines Stellbefehles mit den Rückleseergebnissen als auch der Rückleseergebnisse untereinander wird die geforderte signaltechnische Sicherheit des BahnübergangssicherungsSystems auch mit signaltechnisch nicht sicheren Komponentenrechnern erreicht. Auf diese Weise ergibt sich eine Vereinfachung der Komponentenrechner und letztlich eine erhebliche Verringerung der Hardwarekosten. Die Aufspaltung des Komponentenrechners in einen ersten und einen zweiten einkanaligen Rechner und deren ablaufgemäßes Zusammenwir- ken mit dem signaltechnisch sicheren Steuerrechner führen außerdem zu einer einfacheren Sicherheitsnachweisführung für die Zulassung des Gesamtsystems. Die ersten und zweiten Rechner, die den anzusteuernden Komponenten, insbesondere Bahnschranken und Lichtzeichen, des Bahnübergangssicherungssys- tems zugeordnet sind, können als SILO-Rechner und damit als kommerzielle, preiswerte Rechner ausgeführt sein. Die Sicherheitsverantwortung liegt bei ablaufgemäßer Ansteuerung und Überwachung der Komponenten bei dem Steuerrechner, der vorzugsweise als SIL4-Rechner ausgeführt ist. Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass der Platzbedarf der beiden einkanaligen diversitären Rechner der einzelnen Komponenten geringer ist als bei zweikanaliger, signaltechnisch sicherer Ausführung gemäß dem Stand der Technik. Dabei fungiert der erste Rechner im Wesentlichen als Controller, während der zweite Rechner auch als Kommunikationsmodul bezeichnet werden kann, da dieser zweite Rechner zusätzlich die Kommunikation zwischen Komponentenrechner und Steuerrechner managet .
Vorzugsweise sind der Steuerrechner und die Komponentenrechner gemäß Anspruch 2 in einem Kommunikationsring angeordnet. Datentelegramme verschiedenster Art können auf dem Kommunikationsring, beispielsweise via Ethernet, zwischen allen Rech- nern bzw. deren zugeordneten Komponenten und dem Steuerrechner schnell und sicher übertragen werden. Einzelverbindungen des Steuerrechners mit jedem einzelnen Komponentenrechner entfallen somit. Zur Auslösung der Sicherheitsreaktion bei durch den Steuerrechner festgestellter Nichtübereinstimmung mindestens eines der beiden Vergleichergebnisse ist gemäß Anspruch 3 vorgesehen, dass der Steuerrechner an die ersten und zweiten Rechner Abschaltkommandos sendet, wodurch der erste und/oder der zweite Rechner die zugeordnete Komponente in einen signaltechnisch sicheren Zustand schaltet beziehungsweise schalten.
Zusätzlich oder alternativ kann die Sicherheitsreaktion gemäß Anspruch 4 auch dadurch ausgelöst werden, dass der Steuer- rechner die Kommunikationsverbindung zu den Komponentenrechnern abbricht, wodurch die Komponenten automatisch in einen signaltechnisch sicheren Zustand geschaltet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellun- gen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Bahnübergangssicherungssystem mit
Bestromungsplan und Figur 2 eine Detaildarstellung der wesentlichen Baugruppen zur Ansteuerung von Lichtsignalen an einem Bahnübergang . Figur 1 veranschaulicht einen Bahnübergang, bei dem eine Straße 1 ein Gleis 2 kreuzt. Zur Sicherung des Bahnüberganges sind straßenseitig zwei Halbschranken 3a und 3b und vier Lichtzeichen 4a, 4b, 4c und 4d vorgesehen, welche in einem Kommunikationsring 5 mit einem zweikanaligen signaltechnisch sicheren Steuerrechner 6 nach Art eines SIL4-LCU / Level Crossing Unit verbunden sind. Der Steuerrechner 6 ist mit einer Kommunikationseinrichtung 7 ausgestattet, welche mit den Komponenten 3a, 3b, 4a, 4b, 4c und 4d zugeordneten in Figur 2 dargestellten Komponentenrechnern 8a und 8b Datentelegramme via Ethernet austauscht. Eine zentrale oder dezentrale Meldeeinrichtung 9 überträgt ein Meldesignal an den Kommunikationsring 5, wenn sich ein Schienenfahrzeug dem Bahnübergang nähert, so dass die Bahnschranken 3a und 3b abgesenkt und die Lichtzeichen 4a, 4b, 4c und 4d auf rot gestellt werden müssen. Dabei werden 24V-Ansteuersignale 24V_1 und 24V_2 für die Komponenten 3a, 3b, 4a, 4b, 4c und 4d sowie 220V- Betätigungsspannung für die Bahnübergänge 3a und 3b erzeugt. In Figur 2 sind die wesentlichen Baugruppen für die Ansteuerung der Komponentenrechner am Beispiel zweier Komponentenrechner 8a und 8b für die Ansteuerung der beiden Lichtzeichen 4a und 4b dargestellt. Die Komponentenrechner 8a und 8b sind jeweils mit einem ersten einkanaligen SILO-Rechner 10a bezie- hungsweise 10b und einem zweiten einkanaligen SILO-Rechner
IIa beziehungsweise IIb ausgestattet. Die beiden Rechner 10a und IIa sowie 10b und IIb unterscheiden sich hardwaremäßig, so dass diversitäre Datenverarbeitungsprinzipien resultieren. Zur signaltechnisch sicheren Ansteuerung und Überwachung der Lichtzeichen 4a und 4b ist folgender Ablauf vorgesehen:
Der Steuerrechner 6 sendet einen Stellbefehl an die ersten Rechner 10a und IIa, welche daraufhin ihr zugeordnetes Lichtzeichen 4a beziehungsweise 4b auf rot 12a beziehungsweise 12b schalten.
Der erste und der zweite Rechner 10a und IIa beziehungsweise 10b und IIb ermitteln über Stromüberwachungseinrichtungen 13a und 14a beziehungsweise 13b und 14b unabhängig voneinander die Bestromung des Lichtzeichens 4a beziehungsweise 4b, das heißt die beiden Rechner 10a und IIa beziehungsweise 10b und IIb stellen fest, ob der gemäß Stellbefehl des Steuerrechners 6 vorgesehene Rot-Zustand 12a beziehungsweise 12b des Licht- Zeichens 4a beziehungsweise 4b korrekt eingeschaltet wurde. Dieses Rückleseergebnis wird von dem ersten Rechner 10a beziehungsweise 10b als erstes Telegramm 15a beziehungsweise 15b und von dem zweiten Rechner IIa beziehungsweise IIb als zweites Datentelegramm 16a beziehungsweise 16b über den Kom- munikationsring 5 an den Steuerrechner 6 übermittelt. Daraufhin vergleicht der Steuerrechner 6 seinen Stellbefehl mit den Rückleseergebnissen, das heißt mit den Datentelegrammen 15a und 16a sowie 15b und 16b. Wenn die Datentelegramme 15a, 16a, 15b und 16b nicht zu dem Stellbefehl des Steuerrechners 6 passen, bedeutet das, dass der Rot-Zustand 12a und/oder 12b des Lichtzeichens 4a und/oder 4b nicht korrekt eingestellt wurde, wodurch der Steuerrechner 6 eine Sicherheitsreaktion auslöst, die die Lichtzeichen 4a und 4b so lange in den Rot- Zustand 12a, 12b zwingt, bis die Störung behoben ist. Die gleiche Sicherheitsreaktion erfolgt auch, wenn der Steuerrechner 6 durch Vergleich der Rot-zustandsspezifischen Datentelegramme 15a und 16a bezüglich des Lichtzeichens 4a mit den Datentelegrammen 15b und 16b bezüglich des Lichtzeichens 4b eine Diskrepanz feststellt.
Die in Figur 2 beispielhaft dargestellte Konfiguration ermöglicht im Zusammenwirken mit dem geschilderten Ablauf zur An- steuerung und Überwachung von Bahnschranken 3a und 3b und Lichtzeichen 4a, 4b, 4c und 4d, dass die Komponentenrechner 8a und 8b als SILO-Rechner ausgeführt sein können, ohne die SIL4-Sicherheit des Gesamtsystems zu gefährden. In Figur 2 ist außerdem ersichtlich, dass die ersten Rechner 10a und 10b Controllerfunktionalität aufweisen, während die zweiten Rechner IIa und IIb darüber hinaus die Ethernet-Kommunikation mit dem sicheren Rechner 6 steuern.

Claims

Patentansprüche
1. BahnübergangssicherungsSystem mit einer Steuereinrichtung für straßenseitige Komponenten (3a, 3b; 4a, 4b, 4c, 4d) , ins- besondere Bahnschranken (3a, 3b) und Lichtzeichen (4a, 4b, 4c, 4d) ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Steuereinrichtung einen signaltechnisch sicheren Steuerrechner (6) aufweist und den Komponenten (3a, 3b; 4a, 4b, 4c, 4d) signaltechnisch nicht sichere Komponentenrechner (8a; 8b) zugeordnet sind, wobei die Komponentenrechner (8a; 8b) jeweils einen ersten und einen zweiten einkanaligen Rechner (10a, IIa; 10b, IIb) mit diversitärer Hardware umfassen und dass der Steuerrechner (6) und die Komponentenrechner (8a; 8b) Mittel zur Ansteuerung und Überwachung der Komponenten (3a, 3b; 4a, 4b, 4c, 4d) mit folgendem Ablauf aufweisen:
- der Steuerrechner (6) sendet einen Stellbefehl an die ersten Rechner (10a; 10b), welche ihre zugeordnete Komponente (4a; 4b) ansteuern,
- der erste und der zweite Rechner (10a, IIa; 10b, IIb) der Komponente (4a; 4b) ermitteln unabhängig voneinander die Bestromung der Komponente (4a; 4b) und senden diese Rückleseergebnisse an den Steuerrechner (6) und
- der Steuerrechner (6) vergleicht seinen Stellbefehl mit den Rückleseergebnissen der Komponenten (4a; 4b) und vergleicht die Rückleseergebnisse miteinander, wobei bei Nichtübereinstimmung mindestens eines der Vergleichsergebnisse eine Sicherheitsreaktion ausgelöst wird.
2. Bahnübergangssicherungssystem nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Steuerrechner (6) und die Komponentenrechner (8a; 8b) in einem Kommunikationsring (5) angeordnet sind.
3. Bahnübergangssicherungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Steuerrechner (6) zur Auslösung der Sicherheitsreaktion an die ersten und zweiten Rechner (10a, IIa; 10b, IIb) Abschaltkommandos sendet, wodurch der erste und/oder der zweite Rechner (10a, 10b und/oder IIa, IIb) die zugeordnete Kompo- nente (4a; 4b) in einen signaltechnisch sicheren Zustand schaltet/schalten .
4. BahnübergangssicherungsSystem nach einem der vorangehenden Ansprüche ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Steuerrechner (6) zur Auslösung der Sicherheitsreaktion die Kommunikationsverbindung zu den Komponentenrechnern (8a; 8b) abbricht, wodurch die Komponenten (4a; 4b) in einen signaltechnisch sicheren Zustand geschaltet werden.
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