WO2017092911A1 - Einrichtung und verfahren zum steuern und/oder überwachen von in einem schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen intelligenten funktionseinheiten - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum steuern und/oder überwachen von in einem schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen intelligenten funktionseinheiten Download PDF

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WO2017092911A1
WO2017092911A1 PCT/EP2016/073729 EP2016073729W WO2017092911A1 WO 2017092911 A1 WO2017092911 A1 WO 2017092911A1 EP 2016073729 W EP2016073729 W EP 2016073729W WO 2017092911 A1 WO2017092911 A1 WO 2017092911A1
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functional units
dfe
monitoring
decentralized functional
decentralized
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PCT/EP2016/073729
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Mario Moser
Rolf Schmid
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Siemens Schweiz Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L19/00—Arrangements for interlocking between points and signals by means of a single interlocking device, e.g. central control
    • B61L19/06—Interlocking devices having electrical operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L21/00—Station blocking between signal boxes in one yard
    • B61L21/04—Electrical locking and release of the route; Electrical repeat locks
    • 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
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation

Definitions

  • the present invention relates to a
  • Device and method for controlling and / or monitoring decentralized functional units arranged in a rail transport network are provided.
  • Rail transport networks used where they are used to control vehicle influencing and / or vehicle monitoring units and to monitor the functionality and process data
  • a central control ⁇ and / or monitoring center such as a control center to report.
  • a central control ⁇ and / or monitoring center such as a control center to report.
  • a central control ⁇ and / or monitoring center such as a control center to report.
  • a central control ⁇ and / or monitoring center such as a control center to report.
  • a central control ⁇ and / or monitoring center such as a control center to report.
  • a central control ⁇ and / or monitoring center such as a control center to report.
  • Monitoring units can also use balises and
  • DTN Data Transport Network
  • Transport network designed and used for the transmission of data for operational
  • Rail infrastructure is designed for robustness and reliability due to more than 100 years of railway history. So today, all interlocking functions in a centralized indoor system, usually in a separate signal box building executed. The actual signal boxes are based today in the Usually on the track plan or shutter-board principle. Very often, to achieve the required safety, the setting of the roads after the
  • Track plan principle and the monitoring and verification of the set routes on the track plan principle made or vice versa.
  • the corresponding relay circuit is installed in the interlocking for each decentralized functional unit in the track system.
  • the a track system object mapping relay circuits are in accordance with the course of the track or the itineraries shown on the track cable in
  • decentralized functional unit the current path required for the driving position via its relay contacts
  • closure plan just too big and not more
  • Electronic interlockings according to the closure plan principle often work with matrices.
  • Electronic interlockings according to the track plan principle still know traces, but these are no longer rungs, but virtual
  • Information is transmitted in the form of telegrams. Only in the case that a track is distributed over several computers of the interlocking system, these telegrams can also be tracked at the interfaces of the computer with each other.
  • Dispatcher (dispositive guidance system) - Outdoor area with the decentralized functional units
  • Example switching cabinets with signal and switch assemblies provided that the signals and the points in the
  • the present invention is therefore based on the object to provide a device and method for controlling and / or monitoring arranged in a rail network decentralized functional units, which is compared to the existing facilities easier and cheaper to operate and, if necessary. Also has a lower footprint.
  • This task is related to the facility
  • a device for controlling and / or monitoring decentralized functional units arranged in a rail transport network comprising: a) a superior control system, such as a dispositive control system, with the decentralized
  • Function units exchanges information by means of data telegrams
  • Control system is coupled via at least one network access point on the data transport network
  • Function unit are logically connected and with this data to execute the control and / or
  • Functional units are logically connected according to a track plan principle with the respective next adjacent decentralized functional unit according to the track plan principle and directly communicate with these data for execution of the control and / or monitoring and / or locking functions.
  • the interlocking functionalities can be partially or even completely outsourced from a central indoor plant in the decentralized functional units, with the result that the
  • Traffic monitoring and traffic control units in particular signals, switches, axle counters,
  • Control system include a signal box and / or a control system. It should be noted that if necessary still
  • Figure 1 is a schematic view of the structure of a
  • FIG. 2 is a schematic view of a topology of a decentralized interlocking.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the structure of a device E for controlling and / or monitoring along a railway network (not shown here) arranged decentralized functional units DFE1A to DFEnA, DFE1B to DFEnB, etc. (hereinafter also called element controller EC).
  • the decentralized functional units are hereinafter referred to as DFE or EC.
  • Such decentralized functional units DFE are used to control and monitor train-influencing and / or train monitoring units.
  • signals, switches, balises, line conductors, track magnets and the like may be mentioned.
  • Train monitoring units can also include balises and line conductors, as well as axle counters and track circuits.
  • a signal S is controlled and monitored by the decentralized functional unit DFE1C.
  • decentralized functional unit DFE1C controls the
  • Each distributed functional unit DFE or the unit it controls / monitors has a unique address throughout the network, such as an IP address or a MAC address.
  • the device E further includes a
  • Data transport network TN with a number of
  • Network access points 2 to 16 At a part of this
  • Network access points 6 to 16 are connected to communication units 18 to 28.
  • the data transport network TN is designed here as a highly available network. Such highly available structures can on the one hand by a redundant version of the network itself and / or on the other hand by a clever re ⁇ organization of the network in case of failure of a
  • the device E comprises a higher-level control system 30 which, in addition to other components which are not further listed here, comprises a control center LT and a service / diagnosis unit SD which are connected via the
  • Network access points 2 and 4 are connected by means of Ethernet connections to the data transport network TN.
  • Communication groups 18 to 28 and the corresponding network nodes 6 to 16 may be coupled to the transport network TN and so on this
  • decentralized functional units DFE are to
  • Subnetwork NA, NB, NC, ND and NE combined.
  • Subgroup a becomes, for example, the decentralized functional units DFE1A, DFE2A, DFE3A to DFEnA educated.
  • the subgroups a to e are always at their two ends, each with one of the communication groups 18 to 28 and a network access points 6 to 16
  • Each decentralized functional unit DFE is also a switching computer SU or SCU, which may alternatively be integrated directly into the decentralized functional unit DFE, upstream, which provides the connection to the subnetwork for the decentralized functional units DFE, so that each decentralized
  • Communication group can still be addressed by a second redundant communication group 18 to 28.
  • Each subnetwork (NA to NE) is thus made up of a number of point-to-point connections of logically adjacent distributed functional units (DFE).
  • DFE distributed functional units
  • Scheduling module (SU), which even gives the chance to change the point-to-point transmission technology from cell to cell and so the respective
  • a suitable switching module (SU) can do so in this way
  • the circuitry Depending on the wiring self-organizing the provides certain point-to-point transmission technology through the circuitry.
  • the telegrams can work for several reasons.
  • simple transmission means e.g. ISDN, xDSL, SHDSL.
  • Realtime telegrams user data telegrams from the signal box to the DFEs as special TCP / IP telegrams, more specific
  • Non-realtime telegrams normal TCP / IP telegrams, no user data telegrams.
  • the decentralized functional unit DFE here are logically coupled according to the track plan principle.
  • the track plan principle as discussed further in the introductory part - has the effect that each decentralized functional unit is logically connected to its next neighbor required for the construction of a road. Because the decentralized
  • Function units DFE here also perform shutter functions, it is sufficient if the structure of a road the shutter of the respective
  • a dashed line L is shown, which connects the decentralized functional units DFE1D and DFE3C. According to the arrow direction of the dashed line L, therefore, the closure of decentralized functional unit DFE3C must first be reported to the decentralized functional unit DFE1D, before the latter also controls the one it controls
  • FIG. 2 shows schematically a
  • the two controllers C2 and C4 take over the communication to a neighboring STW interlocking station (virtual or central with indoor installation available). But this communication could also be routed via the data network NT to the neighboring interlocking.
  • the actual track topology includes three components
  • the controllers C1 to C4 also manage the
  • the higher-level control system 30 is shown here in the form of a cloud, in which the functionality of the
  • dispositive control system LT and the service / diagnostic unit SD are executed.
  • An example procedure for the setting of a route is explained below; the to be adjusted
  • Road includes the track sections Gl and G2.
  • the route setting begins with a request of the route by the dispositive control system LT. It should therefore be driven via the signal Sl and the switch Wl from the track section Gl in the track section G2.
  • the controller Cl now receives this request directly from the control system LT.
  • the controller Cl forwards this command to the switch controller C3.
  • the points controller C3 checks with the track release message GF, such. an axle counter controller, track circuit controller, whether the switch Wl is free. In the presence of this track release message the point controller C3 controls the switch Wl to the left by driving the point drive WA1 and sets after acknowledgment of the correct course end position (for example, by a
  • controller C2 communicates this
  • the controller C2 now forwards the information that checks for him
  • the controller Cl now turns on the green signal lamp of the signal Sl and closes this setting.
  • the controller Cl can now report to the control system that the requested road is now set and locked in the same way.
  • a train / rail vehicle can safely leave this road now, which is also displayed in the control system LT on the magnifying glass images of the Dispatcher accordingly.
  • the structure of the road is therefore also in this device E according to the regular rules (for example, according to the driving regulations of the BAV / EBA) and the prescribed there rules of the track plan principle.
  • a particular advantage of this solution is that in the case of
  • the control system LT can be executed as a real cloud solution.
  • diagnoses can be at any decentralized functional element Network connections are provided. Remote diagnostics are also made easier and access protection can be improved. So, for example

Landscapes

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

Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von in einem Schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen Funktionseinheiten anzugeben, die gegenüber den heute bestehenden Anlagen einfacher und kostengünstiger zu betreiben sind und ggfs. auch einen geringeren Footprint aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Einrichtung und einem Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von in einem Schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen Funktionseinheiten gelöst, umfassend: a) ein übergeordnetes Steuerungssystem (30), das mit den dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, C1 bis C4) mittels Datentelegrammen (DT) Informationen austauscht, b) ein Datentransportnetzwerk (TN) mit einer Anzahl von Netzzugangspunkten (2 bis 16), wobei das übergeordnete Steuerungssystem (30) über mindestens einen Netzzugangspunkt (2, 4) an dem Datentransportnetzwerk (TN) angekoppelt ist; c) Kommunikationseinheiten (18 bis 28), die an einem Netzzugangspunkt (6 bis 16) angeschlossen sind und den dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, C1 bis C4) den Zugang zu dem Datentransportnetzwerk (TN) bereitstellen, und d) die dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, C1 bis C4) selbsttätig Steuerungs-, Überwachungs-und Verschlussfunktionen ausführen und/oder verwalten sowie gemäss einem Spurplanprinzip mit der jeweils gemäss dem Spurplanprinzip nächst benachbarten dezentralen Funktionseinheit (DFE, EC, C1 bis C4) logisch verbunden sind und mit diesen Daten zur Ausführung der Steuerungs- und/oder Überwachungs-und/oder Verschlussfunktionen direkt austauschen. Auf diese Weise können die Stellwerkfunktionalitäten teilweise oder sogar vollständig von einer zentralen Innenanlage weg in die dezentralen Funktionseinheiten ausgelagert werden, was zur Folge hat, dass die Innenanlagen entweder drastisch verkleinert oder sogar komplett aufgelöst werden kann.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von in einem Schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen intelligenten Funktionseinheiten
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Einrichtung und Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von in einem Schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen Funktionseinheiten.
Derartige dezentrale Funktionseinheiten werden in
Schienenverkehrsnetzwerken eingesetzt, wo diese genutzt werden, um Fahrzeug beeinflussende und/oder Fahrzeug überwachende Einheiten zu steuern und bezüglich der Funktionalität zu überwachen und um Prozessdaten
aufzunehmen und zurück an eine zentrale Steuerungs¬ und/oder Überwachungszentrale, wie zum Beispiel eine Leitstelle zu melden. Als zugbeeinflussende Einheiten, die also Anweisungen an den Fahrzeugführer geben oder sogar direkt Eingriffe in der Fahrzeugsteuerung vornehmen oder direkt einen sicheren Fahrweg einstellen, können beispielsweise Signale, Weichen, Balisen, Linienleiter, Gleismagnete und dergleichen sowie auch Sensoren zum Erfassen von Prozessgrössen des fahrenden Zuges, wie Leistungsaufnahme, Geschwindigkeit und dergleichen, betrachtet werden. Als Zug- und Gleisabschnitt
überwachende Einheiten können ebenfalls Balisen und
Linienleiter, aber auch Achszähler und Gleisstromkreise und andere Gleisfreimeldesysteme genannt werden.
Im Eisenbahnverkehr ist es üblicherweise so, dass diese dezentralen Funktionseinheiten von einem Stellwerk oder einem abgesetzten Stellwerkrechner gesteuert werden. Für den Datentransfer zwischen dem Stellwerk und den
Funktionseinheiten im Gleisbereich sind heute in der Regel standardisierte Kupferkabel vorgesehen, für deren klassische Stelldistanzlängen wegen der physikalischen Übertragungsparameter, den Kabelbelägen (RLC) , bei 10 km in der Praxis die obere Grenze liegt. Bei gewissen Typen von Funktionseinheiten kann diese obere Limite jedoch auch nur bei maximal 6,5 km liegen.
Heutzutage stehen jedoch auch schon Datennetzwerke bei Eisenbahnen im Einsatz, welche dazu verwendet werden z.B. Daten unter benachbarten Stellwerken oder der Stellwerken und Leittechnik auszutauschen. Sie werden auch
eingesetzt, um zugbeeinflussende und/oder zugüberwachende Funktionseinheiten zu steuern und zu überwachen, wodurch eine Überbrückung von fast beliebigen Stelldistanzen zu ermöglichen ist. Diese Netzwerke sind vom Typ eines
Datentransportnetzwerkes (DTN) , z.B. ein optisches
Transportnetzwerkes, ausgestaltet und werden für die Übermittlung von Daten für die operationeile
Betriebsebene und dergleichen eingesetzt.
Derartige Datennetzwerke erlauben eine sehr viel höhere Anzahl von Freiheitsgraden hinsichtlich
• der Festlegung der Position der Kopplungspunkte für den Anschluss von Stellwerk- und Leittechnikanlagen oder Teilen davon und somit dessen Aufstellungsorte,
• der angewandten Übertragungs-Verfahren und der
Distanzen der Kommunikation unter verschiedenen Anlagenteilen .
Diese Datennetzwerke ermöglichen so mitunter eine
wesentliche Verbesserung beim Preis/Leistungsverhältnis und dennoch ein hoch zuverlässiger und entsprechend sicherer Datenaustausch der
Eisenbahnsicherungseinrichtungen entlang von Gleisanlagen (der dezentralen Funktionseinheiten.
Der Aufbau von technischen Anlagen in der
Bahninfrastruktur, ist aufgrund der über 100 jährigen Geschichte des des Eisenbahnwesens auf Robustheit und Zuverlässigkeit ausgelegt. So werden auch heute sämtliche Stellwerkfunktionen in einer zentralisierten Innenanlage, meist in einem separaten Stellwerkgebäude, ausgeführt. Die eigentlichen Stellwerke basieren dabei heute in der Regel auf dem Spurplan- oder Verschlusstafelprinzip. Sehr häufig wird zur Erlangung der erforderlichen Sicherheit auch die Einstellung der Fahrstrassen nach dem
Spurplanprinzip und die Überwachung und Verifizierung der eingestellten Fahrstrassen nach dem Spurplanprinzip vorgenommen oder umgekehrt.
Heute arbeiten Relaisstellwerke wie auch elektronische Stellwerke entweder nach dem Spurplanprinzip oder nach dem Verschlussplanprinzip (auch Verschlusstafelprinzip genannt) . Mechanische Stellwerke arbeiten nach dem
Verschlussplanprinzip. Ein Bediener bringt einen
Signalhebel, und somit ein Signal, nur in Fahrtstellung, wenn die Bedingungen gemäß dem Verschlussplan erfüllt sind. Als Bedingungen für die Signalfahrtstellung wird im Verschlussplan die korrekte Lage der Weichen im Fahrweg aufgelistet, die erforderliche Lage der
Flankenschutzweichen etc. In den Relaisstellwerken werden diese Bedingungen nicht mehr durch reine mechanische Verschlüsse realisiert, sondern durch von Relaiskontakten unterbrochene Strompfade. Mit den Relaisstellwerken entstand denn auch das Spurplanprinzip. Bei
Relaisstellwerken nach dem Spurplanprinzip wird für jede dezentrale Funktionseinheit in der Gleisanlage die entsprechende Relaisschaltung im Stellwerk eingebaut. Die ein Gleisanlageobjekt abbildenden Relaisschaltungen werden gemäß dem Verlauf des Gleises bzw. der darauf abgebildeten Fahrstrassen mit dem Spurkabel im
sogenannten Spurplan verbunden. Folgt zum Beispiel der Weiche 1 die Weiche 2, so werden die Relais der Weiche 1 über das Spurkabel mit den Relais der Weiche 2 verbunden. Damit das Signal einer Fahrstraße auf Fahrt geht, darf keine in der Fahrstraße bzw. in der Spur liegende
dezentrale Funktionseinheit den für die Fahrtstellung benötigten Strompfad über seine Relaiskontakte
unterbrechen. Erst wenn alle in der Fahrstraße liegenden Elemente der Fahrstellung des Signals zustimmen, kann das Signal in die Fahrtstellung wechseln. Der Vorteil des Spurplanprinzips liegt darin, dass unabhängig vom benachbarten Objekt der Weiche 1 (Signal, Weiche, Block) , die Relais der Weiche 1 immer genau gleich über das genormte Spurkabel mit dem Nachbarelement verbunden werden. Der Größe des Stellwerks sind
theoretisch keine Grenzen gesetzt. Stellwerke nach dem Verschlussplanprinzip lassen sich nur bis zu einer bestimmten Größe bauen, irgendwann wird der (bei
mechanischen und elektromechanischen Stellwerken in Form von Verschlußregistern oder Verschlußstangen realisierte) Verschlussplan einfach zu groß und nicht mehr
überschaubar .
Elektronische Stellwerke nach dem Verschlussplanprinzip arbeiten häufig mit Matrizen. Elektronische Stellwerke nach dem Spurplanprinzip kennen immer noch Spuren, jedoch sind dies nicht mehr Strompfade, sondern virtuelle
Datenspuren zwischen benachbarten Elementen. Die
Informationen werden in Form von Telegrammen übermittelt. Nur in dem Fall, dass eine Spur sich über mehrere Rechner der Stellwerksanlage verteilt, können diese Telegramme auch an den Schnittstellen der Rechner untereinander verfolgt werden.
Die Steuerungsdaten für die dezentralen
Funktionseinheiten in der Aussenanlage werden dabei auch heute noch entweder in Form von Energiesignalen oder in Form von Datentelegrammen übertragen. Grundsätzlich besteht aber die nachfolgende Funktionsaufteilung fort:
- Stellwerkinnenanlage (in der Regel in einem Rechnerraum untergebracht)
- Verwaltung der Verschlussfunktionen
- Schutz gegen Gegenfahrten
- Schutz vor unzeitigem Weichenumlauf
- Bereitstellen der Schnittstelle zu einem
Fahrdienstleiter (dispositives Leitsystem) - Aussenanlage mit den dezentralen Funktionseinheiten
- Ansteuern der dezentralen Funktionseinheiten, wie Weiche, Signallampen usw.
- Überwachen der dezentralen Funktionseinheiten, wie z.B. auf die Weichenendlage, das Fliessen des
Lampenstroms usw.
Grundsätzlich ist daher die eigentlich Logik des
Bahnfahrens immer noch zentral in der
Stellwerkinnenanlage untergebracht. Dort sind zum
Beispiel Schaltschränke mit Signal- und Weichenbaugruppen vorgesehen, die die Signale und die Weichen in der
Aussenanlage steuern und auf den korrekten Stromfluss im Lampenstromkreis und die korrekte Leistungsaufnahme während des Weichenumlauf und das korrekte Erreichen der Weichenendlage überwachen. Deshalb sind derartige
Stellwerke vergleichsweise gross und müssen entsprechend unterhalten und im Betrieb auch klimatisch entsprechend eingestellt werden. Hier gelten also beispielsweise besonders für die Betriebsbedingungen keine anderen
Parameter, als diese auch für Rechnerräume in
Rechenzentren gelten. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von in einem Schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen Funktionseinheiten anzugeben, die gegenüber den heute bestehenden Anlagen einfacher und kostengünstiger zu betreiben ist und ggfs. auch einen geringeren Footprint aufweist.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Einrichtung
erfindungsgemäss mit einer Einrichtung zum Steuern und/oder Überwachen von in einem Schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen Funktionseinheiten gelöst, umfassend : a) ein übergeordnetes Steuerungssystem, wie z.B. ein dispositives Leitsystem, das mit den dezentralen
Funktionseinheiten mittels Datentelegrammen Informationen austauscht,
b) ein Datentransportnetzwerk mit einer Anzahl von
Netzzugangspunkten, wobei das übergeordnete
Steuerungssystem über mindestens einen Netzzugangspunkt an dem Datentransportnetzwerk angekoppelt ist;
c) Kommunikationseinheiten, die an einem Netzzugangspunkt angeschlossen sind und den dezentralen Funktionseinheiten den Zugang zu dem Datentransportnetzwerk bereitstellen, und
d) die dezentralen Funktionseinheiten selbsttätig
Steuerungs-, Überwachungs- und Verschlussfunktionen ausführen und/oder verwalten sowie gemäss einem
Spurplanprinzip mit dem jeweils gemäss dem
Spurplanprinzip nächst benachbarten dezentralen
Funktionseinheit logisch verbunden sind und mit diesen Daten zur Ausführung der Steuerungs- und/oder
Überwachungs- und/oder Verschlussfunktionen direkt austauschen .
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe
erfindungsgemäss durch ein Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von in einem Schienenverkehrsnetzwerk
angeordneten dezentralen Funktionseinheiten gelöst, umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen eines übergeordnete Steuerungssystems, z.B. ein dispositives Leitsystem, das mit den dezentralen Funktionseinheiten mittels Datentelegrammen Informationen austauscht,
b) Bereitstellen eines Datentransportnetzwerks mit einer Anzahl von Netzzugangspunkten, wobei das übergeordnete Steuerungssystem über mindestens einen Netzzugangspunkt an dem Datentransportnetzwerk angekoppelt ist;
c) Bereitstellen von Kommunikationseinheiten, die an einem Netzzugangspunkt angeschlossen sind und den dezentralen Funktionseinheiten den Zugang zu dem
Datentransportnetzwerk ermöglichen, und
d) selbstätiges Ausführen von Steuerungs-, Überwachungs¬ und Verschlussfunktionen und ggfs. von
Verwaltungsfunktionen durch die dezentralen
Funktionseinheiten, wobei die dezentralen
Funktionseinheiten gemäss einem Spurplanprinzip mit dem jeweils gemäss dem Spurplanprinzip nächst benachbarten dezentralen Funktionseinheit logisch verbunden sind und mit diesen Daten zur Ausführung der Steuerungs- und/oder Überwachungs- und/oder Verschlussfunktionen direkt austauschen .
Auf diese Weise können die Stellwerkfunktionalitäten teilweise oder sogar vollständig von einer zentralen Innenanlage weg in die dezentralen Funktionseinheiten ausgelagert werden, was zur Folge hat, dass die
Innenanlagen entweder drastisch verkleinert oder sogar komplett aufgelöst werden kann.
In für das Umfeld des Schienenverkehrs zweckmässiger Weise können die dezentralen Funktionseinheiten
verkehrsüberwachende und verkehrssteuernde Einheiten, wie insbesondere Signale, Weichen, Achszähler,
Gleisstromkreise, punkt- und linienförmige
Zugbeeinflussungselemente, steuern und/oder überwachen. Dementsprechend kann dann das übergeordnete
Steuerungssystem ein Stellwerk und/oder ein Leitsystem umfassen. Es ist anzumerken, dass ein ggfs. noch
vorhandenes Stellwerk gegenüber einem Stellwerk
herkömmlicher Bauart erheblich schlanker aufgebaut ist, weil im Besonderen die bisher von einem Stellwerk
wahrgenommenen ungemein wichtigen und
sicherheitskritischen Verschlussfunktionen in die
dezentralen Funktionseinheiten ausgelagert worden sind. Bei einer vollständigen Umsetzung der vorliegenden
Erfindung kommt es jedoch sogar zu einem Verschwinden des Rechnerraums des Stellwerks. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 in schematischer Ansicht den Aufbau einer
Einrichtung zur Steuerung und/oder Überwachung von entlang eines Eisenbahnnetzwerkes angeordneten dezentralen Funktionseinheiten; und Figur 2 in schematischer Ansicht eine Topologie eines dezentralen Stellwerks.
Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht den Aufbau einer Einrichtung E zur Steuerung und/oder Überwachung von entlang eines Eisenbahnnetzwerkes (hier nicht weiter dargestellt) angeordneten dezentralen Funktionseinheiten DFE1A bis DFEnA, DFE1B bis DFEnB usw. (im Nachfolgenden auch Element Controller EC genannt) . Sollte nicht eine bestimmte Funktionseinheit gemeint sein, werden die dezentralen Funktionseinheiten nachfolgend mit DFE oder EC bezeichnet. Derartige dezentrale Funktionseinheiten DFE werden genutzt, um zugbeeinflussenden und/oder zugüberwachende Einheiten zu steuern und zu überwachen. Als zugbeeinflussende Einheiten können beispielsweise Signale, Weichen, Balisen, Linienleiter, Gleismagnete und dergleichen genannt werden. Als zugüberwachende Einheiten können ebenfalls Balisen und Linienleiter, aber auch Achszähler und Gleisstromkreise genannt werden.
Beispielhaft wird durch die dezentrale Funktionseinheit DFE1C ein Signal S gesteuert und überwacht. Die
dezentrale Funktionseinheit DFE1C steuert dabei die
Anzeige der Signalbegriffe und führt respektive assistiert bei Überwachungsfunktionen, wie beispielsweise der Überwachung des Lampenstroms im Signalstromkreis.
Jede dezentrale Funktionseinheit DFE respektive die von ihr gesteuerte/überwachte Einheit verfügt im gesamten Netzwerk über eine eindeutige Adresse, beispielsweise eine IP-Adresse oder eine MAC-Adresse.
Die Einrichtung E umfasst weiter ein
Datentransportnetzwerk TN mit einer Anzahl von
Netzzugangspunkten 2 bis 16. An einem Teil dieser
Netzzugangspunkte 6 bis 16 sind Kommunikationseinheiten 18 bis 28 angeschlossen. Das Datentransportnetzwerk TN ist hierbei als hochverfügbares Netzwerk ausgestaltet. Solche hochverfügbaren Strukturen können sich einerseits durch eine redundante Ausführung des Netzes selbst und/oder andererseits durch eine geschickte Re¬ organisation des Netzes beim Ausfall eines
Verbindungsstückes ergeben.
Ausserdem umfasst die Einrichtung E ein übergeordnetes Steuerungssystem 30, das neben anderen hier nicht weiter aufgeführten Komponenten eine Leitstelle LT und eine Service/Diagnose-Einheit SD umfasst, die über die
Netzzugangspunkte 2 und 4 mittels Ethernet-Verbindungen an das Datentransportnetzwerk TN angeschlossen sind.
Wie in der Figur 1 gezeigt, müssen die dezentralen
Funktionseinheiten DFE über eine der
Kommunikationsgruppen 18 bis 28 und den entsprechende Netzwerkknoten 6 bis 16 an dem Transportnetzwerk TN angekoppelt sein und können so über dieses
Datentelegramme erhalten oder austauschen. Die
dezentralen Funktionseinheiten DFE sind dabei zu
Untergruppen a, b, c, d und e mit jeweils eigenem
Subnetzwerk NA, NB, NC, ND und NE zusammengefasst . Die Untergruppe a wird beispielsweise aus den dezentralen Funktionseinheiten DFE1A, DFE2A, DFE3A bis DFEnA gebildet. Dabei sind die Untergruppen a bis e immer an ihren beiden Enden mit je einer der Kommunikationsgruppen 18 bis 28 und einem Netzzugangspunkten 6 bis 16
verbunden. Jeder dezentralen Funktionseinheit DFE ist zudem ein Vermittlungsrechner SU oder SCU, der alternativ auch direkt in die dezentrale Funktionseinheit DFE integriert sein kann, vorgeschaltet, welcher für die dezentralen Funktionseinheiten DFE den Anschluss an das Subnetzwerk bereitstellt, damit jede dezentrale
Funktionseinheit DFE beim Ausfall einer
Kommunikationsgruppe noch von einer zweiten redundanten Kommunikationsgruppe 18 bis 28 angesprochen werden kann.
Jedes Subnetzwerk (NA bis NE) ist somit aus einer Anzahl von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen von logisch benachbarten dezentralen Funktionseinheiten (DFE) aufgebaut. Dabei ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung als autonome
Übertragungsstrecke innerhalb des Subnetzwerks
ausgebildet, zum Beispiel als ISDN-Übertragungsstrecke oder als xDSL-Übertragungsstrecke oder LWL-
Übertragungsstrecke . Somit kann ein einzelnes Subnetzwerk sozusagen aus einzelnen Übertragungszellen aufgebaut werden, die ihrerseits jeweils immer nur die Übertragung von Punkt zu Punkt beherrschen müssen. Mit anderen Worten gesprochen können so beispielsweise aus einfachen, eher kurzreichweitigen Übertragungstechniken auch ein viel längeres und komplexeres Subnetzwerk zusammengesetzt werden. Aus diesem Grund ist es zweckmässig, die Punkt- zu-Punkt-Verbindung an jedem Ende mit einem
Vermittlungsmodul (SU) zu terminieren, wodurch sich sogar die Chance ergibt, die Punkt-zu-Punkt-Übertragungstechnik von Zelle zu Zelle zu ändern und so die jeweils
geeigneteste Übertragungstechnik auswählen zu können. Ein geeignetes Vermittlungsmodul (SU) kann hierzu so
ausgestaltet sein, dass es eine Anzahl von Punkt-zu¬ Punkt-Übertragungstechniken bereitstellt und in
Abhängigkeit von der Beschaltung selbstorganisierend die durch die Beschaltung bestimmte Punkt-zu-Punkt- Übertragungstechnik bereitstellt .
Um den Performance-Anforderungen zu genügen und mit einfachen Übertragungsmitteln, wie z.B. ISDN, xDSL, SHDSL, arbeiten zu können, können die Telegramme
innerhalb der Subnetzwerke a bis e unterschieden werden in Realtime und Nichtrealtime-Telegramme :
- Realtime Telegramme: Nutzdatentelegramme vom Stellwerk zu den DFE's als spezielle TCP/IP-Telegramme, spezieller
Ethernet-Frametyp;
- Nicht-Realtime Telegramme: normale TCP/IP-Telegramme, keine Nutzdatentelegramme. Anders als im Stand der Technik sind die dezentralen Funktionseinheit DFE hier vorliegend logisch nach dem Spurplanprinzip gekoppelt. Das Spurplanprinzip - wie schon weiter im einleitenden Teil diskutiert - bewirkt, dass jede dezentrale Funktionseinheit mit ihren nächsten für den Aufbau einer Fahrstrasse erforderlichen Nachbarn logisch verbunden ist. Da die dezentralen
Funktionseinheiten DFE hier nun auch Verschlussfunktionen wahrnehmen, ist es ausreichend, wenn beim Aufbau einer Fahrstrasse der Verschluss der von der jeweiligen
dezentralen Funktionseinheit gesteuerten
verkehrsüberwachenden und/oder verkehrssteuernden
Einheiten gemäss dem Weg des Spurplans weitergemeldet wird. Mit anderen Worten heisst dies, dass beispielweise eine Weiche 2 erst dann stellwerkmässig verschlossen werden kann, wenn beispielsweise die im Spurplan zuvor angeordnete Weiche 1 stellwerkmässig verschlossen worden ist. Stellwerkmässig verschlossen heisst hierbei, dass die Lage der Weiche eingefroren wird und es damit unmöglich wird, dass die stellwerkmässig verschlossene Weiche einer anderen Fahrstrasse zur Verfügung gestellt werden kann. Erst nach einer erfolgten Befahrung der Fahrstrasse bzw. durch einen absichtlichen Eingriff des Fahrdienstleiters aus dem Leitsystem LT heraus kann die Einstellung einer Fahrstrasse aufgehoben und der
Verschluss der verkehrsüberwachenden und/oder
verkehrssteuernden Einheiten gemäss der logischen
Anordnung für diese Fahrstrasse im Spurplan beginnend am Anfang der befahrenen/betroffenen Fahrstrasse aufgehoben werden kann.
Beispielhaft für die logische Verknüpfung von dezentralen Funktionseinheiten DFE gemäss dem Spurplan ist eine gestrichelte Linie L eingezeichnet, die die dezentralen Funktionseinheiten DFE1D und DFE3C verbindet. Gemäss der Pfeilrichtung der gestrichelten Linie L muss also erst der Verschluss von dezentralen Funktionseinheit DFE3C an die dezentrale Funktionseinheit DFE1D gemeldet werden, bevor letztere ebenfalls die von ihr gesteuerte
verkehrsüberwachende und verkehrssteuernde Einheit verschliesst .
Figur 2 zeigt nun in schematischer Weise eine
beispielhafte Topologie für die Einrichtung E mit einem dezentralen virtuellen Stellwerk. Der Ausdruck „virtuell" wird hier bewusst verwendet, weil die eigentliche
Stellwerkinnenanlage nicht mehr existend ist. Die
Sicherungsfunktionalität, die nach wie vor auch in dieser Einrichtung E wahrgenommen wird, ist nun dezentral auf die dezentralen Funktioneinheiten, hier vereinfachend eingezeichnet als Controller Cl bis C4, verteilt und gemäss Spurplanprinzip logisch verschaltet. Bei der Projektierung wird nun jedem Controller Cl bis C4 seine im Spurplan benachbarten Controller Cl bis C4 mitgeteilt, z.B. in Form einer IP-Adresse oder einer Mac- Adresse. Einige Controller Cl bis C4 müssen noch
zusätzliche Aufgaben übernehmen, deren Verteilung durch die Projektierung festgelegt werden kann. So übernehmen die beiden Controller C2 und C4 die Kommunikation zu einem Nachbarstellwerk STW (virtuell oder zentral mit Innenanlage vorhanden) . Diese Kommunikation könnte aber auch über das Datennetzwerk NT zu dem Nachbarstellwerk geroutet werden.
Die eigentliche Gleistopologie umfasst drei
Gleisabschnitte Gl bis G3 sowie eine Weiche Wl mit einem Weichenantrieb WA1 und drei Lichtsignalen Sl, S2 und S4. Die Controller Cl bis C4 verwalten hier auch die
Verschlüsse und die Gleisfreimeldung GF für die ihnen jeweils zugeordneten Gleisabschnitte Gl bis G3. Das übergeordnete Steuerungssystem 30 ist hier in Form einer Cloud dargestellt, in der die Funktionalität des
dispositiven Leitsystems LT und der Service/Diagnose- Einheit SD ausgeführt werden. Nachfolgend wird ein Beispielablauf für die Einstellung einer Fahrstrasse erläutert; die einzustellende
Fahrstrasse umfasst dabei die Gleisabschnitte Gl und G2.
Die Fahrstrasseneinstellung beginnt mit einer Anforderung der Fahrstrasse seitens des dispositiven Leitsystems LT. Es soll also über das Signal Sl und die Weiche Wl aus dem Gleisabschnitt Gl in den Gleisabschnitt G2 gefahren werden. Der Controller Cl erhält nun diese Anforderung direkt von dem Leitsystem LT. Der Controller Cl leitet dieses Kommando an den Weichencontroller C3 weiter. Der Weichencontroller C3 prüft mit der Gleisfreimeldung GF, wie z.B. ein Achszähler-Controller, Gleisstromkreis- Controller, ob die Weiche Wl frei ist. Bei Vorliegen dieser Gleisfreimeldung steuert der Weichencontroller C3 die Weiche Wl durch Ansteuern des Weichenantriebs WA1 nach links um und setzt nach Quittierung der richtigen Weichenendlage (z.B. durch ein
Weichenzungenkontrollgestänge) einen Verschluss für die Weiche Wl . Anschliessend leitet der Weichencontroller C3 das ursprünglich eingegangene Kommando zur
Fahrstrasseneinstellung an den Controller C2 weiter. Der Controller C2 prüft nun, ob für den von ihm überwachten Gleisabschnitt G2 die Meldung, dass das Gleis G2 frei ist (Gleisfreimeldung GF = FREI), vorliegt. Ausserdem
kommuniziert der Controller C2 diese
Fahrstrassenanforderung an das Nachbarstellwerk STW, weil natürlich aus dem Gleisabschnitt G2 dann in einen von dem Nachbarstellwerk kontrollierten Gleisabschnitt
eingefahren werden wird. Der Controller C2 leitet nun die Information, dass die Prüfungen für den von ihm
kontrollierten Gleisabschnitt G2 erfolgreich
abgeschlossen sind, an den Controller C3 weiter. Der Controller C3 wiederum leitet diese Information an den ihm im Spurplan vorgeschalteten Controller Cl weiter. Zu diesem Zeitpunkt sind nun sowohl die Weiche 1 als auch das Signal S2 in der entsprechenden Einstellung
verriegelt (verschlossen) . Der Controller Cl schaltet nun die grüne Signallampe des Signals Sl ein und verschliesst diese Einstellung. Damit kann der Controller Cl nun an das Leitsystem melden, dass die angeforderte Fahrstrasse nun eingestellt und stellwerkmässig verschlossen ist. Ein Zug/Schienenfahrzeug kann diese Fahrstrasse nun gefahrlos abfahren, was auch im Leitsystem LT auf den Lupenbildern des Fahrdienstleiters entsprechend angezeigt wird.
Der Aufbau der Fahrstrasse erfolgt daher auch bei dieser Einrichtung E nach den regulären Regeln (z.B. gemäss Fahrreglement des BAV/EBA) und den dort festgeschriebenen Regeln des Spurplanprinzips. Ein besonderer Vorteil dieser Lösung besteht nun darin, dass im Falle von
Ausfällen in der Regel dann nur die betroffene dezentrale Funktionseinheit ausfällt und nicht wie heute leider meist in einem Störungsfall das gesamte Stellwerk. Zudem ist die Prozessinformation über den Verschlussstatus von einzelnen dezentralen Funktionseinheiten direkt in der Aussenanlage verfügbar, sodass zum Beispiel auch die Anschlussmöglichkeit für eine Rottenwarnanlage besteht. Durch einen konsequenten Aufbau der Netztopologie nach dem vorstehenden Muster kann auch das Leitsystem LT als echte Cloud-Lösung ausgeführt werden. Für Diagnosen können an jedem dezentralen Funktionselement Netzwerkanschlüsse zur Verfügung gestellt werden. Ebenso werden Ferndiagnosen erleichtert und der Zugriffsschutz kann verbessert werden. So können beispielsweise
sicherheitsrelevante Diagnosefunktionen nur lokal zur Verfügung gestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (E) zum Steuern und/oder Überwachen von in einem Schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4), umfassend:
a) ein übergeordnetes Steuerungssystem (30), das mit den dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4) mittels Datentelegrammen (DT) Informationen austauscht, b) ein Datentransportnetzwerk (TN) mit einer Anzahl von Netzzugangspunkten (2 bis 16), wobei das übergeordnete Steuerungssystem (30) über mindestens einen
Netzzugangspunkt (2, 4) an dem Datentransportnetzwerk (TN) angekoppelt ist;
c) Kommunikationseinheiten (18 bis 28), die an einem Netzzugangspunkt (6 bis 16) angeschlossen sind und den dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4) den Zugang zu dem Datentransportnetzwerk (TN) bereitstellen, und
d) die dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4) selbsttätig Steuerungs-, Überwachungs- und
Verschlussfunktionen ausführen und/verwalten sowie gemäss einem Spurplanprinzip mit der jeweils gemäss dem
Spurplanprinzip nächst benachbarten dezentralen
Funktionseinheit (DFE, EC, Cl bis C4) logisch verbunden sind und mit diesen Daten zur Ausführung der Steuerungs- und/oder Überwachungs- und/oder Verschlussfunktionen direkt austauschen.
2. Einrichtung (E) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4) verkehrsüberwachende und verkehrssteuernde Einheiten, wie insbesondere Signale (S) , Weichen (Wl), Achszähler, Gleisstromkreise, punkt- und linienförmige
Zugbeeinflussungselemente, steuern und/oder überwachen.
3. Einrichtung (E) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das übergeordnete Steuerungssystem ein Stellwerk und/oder ein Leitsystem (LT) umfasst.
4. Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von in einem Schienenverkehrsnetzwerk angeordneten dezentralen
Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4), umfassend die Schritte :
a) Bereitstellen eines übergeordnete Steuerungssystems (30), das mit den dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4) mittels Datentelegrammen (DT)
Informationen austauscht,
b) Bereitstellen eines Datentransportnetzwerks (TN) mit einer Anzahl von Netzzugangspunkten (2 bis 16), wobei das übergeordnete Steuerungssystem (30) über mindestens einen Netzzugangspunkt (2, 4) an dem Datentransportnetzwerk (TN) angekoppelt ist;
c) Bereitstellen von Kommunikationseinheiten (18 bis 28), die an einem Netzzugangspunkt (6 bis 16) angeschlossen sind und den dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4) den Zugang zu dem Datentransportnetzwerk (TN) ermöglichen, und
d) selbstätiges Ausführen von Steuerungs-, Überwachungs¬ und Verschlussfunktionen sowie ggfs. das Verwalten dieser Funktionen durch die dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4), wobei die dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4) gemäss einem Spurplanprinzip mit dem jeweils gemäss dem Spurplanprinzip nächst benachbarten dezentralen Funktionseinheit (DFE, EC, Cl bis C4) logisch verbunden sind und mit diesen Daten zur Ausführung der Steuerungs- und/oder Überwachungs- und/oder
Verschlussfunktionen direkt austauschen.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dezentralen Funktionseinheiten (DFE, EC, Cl bis C4) verkehrsüberwachende und verkehrssteuernde Einheiten, wie insbesondere Signale (S, Sl, S2, S4), Weichen (Wl), Achszähler, Gleisstromkreise, punkt- und linienförmige Zugbeeinflussungselemente, steuern und/oder überwachen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das übergeordnete Steuerungssystem ein Stellwerk und/oder ein Leitsystem (LT) umfasst.
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