TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung
des Betriebszustands einer Weiche, insbesondere ihrer Endlagen.
STAND DER TECHNIK
[0002] Bei den meisten Bauarten von Weichen werden zur Bereitstellung eines Fahrweges bewegliche
Teile der Weiche (Weichenzungen und ggfs. Weichenherz) mechanisch zwischen einer linken
und einer rechten Endlage verstellt. In den Endlagen wird die Weiche mechanisch durch
einen Weichenverschluss verriegelt. Weichen können durch ein Stellwerk ferngestellt
sein. Um die Weiche zwischen der linken und rechten Endlage umzustellen, kommt bei
ferngestellten Weichen ein Weichenantrieb mit einem Stellmotor zum Einsatz. Bei bestimmten
Bauarten von Weichen, z.B. bei lang gestreckten Schnellfahrweichen, können auch mehrere
Weichenantriebe an einer einzigen Weiche angeordnet sein.
[0003] In der Fig. 1 ist schematisch eine Weiche 1 in ihrer linken Endlage L illustriert,
in der Fig. 2 in ihrer rechten Endlage R. Dabei beziehen sich die Bezeichnungen "links"
und "rechts" auf ein absolutes Bezugssystem der Weiche, nämlich auf die Lage bezüglich
derjenigen Fahrtrichtung F, in der die Weiche eine Verzweigung bildet. Die Endlagen
L und R werden daher auch als Absolutlagen bezeichnet. In der Anlageprojektierung
und in der Stellwerkssoftware wird ausschliesslich auf diese Absolutlagen Bezug genommen.
[0004] Der Weichenantrieb kann in unterschiedlicher Weise an der Weiche angeordnet sein.
Insbesondere kann er bezüglich der Fahrtrichtung F links oder rechts an der Weiche
angeordnet sein. In den Figuren 1 und 2 ist schematisch ein Weichenantrieb 2 dargestellt,
der links von der Weiche angeordnet ist. Der Weichenantrieb 2 kann eine Schubstange
3 aufweisen, mit der die beweglichen Teile der Weiche von der linken in die rechte
Endlage und umgekehrt verschoben werden. Die Weiche nimmt bei ausgefahrener Schubstange
3 die linke Endlage ein (Fig. 1), bei eingefahrener Schubstange 3 die rechte Endlage
(Fig. 2). Wenn der Weichenantrieb rechts statt links angeordnet ist, sind die Verhältnisse
genau umgekehrt. Die Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Weichenantriebs (Schubstange
eingefahren oder ausgefahren) und der Absolutlage der Weiche (linke oder rechte Endlage)
hängt also von der Art und Weise ab, wie der Weichenantrieb an der Weiche angeordnet
ist.
[0005] Seit mehreren Jahrzehnten existiert eine standardisierte elektrische Schnittstelle
zwischen dem Stellwerk und dem Weichenantrieb in Form der sogenannten "Vierdraht-Schnittstelle".
Diese Schnittstelle ist im deutschsprachigen Raum weit verbreitet. Die Schnittstelle
weist vier Anschlüsse auf, die als X1, X2, X3 und X4 bezeichnet werden. Über die vier
Anschlüsse werden sowohl die Antriebsenergie für den Stellmotor während des Umstellens
als auch Ströme zur Überwachung der Stellung der Weichenlage im Ruhezustand übertragen.
Beispiele für Weichenantriebe, die mit der Vierdraht-Schnittstelle arbeiten, sind
die Systeme Siemens S 700 K, Thales FieldTrac 6341 L700H und Thales FieldTrac 6343
L826H.
[0006] Die Vierdraht-Schnittstelle kann in zwei Betriebsmodi verwendet werden, nämlich im
Umstellbetrieb und im Überwacherbetrieb. Eine Ansteuervorrichtung im Stellwerk schaltet
zwischen den beiden Betriebsmodi um.
[0007] Im Umstellbetrieb wird vom Stellwerk aus über die Schnittstelle ein Dreiphasen-Drehstrom
mit 400 VAC an den Stellmotor angelegt. Dabei bestimmt die Phasenlage an den Wicklungen
des Stellmotors dessen Drehrichtung. Der Stellmotor stellt die Weiche zwischen ihren
beiden Endlagen um.
[0008] Im Überwacherbetrieb wird im Stellwerk an zwei der vier Anschlüsse der Vierdraht-Schnittstelle
eine DC-Spannung angelegt, die typischerweise im Bereich 48 ... 60 VDC liegt. Zur
Überwachung der linken Endlage sind dies die Anschlüsse X1 und X3, zur Überwachung
der rechten Endlage die Anschlüsse X2 und X3. Im Stellwerk wird einerseits der resultierende
Strom durch diese Anschlüsse gemessen; andererseits wird die an den anderen beiden
Anschlüssen resultierende Spannung ermittelt. Anhand der Spannungs- und Strommessungen
kann festgestellt werden, ob die Weiche die zu überwachende Endlage einnimmt.
[0009] In den Figuren 3 und 4 ist beispielhaft und in stark schematischer Form ein Weichenantrieb
mit Vierdraht-Schnittstelle in der linken (Fig. 3) bzw. rechten Endlage (Fig. 4) illustriert.
Der Überwacherbetrieb über die Vierdraht-Schnittstelle wird nachstehend noch näher
erläutert.
[0010] Die Vierdraht-Schnittstelle hat sich über Jahrzehnte bewährt. Ein entscheidender
Nachteil der Vierdraht-Schnittstelle besteht allerdings darin, dass die Schaltung
in Bezug auf die Anschlüsse X1 und X2 symmetrisch ist (vgl. Figuren 3 und 4). Dadurch
ist es im Stellwerk nicht erkennbar, wenn die Anschlüsse X1 und X2 versehentlich vertauscht
werden. Das Vertauschen der Anschlüsse kann dazu führen, dass die Weiche in einer
anderen Absolutlage als beabsichtigt betrieben wird, was schwere Unfälle zur Folge
haben kann.
[0011] Erschwerend kommt hinzu, dass im Überwacherbetrieb nicht die Absolutlage der Weiche
(linke oder rechte Endlage) bestimmt wird, sondern die Lage der Schubstange ("ausgefahren"
oder "eingefahren"). Wie oben schon dargelegt wurde, hängt jedoch die Absolutlage
der Weiche, die einer bestimmten Lage der Schubstange entspricht, davon ab, auf welcher
Seite der Weiche der Weichenantrieb montiert ist. Dadurch wird die Gefahr, dass im
Stellwerk beim Überwacherbetrieb über die Vierdraht-Schnittstelle auf eine falsche
Absolutlage der Weiche geschlossen wird, nochmals verschärft.
[0012] Es ist daher erforderlich, nach Revisionsarbeiten jedes Mal die korrekte Installation
mittels einer Anlagenüberprüfung sicherzustellen. Dies ist sehr personal- und zeitaufwändig.
[0013] Neben der Vierdraht-Schnittstelle sind auch andere Arten von Schnittstellen für die
Weichensteuerung bekannt. So gibt es z.B. die systemverwandte 7-Draht-Schnittstelle,
bei der für den Umstellbetrieb und den Überwacherbetrieb separate Adern zur Verfügung
stehen. Der Überwacherbetrieb kann in einigen Systemen mit gepulsten DC-Strömen erfolgen.
Auch bei solchen Schnittstellen ergeben sich ähnliche Probleme wie bei der Vierdraht-Schnittstelle.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0014] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Überprüfung
des Betriebszustandes einer Weiche anzugeben, die es ermöglicht, im Stellwerk den
Betriebszustand redundant zum traditionellen Überwacherbetrieb zu ermitteln. Insbesondere
soll die Vorrichtung so einsetzbar sein, dass sie es ermöglicht, im Stellwerk die
Absolutlage einer Weiche festzustellen. Die Vorrichtung soll über eine ohnehin schon
vorhandene Leitung zwischen Weichenantrieb und Stellwerk, insbesondere über eine Vierdraht-Schnittstelle,
betreibbar sein, d.h. der Einsatz der Vorrichtung soll keine zusätzlichen elektrischen
Leitungen erfordern. Beim Betrieb über eine Vierdraht-Schnittstelle soll das Ergebnis
der Überwachung unabhängig von einer Vertauschung der Anschlüsse X1 und X2 sein.
[0015] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0016] Es wird eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche angegeben,
welche aufweist:
eine Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung, um den Betriebszustand der Weiche
zu ermitteln;
einen Auslesesignalgenerator, welcher mit der Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung
zusammenwirkt und dazu ausgebildet ist, ein Auslesesignal zu erzeugen, wobei das Auslesesignal
ein AC-Signal mit mindestens einer Auslesefrequenz ist, deren Wert vom ermittelten
Betriebszustand der Weiche abhängt, sowie
eine erste Koppeleinrichtung, um das vom Auslesesignalgenerator erzeugte Auslesesignal
in eine elektrische Leitung zwischen einem Weichenantrieb der Weiche und einem Stellwerk
einzukoppeln.
[0017] Erfindungsgemäss wird also in eine Leitung zwischen Weichenantrieb und Stellwerk
ein Auslesesignal in Form eines AC-Signals eingekoppelt. Das Auslesesignal enthält
mindestens eine Schwingung, deren Frequenz vom Betriebszustand der Weiche abhängt.
Der Frequenzgehalt des Auslesesignals zeigt dadurch den Betriebszustand der Weiche
an. Das Auslesesignal kann im Stellwerk wieder aus der Leitung ausgekoppelt werden,
und der Frequenzgehalt des AC-Signals kann analysiert werden, um den Betriebszustand
der Weiche zu überwachen. Die Übertragung des Auslesesignals kann über eine vorhandene
Leitung erfolgen; für den Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung wird also keine
separate Leitung benötigt. Dadurch lässt sich die erfindungsgemässe Vorrichtung leicht
in bestehenden Anlagen nachrüsten.
[0018] Insbesondere kann die erfindungsgemässe Vorrichtung an einer traditionellen Vierdraht-Schnittstelle
betrieben werden. Beim Betrieb an einer Vierdraht-Schnittstelle kann die erfindungsgemässe
Vorrichtung den Betriebszustand der Weiche selbst dann korrekt anzeigen, wenn die
Anschlüsse X1 und X2 an der Schnittstelle vertauscht werden.
[0019] Beim Einsatz an einer Vierdraht-Schnittstelle kann die erfindungsgemässe Vorrichtung
so konfiguriert werden, dass der Auslesesignalgenerator keine separate Energieversorgung
benötigt, da im traditionellen Überwacherbetrieb des Weichenantriebs immer eine DC-Spannung
zwischen mindestens zwei Anschlüssen der Vierdraht-Schnittstelle anliegt. Diese Spannung
kann als Versorgungsspannung für den Auslesesignalgenerator genutzt werden.
[0020] Wenn die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung unabhängig vom Weichenantrieb
an der Weiche angeordnet ist, kann die erfindungsgemässe Vorrichtung die Absolutlage
der Weiche überwachen, unabhängig von der Seite der Weiche, an der sich der Weichenantrieb
befindet.
[0021] Die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung kann aber auch im Weichenantrieb angeordnet
sein. In diesem Fall wird mit dieser Einrichtung die Lage der Weiche relativ zum Weichenantrieb
anstelle der Absolutlage ermittelt. Selbst in diesem Fall weist die erfindungsgemässe
Vorrichtung die Vorteile auf, dass sie Redundanz zum traditionellen Überwacherbetrieb
herstellt und robust gegen eine Vertauschung der Anschlüsse X1 und X2 der Vierdraht-Schnittstelle
ist.
[0022] In einigen Ausführungsformen enthält das Auslesesignal zu jedem Zeitpunkt nur eine
einzige Schwingung mit einer bestimmten Auslesefrequenz, d.h. das Auslesesignal stellt
in diesem Fall keine Überlagerung mehrerer Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen
dar. Es ist aber auch denkbar, dass das Auslesesignal eine Überlagerung von mehreren
(z.B. zwei, drei oder vier) Schwingungen unterschiedlicher Auslesefrequenzen darstellt.
Der Wert aller Auslesefrequenzen liegt vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen
100 Hz und 50 kHz, insbesondere zwischen 100 Hz und 20 kHz, zwischen 100 Hz und 10
kHz oder zwischen 100 Hz und 5 kHz. Dabei beziehen sich alle Frequenzangaben jeweils
auf die sinusförmige Grundschwingung unter Vernachlässigung der harmonischen Anteile.
Vorzugsweise sind die harmonischen Anteile des Auslesesignals klein (Amplitude jedes
harmonischen Anteils kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 2% der Amplitude der
Grundschwingung), d.h. vorzugsweise entspricht das Auslesesignal zu jedem Zeitpunkt
im Wesentlichen einer einzigen Sinusschwingung oder einer Überlagerung von wenigen,
beispielsweise zwei oder drei, Sinusschwingungen im angegebenen Frequenzbereich. Niederfrequente
AC-Signale im angegebenen Frequenzbereich sind bevorzugt, weil sie auch auf ungeschirmten
Leitungen zuverlässig übertragen werden. Dadurch kann mit einfachen Mitteln eine sehr
robuste und zuverlässige Signalübertragung über bestehende Leitungen erreicht werden.
Andererseits ist es bevorzugt, dass die Auslesesignale nur Frequenzen aufweisen, die
genügend oberhalb der Netzfrequenz 50 Hz liegen.
[0023] Alle Auslesefrequenzen nehmen vorzugsweise nur diskrete Werte an. Diese Werte sind
vorzugsweise zueinander dichroisch. Ein Satz von Frequenzen wird in diesem Dokument
als dichroisch bezeichnet, wenn keine der Frequenzen ein Vielfaches einer anderen
Frequenz ist und wenn die Differenz oder Summe zweier beliebiger Frequenzen keiner
der anderen Frequenzen entspricht. Auf diese Weise wird vermieden, dass Oberschwingungen
und/oder nichtlineare Effekte dazu führen, dass eine Kombination zweier Auslesefrequenzen
mit einer anderen Auslesefrequenz verwechselt wird. Die Werte der Auslesefrequenz
können insbesondere den Frequenzen des bekannten DTMF-Tonwahlverfahrens in der Telefonie
entsprechen, wie sie im ITU-T-Standard Q.23 (11/88) definiert sind. Diese Frequenzen
sind 697, 770, 852, 941, 1209, 1336, 1477 und 1633 Hz.
[0024] Die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung kann einen oder mehrere Endlageprüfer
umfassen. Ein Endlageprüfer zeigt an, ob die Weiche eine ihrer Endlagen (linke oder
rechte Endlage) erreicht hat. Ein Endlageprüfer kann z.B. einen mechanischen Schalter,
einen induktiven Sensor oder einen optoelektrischen Sensor aufweisen. Der Endlageprüfer
kann z.B. unmittelbar einer Weichenzunge zugeordnet sein und so angeordnet sein, dass
er anzeigt, ob die betreffende Weichenzunge korrekt an der entsprechenden Backenschiene
anliegt. Dazu kann der Endlageprüfer z.B. an der betreffenden Zunge, an der entsprechenden
Backenschiene oder am Weichenverschluss für die betreffende Zunge angeordnet sein.
Wenn der Endlageprüfer unmittelbar einer Weichenzunge zugeordnet ist, wird mit dem
Endlageprüfer die Absolutlage der Weiche ermittelt. Der Endlageprüfer kann aber auch
im Weichenantrieb angeordnet sein und die Endlage der Weiche relativ zum Weichenantrieb
erfassen.
[0025] In einigen Ausführungsformen kann die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung
einen ersten Endlageprüfer aufweisen, um eine erste Endlage der Weiche zu erfassen,
sowie einen zweiten Endlageprüfer, um eine zweite Endlage der Weiche zu erfassen.
Der Auslesesignalgenerator kann dann dazu ausgebildet sein, ein Auslesesignal mit
einer Auslesefrequenz, die mindestens einen ersten Wert einnimmt, zu erzeugen, wenn
der erste Endlageprüfer anzeigt, dass sich die Weiche in der ersten Endlage befindet,
und ein Auslesesignal mit einer Auslesefrequenz, die mindestens einen zweiten Wert
einnimmt, zu erzeugen, wenn der zweite Endlageprüfer anzeigt, dass sich die Weiche
in der zweiten Endlage befindet.
[0026] Im einfachsten Fall nimmt die Auslesefrequenz in der ersten Endlage einen ersten
konstanten Wert und in der zweiten Endlage einen zweiten konstanten Wert an, wobei
sich diese Werte unterscheiden. Stattdessen kann die Auslesefrequenz aber auch in
jeder beiden Endlagen entsprechend einer zeitlichen Sequenz von zwei oder mehr unterschiedlichen
Werten veränderlich sein, wobei sich mindestens einer dieser Werte zwischen den beiden
Endlagen unterscheidet. Auch ist es denkbar, dass das Auslesesignal in jeder der beiden
Endlagen eine Überlagerung von zwei oder mehr Schwingungen mit entsprechend vielen
Auslesefrequenzen darstellt, wobei sich der Wert mindestens einer Auslesefrequenz
zwischen den beiden Endlagen unterscheidet.
[0027] Die Vorrichtung kann des Weiteren eine Auswerteeinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet
ist, entfernt von der Weiche angeordnet zu werden, insbesondere in einem Stellwerk.
Die Auswerteeinrichtung kann umfassen:
eine zweite Koppeleinrichtung, um das von der ersten Koppeleinrichtung in die Leitung
eingekoppelte Auslesesignal aus der Leitung auszukoppeln; und
eine Analyseeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine spektrale Analyse des ausgekoppelten
Auslesesignals durchzuführen und in Abhängigkeit von einem Ergebnis der spektralen
Analyse des Auslesesignals ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Betriebszustand
der Weiche repräsentiert.
[0028] Die Analyseeinrichtung kann in an sich bekannter Weise in analoger und/oder digitaler
Hardware aufgebaut sein. In einer einfachen Ausführungsform umfasst die Analyseeinrichtung
mehrere schmalbandige Filter, um die spektralen Anteile bei den diskreten Werten der
vom Auslesesignalgenerator verwendeten Auslesefrequenzen aus dem ausgekoppelten Auslesesignal
zu isolieren, sowie eine Amplitudenmesseinrichtung, um die Amplitude des jeweiligen
spektralen Anteils bei jedem dieser Werte zu ermitteln. In anderen Ausführungsformen
kann die Analyseeinrichtung z.B. einen ADC aufweisen, um das ausgekoppelte Auslesesignal
zu digitalisieren (zu sampeln), und sie kann einen digitalen Signalprozessor aufweisen,
um das digitalisierte Auslesesignal mit bekannten Methoden der digitalen Signalverarbeitung
wie FFT oder DFT zu analysieren, um auf diese Weise ein Frequenzspektrum des Auslesesignals
zu ermitteln.
[0029] Die Analyseeinrichtung erzeugt anhand der durchgeführten spektralen Analyse mindestens
ein Ausgangssignal. Beispielsweise kann die Analyseeinrichtung dazu ausgebildet sein,
ein Ausgangssignal mit einem ersten Wert zu erzeugen, der eine erste Endlage der Weiche
repräsentiert, wenn das ausgekoppelte Auslesesignal ein erstes Auslesefrequenzmuster
aufweist, und ein Ausgangssignal mit einem zweiten Wert zu erzeugen, der eine zweite
Endlage der Weiche repräsentiert, wenn das ausgekoppelte Auslesesignal ein zweites
Auslesefrequenzmuster aufweist. Das erste und zweite Auslesefrequenzmuster können
im einfachsten Fall jeweils aus einer einzigen Auslesefrequenz bestehen, deren Wert
sich zwischen der ersten und der zweiten Endlage unterscheidet. Die Analyseeinrichtung
kann zudem dazu ausgebildet sein, ein Ausgangssignal mit einem dritten Wert zu erzeugen,
der einen Zustand repräsentiert, in dem sich die Weiche weder in der linken noch der
rechten Endlage befindet, falls das ausgekoppelte Auslesesignal weder das erste noch
das zweite Auslesefrequenzmuster enthält. Das Ausgangssignal kann z.B. als digitaler
Wert ausgegeben werden, oder es kann z.B. optisch ausgegeben werden.
[0030] Bei Bahnhöfen wird häufig eine grosse Zahl von Weichen von einem gemeinsamen Stellwerk
aus bedient. Die Kabelführung erfolgt ab dem Stellwerk gebündelt für mehrere Weichen
in einem Stammkabel zu abgesetzten Kabelverteilern, von wo aus einzelne Vierdrahtleitungen
als Stichkabel zu den einzelnen Weichen geführt sind. Aufgrund der Bündelung im Stammkabel
kann es zu elektromagnetischem Übersprechen zwischen Leitungen, die zu unterschiedlichen
Weichen gehören, kommen. Es ist sicherheitstechnisch von grosser Bedeutung, eine sichere
Zuordnung der ausgekoppelten Auslesesignale zur zugehörigen Weiche zu erhalten. Zu
diesem Zweck kann die Auswerteeinrichtung einen Abfragesignalgenerator aufweisen,
der dazu ausgebildet ist, ein Abfragesignal zu erzeugen. Die zweite Koppeleinrichtung
kann dann dazu ausgebildet sein, das Abfragesignal in die Leitung einzukoppeln, und
die erste Koppeleinrichtung kann entsprechend dazu ausgebildet sein, das Abfragesignal
aus der Leitung auszukoppeln. Der Auslesesignalgenerator kann dazu ausgebildet sein,
das ausgekoppelte Abfragesignal zu empfangen und das Auslesesignal in Abhängigkeit
vom ausgekoppelten Abfragesignal zu verändern. Auf diese Weise kann im Sinne eines
"Challenge-Response"-Schemas sichergestellt werden, dass das in der Analyseeinrichtung
analysierte Signal tatsächlich von der zugehörigen Weiche und nicht etwa von einer
anderen Weiche stammt.
[0031] Beim Abfragesignal kann es sich, ähnlich wie beim Auslesesignal, um ein AC-Signal
mit mindestens einer Abfragefrequenz handeln.
[0032] In einer einfachen Ausführungsform kann der Auslesesignalgenerator z.B. derart ausgebildet
sein, dass er nur dann ein Auslesesignal an die erste Koppeleinrichtung abgibt, wenn
er ein Abfragesignal mit einem vorbestimmten Frequenzwert empfängt.
[0033] Es sind aber auch komplexere Ausführungsformen möglich, die das Risiko einer falschen
Zuordnung zwischen Auswerteeinrichtung und Weiche weiter vermindern. In bevorzugten
Ausführungsformen ist der Abfragesignalgenerator derart ausgebildet, dass er die Abfragefrequenz
gemäss einer Sequenz von mindestens zwei unterschiedlichen Werten verändert, d.h.
das Abfragesignal weist ein zeitlich veränderliches Abfragefrequenzmuster auf. Der
Auslesesignalgenerator kann dann dazu ausgebildet sein, den Wert der Auslesefrequenz
in Abhängigkeit vom Wert der Abfragefrequenz zu verändern. Beispielsweise kann der
Auslesesignalgenerator dazu ausgebildet sein, für jeden Wert der Abfragefrequenz das
Auslesesignal bei einem zugeordneten Wert der Auslesefrequenz zu erzeugen. Auf diese
Weise entsteht ein Auslesefrequenzmuster, dessen Rhythmus dem Abfragefrequenzmuster
entspricht und das mit einer geringen zeitlichen Verzögerung dem Abfragefrequenzmuster
folgt.
[0034] Die Abfolge der Werte der Abfragefrequenz kann pseudozufällig getaktet sein. Der
Abfragesignalgenerator kann dazu einen Zufallsgenerator aufweisen, welcher innerhalb
vorgegebener Grenzen einen pseudozufälligen Zeitraum bestimmt, nach dem der Abfragesignalgenerator
zum jeweils nächsten Wert der Abfragefrequenz wechselt. Die Taktung kann aber auch
auf eine vorgegebene Weise erfolgen, die sich von Weiche zu Weiche unterscheidet.
[0035] Die Zeitskala der Taktung, d.h. der Zeitraum von einem Wechsel der Abfragefrequenz
zum jeweils nächsten Wechsel, liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 20 ms bis 500
ms. Der minimal zu wählende Zeitraum hängt dabei insbesondere von den verwendeten
Werten der Abfrage- und Auslesefrequenzen ab; vorteilhaft sind diese Zeiträume mindestens
das Fünffache, besser mindestens das Zehnfache des Kehrwerts des kleinsten verwendeten
Frequenzwertes, um eine sichere Erkennung der verwendeten Frequenzen zu ermöglichen.
[0036] Um die Gefahr des Übersprechens zwischen Leitungen, die zu unterschiedlichen Weichen
gehören, weiter zu verringern, kann der Abfragesignalgenerator dazu ausgebildet sein,
das Abfragesignal nach jeder Umstellung der Weiche nur während einer vorgegebenen
Zeitdauer, z.B. während 2 bis 10 Sekunden, an die zweite Koppeleinrichtung abzugeben
und danach bis zur nächsten Umstellung der Weiche kein Abfragesignal mehr an die zweite
Koppeleinrichtung abzugeben. Entsprechend kann der Auslesesignalgenerator dazu ausgebildet
sein, das Auslesesignal nur so lange an die erste Koppeleinrichtung abzugeben, wie
er ein Abfragesignal empfängt. Dadurch werden nur während eines eng begrenzten Zeitraums
AC-Signale über die Leitung übertragen, und es wird ein Übersprechen in andere Leitungen
ausserhalb dieses Zeitraums vermieden.
[0037] Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren zur Überwachung des Betriebszustands
einer Weiche zur Verfügung, welches die folgenden Schritte aufweist:
Ermitteln des Betriebszustands der Weiche;
Erzeugen eines Auslesesignals, wobei das Auslesesignal ein AC-Signal mit mindestens
einer Auslesefrequenz ist, deren Wert vom ermittelten Betriebszustand der Weiche abhängt,
sowie
Einkoppeln des Auslesesignals in mindestens eine elektrische Leitung zwischen einem
Weichenantrieb der Weiche und einem Stellwerk.
[0038] Alle obigen Ausführungen zur Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gelten gleichermassen
auch für das Verfahren der vorliegenden Erfindung. Insbesondere können alle oben angegebenen
Verfahrensschritte, zu deren Ausführung die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
ausgebildet ist, im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung tatsächlich ausgeführt
werden.
[0039] Insbesondere liegt die Auslesefrequenz vorzugsweise in einem niederfrequenten Frequenzbereich
zwischen 100 Hz und 50 kHz. Die Auslesefrequenz nimmt vorzugsweise nur diskrete Werte
an, die zueinander dichroisch sind.
[0040] Das Verfahren kann insbesondere die folgenden Schritte aufweisen:
Auskoppeln des in die Leitung eingekoppelten Auslesesignals aus der Leitung in einer
von der Weiche entfernt angeordneten Auswerteeinrichtung;
Durchführen einer spektralen Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals; und
Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Ergebnis der spektralen Analyse,
wobei das Ausgangssignal den Betriebszustand der Weiche repräsentiert.
[0041] Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen:
Erzeugen eines Abfragesignals in der Auswerteeinrichtung, wobei das Abfragesignal
insbesondere ein AC-Signal mit veränderlichem Abfragefrequenzmuster sein kann;
Einkoppeln des Abfragesignals in die Leitung bei der Auswerteeinrichtung;
Auskoppeln des Abfragesignals aus der Leitung; und
Verändern des Auslesesignals in Abhängigkeit vom ausgekoppelten Abfragesignal.
[0042] Dabei kann das Abfragesignal ein AC-Signal mit mindestens einer Abfragefrequenz sein.
Die Abfragefrequenz kann gemäss einer Sequenz von mindestens zwei unterschiedlichen
Werten verändert werden. Die Sequenz kann insbesondere pseudozufällig getaktet sein.
Der Wert der Auslesefrequenz kann in Abhängigkeit vom Wert der Abfragefrequenz verändert
werden. Es ist denkbar, das Abfragesignal und das resultierende Auslesesignal nur
während eines vorbestimmten Zeitraums nach dem Umstellen einer Weiche in die Leitung
einzukoppeln.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0043] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen
beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen
sind. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Weiche in ihrer linken Endlage;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung einer Weiche in ihrer rechten Endlage;
- Fig. 3
- einen schematischen Schaltplan einer Vierdraht-Schnittstelle mit dem zugehörigen Weichenantrieb
in der linken Endlage;
- Fig. 4
- einen schematischen Schaltplan einer Vierdraht-Schnittstelle mit dem zugehörigen Weichenantrieb
in der rechten Endlage;
- Fig. 5
- eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche gemäss einer ersten
Ausführungsform in der linken Endlage der Weiche;
- Fig. 6
- die Vorrichtung gemäss Figur 5 in der rechten Endlage der Weiche;
- Fig. 7
- den stellwerkseitigen Teil einer Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands
eine Weiche gemäss einer zweiten Ausführungsform;
- Fig. 8
- den weichenseitigen Teil der Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer
Weiche gemäss der zweiten Ausführungsform; und
- Fig. 9
- ein schematisches Diagramm zur Illustration der Abfragefrequenzen und der zugehörigen
Auslesefrequenzen beim Betrieb der Vorrichtung gemäss der Figuren 7 und 8.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
[0044] In den Figuren 1 und 2 ist in stark schematischer Weise eine Weiche 1 illustriert.
Der Weichenantrieb 2 ist in Fahrtrichtung F links an der Weiche angeordnet. Über eine
Schubstange 3 werden die beiden Weichenzungen zwischen einer linken und einer rechten
Endlage der Weiche bewegt. In der Figur 1 ist die Weiche in der linken Endlage L dargestellt,
in der Figur 2 in der rechten Endlage R.
[0045] Die Figuren 3 und 4 illustrieren eine Vierdraht-Schnittstelle mit zugeordnetem Weichenantrieb.
Die Vierdraht-Schnittstelle weist vier Anschlüsse X1, X2, X3 und X4 auf. In der Praxis
werden daran die Adern einer elektrischen Leitung angeschlossen. Konzeptionell bilden
dann die Adern die Anschlüsse X1, X2, X3 und X4.
[0046] Der Weichenantrieb weist einen Drehstrom-Antriebsmotor mit Motorwicklungen L1, L2
und L3 auf. Ein erstes Ende der Motorwicklung L1 ist mit dem Anschluss X1 der Vierdraht-Schnittstelle
verbunden, ein erstes Ende der Motorwicklung L2 mit dem Anschluss X2, und ein erstes
Ende der Motorwicklung L3 mit dem Anschluss X3. Das zweite Ende der Motorwicklung
X1 ist über einen als Umschalter wirkenden ersten Endlagekontakt ml wechselweise mit
dem Anschluss X4 oder mit dem zweiten Ende der Motorwicklung L3 verbunden. Das zweite
Ende der Motorwicklung L2 ist über einen ebenfalls als Umschalter wirkenden zweiten
Endlagekontakt m2 ebenfalls wechselweise mit dem Anschluss X4 oder mit dem zweiten
Ende der Motorwicklung L3 verbunden.
[0047] Die Endlagekontakte sind Umschalter vom Typ "make before break", d.h. wenn der jeweilige
Endlagekontakt umschaltet, verbindet er in einem Zwischenzustand zunächst kurzzeitig
seine drei Anschlüsse miteinander.
[0048] In der Figur 3 befinden sich die Endlagekontakte in einer Stellung, die der linken
Endlage L der Weiche entspricht. In dieser Stellung ist der Anschluss X1 der Vierdraht-Schnittstelle
über die Motorwicklung L1, den ersten Endlagekontakt m1 und die Motorwicklung L3 mit
dem Anschluss X3 verbunden, und der Anschluss X2 ist über die Motorwicklung L2 und
den zweiten Endlagekontakt m2 mit dem Anschluss X4 verbunden. Im Umstellbetrieb wird
an die Anschlüsse X1 bis X4 ein Dreiphasen-Drehstrom mit geeigneter Phasenlage angelegt.
Dieser führt dazu, dass der Antriebsmotor eine Umstellung der Weiche von der linken
in die rechte Endlage bewirkt. Der Umstellbetrieb ist für die vorliegende Erfindung
von untergeordneter Bedeutung und wird deswegen nicht näher erläutert.
[0049] Im traditionellen Überwacherbetrieb wird zur Überwachung der linken Endlage eine
DC-Überwachungsspannung an die Anschlüsse X2 und X3 angelegt, und es werden einerseits
der daraus resultierende Strom durch den Anschluss X3 und andererseits die Spannung
zwischen den Anschlüssen X1 und X4 gemessen. Wenn sich die Weiche in der linken Endlage
befindet, entspricht die gemessene Spannung zwischen den Anschlüssen X1 und X4 im
Wesentlichen der Überwachungsspannung, und der gemessene Strom ist sehr gering. Falls
die linke Endlage nicht erreicht wurde oder die Weiche aufgefahren wurde, befindet
sich der zweite Endlagekontakt m2 in einer anderen Stellung. In diesem Fall ist die
gemessene Spannung zwischen den Anschlüssen X1 und X4 gleich Null, und der gemessene
Strom ist stark erhöht.
[0050] In der Figur 4 befinden sich die Endlagekontakte in einer Stellung, die der rechten
Endlage R der Weiche entspricht. In dieser Stellung ist der Anschluss X1 der Vierdraht-Schnittstelle
über die Motorwicklung L1 und den ersten Endlagekontakt m1 mit dem Anschluss X4 verbunden,
und der Anschluss X2 ist über die Motorwicklung L2, den zweiten Endlagekontakt m2
und die Motorwicklung L3 mit dem Anschluss X3 verbunden.
[0051] Im traditionellen Überwacherbetrieb wird zur Überwachung der rechten Endlage eine
DC-Überwachungsspannung an die Anschlüsse X1 und X3 angelegt, und es werden einerseits
der daraus resultierende Strom durch den Anschluss X3 und andererseits die Spannung
zwischen den Anschlüssen X2 und X4 gemessen. Wenn sich die Weiche in der rechten Endlage
befindet, entspricht die gemessene Spannung zwischen den Anschlüssen X2 und X4 im
Wesentlichen der Überwachungsspannung, und der gemessene Strom ist sehr gering. Falls
die rechte Endlage nicht erreicht wurde oder die Weiche aufgefahren wurde, befindet
sich der erste Endlagekontakt m1 in einer anderen Stellung. In diesem Fall ist die
gemessene Spannung zwischen den Anschlüssen X2 und X4 gleich Null, und der gemessene
Strom ist stark erhöht.
[0052] Wie aus den vorstehenden Ausführungen ohne weiteres erkennbar ist, resultiert eine
Vertauschung der Anschlüsse X1 und X2 darin, dass beim traditionellen Überwacherbetrieb
die linke Endlage für die rechte Endlage gehalten wird und umgekehrt. Im Fahrbetrieb
kann dies zu schweren Unfällen führen.
[0053] Die vorliegende Erfindung stellt eine Überwachungsvorrichtung zur Verfügung, die
es ermöglicht, die Stellung der Weiche auch bei einer Vertauschung der Anschlüsse
X1 und X2 korrekt zu erkennen.
[0054] In der Figur 4 ist in stark schematisierter Form illustriert, wie eine solche Überwachungsvorrichtung
derartig an der Vierdraht-Schnittstelle angeschlossen werden kann, dass sie ihren
Energiebedarf im traditionellen Überwacherbetrieb direkt aus der Schnittstelle beziehen
kann. Dazu ist ein nachstehend noch näher beschriebener Auslesesignalgenerator 20
der Überwachungsvorrichtung mit Hilfe von Dioden D1, D2 derart mit den Anschlüssen
X1, X2 und X3 der Vierdraht-Schnittstelle verbunden, dass sowohl in der linken als
auch in der rechten Endlage die Überwachungsspannung als Versorgungsspannung am Auslesesignalgenerator
20 zur Verfügung steht. Im Auslesesignalgenerator 20 ist eine Schutzschaltung vorhanden,
die den Auslesesignalgenerator 20 abschaltet und vor Überspannung schützt, wenn an
den Anschlüssen X1 bis X4 eine Dreiphasen-Wechselspannung anliegt. Der Auslesesignalgenerator
20 wirkt mit einer nachstehend noch näher beschriebenen Einrichtung 10 zur Ermittlung
des Betriebszustands der Weiche 1 und einer ebenfalls nachstehend noch näher beschriebenen
Koppeleinrichtung 30, die in die Leitung zum Anschluss X3 eingefügt ist, zusammen.
[0055] Die Figuren 5 und 6 illustrieren in stark schematisierter Form ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Überwachungsvorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung
10 zur Ermittlung des Betriebszustands einen ersten Endlageprüfer 11 und einen zweiten
Endlageprüfer 12 auf. Die Endlageprüfer 11, 12 sind vollkommen unabhängig von den
Endlagekontakten m1, m2 des Weichenantriebs. Jeder Endlageprüfer 11, 12 wirkt unmittelbar
mit einer Zunge der Weiche 1 zusammen. Er ist geschlossen, wenn die jeweilige Zunge
an der zugehörigen Backenschiene anliegt, und er ist offen, wenn die entsprechende
Zunge von der zugehörigen Backenschiene entfernt liegt. Bei den Endlageprüfern kann
es sich z.B. um mechanische Kontakte, um induktive Sensoren oder um optoelektrische
Sensoren handeln.
[0056] In der Figur 5 ist die linke Endlage dargestellt. Der erste Endlageprüfer 11 ist
geöffnet, und der zweite Endlageprüfer 12 ist geschlossen. In der Figur 6 ist die
rechte Endlage dargestellt. Nun ist der erste Endlageprüfer 11 geschlossen, und der
zweite Endlageprüfer 12 ist geöffnet.
[0057] Der Auslesesignalgenerator 20 weist in dieser Ausführungsform zwei separate Tongeneratoren
21 und 22 auf. Der erste Tongenerator 21 erzeugt genau dann ein Auslesesignal in Form
eines elektrischen AC-Signals mit einer ersten festen Frequenz, wenn der erste Endlageprüfer
11 geschlossen ist. Der zweite Tongenerator 22 erzeugt genau dann ein Auslesesignal
mit einer zweiten festen Frequenz, wenn der zweite Endlageprüfer 12 geschlossen ist.
Die erste und die zweite Frequenz sind zueinander dichroisch im oben definierten Sinne.
[0058] Das jeweilige Auslesesignal wird an die schon erwähnte Koppeleinrichtung 30 geleitet.
Die Koppeleinrichtung 30 koppelt das Auslesesignal in diejenige Ader der Leitung 4
ein, die am Anschluss X3 der Vierdraht-Schnittstelle angeschlossen ist. Dadurch wird
das Auslesesignal an das Stellwerk übertragen. Beispielsweise kann die Koppeleinrichtung
30 einen Transformator aufweisen, der gleichzeitig eine galvanische Trennung zwischen
der Leitung 4 und dem Ausgang des Auslesesignalgenerators 20 herstellt.
[0059] Eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung im Stellwerk überwacht die Leitung 4
und analysiert, ob ein Auslesesignal eingekoppelt wurde, und falls ja, mit welcher
Frequenz. Wenn die Auswerteeinrichtung ein Auslesesignal mit der ersten Frequenz detektiert,
gibt die Auswerteeinrichtung ein Ausgangssignal mit einem ersten Wert ab, mit der
Bedeutung, dass sich die Weiche in der linken Endlage befindet. Wenn die Auswerteeinrichtung
ein Auslesesignal mit der zweiten Frequenz detektiert, gibt die Auswerteeinrichtung
ein Ausgangssignal mit einem zweiten Wert ab, mit der Bedeutung, dass sich die Weiche
in der rechten Endlage befindet. Wenn die Auswerteeinrichtung kein Auslesesignal detektiert,
gibt die Auswerteeinrichtung ein Ausgangssignal mit einem dritten Wert ab, mit der
Bedeutung, dass sich die Weiche weder in der linken noch in der rechten Endlage befindet
oder eine Störung vorliegt.
[0060] Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erzeugt der Auslesesignalgenerator
20 für jede Endlage ein Auslesesignal mit einer Auslesefrequenz, die einen festen
Wert einnimmt. Anstelle eines festen Frequenzwerts kann der Auslesesignalgenerator
20 in jeder der beiden Endlagen auch ein komplexeres Frequenzmuster erzeugen. Beispielsweise
kann der Auslesesignalgenerator 20 in jeder Endlage auch eine simultane Überlagerung
oder zeitliche Abfolge von zwei oder mehr dichroischen Frequenzen erzeugen. Auch ist
es denkbar, dass der Auslesesignalgenerator auch dann ein Auslesesignal erzeugt, wenn
sowohl der erste Endlageprüfer 11 als auch der zweite Endlageprüfer 12 geöffnet sind,
um diesen Betriebszustand von einer Störung unterscheiden zu können.
[0061] Der Auslesesignalgenerator 20 kann selbstverständlich anders als in der dargestellten
Form aufgebaut sein. Beispielsweise kann der Auslesesignalgenerator 20 anstelle von
zwei separaten Tongeneratoren 21, 22 einen einzigen analogen oder digitalen Signalgenerator
aufweisen, dessen Frequenz entsprechend den Stellungen der Endlageprüfer 11 und 12
veränderlich ist.
[0062] In den Figuren 7 und 8 ist in stark schematisierter Form ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Überwachungsvorrichtung illustriert. Dabei zeigt die Figur 7 den stellwerkseitigen
Teil der Überwachungsvorrichtung, während die Figur 8 den an der Weiche angeordneten
Teile Überwachungsvorrichtung darstellt.
[0063] Im Stellwerk sind einerseits ein Stellkreis 5 und andererseits ein Überwacherkreis
6 vorhanden. Ein Trennrelais 8 verbindet wechselweise den Stellkreis 5 oder den Überwacherkreis
6 mit den stellwerkseitigen Anschlüssen X1-X4 einer Vierdraht-Schnittstelle. Im Umstellbetrieb
legt der Stellkreis 5 eine Dreiphasen-Wechselspannung an diese Anschlüsse an, wobei
die Phasenlage von der gewünschten Umstellrichtung abhängt. Im Überwacherbetrieb legt
der Überwacherkreis 6 eine Überwachungsspannung an zwei der vier Anschlüsse der Vierdraht-Schnittstelle
an und misst den resultierenden Strom sowie die Spannung an den anderen beiden Anschlüssen,
wie dies oben schon näher beschrieben wurde.
[0064] Zusätzlich ist im Stellwerk eine Auswerteeinrichtung 40 der Überwachungsvorrichtung
angeordnet. Die Auswerteeinrichtung 40 umfasst eine zweite Koppeleinrichtung 50, eine
Analyseeinrichtung 60, einen Abfragesignalgenerator 70 sowie einen Steuerrechner 80.
Der Steuerrechner 80 steuert dabei einerseits den Stellkreis 5, den Überwacherkreis
6 und das Trennrelais 8. Andererseits steuert der Steuerrechner 80 die Analyseeinrichtung
60 und den Abfragesignalgenerator 70.
[0065] Die zweite Koppeleinrichtung 50 koppelt das bei der Weiche eingekoppelte Auslesesignal
wieder aus der Leitung 4 aus und leitet das ausgekoppelte Auslesesignal an die Analyseeinrichtung
60.
[0066] Die Analyseeinrichtung 60 führt eine spektrale Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals
durch. Sie umfasst dazu im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Frequenzanalysatoren
FR3 bis FR10. Jeder Frequenzanalysator überwacht, ob das ausgekoppelte Auslesesignal
eine Schwingung einer bestimmten Frequenz enthält. Insbesondere überwacht der Frequenzanalysator
FR3, ob das ausgekoppelte Auslesesignal eine Schwingung der Frequenz f3 enthält, der
Frequenzanalysator FR4 überwacht, ob das ausgekoppelte Auslesesignal eine Schwingung
der Frequenz f4 enthält, usw. Dazu kann jeder Frequenzanalysator einen schmalbandigen
Filter bei der entsprechenden Frequenz und eine Schaltung zur Ermittlung der Amplitude
der Schwingung bei dieser Frequenz enthalten. Anhand der durchgeführten spektralen
Analyse erzeugt die Analyseeinrichtung 60 ein Ausgangssignal mit einem bestimmten
Wert, wobei dieser Wert einen bestimmten Betriebszustand der Weiche repräsentiert.
[0067] Der Abfragesignalgenerator 70 erzeugt ein Abfragesignal. Das Abfragesignal ist ein
AC-Signal, dessen Frequenz (die "Abfragefrequenz") gemäss einer pseudozufälligen Sequenz
zwischen zwei Werten f1 und f2 hin- und herwechselt. Dazu weist der Abfragesignalgenerator
70 in der vorliegenden Ausführungsform zwei Tongeneratoren FG1 und FG2 auf, wobei
der Tongenerator FG1 ein Abfragesignal mit Frequenz f1 und der Tongenerator FG2 ein
Abfragesignal mit Frequenz f2 erzeugt. Der Steuerrechner 80 steuert die beiden Tongeneratoren
FG1 und FG2 so, dass diese abwechselnd aktiviert werden. Dazu weist der Steuerrechner
80 einen Zufallsgenerator auf. Auf der Basis von Zufallszahlen, die mit dem Zufallsgenerator
erzeugt werden, legt der Steuerrechner pseudozufällige Zeitpunkte fest, zu denen die
Umschaltung zwischen den Tongeneratoren FG1 und FG2 erfolgt.
[0068] In der Figur 9 ist beispielhaft ein entsprechendes Abfragesignal A illustriert. Während
eines Zeitraums ta beträgt der Wert der Abfragefrequenz f2, während des anschliessenden
Zeitraums tb ist dieser Wert f1, und während des daran anschliessenden Zeitraums tc
ist dieser Wert wieder f2. Das Abfragesignal A bricht ab, sobald vom Überwacherbetrieb
in den Umstellbetrieb umgeschaltet wird. Im vorliegenden Beispiel wird nun von der
linken in die rechte Endlage umgestellt. Anschliessend wird wieder in den Überwacherbetrieb
geschaltet, und der Abfragesignalgenerator beginnt wieder ein Abfragesignal auszusenden.
Im vorliegenden Beispiel beträgt während des Zeitraums td der Wert der Abfragefrequenz
wieder f2, während des anschliessenden Zeitraums te beträgt dieser Wert f2 usw. Die
Länge der Zeiträume ta, tb, tc, td, te usw. variiert innerhalb bestimmter Grenzen,
z.B. zwischen 50 ms und 500 ms, nach einem pseudozufälligen Muster.
[0069] Mit Hilfe der zweiten Koppeleinrichtung 50 wird das Abfragesignal A in die Leitung
4 der Vierdraht-Schnittstelle zwischen Stellwerk und Weichenantrieb eingekoppelt.
Mit Hilfe der ersten Koppeleinrichtung 30 wird das Abfragesignal bei der Weiche wieder
aus der Leitung 4 ausgekoppelt (siehe Fig. 8)
[0070] Der Auslesesignalgenerator 20 weist im vorliegenden Beispiel zwei schmalbandige Frequenzanalysatoren
FR1 und FR2 auf, welche feststellen, ob ein Abfragesignal mit Frequenz f1 bzw. f2
übermittelt wurde. Wenn ein Abfragesignal mit Frequenz f1 übermittelt wurde, aktiviert
der entsprechende Frequenzanalysator FR1 zwei Tongeneratoren FG3 und FG5. Wenn dagegen
ein Abfragesignal mit Frequenz f2 übermittelt wurde, aktiviert der entsprechende Frequenzanalysator
FR2 zwei Tongeneratoren FG4 und FG6. Wenn der linke Endlageprüfer 11 anzeigt, dass
sich die Weiche in der linken Endlage befindet, wird der Ausgang der Tongeneratoren
FG3 und FG4 mit der ersten Koppeleinrichtung 30 verbunden. Wenn dagegen der rechte
Endlageprüfer 12 anzeigt, dass sich die Weiche in der rechten Endlage befindet, wird
der Ausgang der Tongeneratoren FG5 und FG6 mit der ersten Koppeleinrichtung 30 verbunden.
[0071] Wie in der Figur 9 beispielhaft illustriert ist, wird auf diese Weise vom Auslesesignalgenerator
20 immer dann ein Auslesesignal S erzeugt und durch die erste Koppeleinrichtung 30
in die Leitung 4 eingekoppelt, wenn der Abfragesignalgenerator 70 ein Abfragesignal
A aussendet. Aufgrund der Signallaufzeiten folgt das Auslesesignal S dem Abfragesignal
A mit einer geringen Verzögerung Δt. Das Auslesesignal S weist eine veränderliche
Auslesefrequenz auf, die im gleichen Rhythmus wie die Abfragefrequenz zwischen zwei
Werten hin und her wechselt. In der linken Endlage der Weiche sind dies die Werte
f3 und f4, in der rechten Endlage sind es die Werte f5 und f6.
[0072] Insgesamt wird so vom Auslesesignalgenerator 20 ein Auslesesignal S erzeugt, das
eindeutig mit dem vom Abfragesignalgenerator 70 erzeugten Abfragesignal A korreliert.
Dadurch kann eine sichere Zuordnung zwischen der Auswerteeinrichtung 40 im Stellwerk
und dem zugehörigen Auslesesignalgenerator 20 an der Weiche hergestellt werden, und
zwar selbst dann, wenn die Gefahr besteht, dass Signale von Auslesesignalgeneratoren
mit gleicher Frequenz von anderen Weichen durch Übersprechen in die Leitung 4 eingekoppelt
werden.
[0073] Um ein Übersprechen der Abfragesignale A und Auslesesignale S auf andere Überwachungsvorrichtungen
über die Versorgungsleitung des Überwacherkreises 6 zu verhindern, ist in der DC-Spannungsversorgung
des Überwacherkreises 6 ein Tiefpassfilter 7 angeordnet.
[0074] Um die Gefahr des Übersprechens weiter zu verringern, wird nach jeder Umstellung
der Weiche (sogenannter Weichenumlauf) das Abfragesignal A nur für eine begrenzte
Zeitdauer ausgesendet und danach abgeschaltet. Entsprechend wird auch nur für eine
begrenzte Zeitdauer das Auslesesignal S übertragen. Hierauf basierend wird das Antwortsignal
erzeugt und ausgewertet. Wenn das Antwortsignal die korrekte Lage der Weiche anzeigt,
wird die Fahrstrasse freigegeben. Danach werden bis zum nächsten Weichenumlauf keine
AC-Signale mehr über die Leitung gesendet, so dass auch keine Gefahr des Übersprechens
in andere Leitungen besteht. Die weitere Überwachung der Weichenlage erfolgt dann
nur über den traditionellen DC-Überwacherbetrieb. Typischerweise dauert ein Weichenumlauf
einige Sekunden, z.B. 5 Sekunden. Anschliessend kann das Abfragesignal ebenfalls für
einige Sekunden ausgesendet werden, z.B. während 2 bis 10 Sekunden, vorzugsweise 3
bis 5 Sekunden. In diesem Zeitraum wechselt die Abfragefrequenz mehrere Male ihren
Wert, z.B. fünf bis zwanzig Male. Dies genügt, um das Frequenzmuster der Abfragefrequenz
und das resultierende Muster der Auslesefrequenz eindeutig zu identifizieren und diese
Frequenzmuster miteinander zu korrelieren.
[0075] Bei einigen Bauarten von Weichen, insbesondere bei langgestreckten Schnellfahrweichen,
kann pro Endlage mehr als ein einziger Endlageprüfer vorgesehen sein. Beispielsweise
können für die linke Endlage zwei Endlageprüfer 11, 13 entlang der Weiche und für
die rechte Endlage ebenfalls zwei Endlageprüfer 12, 14 vorgesehen sein (siehe Fig.
8). In diesem Fall kann der Auslesesignalgenerator 20 ohne weiteres um weitere Tongeneratoren
FG7, FG8, FG9, FG10 erweitert werden, um die Schaltzustände der zusätzlichen Endlageprüfer
13 und 14 zu überwachen. Dabei senden diese Tongeneratoren Auslesesignale mit eigenen
Auslesefrequenzen aus, die diesen Endlageprüfern zugeordnet sind und sich von den
Auslesefrequenzen f3, f4, f5 und f6 der Tongeneratoren FG3, FG4, FG5 und FG6 unterscheiden.
Derartige weitere Endlageprüfer können auch verwendet werden, um die Lage des Weichenherzes
zu überwachen, falls dieses ebenfalls beweglich ist.
[0076] Selbstständig kann der Auslesesignalgenerator 20 auch anders als in der vorstehend
dargestellten Weise aufgebaut sein. Insbesondere kann der Auslesesignalgenerator 20
einen digitalen Signalprozessor aufweisen, der die Auslesesignale mit den genannten
Frequenzen programmgesteuert erzeugt.
[0077] Wenn der Überwacherkreis 6 gepulst betrieben wird, wird vorzugsweise auch die Überwachungsvorrichtung
gemäss der vorliegenden Erfindung entsprechend gepulst betrieben. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn der Auslesesignalgenerator 20 seine Energie über die Vierdraht-Schnittstelle
aus dem Überwacherkreis 6 bezieht.
[0078] Selbstverständlich ist eine grosse Zahl von Abwandlungen der vorliegenden Ausführungsbeispiele
möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Auslesesignalgenerator
20, die Analyseeinrichtung 60 und der Abfragesignalgenerator 70 auch auf andere Weise
als in der vorstehend beschriebenen Art aufgebaut sein. Als Endlageprüfer können beliebige
Elemente mit mindestens zwei Schaltzuständen eingesetzt werden, sofern die Schaltzustände
durch die Lage der Weiche beeinflussbar sind. Zusätzlich zu den Endlagen können auf
die gleiche Weise bei Bedarf noch weitere Parameter der Weiche überprüft werden. Beispielsweise
können weitere Schaltelemente mit dem Auslesesignalgenerator zusammenwirken, wobei
diese Schaltelemente so angeordnet sind, dass sie das Auffahren der Weiche eindeutig
erkennen.
BEZUGSZEICHENLISTE
[0079]
1 |
Weiche |
80 |
Steuerrechner |
2 |
Weichenantrieb |
|
|
3 |
Schubstange |
A |
Abfragesignal |
4 |
Leitung |
AC |
Wechselspannung |
5 |
Stellkreis |
DC |
Gleichspannung |
6 |
Überwacherkreis |
D1, D2 |
Diode |
7 |
Tiefpassfilter |
f1, f2 |
Abfragefrequenz |
8 |
Trennrelais |
f3-f10 |
Auslesefrequenz |
10 |
Betriebszustandsermittlung |
FG1-FG10 |
Sendemodul |
11-14 |
Endlagenschalter |
FR1-FR10 |
Empfangsmodul |
20 |
Auslesesignalgenerator |
F |
Fahrtrichtung |
21 |
erster Signalgenerator |
L |
linke Endlage |
22 |
zweiter Signalgenerator |
L1-L3 |
Motorwicklung |
30 |
erste Koppeleinrichtung |
m1, m2 |
Schalter |
40 |
Auswerteeinrichtung |
R |
rechte Endlage |
50 |
zweite Koppeleinrichtung |
S |
Auslesesignal |
60 |
Analyseeinrichtung |
X1-X4 |
Anschlüsse |
70 |
Abfragesignalgenerator |
|
|
1. Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche (1), aufweisend:
eine Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung (10), um den Betriebszustand der Weiche
(1) zu ermitteln;
einen Auslesesignalgenerator (20), welcher mit der Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung
(10) zusammenwirkt und dazu ausgebildet ist, ein Auslesesignal (S) zu erzeugen, wobei
das Auslesesignal (S) ein AC-Signal mit mindestens einer Auslesefrequenz ist, deren
Wert (f3, f4, f5, f6) vom ermittelten Betriebszustand der Weiche (1) abhängt, sowie
eine erste Koppeleinrichtung (30), um das vom Auslesesignalgenerator (20) erzeugte
Auslesesignal (S) in eine elektrische Leitung (4) zwischen einem Weichenantrieb (2)
der Weiche (1) und einem Stellwerk einzukoppeln.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung
(10) dazu ausgebildet ist, unabhängig vom Weichenantrieb (2) an der Weiche (1) angeordnet
zu werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auslesefrequenz in einem Frequenzbereich
zwischen 100 Hz und 50 kHz liegt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auslesefrequenz ausschliesslich
diskrete Werte (f3, f4, f5, f6) annimmt, die zueinander dichroisch sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung (10) einen ersten Endlageprüfer
(11) aufweist, um eine erste Endlage (L) der Weiche (1) zu erfassen,
wobei die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung (10) einen zweiten Endlageprüfer
(12) aufweist, um eine zweite Endlage (R) der Weiche (1) zu erfassen,
wobei die Auslesefrequenz mindestens einen ersten Wert (f3, f4) annimmt, wenn der
erste Endlageprüfer (11) anzeigt, dass sich die Weiche (1) in der ersten Endlage (L)
befindet, und
wobei die Auslesefrequenz mindestens einen zweiten Wert (f5, f6) annimmt, wenn der
zweite Endlageprüfer (12) anzeigt, dass sich die Weiche (1) in der zweiten Endlage
(R) befindet.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausserdem eine Auswerteeinrichtung
(40) aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung (40) dazu ausgebildet ist, entfernt von
der Weiche (1) angeordnet zu werden, und wobei die Auswerteeinrichtung (40) umfasst:
eine zweite Koppeleinrichtung (50), um das von der ersten Koppeleinrichtung (30) in
die Leitung (4) eingekoppelte Auslesesignal (S) aus der Leitung (4) auszukoppeln;
und
eine Analyseeinrichtung (60), die dazu ausgebildet ist, eine spektrale Analyse des
ausgekoppelten Auslesesignals (S) durchzuführen und in Abhängigkeit von einem Ergebnis
der spektralen Analyse des Auslesesignals ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den
Betriebszustand der Weiche (1) repräsentiert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
wobei die Auswerteeinrichtung (40) ausserdem einen Abfragesignalgenerator (70) aufweist,
der dazu ausgebildet ist, ein Abfragesignal (A) zu erzeugen,
wobei die zweite Koppeleinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, das Abfragesignal (A)
in die Leitung (4) einzukoppeln,
wobei die erste Koppeleinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, das Abfragesignal (A)
aus der Leitung (4) auszukoppeln,
wobei der Auslesesignalgenerator (20) dazu ausgebildet ist, das ausgekoppelte Abfragesignal
(A) zu empfangen und das Auslesesignal (S) in Abhängigkeit vom ausgekoppelten Abfragesignal
(A) zu verändern.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Abfragesignal (A) ein AC-Signal mit mindestens
einer Abfragefrequenz ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
wobei der Abfragesignalgenerator (70) dazu ausgebildet ist, die Abfragefrequenz gemäss
einer Sequenz von mindestens zwei unterschiedlichen Werten (f1, f2) zu verändern,
wobei die Sequenz insbesondere pseudozufällig getaktet sein kann, und
wobei der Auslesesignalgenerator (20) dazu ausgebildet ist, den Wert der Auslesefrequenz
(f3, f4; f5, f6) in Abhängigkeit vom Wert der Abfragefrequenz (f1, f2) zu verändern.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, an einer Vierdraht-Schnittstelle für den
Weichenantrieb (2) betrieben zu werden,
wobei der Auslesesignalgenerator (20) vorzugsweise derart konfiguriert ist, dass er
seine Versorgungsspannung über die Vierdraht-Schnittstelle bezieht, wenn der Weichenantrieb
(2) über die Vierdraht-Schnittstelle im Überwacherbetrieb betrieben wird.
11. Verfahren zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche (1), aufweisend die Schritte:
Ermitteln des Betriebszustands der Weiche (1);
Erzeugen eines Auslesesignals, wobei das Auslesesignal (S) ein AC-Signal mit mindestens
einer Auslesefrequenz ist, deren Wert vom ermittelten Betriebszustand der Weiche (1)
abhängt, sowie
Einkoppeln des Auslesesignals (S) in mindestens eine elektrische Leitung (4) zwischen
einem Weichenantrieb (2) der Weiche (1) und einem Stellwerk.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Auslesefrequenz in einem Frequenzbereich zwischen
100 Hz und 50 kHz liegt und/oder wobei die Auslesefrequenz diskrete Werte annimmt,
die zueinander dichroisch sind.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, aufweisend die Schritte:
Auskoppeln des in die Leitung (4) eingekoppelten Auslesesignals (S) aus der Leitung
(4) in einer von der Weiche (1) entfernt angeordneten Auswerteeinrichtung (40);
Durchführen einer spektralen Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals (S); und
Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Ergebnis der spektralen Analyse,
wobei das Ausgangssignal den Betriebszustand der Weiche (1) repräsentiert.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, aufweisend die Schritte:
Erzeugen eines Abfragesignals (A) in der Auswerteeinrichtung (40);
Einkoppeln des Abfragesignals (A) in die Leitung (4) bei der Auswerteeinrichtung (40);
Auskoppeln des Abfragesignals (A) aus der Leitung (4); und
Verändern des Auslesesignals (S) in Abhängigkeit vom ausgekoppelten Abfragesignal
(A).
15. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei das Abfragesignal (A) ein AC-Signal mit mindestens einer Abfragefrequenz ist,
wobei die Abfragefrequenz gemäss einer Sequenz von mindestens zwei unterschiedlichen
Werten (f1, f2) verändert wird, wobei die Sequenz insbesondere pseudozufällig getaktet
sein kann, und
wobei der Wert der Auslesefrequenz (f3, f4; f5, f6) in Abhängigkeit vom Wert der Abfragefrequenz
(f1, f2) verändert wird.