EP1473209A2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereichs - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Überwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereichs Download PDFInfo
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- EP1473209A2 EP1473209A2 EP04090128A EP04090128A EP1473209A2 EP 1473209 A2 EP1473209 A2 EP 1473209A2 EP 04090128 A EP04090128 A EP 04090128A EP 04090128 A EP04090128 A EP 04090128A EP 1473209 A2 EP1473209 A2 EP 1473209A2
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- B61L1/18—Railway track circuits
- B61L1/181—Details
- B61L1/187—Use of alternating current
Definitions
- the invention relates to a circuit arrangement for monitoring the occupancy status of a switch or a track area according to the preamble of claim 1 must be guaranteed that a subsequent Vehicle cannot switch the switch if there is still one vehicle in front is located in the area of the switch. Independently the track section may only be of the train length again be released if the metal mass of the last car has left the effective range.
- This effective range is a 6th up to 12m long track section, which uses a capacitive Connection between the rails and the inductors of the Rails is designed as an NF (low frequency) resonant circuit.
- An external evaluation device detects damping and Change in resonance frequency during navigation by a Rail vehicle caused by axle short circuit and damping caused by the iron mass of the car body. As an axle short circuit when driven by a road vehicle, for example at a level crossing can distinguish between wheeled and rail vehicles.
- a detector circuit known as turnout blocking circuit MC-WSK from Siemens AG relies on an oscillator whose feedback through the track circle. In the event of damping or upset the oscillation of the track breaks off, what is interpreted as driving. With this detection principle is the EMC resistance (electromagnetic compatibility) conceptually limited. Faults caused by inverters modern vehicle controls or strong radio transmitter can hardly be mastered. Beyond that fail-safe properties at component level for this detector be detected. Because this type of security verification no longer corresponds to modern developments a high admission risk.
- the well-known detector circuit requires a complicated comparison and the use of Special measuring devices as part of the commissioning. Automation as well as effective self-diagnosis are not possible.
- the object of the invention is to overcome these disadvantages eliminate and a circuit arrangement of the generic type Specify type, which is characterized by improved immunity and distinguishes increased functional reliability.
- the circuit arrangement enable detection of the damping and resonance frequency change by correlating the in and out of the track circle decoupled signals.
- the differentiation between track circuit influence by axis short circuit or iron mass by evaluating the level of the correlation voltage. On this way you can choose between occupancy by a rail vehicle or a road vehicle can be distinguished.
- a synchronous rectifier for comparison of the coupled with the decoupled LF signal and a Controller provided for evaluating the correlation signal.
- A occurs at the output of the synchronous rectifier DC correlation signal, the level of which depends only on the Amplitude and the phase offset of the decoupled from the track circuit Signal depends.
- the evaluation of the correlation voltage done by the controller takes into account the exact frequency fed in correspond. Interference frequencies largely compensate each other in a low pass following the synchronous rectifier.
- the controller enables extensive automation sequential control and signal evaluation. Adjustment and commissioning simplify themselves. Special measuring devices not required.
- the controller that has all the relevant control parameters and processed evaluation data, allows an effective Self-diagnosis. This means that in the event of a fault, the fault can be quickly identified possible. Fail-save properties of individual Components that have the property insulation strength going out are not required.
- the safety record keeping can be done at the level of observation units, so the admission risk over the known Detector device is reduced.
- the frequency stabilization in the Resonance frequency to be coupled into the track circuit by the controller controlled.
- This type of external control allows one Improvement of the signal / interference ratio by increasing the power coupled into the track circuit. This gives a significant increase in EMC resistance.
- a second controller for redundant safety-relevant evaluation of the correlation voltage be provided.
- the single figure shows a block diagram of a switch blocking circuit correlation detector.
- a track circuit 1 which forms an oscillating circuit from rail regions 2a and 2b forming inductors and a capacitor 3.
- An NF signal with a frequency of 20 to 30 Hz is coupled into this track circuit 1.
- a first controller 4 is used, which is connected to the track circuit 1 via a PLL (phase locked loop) component 5 and an output stage 6.
- the frequency to be coupled in is controlled by the controller 4, f oszsoll , the PLL element 5, f oszist and amplified by means of the output stage 6.
- the unamplified input signal and an output signal of the track circuit 1 are routed to a synchronous rectifier 7, which after a phase adjustment 8 overlaps the two signals and generates a correlation signal.
- This DC voltage correlation signal is fed to the controller 4 via a low-pass filter 9.
- the coupling-in signal and the coupling-out signal are each also routed to the controller 4 via a peak value rectifier 10 and 11.
- Both the sequence control and the evaluation of the correlation voltage U correlation are carried out by the controller 4. If the track circuit 1 is traversed by a rail vehicle, the oscillating circuit is considerably damped by the axle short circuit and the iron masses of the car body, so that the decoupled signal differs significantly from that injected signal differs. This difference is detected by correlating the two signals by means of the synchronous rectifier 7 and fed to the controller 4 for level evaluation. Ultimately, the controller 4 generates an output signal which triggers a free or busy message 12 of the track section under consideration.
- the controller 4 can be connected to a diagnostic module 13, which queries certain parameters, and / or a diagnostic device 14, which evaluates controller states.
- a second controller 4.1 can be provided for redundancy purposes be the same as the first controller 4 with a second Low-pass filter 9.1, a second synchronous rectifier 7.1, a second phase adjustment 8.1 and a second peak value rectifier 10.1 is connected.
- the invention is not limited to the above Embodiment. Rather, there are a number of variations conceivable, which is also fundamentally different Execution make use of the features of the invention.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Uberwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereichs, wobei ein Gleisabschnitt als NF-Schwingkreis ausgebildet ist und während der Befahrung des Gleisabschnittes durch ein Schienenfahrzeug eine resultierende Dämpfungs- und Resonanzfrequenzänderung detektierbar ist. Um die Störfestigkeit und die Zuverlässigkeit einer derartigen Schaltungsanordnung zu verbessern, sind Schaltungsmittel zur Korrelation in den Gleisabschnitt eingekoppelter mit aus dem Gleisabschnitt ausgekoppelten NF-Signalen vorgesehen. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung
des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereichs
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei Weichensteuerungen
muss gewährleistet sein, dass ein nachfolgendes
Fahrzeug die Weiche nicht umstellen kann, wenn sich noch ein
vorausfahrendes Fahrzeug im Bereich der Weiche befindet. Unabhängig
von der Zuglänge darf der Gleisabschnitt erst wieder
freigemeldet werden, wenn die Metallmasse des letzten Wagens
den Wirkbereich verlassen hat. Dieser Wirkbereich ist ein 6
bis 12m langer Gleisabschnitt, der mittels einer kapazitiven
Verbindung zwischen den Schienen und den Induktivitäten der
Schienen als NF(Niederfrequenz)-Schwingkreis ausgebildet ist.
Eine externe Auswerteeinrichtung detektiert Dämpfungs- und
Resonanzfrequenzänderung während der Befahrung durch ein
Schienenfahrzeug, die durch Achskurzschluss und Bedämpfung
durch die Eisenmassen des Wagenkastens hervorgerufen werden.
Da ein Achskurzschluss bei Befahrung durch ein Straßenfahrzeug,
beispielsweise an einem Bahnübergang, nicht erfolgen
kann, ergibt sich eine Unterscheidbarkeit von Rad- und Schienenfahrzeugen.
Eine als Weichensperrkreis MC-WSK der Siemens AG bekannte Detektorschaltung
beruht auf einem Oszillator, dessen Rückkopplung
durch den Gleiskreis erfolgt. Bei Bedämpfung oder Verstimmung
des Gleiskreises reißt die Schwingungserzeugung ab,
was als Befahrung interpretiert wird. Bei diesem Detektionsprinzip
ist die EMV-Festigkeit (elektromagnetische Verträglichkeit)
konzeptionell eingeschränkt. Störungen durch Wechselrichter
moderner Fahrzeugsteuerungen oder starker Rundfunksender
sind kaum zu beherrschen. Darüber hinaus müssen
für diesen Detektor Fail-Safe-Eigenschaften auf Bauteilebene
nachgewiesen werden. Da diese Art der Sicherheitsnachweisführung
nicht mehr der modernen Entwicklung entspricht, besteht
ein hohes Zulassungsrisiko. Die bekannte Detektorschaltung
erfordert einen komplizierten Abgleich und den Einsatz von
Spezialmessgeräten im Rahmen der Inbetriebnahme. Eine Automatisierung
wie auch eine effektive Selbstdiagnose sind nicht
möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu
beseitigen und eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen
Art anzugeben, die sich durch verbesserte Störfestigkeit und
erhöhte Funktionssicherheit auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Schaltungsanordnung ermögliche
eine Detektion der Dämpfungs- und Resonanzfrequenzänderung
durch Korrelation der in den Gleiskreis ein- und
ausgekoppelten Signale. Die Differenzierung zwischen Gleiskreisbeeinflussung
durch Achskurzschluss oder Eisenmasse erfolgt
durch Bewertung der Höhe der Korrelationsspannung. Auf
diese Weise kann zwischen der Belegung durch ein Schienenfahrzeug
oder ein Straßenfahrzeug unterschieden werden.
Gemäß Anspruch 2 sind ein Synchrongleichrichter zum Vergleich
des eingekoppelten mit dem ausgekoppelten NF-Signal und ein
Controller zur Auswertung des Korrelationssignals vorgesehen.
Am Ausgang des Synchrongleichrichters entsteht ein
Gleichspannungs-Korrelationssignal, dessen Höhe nur von der
Amplitude und dem Phasenversatz des aus dem Gleiskreis ausgekoppelten
Signals abhängt. Die Bewertung der Korrelationsspannung
erfolgt durch den Controller. Dabei werden nur Signalanteile
berücksichtigt, die exakt der eingespeisten Frequenz
entsprechen. Störfrequenzen kompensieren sich weitgehend
in einem dem Synchrongleichrichter folgenden Tiefpass.
Der Controller ermöglicht eine weitgehende Automatisierung
der Ablaufsteuerung und der Signalbewertung. Abgleich und Inbetriebnahme
vereinfachen sich. Spezialmessgeräte werden
nicht benötigt. Der Controller, der alle relevanten Steuerparameter
und Auswertedaten verarbeitet, erlaubt eine effektive
Selbstdiagnose. Dadurch ist im Störungsfall eine rasche Fehlereingrenzung
möglich. Fail-Save-Eigenschaften einzelner
Bauelemente, die über die Eigenschaft Isolationsfestigkeit
hinausgehen, sind nicht erforderlich. Die Sicherheitsnachweisführung
kann auf der Ebene von Betrachtungseinheiten erfolgen,
so dass das Zulassungsrisiko gegenüber der bekannten
Detektoreinrichtung verringert ist.
Gemäß Anspruch 3 wird die Frequenzstabilisierung der in den
Gleiskreis einzukoppelnden Resonanzfrequenz durch den Controller
gesteuert. Diese Art der Fremdsteuerung erlaubt eine
Verbesserung des Signal/Störverhältnisses durch Anhebung der
in den Gleiskreis eingekoppelten Leistung. Dadurch ergibt
sich eine wesentliche Steigerung der EMV-Festigkeit.
Im Bedarfsfall kann gemäß Anspruch 4 ein zweiter Controller
zur redundanten sicherheitsrelevanten Bewertung der Korrelationsspannung
vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer figürlichen Darstellung
näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Weichensperrkreis-Korrelationsdetektors.
Dargestellt ist ein Gleiskreis 1, der einen Schwingkreis aus
Induktivitäten bildenden Schienenbereichen 2a und 2b und einem
Kondensator 3 bildet. In diesen Gleiskreis 1 wird ein NF-Signal
mit einer Frequenz von 20 bis 30Hz eingekoppelt. Dazu
dient ein erster Controller 4, der über ein PLL(Phase Locked
Loop)-Bauelement 5 und eine Endstufe 6 mit dem Gleiskreis 1
verbunden ist. Die einzukoppelnde Frequenz wird über den
Controller 4, foszsoll, das PLL-Element 5, foszist eingeregelt
und mittels der Endstufe 6 verstärkt. Das unverstärkte Eingangssignal
und ein Ausgangssignal des Gleiskreises 1 sind
auf einen Synchrongleichrichter 7 geführt, der die beiden
Signale nach einer Phasenanpassung 8 quasi überlagert und ein
Korrelationssignal erzeugt. Dieses Gleichspannungs-Korrelationssignal
wird über einen Tiefpassfilter 9 dem Controller 4
zugeführt. Das Einkoppelsignal und das Auskoppelsignal sind
jeweils über einen Spitzenwertgleichrichter 10 und 11 ebenfalls
auf den Controller 4 geführt. Sowohl die Ablaufsteuerung
als auch die Bewertung der Korrelationsspannung Ukorrelation
erfolgt durch den Controller 4. Wird der Gleiskreis 1
durch ein Schienenfahrzeug befahren, resultiert durch Achskurzschluss
und durch die Eisenmassen des Wagenkastens eine
erhebliche Dämpfung des Schwingkreises, so dass das ausgekoppelte
Signal sich signifikant von dem eingekoppelten Signal
unterscheidet. Dieser Unterschied wird durch Korrelation der
beiden Signale mittels des Synchrongleichrichters 7 detektiert
und zur Pegelauswertung dem Controller 4 zugeführt.
Letztlich erzeugt der Controller 4 ein Ausgangssignal, das
eine Frei- oder Besetztmeldung 12 des betrachteten Gleisabschnittes
ansteuert. Außerdem kann der Controller 4 mit einem
Diagnosemodul 13, welches bestimmte Parameter abfragt,
und/oder einer Diagnoseeinrichtung 14, welche Controllerzustände
auswertet, verbunden sein.
Für Redundanzzwecke kann ein zweiter Controller 4.1 vorhanden
sein, der analog zu dem ersten Controller 4 mit einem zweiten
Tiefpassfilter 9.1, einem zweiten Synchrongleichrichter 7.1,
einer zweiten Phasenanpassung 8.1 und einem zweiten Spitzenwertgleichrichter
10.1 beschaltet ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angebende
Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten
denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter
Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.
Claims (4)
- Schaltungsanordnung zur Überwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereichs, wobei ein Gleisabschnitt als NF(Nieder-Frequenz)-Schwingkreis ausgebildet ist und während der Befahrung des Gleisabschnitts durch ein Schienenfahrzeug eine resultierende Dämpfungs- und Resonanzfrequenzänderung detektierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass Schaltungsmittel zur Korrelation in den Gleisabschnitt eingekoppelter, mit aus dem Gleisabschnitt ausgekoppelten NF-Signalen vorgesehen sind. - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungsmittel einen Synchrongleichrichter (4, 4.1) zum Vergleich des eingekoppelten, mit dem ausgekoppelten NF-Signal und einen Controller (4, 4.1) zur Auswertung des Korrelationssignals, der über einen Tiefpassfilter (9. 9.1) mit dem Ausgang des Synchrongleichrichters (4, 4.1) verbunden ist, umfassen. - Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (4, 4.1) ein PLL (Phase Locked Loop)-Element (5) zur Frequenzstabilisierung beaufschlagt, dessen Ausgangssignal über eine Endstufe (6) in den Gleisabschnitt einkoppelbar ist. - Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsmittel zur Korrelation redundant ausgebildet sind.
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