EP1746008A2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereichs - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Überwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereichs Download PDF

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EP1746008A2
EP1746008A2 EP06117115A EP06117115A EP1746008A2 EP 1746008 A2 EP1746008 A2 EP 1746008A2 EP 06117115 A EP06117115 A EP 06117115A EP 06117115 A EP06117115 A EP 06117115A EP 1746008 A2 EP1746008 A2 EP 1746008A2
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Wolfgang Eue
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • 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 state of a switch or a track area by means of a track circle, wherein during the driving of the track circuit by a rail vehicle, a resulting damping and resonance frequency change is detectable coupled with a synchronous rectifier for correlation in the track circuit coupled out of the track circuit Signals, which is connected via a low-pass filter with a controller for the evaluation of the correlation signal.
  • This effective range is a 6 to 12 m long track section, which is formed by means of a capacitive connection between the rails and the inductances of the rails as a resonant circuit.
  • the controller detects damping and resonant frequency changes during a rail vehicle encounter, caused by axle shorting and damping by the iron masses of the car body. Since a Achskurz gleich when driving through a road vehicle, such as a railroad crossing, can not be done, resulting in a distinctness of wheeled and rail vehicles.
  • the invention has for its object to overcome these disadvantages and to provide a circuit arrangement of the generic type in which the phase dependence is eliminated.
  • the object is achieved in that the controller applied to a frequency generator whose analog output signal via an output stage in the track circuit can be coupled and that the frequency generator generates a first control signal and a relation to this offset by 90 ° second control signal, wherein the first control signal to a Control input of the synchronous rectifier and the second control signal to a control input of a second synchronous rectifier, which is connected via a second low-pass filter connected to the controller, and wherein the signal inputs of the two synchronous rectifier connected to the decoupled from the track circuit via a low-pass signal are.
  • the controller applied to a frequency generator whose analog output signal via an output stage in the track circuit can be coupled and that the frequency generator generates a first control signal and a relation to this offset by 90 ° second control signal, wherein the first control signal to a Control input of the synchronous rectifier and the second control signal to a control input of a second synchronous rectifier, which is connected via a second low-pass filter connected to the controller, and wherein the signal inputs
  • the adjustable by the controller frequency generator is extended by two outputs for driving two synchronous rectifier, the two frequency signals generated by the frequency generator control signals are offset by 90 ° to each other.
  • the decoupled from the track circuit signal is filtered with a low-pass filter, before it reaches the signal inputs of the two synchronous rectifier.
  • the two synchronous rectifiers are each connected to the controller via low-pass filters.
  • the two correlation signals supplied to the controller are in principle identical, but offset by 90 ° to one another.
  • the controller uses the Pythagorean theorem to calculate the magnitude of the correlation voltage. However, an additional calculation of the phase angle is also possible.
  • the two control signals may additionally be performed directly on the controller, wherein the controller checks the correct formation of the control signals.
  • control signals according to claim 3 may additionally be performed on the controller via an exclusive / OR gate, wherein the controller then evaluates the resulting signal with the double track frequency. If this double track frequency is not detected, there is an error. If the controller can not detect a duty cycle of 50%, there is a phase error.
  • the output signal of the exclusive OR gate is additionally connected via a low-pass filtering with the controller.
  • the Controller evaluate the voltage, which must reach exactly the middle between the voltage of a logical high and a logic low, so that a duty cycle of 50% is detected.
  • the controller may be connected to a diagnostic module comprising means for determining age- and / or temperature-induced changes in the phase position of the first and / or second control signal.
  • an analog multiplier which is driven by an analog signal generated by the frequency generator.
  • An analog multiplier is more expensive than a synchronous rectifier, but has the consequence that the upstream low-pass filter can be made simpler.
  • the analog signal from the frequency rectifier to the analog multiplier is parameterized in such a way that it alternately multiplies + X and -X. In the simplest case, X is parameterized to 1.
  • a PLL (Phase Locked Loop) element for frequency stabilization can be provided instead of the frequency generator.
  • the sole figure shows a block diagram of a turnout circuit correlation detector.
  • a track circuit 1 which forms a resonant circuit of inductance-forming rail portions 2a and 2b and a capacitor 3.
  • this track circuit 1 is an AF signal coupled with a frequency of 20 to 30Hz.
  • a controller 4 which is connected via a frequency generator 5 and an output stage 6 for amplifying the frequency signal to the track circuit 1.
  • the frequency generator 5 which can be set by the controller 4 generates two digital output signals which are identical in magnitude but offset by 90 °.
  • the two output signals f Osz and f Osz + 90 ° are returned to the controller 4 for verification and also form the control signal for two synchronous rectifiers 7 and 7.1, which are connected via low-pass filters 9 and 9.1 with the controller 4.
  • the signal to be injected into the track circuit 1 is also fed to the controller 4 via a peak value rectifier 10.
  • the decoupled from the track circuit 1 signal is filtered with a low-pass filter 11 and forms the signal input of both the synchronous rectifier 7 and the synchronous rectifier 7.1.
  • the synchronous rectifiers 7 and 7.1 the two signals representing the input and the output of the track circuit 1 are virtually superimposed, so that correlation voltages U correlation and U correlation + 90 ° to be evaluated by the controller 4 are generated via the downstream low-pass filters 9 and 9.1.
  • the controller 4 carries out an absolute value calculation of the correlation voltage with the Pythagorean theorem.
  • control signals f Osz and f Osz + 90 ° formed by the frequency generator 5 for the synchronous rectifiers 7 and 7.1 they can be fed directly to the controller 4.
  • the two control signals f osz and f osc + 90 ° are linked by means of an exclusive / OR gate 12, wherein the resulting signal is 2f OszIst connected to the controller 4.
  • the control signals f Osz and f Osz + 90 ° were generated correctly when the controller 4 can detect the double track circuit frequency 2f OszIst .
  • the duty cycle must be 50%, so that a phase error is excluded can be.
  • a device for low-pass filtering 13 is branched off from the exclusive OR gate 12, whereby a voltage output signal U phase is generated, which the controller 4 can evaluate. If U phase is exactly the mean between the voltage of a logical high and a logical low, a duty cycle of 50% is proven.
  • the controller 4 generates an output signal from the correlation voltages U correlation and U correlation + 90 ° by phase-independent absolute value determination, which activates a free or busy message 14 of the considered track section.
  • the controller 4 may be connected to a diagnostic module 15, which polls certain parameters and / or a diagnostic device 16, which evaluates controller states.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereiches, mittels eines Gleiskreises (1), wobei während der Befahrung des Gleiskreises (1) durch ein Schienenfahrzeug eine resultierende Dämpfungs- und Resonanzfrequenzänderung detektierbar ist, mit einem Synchrongleichrichter zur Korrelation in den Gleiskreis (1) eingekoppelter mit aus dem Gleiskreis (1) ausgekoppelten Signalen, der über einen Tiefpassfilter (9) mit einem Controller (4) zur Auswertung des Korrelationssignals verbunden ist. Um auf eine Phasenanpassung der zu korrelierenden Signale verzichten zu können, ist vorgesehen, dass der Controller (4) einen Frequenzgenerator (5) beaufschlagt, dessen Ausgangssignal über eine Endstufe (6) in den Gleiskreis (1) einkoppelbar ist und dass der Frequenzgenerator (5) ein erstes Steuersignal (fOsz) und ein gegenüber diesem um 90° versetztes zweites Steuersignal (fOsz+ 90°) erzeugt, wobei das erste Steuersignal (fOsz) auf einen Steuereingang des Synchrongleichrichters (7) und das zweite Steuersignal (fOsz+ 90°) auf einen Steuereingang eines zweiten Synchrongleichrichters (7.1), der über einen zweiten Tiefpassfilter (9.1) mit dem Controller (4) verbunden ist, geführt ist, und wobei Signaleingänge der Synchrongleichrichter (7, 7.1) mit dem aus dem Gleiskreis (1) über einen Tiefpass (11) ausgekoppelten Signal verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereiches mittels eines Gleiskreises, wobei während der Befahrung des Gleiskreises durch ein Schienenfahrzeug eine resultierende Dämpfungs- und Resonanzfrequenzänderung detektierbar ist, mit einem Synchrongleichrichter zur Korrelation in den Gleiskreis eingekoppelter mit aus dem Gleiskreis ausgekoppelten Signalen, der über einen Tiefpassfilter mit einem Kontroller zur Auswertung des Korrelationssignals verbunden ist.
  • 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 12 m langer Gleisabschnitt, der mittels einer kapazitiven Verbindung zwischen den Schienen und den Induktivitäten der Schienen als Schwingkreis ausgebildet ist.
  • Der Controller detektiert Dämpfungs- und Resonanzfrequenzänderungen 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 einen Bahnübergang, nicht erfolgen kann, ergibt sich eine Unterscheidbarkeit von Rad- und Schienenfahrzeugen.
  • Aus der DE 103 20 680 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der eine Detektion der Dämpfungs- und Resonanzfrequenzänderung durch Korrelation der in den Gleiskreis ein- und ausgekoppelten Signale erfolgt. Die Differenzierung zwischen Gleiskreisbeeinflussung durch Achskurzschluss oder Eisenmasse erfolgt durch Bewertung der Höhe der Korrelationsspannung. Damit das eingekoppelte und das ausgekoppelte Signal vor dem Synchrongleichrichter wieder phasensynchron sind, müssen frequenzabhängige Laufzeiten des zur Aufbereitung des ausgekoppelten Signals eingesetzten Filters kompensiert werden. Dazu ist eine Phasenanpassung im Signalweg des ausgekoppelten Signals vorgesehen. Nachteilig bei dieser Phasenanpassung ist neben dem Auftreten von Alterungserscheinungen vor allem deren Temperaturabhängigkeit. Die Phasenverschiebung während einer Befahrung kann nicht expliziert bestimmt werden; sie geht vielmehr indirekt in das auszuwertende Korrelationssignal ein.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der die Phasenabhängigkeit eliminiert ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Controller einen Frequenzgenerator beaufschlagt, dessen analoges Ausgangssignal über eine Endstufe in den Gleiskreis einkoppelbar ist und dass der Frequenzgenerator ein erstes Steuersignal und ein gegenüber diesem um 90° versetztes zweites Steuersignal erzeugt, wobei das erste Steuersignal auf einen Steuereingang des Synchrongleichrichters und das zweite Steuersignal auf einen Steuereingang eines zweiten Synchrongleichrichters, der über einen zweiten Tiefpassfilter mit dem Controller verbunden ist, geführt ist, und wobei Signaleingänge der beiden Synchrongleichrichter mit dem aus dem Gleiskreis über einen Tiefpass ausgekoppelten Signal verbunden sind. Auf diese Weise ergibt sich eine phasenunabhängige Betragswertermittlung, so dass auf eine Phasenanpassung als Schaltungsteil verzichtet werden kann. Stattdessen wird der vom Controller einstellbare Frequenzgenerator um zwei Ausgänge zur Ansteuerung zweier Synchrongleichrichter erweitert, wobei die beiden vom Frequenzgenerator erzeugten Steuersignale frequenzmäßig um 90° zueinander versetzt sind. Das aus dem Gleiskreis ausgekoppelte Signal wird mit einem Tiefpass gefiltert, bevor es an die Signaleingänge der beiden Synchrongleichrichter gelangt. Die beiden Synchrongleichrichter sind jeweils über Tiefpassfilter mit dem Controller verbunden. Die beiden dem Controller zugeführten Korrelationssignale sind prinzipiell identisch, aber um 90° zueinander versetzt. Im Controller erfolgt mit dem Satz des Pythagoras eine Betragswertberechnung der Korrelationsspannung. Möglich ist aber auch eine zusätzliche Berechnung des Phasenwinkels.
  • Gemäß Anspruch 2 können die beiden Steuersignale zusätzlich direkt auf den Controller geführt sein, wobei der Controller die korrekte Bildung der Steuersignale überprüft.
  • Alternativ können die Steuersignale gemäß Anspruch 3 zusätzlich über ein Exklusiv/Oder-Gatter auf den Controller geführt sein, wobei der Controller dann das dabei entstehende Signal mit der doppelten Gleiskreisfrequenz auswertet. Wird diese doppelte Gleiskreisfrequenz nicht festgestellt, liegt ein Fehler vor. Wenn der Controller dabei nicht ein Tastverhältnis von 50% feststellen kann, liegt ein Phasenfehler vor.
  • Da Controller einfacherer Bauart das Tastverhältnis der Steuersignale nicht selbst überprüfen können, ist gemäß Anspruch 4 vorgesehen, dass das Ausgangssignal des Exklusiv/Oder-Gatters zusätzlich über eine Tiefpassfilterung mit dem Controller verbunden ist. Durch diese Tiefpassfilterung kann der Controller die anstehende Spannung auswerten, wobei diese genau das Mittel zwischen der Spannung eines logischen high und eines logischen low erreichen muss, damit ein Tastverhältnis von 50% nachgewiesen ist.
  • Gemäß Anspruch 5 kann der Controller mit einem Diagnosemodul beschaltet sein, das Mittel zur Feststellung von alterungs- und/oder temperaturbedingten Änderungen der Phasenlage des ersten und/oder zweiten Steuersignals umfasst.
  • Anstelle mindestens eines der beiden Synchrongleichrichter kann gemäß Anspruch 6 ein Analogmultiplizierer vorgesehen sein, der von einem vom Frequenzgenerator erzeugten analogen Signal angesteuert wird. Ein Analogmultiplizierer ist zwar teuerer als ein Synchrongleichrichter, hat aber zur Folge, dass der vorgeschaltete Tiefpass einfacher ausgebildet sein kann. Das analoge Signal vom Frequenzgleichrichter an den Analogmultiplizierer wird dabei derart parametriert, dass es zur abwechselnden Multiplikation mit +X und -X kommt. Im einfachsten Fall ist X auf 1 parametriert.
  • Weiterhin kann gemäß Anspruch 7 anstelle des Frequenzgenerators ein PLL (Phase Locked Loop)-Element zur Frequenzstabilisierung 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 Controller 4, der über einen Frequenzgenerator 5 und eine Endstufe 6 zur Verstärkung des Frequenzsignals mit dem Gleiskreis 1 verbunden ist. Der vom Controller 4 einstellbare Frequenzgenerator 5 erzeugt zwei digitale Ausgangssignale, die betragsmäßig identisch, aber um 90° versetzt sind. Die beiden Ausgangssignale fOsz und fOsz + 90° sind zwecks Überprüfung auf den Controller 4 zurückgeführt und bilden außerdem das Steuersignal für zwei Synchrongleichrichter 7 und 7.1, die jeweils über Tiefpassfilter 9 und 9.1 mit dem Controller 4 verbunden sind. Das in den Gleiskreis 1 einzukoppelnde Signal ist über einen Spitzenwertgleichrichter 10 ebenfalls auf den Controller 4 geführt. Das aus dem Gleiskreis 1 ausgekoppelte Signal wird mit einem Tiefpass 11 gefiltert und bildet den Signaleingang sowohl des Synchrongleichrichters 7 als auch des Synchrongleichrichters 7.1. In den Synchrongleichrichtern 7 und 7.1 werden die beiden den Eingang und den Ausgang des Gleiskreises 1 repräsentierenden Signale quasi überlagert, so dass über die nachgeschalteten Tiefpassfilter 9 und 9.1 vom Controller 4 auszuwertende Korrelationsspannungen Ukorrelation und Ukorrelation + 90° erzeugt werden. Dazu führt der Controller 4 mit dem Satz des Pythagoras eine Betragswertberechnung der Korrelationsspannung aus.
  • Um die vom Frequenzgenerator 5 gebildeten Steuersignale fOsz und fOsz +90° für die Synchrongleichrichter 7 und 7.1 zu überprüfen, können diese direkt auf den Controller 4 geführt werden. Vorzugsweise werden jedoch die beiden Steuersignale fOsz und fOsz +90° mittels eines Exklusiv/Oder-Gatters 12 verknüpft, wobei das dabei entstehende Signal 2fOszIst auf den Controller 4 geschaltet ist. Die Steuersignale fOsz und fOsz + 90° wurden korrekt erzeugt, wenn der Controller 4 die doppelte Gleiskreisfrequenz 2fOszIst feststellen kann. Dabei muss das Tastverhältnis 50% betragen, damit ein Phasenfehler ausgeschlossen werden kann. Da Controller einfacherer Bauart dieses Tastverhältnis nicht selbst überprüfen können, ist von dem Exklusiv/Oder-Gatter 12 in diesem Fall eine Einrichtung zur Tiefpassfilterung 13 abgezweigt, wodurch ein Spannungs-Ausgangsssignal UPhase erzeugt wird, dass der Controller 4 auswerten kann. Beträgt UPhase genau das Mittel zwischen der Spannung eines logischen high und eines logischen low, ist ein Tastverhältnis von 50% nachgewiesen.
  • Letztlich erzeugt der Controller 4 aus den Korrelationsspannungen Ukorrelation und Ukorrelation + 90° durch phasenunabhängige Betragswertermittlung ein Ausgangssignal, das eine Frei- oder Besetztmeldung 14 des betrachteten Gleisabschnittes ansteuert. Außerdem kann der Controller 4 mit einem Diagnosemodul 15, welches bestimmte Parameter abfragt und/oder einer Diagnoseeinrichtung 16, welche Controllerzustände auswertet, verbunden sein.
  • 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 (7)

  1. Schaltungsanordnung zur Überwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereichs mittels eines Gleiskreises (1), wobei während der Befahrung des Gleiskreises (1) durch ein Schienenfahrzeug eine resultierende Dämpfungs- und Resonanzfrequenzänderung detektierbar ist, mit einem Synchrongleichrichter (7) zur Korrelation in den Gleiskreis (1) eingekoppelter mit aus dem Gleiskreis (1) ausgekoppelten Signalen, der über einen Tiefpassfilter (9) mit einem Controller (4) zur Auswertung des Korrelationssignals verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Controller (4) einen Frequenzgenerator (5) beaufschlagt, dessen Ausgangssignal über eine Endstufe (6) in den Gleiskreis (1) einkoppelbar ist und dass der Frequenzgenerator (5) ein erstes Steuersignal (fOsz) und ein gegenüber diesem um 90° versetztes zweites Steuersignal (fOsz + 90°) erzeugt, wobei das erste Steuersignal (fOsz) auf einen Steuereingang des Synchrongleichrichters (7) und das zweite Steuersignal (fOsz + 90°) auf einen Steuereingang eines zweiten Synchronrichters (7.1), der über einen zweiten Tiefpassfilter (9.1) mit den Controller (4) verbunden ist, geführt ist, und wobei Signaleingänge der Synchrongleichrichter (7, 7.1) mit dem aus dem Gleiskreis (1) über einen Tiefpass (11) ausgekoppelten Signal verbunden sind.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste und das zweite Steuersignal (fOsz und fOsz + 90°) zusätzlich direkt auf den Controller (4) geführt sind, wobei der Controller (4) Mittel zur Überprüfung der korrekten Bildung der Steuersignale (fOsz und fOsz + 90°) aufweist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste und das zweite Steuersignal (fOsz und fOsz + 90°) zusätzlich über ein Exklusiv/Oder-Gatter (12) auf den Controller (4) geführt sind, wobei der Controller (4) Mittel zur Überprüfung der korrekten Bildung der Steuersignale (fOsz und fOsz + 90°) aufweist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste und das zweite Steuersignal (fOsz und fOsz + 90°) zusätzlich über ein Exklusiv/Oder-Gatter (12) und eine Tiefpassfilterung (13) auf den Controller (4) geführt sind, wobei der Controller (4) Mittel zur Überprüfung der korrekten Bildung der Steuersignale (fOsz und fOsz + 90°) aufweist.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Controller (4) mit einem Diagnosemodul (15) beschaltet ist, das Mittel zur Feststellung von alterungs- und/oder temperaturbedingten Änderungen der Phasenlage des ersten und/oder zweiten Steuersignals (fOsz und/oder fOsz + 90°) aufweist.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass anstelle mindestens eines Synchrongleichrichters (7, 7.1) ein Analogmultiplizierer vorgesehen ist, der von einem von dem Frequenzgenerator (5) erzeugten analogen Signal angesteuert wird.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass anstelle des Frequenzgenerators (5) ein PLL (Phase Locked Loop)-Element zur Frequenzstabilisierung vorgesehen ist.
EP06117115A 2005-07-20 2006-07-13 Schaltungsanordnung zur Überwachung des Belegungszustandes einer Weiche oder eines Gleisbereichs Not-in-force EP1746008B1 (de)

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