EP3643579A1 - Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer weiche - Google Patents

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EP3643579A1
EP3643579A1 EP18202042.0A EP18202042A EP3643579A1 EP 3643579 A1 EP3643579 A1 EP 3643579A1 EP 18202042 A EP18202042 A EP 18202042A EP 3643579 A1 EP3643579 A1 EP 3643579A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
switch
readout
frequency
end position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP18202042.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3643579C0 (de
EP3643579B1 (de
Inventor
Erwin Alex Zurfluh
Patricius Johann GSCHWEND
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Rail GTS Schweiz AG
Original Assignee
Thales Rail Signalling Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales Rail Signalling Solutions AG filed Critical Thales Rail Signalling Solutions AG
Priority to EP18202042.0A priority Critical patent/EP3643579B1/de
Publication of EP3643579A1 publication Critical patent/EP3643579A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3643579C0 publication Critical patent/EP3643579C0/de
Publication of EP3643579B1 publication Critical patent/EP3643579B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/10—Locking mechanisms for points; Means for indicating the setting of points
    • B61L5/107—Locking mechanisms for points; Means for indicating the setting of points electrical control of points position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L19/00—Arrangements for interlocking between points and signals by means of a single interlocking device, e.g. central control
    • B61L19/06—Interlocking devices having electrical operation

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for monitoring the operating state of a switch, in particular its end positions.
  • switch tongues and possibly switch heart moving parts of the switch (switch tongues and possibly switch heart) are mechanically adjusted between a left and a right end position to provide a route. In the end positions, the turnout is locked mechanically by a turnout lock. Turnouts can be remotely controlled by an interlocking.
  • a switch drive with a servomotor is used for remote switches.
  • several turnout drives can also be arranged on a single turnout.
  • a switch 1 is illustrated schematically in its left end position L, in which Fig. 2 in its right end position R.
  • the designations "left” and “right” refer to an absolute reference system of the switch, namely to the position with respect to the direction of travel F in which the switch forms a branch.
  • the end positions L and R are therefore also referred to as absolute positions. In the system configuration and in the interlocking software, only these absolute positions are referred to.
  • the turnout drive can be arranged on the turnout in different ways. In particular, he can with respect to the direction of travel F left or right on the switch be arranged.
  • a switch drive 2 is shown schematically, which is arranged to the left of the switch.
  • the switch drive 2 can have a push rod 3, with which the movable parts of the switch are moved from the left to the right end position and vice versa.
  • the switch assumes the left end position when the push rod 3 is extended ( Fig. 1 ), with the push rod 3 retracted, the right end position ( Fig. 2 ). If the turnout drive is on the right instead of the left, the situation is exactly the opposite.
  • the relationship between the operating status of the turnout drive (push rod retracted or extended) and the absolute position of the turnout (left or right end position) depends on the way the turnout drive is arranged on the turnout.
  • the four-wire interface can be used in two operating modes, namely in the changeover mode and in the monitoring mode.
  • a control device in the signal box switches between the two operating modes.
  • a three-phase three-phase current with 400 VAC is applied to the servomotor from the signal box via the interface.
  • the phase position on the windings of the servomotor determines its direction of rotation.
  • the servomotor switches the switch between its two end positions.
  • a DC voltage is applied to two of the four connections of the four-wire interface in the signal box, which is typically in the range 48 ... 60 VDC. These are connections X1 and X3 for monitoring the left end position Monitoring the right end position of the connections X2 and X3. On the one hand, the resulting current is measured through these connections in the signal box; on the other hand, the voltage resulting at the other two connections is determined. The voltage and current measurements can be used to determine whether the switch is in the end position to be monitored.
  • FIG. 3 and 4 is an example and in a highly schematic form a point machine with a four-wire interface in the left ( Fig. 3 ) or right end position ( Fig. 4 ) illustrated.
  • the monitoring operation via the four-wire interface is explained in more detail below.
  • the four-wire interface has proven itself over decades.
  • a decisive disadvantage of the four-wire interface is, however, that the circuit is symmetrical with regard to the connections X1 and X2 (cf. Figures 3 and 4 ). This means that it is not recognizable in the signal box if connections X1 and X2 are accidentally interchanged. Exchanging the connections can result in the switch being operated in an absolute position other than the intended one, which can result in serious accidents.
  • the device should be usable in such a way that it makes it possible to determine the absolute position of a switch in the signal box.
  • the device should be able to be operated via an already existing line between the point machine and the signal box, in particular via a four-wire interface, i.e. the use of the device should not require any additional electrical lines.
  • the result of the monitoring should be independent of swapping the connections X1 and X2.
  • a readout signal in the form of an AC signal is thus coupled into a line between the point machine and the signal box.
  • the readout signal contains at least one vibration, the frequency of which depends on the operating state of the switch.
  • the frequency content of the readout signal shows the operating status of the switch.
  • the readout signal can be decoupled from the line in the signal box, and the frequency content of the AC signal can be analyzed to monitor the operating status of the switch.
  • the readout signal can be transmitted via an existing line; No separate line is therefore required for the use of the device according to the invention. As a result, the device according to the invention can easily be retrofitted in existing systems.
  • the device according to the invention can be operated on a traditional four-wire interface.
  • the device according to the invention can correctly display the operating state of the switch even if the connections X1 and X2 are interchanged at the interface.
  • the device according to the invention can be configured such that the read-out signal generator does not require a separate power supply, since in traditional monitoring operation of the point machine there is always a DC voltage between at least two connections of the four-wire interface. This voltage can be used as a supply voltage for the readout signal generator.
  • the device for determining the operating state is arranged on the switch independently of the switch drive, the device according to the invention can monitor the absolute position of the switch, regardless of the side of the switch on which the switch drive is located.
  • the device for determining the operating state can also be arranged in the point machine.
  • the position of the switch relative to the switch drive is determined with this device instead of the absolute position.
  • the device according to the invention has the advantages that it creates redundancy for traditional monitoring operation and is robust against swapping the connections X1 and X2 of the four-wire interface.
  • the readout signal contains only a single oscillation with a certain readout frequency at any time, i.e. In this case, the readout signal does not represent a superposition of several vibrations with different frequencies. However, it is also conceivable that the readout signal represents a superposition of several (e.g. two, three or four) vibrations of different readout frequencies.
  • the value of all read-out frequencies is preferably in a frequency range between 100 Hz and 50 kHz, in particular between 100 Hz and 20 kHz, between 100 Hz and 10 kHz or between 100 Hz and 5 kHz. All frequency specifications relate to the sinusoidal fundamental, neglecting the harmonic components.
  • the harmonic components of the readout signal are small (amplitude of each harmonic component is less than 10%, preferably less than 2% of the amplitude of the fundamental), i.e. the readout signal preferably corresponds at any point in time to a single sine wave or a superposition of a few, for example two or three, sine waves in the specified frequency range.
  • Low-frequency AC signals in the specified frequency range are preferred because they are also reliably transmitted on unshielded cables. As a result, very robust and reliable signal transmission over existing lines can be achieved with simple means.
  • the readout signals only have frequencies which are sufficiently above the mains frequency 50 Hz.
  • All readout frequencies preferably only take on discrete values. These values are preferably dichroic to one another. A set of frequencies is referred to in this document as dichroic if none of the frequencies is a multiple of another frequency and if the difference or sum of any two frequencies does not correspond to any of the other frequencies. In this way it is avoided that harmonics and / or non-linear effects lead to a combination of two read-out frequencies being confused with another read-out frequency.
  • the values of the readout frequency can correspond in particular to the frequencies of the known DTMF tone dialing method in telephony, as are defined in the ITU-T standard Q.23 (11/88). These frequencies are 697, 770, 852, 941, 1209, 1336, 1477 and 1633 Hz.
  • the device for determining the operating state can have one or more end position testers include.
  • An end position tester indicates whether the switch has reached one of its end positions (left or right end position).
  • An end position tester can have, for example, a mechanical switch, an inductive sensor or an optoelectric sensor.
  • the end position tester can, for example, be assigned directly to a switch tongue and be arranged in such a way that it indicates whether the switch tongue in question lies correctly on the corresponding stock rail.
  • the end position tester can be arranged, for example, on the tongue in question, on the corresponding stock rail or on the switch lock for the tongue in question. If the end position tester is assigned directly to a switch tongue, the absolute position of the switch is determined with the end position tester.
  • the end position tester can also be arranged in the point machine and detect the end position of the point relative to the point drive.
  • the device for determining the operating state can have a first end position tester to detect a first end position of the switch and a second end position tester to detect a second end position of the switch.
  • the readout signal generator can then be designed to generate a readout signal with a readout frequency that takes at least a first value when the first end position checker indicates that the switch is in the first end position, and a readout signal with a readout frequency that has at least one takes second value, to generate when the second end position indicator indicates that the switch is in the second end position.
  • the readout frequency assumes a first constant value in the first end position and a second constant value in the second end position, these values differing.
  • the readout frequency can also be variable in each of the two end positions in accordance with a time sequence of two or more different values, with at least one of these values differing between the two end positions. It is also conceivable that the readout signal in each of the two end positions represents a superposition of two or more vibrations with a correspondingly large number of readout frequencies, the value of at least one readout frequency differing between the two end positions.
  • the analysis device can be constructed in a manner known per se in analog and / or digital hardware.
  • the analysis device comprises a plurality of narrow-band filters in order to isolate the spectral components at the discrete values of the read-out frequencies used by the read-out signal generator from the decoupled read-out signal, and an amplitude measuring device to determine the amplitude of the respective spectral component at each of these values.
  • the analyzer may e.g. have an ADC to digitize the extracted readout signal, and it can have a digital signal processor to analyze the digitized readout signal using known methods of digital signal processing such as FFT or DFT, in order in this way to determine a frequency spectrum of the readout signal .
  • the analysis device On the basis of the spectral analysis carried out, the analysis device generates at least one output signal.
  • the analysis device can be designed to generate an output signal with a first value that represents a first end position of the switch when the decoupled readout signal has a first readout frequency pattern, and to generate an output signal with a second value that has a second end position of the switch represents when the decoupled readout signal has a second readout frequency pattern.
  • the first and second read-out frequency patterns can each consist of a single read-out frequency, the value of which differs between the first and the second end position.
  • the analysis device can also be designed to generate an output signal with a third value, which represents a state in which the switch is neither in the left nor the right end position if the decoupled readout signal is neither the first nor the second Readout frequency pattern contains.
  • the output signal can be output as a digital value, for example, or it can be output optically, for example.
  • the evaluation device can have an interrogation signal generator which is designed to generate an interrogation signal.
  • the second coupling device can then be designed to couple the query signal into the line, and the first coupling device can accordingly be designed to couple the query signal out of the line.
  • the readout signal generator can be designed to receive the decoupled interrogation signal and to change the readout signal as a function of the decoupled interrogation signal. In this way it can be ensured in the sense of a "challenge-response" scheme that the signal analyzed in the analysis device actually comes from the associated switch and not from another switch.
  • the interrogation signal can be an AC signal with at least one interrogation frequency.
  • the read signal generator can e.g. be designed such that it only outputs a read-out signal to the first coupling device when it receives an interrogation signal with a predetermined frequency value.
  • the interrogation signal generator is designed such that it changes the interrogation frequency according to a sequence of at least two different values, ie the interrogation signal has a temporally variable interrogation frequency pattern on.
  • the readout signal generator can then be designed to change the value of the readout frequency as a function of the value of the interrogation frequency.
  • the read-out signal generator can be designed to generate the read-out signal for each value of the query frequency at an assigned value of the read-out frequency. In this way, a readout frequency pattern is created, the rhythm of which corresponds to the query frequency pattern and which follows the query frequency pattern with a slight time delay.
  • the sequence of the values of the query frequency can be clocked pseudorandomly.
  • the interrogation signal generator can have a random generator which, within predetermined limits, determines a pseudo-random period of time after which the interrogation signal generator changes to the next value of the interrogation frequency.
  • the timing can also be done in a predetermined way, which differs from switch to switch.
  • the time scale of the clocking i.e. the period from one change of the polling frequency to the next change is preferably in the range of approximately 20 ms to 500 ms.
  • the minimum period to be selected depends in particular on the values of the query and read-out frequencies used; These periods are advantageously at least five times, better at least ten times the reciprocal of the smallest frequency value used in order to enable reliable detection of the frequencies used.
  • the interrogation signal generator can be designed to only transmit the interrogation signal to the second coupling device for a predetermined period of time after each changeover of the turnout, for example for 2 to 10 seconds and then no longer to send an interrogation signal to the second coupling device until the next changeover of the switch.
  • the read-out signal generator can be designed to deliver the read-out signal to the first coupling device only as long as it receives an interrogation signal.
  • the readout frequency is preferably in a low-frequency range between 100 Hz and 50 kHz.
  • the readout frequency preferably only takes on discrete values that are dichroic to one another.
  • the interrogation signal can be an AC signal with at least one interrogation frequency.
  • the query frequency can be changed according to a sequence of at least two different values. The sequence can in particular be clocked in a pseudorandom manner.
  • the value of the readout frequency can be changed depending on the value of the query frequency. It is conceivable to couple the interrogation signal and the resulting read-out signal into the line only for a predetermined period after the switch has been changed.
  • a switch 1 is illustrated in a highly schematic manner.
  • the turnout drive 2 is arranged on the left of the turnout in the direction of travel F.
  • the two switch tongues are moved between a left and a right end position of the switch via a push rod 3.
  • the switch is shown in the left end position L, in the Figure 2 in the right end position R.
  • the Figures 3 and 4 illustrate a four-wire interface with assigned turnout drive.
  • the four-wire interface has four connections X1, X2, X3 and X4.
  • the wires of an electrical line are connected to it.
  • the wires then form the connections X1, X2, X3 and X4.
  • the point machine has a three-phase drive motor with motor windings L1, L2 and L3.
  • a first end of the motor winding L1 is connected to the connection X1 of the four-wire interface, a first end of the motor winding L2 to the connection X2, and a first end of the motor winding L3 to the connection X3.
  • the second end of the motor winding X1 is alternately connected to the connection X4 or to the second end of the motor winding L3 via a first end position contact ml acting as a changeover switch.
  • the second end of the motor winding L2 is also alternately connected to the connection X4 or to the second end of the motor winding L3 via a second end position contact m2, which also acts as a changeover switch.
  • the end position contacts are "make before break” switches, i.e. When the respective end position switch switches, it temporarily connects its three connections to one another in an intermediate state.
  • connection X1 of the four-wire interface is connected to connection X3 via motor winding L1, first end position contact m1 and motor winding L3, and connection X2 is connected to connection X4 via motor winding L2 and second end position contact m2.
  • a three-phase three-phase current with a suitable phase position is applied to connections X1 to X4. This causes the drive motor to switch the switch from the left to the right end position.
  • the changeover operation is of minor importance for the present invention and is therefore not explained in detail.
  • a DC monitoring voltage is applied to connections X2 and X3 to monitor the left end position, and the resulting current through connection X3 and the voltage between connections X1 and X4 are measured. If the turnout is in the left end position, the measured voltage between the connections X1 and X4 essentially corresponds to the monitoring voltage, and the measured current is very low. If the left end position has not been reached or the switch has been opened, the second end position contact m2 is in a different position. In this case, the measured voltage between the terminals X1 and X4 is zero and the measured current is greatly increased.
  • the end position contacts are in a position that corresponds to the right end position R of the switch.
  • the connection X1 of the four-wire interface is connected to the connection X4 via the motor winding L1 and the first end position contact m1
  • the connection X2 is connected to the connection X3 via the motor winding L2, the second end position contact m2 and the motor winding L3.
  • a DC monitoring voltage is applied to connections X1 and X3 to monitor the right end position, and the current resulting from connection X3 and the voltage between connections X2 and X4 are measured on the one hand.
  • the switch When the switch is in the right end position, the measured voltage between the connections X2 and X4 corresponds essentially to the monitoring voltage, and the measured current is very low. If the right end position has not been reached or the switch has been opened, the first end position contact m1 is in a different position. In this case, the measured voltage between the terminals X2 and X4 is zero and the measured current is greatly increased.
  • the present invention provides a monitoring device which makes it possible to correctly recognize the position of the switch even when the connections X1 and X2 are interchanged.
  • a read-out signal generator 20 of the monitoring device which will be described in more detail below, is connected to the connections X1, X2 and X3 of the four-wire interface with the aid of diodes D1, D2 in such a way that the monitoring voltage as the supply voltage on the read-out signal generator both in the left and in the right end position 20 is available.
  • the readout signal generator 20 there is a protective circuit which switches off the readout signal generator 20 and protects against overvoltage when a three-phase AC voltage is present at the connections X1 to X4.
  • the readout signal generator 20 interacts with a device 10 for determining the operating state of the switch 1, which will be described in more detail below, and a coupling device 30, which is also described in more detail below, which is inserted in the line to the connection X3.
  • the device 10 for determining the operating state has a first end position tester 11 and a second end position tester 12.
  • the end position testers 11, 12 are completely independent of the end position contacts m1, m2 of the point machine.
  • Each end position tester 11, 12 interacts directly with a tongue of the switch 1. It is closed when the respective tongue lies against the associated stock rail, and it is open, if the corresponding tongue is away from the associated stock rail.
  • the end position testers can, for example, be mechanical contacts, inductive sensors or optoelectric sensors.
  • the read-out signal generator 20 in this embodiment has two separate tone generators 21 and 22.
  • the first tone generator 21 generates a read-out signal in the form of an electrical AC signal with a first fixed frequency exactly when the first end position tester 11 is closed.
  • the second tone generator 22 generates a read-out signal with a second fixed frequency precisely when the second end position checker 12 is closed.
  • the first and the second frequency are dichroic to each other in the sense defined above.
  • the respective readout signal is sent to the coupling device 30 already mentioned.
  • the coupling device 30 couples the read-out signal into that wire of the line 4 which is connected to the connection X3 of the four-wire interface. As a result, the readout signal is transmitted to the signal box.
  • the coupling device 30 can have a transformer which simultaneously creates a galvanic separation between the line 4 and the output of the read-out signal generator 20.
  • An evaluation device in the signal box monitors line 4 and analyzes whether a read-out signal has been coupled in, and if so, with what frequency. If the evaluation device detects a read-out signal with the first frequency, the evaluation device outputs an output signal with a first value, with the meaning that the switch is in the left end position. If the evaluation device detects a read-out signal with the second frequency, the evaluation device outputs an output signal with a second value, with the meaning that the switch is in the right end position. If the evaluation device does not detect a readout signal, the evaluation device emits an output signal with a third value, with which Meaning that the switch is neither in the left nor in the right end position or that there is a fault.
  • the read-out signal generator 20 generates a read-out signal for each end position with a read-out frequency that has a fixed value. Instead of a fixed frequency value, the read-out signal generator 20 can also generate a more complex frequency pattern in each of the two end positions. For example, the read-out signal generator 20 can also generate a simultaneous superimposition or chronological sequence of two or more dichroic frequencies in each end position. It is also conceivable that the read-out signal generator also generates a read-out signal when both the first end position tester 11 and the second end position tester 12 are open in order to be able to distinguish this operating state from a fault.
  • the readout signal generator 20 can of course be constructed differently than in the form shown.
  • the read-out signal generator 20 can have a single analog or digital signal generator, the frequency of which can be varied in accordance with the positions of the end position testers 11 and 12.
  • FIG. 7 and 8th a second exemplary embodiment of a monitoring device is illustrated in a highly schematic form.
  • control circuit 5 In the signal box there is a control circuit 5 on the one hand and a monitoring circuit 6 on the other hand.
  • An isolating relay 8 alternately connects the control circuit 5 or the monitoring circuit 6 with the interlocking-side connections X1-X4 of a four-wire interface.
  • the control circuit 5 applies a three-phase AC voltage to these connections, the phase position depending on the desired changeover direction.
  • monitoring circuit 6 In the monitoring mode, the monitoring circuit 6 applies a monitoring voltage to two of the four connections of the four-wire interface and measures the resulting current and the voltage at the other two connections, as has already been described above.
  • an evaluation device 40 of the monitoring device is arranged in the signal box.
  • the evaluation device 40 comprises a second coupling device 50, an analysis device 60, an interrogation signal generator 70 and a control computer 80.
  • the control computer 80 controls the control circuit 5, the monitoring circuit 6 and the isolating relay 8 on the one hand.
  • the control computer 80 controls the analysis device 60 and the interrogation signal generator 70.
  • the second coupling device 50 couples the readout signal coupled in at the switch again out of line 4 and passes the coupled out readout signal to the analysis device 60.
  • the analysis device 60 carries out a spectral analysis of the decoupled read-out signal.
  • it comprises several frequency analyzers FR3 to FR10.
  • Each frequency analyzer monitors whether the decoupled read-out signal contains an oscillation of a certain frequency.
  • the frequency analyzer FR3 monitors whether the decoupled readout signal contains an oscillation of frequency f3
  • the frequency analyzer FR4 monitors whether the decoupled readout signal contains an oscillation of frequency f4, etc.
  • each frequency analyzer can have a narrowband filter at the corresponding frequency and a circuit for Determine the amplitude of the vibration at this frequency included.
  • the analysis device 60 Based on the spectral analysis carried out, the analysis device 60 generates an output signal with a specific value, this value representing a specific operating state of the switch.
  • the interrogation signal generator 70 generates an interrogation signal.
  • the interrogation signal is an AC signal whose frequency (the "interrogation frequency") alternates between two values f1 and f2 according to a pseudo-random sequence.
  • the interrogation signal generator 70 in the present embodiment has two tone generators FG1 and FG2, the tone generator FG1 generating an interrogation signal with frequency f1 and the tone generator FG2 with an interrogation signal with frequency f2.
  • the control computer 80 controls the two tone generators FG1 and FG2 so that they are activated alternately.
  • the control computer 80 has a random generator. On the basis of Random numbers that are generated with the random generator, the control computer determines pseudo-random times at which the switching between the tone generators FG1 and FG2 takes place.
  • a corresponding query signal A is illustrated by way of example.
  • the value of the query frequency is f2
  • this value is f1
  • the subsequent period tc this value is again f2.
  • the interrogation signal A stops as soon as the operator switches over to the changeover mode.
  • the left end position is now switched to the right end position.
  • the system is then switched back to monitoring mode and the interrogation signal generator starts to emit an interrogation signal again.
  • the value of the interrogation frequency is again f2 during the period td, during the subsequent period te this value is f2 etc.
  • the length of the periods ta, tb, tc, td, te etc. varies within certain limits, for example between 50 ms and 500 ms, according to a pseudorandom pattern.
  • the interrogation signal A is coupled into the line 4 of the four-wire interface between the interlocking device and the point machine.
  • the interrogation signal is coupled out again from the line 4 at the switch (see Fig. 8 )
  • the read-out signal generator 20 has two narrowband frequency analyzers FR1 and FR2 which determine whether an interrogation signal with frequency f1 or f2 has been transmitted. If an interrogation signal with frequency f1 has been transmitted, the corresponding frequency analyzer FR1 activates two tone generators FG3 and FG5. If, on the other hand, an interrogation signal with frequency f2 has been transmitted, the corresponding frequency analyzer FR2 activates two tone generators FG4 and FG6. When the left end position tester 11 indicates that the switch is in the left end position, the output of the tone generators FG3 and FG4 is connected to the first coupling device 30. If, on the other hand, the right end position checker 12 indicates that the switch is in the right end position, the output of the tone generators FG5 and FG6 is connected to the first coupling device 30.
  • a read-out signal S is always generated in this way by the read-out signal generator 20 and is coupled into the line 4 by the first coupling device 30 when the interrogation signal generator 70 emits an interrogation signal A. Due to the signal propagation times, the readout signal S follows the interrogation signal A with a slight delay ⁇ t.
  • the read-out signal S has a variable read-out frequency, which switches back and forth between two values in the same rhythm as the interrogation frequency. In the left end position of the switch these are values f3 and f4, in the right end position they are values f5 and f6.
  • the read-out signal generator 20 thus generates a read-out signal S which clearly correlates with the interrogation signal A generated by the interrogation signal generator 70.
  • a reliable association can be established between the evaluation device 40 in the signal box and the associated read-out signal generator 20 on the turnout, even if there is a risk that signals from read-out signal generators with the same frequency can be coupled into line 4 by other turnouts by crosstalk .
  • a low-pass filter 7 is arranged in the DC voltage supply of the monitoring circuit 6.
  • the query signal A is only transmitted for a limited period of time after each changeover of the turnout (so-called turnout) and then switched off. Accordingly, the read-out signal S is only transmitted for a limited period of time.
  • the response signal is generated and evaluated on this basis. When the response signal indicates the correct position of the switch, the route is released. After that, no AC signals are sent over the line until the next turnout, so that there is no risk of crosstalk in other lines.
  • the switch position is then monitored only via the traditional DC monitoring mode.
  • a turnout typically takes a few seconds, for example 5 seconds.
  • the query signal can then also be transmitted for a few seconds, for example for 2 to 10 seconds, preferably 3 to 5 seconds. During this period, the polling frequency changes its value several times, for example five to twenty times. This is sufficient to uniquely identify the frequency pattern of the interrogation frequency and the resulting pattern of the readout frequency and to correlate these frequency patterns with one another.
  • more than one end position tester can be provided for each end position.
  • two end position testers 11, 13 can be provided along the switch for the left end position and two end position testers 12, 14 can also be provided for the right end position (see Fig. 8 ).
  • the read-out signal generator 20 can easily be expanded by further tone generators FG7, FG8, FG9, FG10 in order to monitor the switching states of the additional end position testers 13 and 14.
  • tone generators send out readout signals with their own readout frequencies, which are assigned to these end position testers and differ from the readout frequencies f3, f4, f5 and f6 of the tone generators FG3, FG4, FG5 and FG6.
  • Such further end position testers can also be used to monitor the position of the switch heart if it is also movable.
  • the read-out signal generator 20 can also be constructed independently of the way described above.
  • the read-out signal generator 20 can have a digital signal processor which generates the read-out signals at the frequencies mentioned under program control.
  • the monitoring device is preferably also operated in a correspondingly pulsed manner. This is particularly the case when the read-out signal generator 20 draws its energy from the monitoring circuit 6 via the four-wire interface.
  • the readout signal generator 20, the analysis device 60 and the interrogation signal generator 70 can also be constructed in a different way than in the manner described above.
  • Any elements with at least two switching states can be used as end position testers, provided the switching states can be influenced by the position of the switch. In addition to the end positions, other parameters of the switch can be checked in the same way if necessary.
  • further switching elements can interact with the readout signal generator, these switching elements being arranged in such a way that they uniquely identify the opening of the switch.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche (1) weist eine Einrichtung (10) auf, um den Betriebszustand der Weiche zu ermitteln. Ein Auslesesignalgenerator (20) erzeugt ein Auslesesignal in Form eines AC-Signals mit mindestens einer Auslesefrequenz, deren Wert vom ermittelten Betriebszustand der Weiche abhängt. Eine Koppeleinrichtung (30) koppelt das vom Auslesesignalgenerator erzeugte Auslesesignal in eine elektrische Leitung (4) zwischen einem Weichenantrieb (2) der Weiche und einem Stellwerk ein. Eine entfernt von der Weiche angeordnete Auswerteeinrichtung koppelt das Auslesesignal aus der Leitung aus, führt eine spektrale Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals durch und erzeugt in Abhängigkeit von einem Ergebnis der spektralen Analyse ein Ausgangssignal, das den Betriebszustand der Weiche repräsentiert.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche, insbesondere ihrer Endlagen.
    • STAND DER TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es ist daher erforderlich, nach Revisionsarbeiten jedes Mal die korrekte Installation mittels einer Anlagenüberprüfung sicherzustellen. Dies ist sehr personal- und zeitaufwändig.
  • 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
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beim Abfragesignal kann es sich, ähnlich wie beim Auslesesignal, um ein AC-Signal mit mindestens einer Abfragefrequenz handeln.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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

Claims (15)

  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.
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