Beschreibung

Vorrichtung zum Steuern und überwachen von nacheinander ablaufenden Teilabschnitten einer Einrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern und überwachen einer Einrichtung, die aus kettenförmig hintereinander angeordneten Teilabschnitten zusammengesetzt ist, so dass je ^¬ der Teilabschnitt mit Ausnahme der endständigen Teilabschnit- te der Einrichtung zwischen einem vorderen Teilabschnitt und einem hinteren Teilabschnitt angeordnet ist, wobei jeder Teilabschnitt mit einer ersten Kontrolleinheit und einer zweiten Kontrolleinheit verbunden ist und die Kontrolleinhei ^¬ ten der Teilabschnitte zumindest teilweise miteinander, mit den Teilabschnitten selbst und/oder mit einer übergeordneten Leitstelle kommunizieren.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus dem Sonder ^¬ druck ZEV Glasers Annalen, Sonderheft „Transrapid 2003" be- reits bekannt. In dem besagten Sonderheft der Anmelderin ist beispielsweise beschrieben, dass der zum Antrieb eines Mag ^¬ netschwebefahrzeugs eingesetzte Linearmotor im Fahrweg ange ^¬ ordnet und in Streckenabschnitte unterteilt ist. Die Stre ^¬ ckenabschnitte werden über Streckenabschnittsschalter mit ei- nem Energieversorgungsnetz verbunden, wobei nur derjenige

Streckenabschnitt an das Energieversorgungsnetz angeschlossen wird, in dem sich der anzutreibende Zug jeweils befindet. Darüber hinaus können die Streckenabschnittsschalter auch aus Sicherheitsgründen eingesetzt werden, indem die Schalter bei- spielsweise im Kurzschlussfall betätigt werden, um den feh ^¬ lerbehafteten Streckenabschnitt von dem Energieversorgungs ^¬ netz zu trennen. Zum Erkennen eines Kurzschlussstromes dient ein als solches bekanntes Schutzgerät als Kontrolleinheit, das mit Messgebern verbunden ist, mit deren Hilfe das Erfas-

sen elektrischer Zustandsgrößen im Streckenabschnitt ermöglicht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die erhöhten Sicherheitsanforderungen gerecht wird und die gleichzeitig kos ^¬ tengünstig ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die erste Kon- trolleinheit auch mit dem vorderen Teilabschnitt und zweite

Kontrolleinheit auch mit dem hinteren Teilabschnitt verbunden ist .

Erfindungsgemäß sind jedem Teilabschnitt nicht nur zwei Kon- trolleinheiten zugeordnet. Vielmehr können im Rahmen der Erfindung auch Kontrolleinheiten, die unmittelbar benachbarten Teilabschnitte zugeordnet sind, beispielsweise im Fehlerfall in die überwachung des fehlerbehafteten Teilabschnittes eingreifen. Die Sicherheit der gesamten Einrichtung wird auf diese Weise kostengünstig erhöht. Der Ausfall einer Kontroll ^¬ einheit wird der für diese einspringenden Kontrolleinheit entweder über das zwischen den Kontrolleinheiten bereitgestellt Kommunikationssystem mitgeteilt. Abweichend davon teilt der Teilabschnitt, der mit der fehlerhaften Kontroll- einheit verbunden ist, der einspringenden Kontrolleinheit den Ausfall mit. Ein Kommunikationssystem zwischen den Kontrolleinheiten umfasst nicht geführte Kommunikationsverbindungen wie Funk oder dergleichen aber auch leitungsgeführte Kommunikationsverbindungen .

Vorteilhafterweise ist die erste Kontrolleinheit eine Steue ^¬ rungseinheit und die zweite Kontrolleinheit eine Schutzein ^¬ richtung. Die Steuerungseinheit dient beispielsweise zum zeitgenauen Anschließen des Teilabschnittes an eine zweckmä-

ßige Energieversorgung. Die Schutzeinrichtung dient beispielsweise zum überbrücken des Teilabschnittes oder zum Trennen des Teilabschnittes von der Energieversorgung im Fehlerfall, so dass eine Beschädigung des Teilabschnittes bei zu hohen Strömen, wie im Kurzschlussfall, vermieden werden kann. Im Allgemeinen dient die Steuerungseinheit zur Regelung eines von der Einrichtung durchgeführten Prozesses.

Die Kontrolleinheiten sind zweckmäßigerweise physikalisch am jeweils zugeordneten Teilabschnitt angeordnet. Insbesondere ist es zweckmäßig die erste Kontrolleinheit physikalisch an der Nahtstelle zwischen dem vorderen Teilabschnitt und dem unmittelbar zugeordneten Teilabschnitt anzuordnen, wobei zweite Kontrolleinheit an der Nahtstelle zwischen dem unmit- telbar zugeordneten Teilabschnitt und dem hinteren Teilabschnitt angeordnet ist. Lange Verbindungsleitungen zwischen Teilabschnitt und Kontrolleinheit können auf diese Weise ver ^¬ mieden werden.

Zweckmäßigerweise sind die Kontrolleinheit mit Messsensoren verbunden. Die Messsensoren sind zum Erfassen einer elektrischen oder aber auch sonstigen Größen, wie beispielsweise des Stromes, der Spannung einer Statorwicklung, der Umgebungstemperatur, der Luftfeuchtigkeit oder dergleichen eingerichtet. Die von den Messsensoren jeweils erfasste Messgröße wird vor ^¬ teilhafterweise in Form eines Messsignals auf die Kontroll ^¬ einheit übertragen, wobei das Messsignal anschließend bei ^¬ spielsweise durch eine Abtasteinheit unter Gewinnung von Ab ^¬ tastwerten abgetastet und die Abtastwerte unter Gewinnung di- gitaler Messgrößen einer Recheneinheit der Kontrolleinheit zugeführt werden. Die Recheneinheit verfügt über eine interne parametrisierbare Logik, mit deren Hilfe die Kontrolleinheit die Messwerte beispielsweise auf das Vorliegen von Fehlerbe ^¬ dingungen hin überwacht .

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst jede Kontrolleinheit eine Steuerungseinheit und eine Schutzeinheit. Gemäß ei ^¬ ner diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist die Steuerungseinheit der ersten Kontrolleinheit aktiv und die Steuerung der zweiten Kontrolleinrichtung passiv. Hingegen ist die Schutzeinheit der ersten Kontrolleinheit passiv, wäh ^¬ rend die Schutzeinheit der zweiten Kontrolleinheit aktiv ist. Dies entspricht einer bekannten redundanten Ausgestaltung von Steuerungs- und Schutzeinheiten. Im Rahmen der Erfindung wird die Sicherheit der Einrichtung jedoch noch weiter erhöht, da nicht nur innerhalb eines Teilabschnittes eine redundante Auslegung der Schutz- und Steuerungsfunktionen bereitgestellt ist. Vielmehr ist die Steuerung und/oder der Schutz eines Teilabschnittes auch dann möglich, wenn sowohl die erste als auch die zweite Kontrolleinheit des Teilabschnittes ausgefal ^¬ len sind. In diesem Fall wird im Rahmen der Erfindung die Steuerung von den Kontrolleinheiten der benachbarten Teilabschnitte übernommen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jede Kontrolleinheit mittels eines Schalters mit dem jeweiligen Teilabschnitt verbunden und umfasst ein Schutzgerät, das mit wenigstens einem Messsensor zum Erfassen einer elektrischen Größe in einem der Teilabschnitte verbunden ist, wobei das Schutzgerät zum Auslösen des Schalters in Abhängigkeit der elektrischen Messgröße eingerichtet. Hierbei ist der Teilab ^¬ schnitt beispielsweise ein Statorabschnitt eines Langstators, wie dies beispielsweise im Zusammenhang mir dem Antrieb eines Magnetschwebefahrzeuges der Fall ist. Der Statorabschnitt wird dabei mittels Schalter mit wenigstens einem elektrische Antriebsenergie einspeisenden Umrichter verbunden, wenn sich das Magnetschwebefahrzeug innerhalb des Statorabschnittes be ^¬ findet. Jedem Statorabschnitt können zwei jeweils dreipolige Schalter zugeordnet sein, wobei einer der Schalter in seiner

Kontaktstellung den Sternpunkt der mehrphasigen Statorwicklung erdet.

Vorteilhafterweise sind die Kontrolleinheiten über wenigstens eine Kommunikationsleitung miteinander verbunden. Selbstverständlich kann die Kommunikation über mehrer Leitungen geführt sein oder aber über einen einzige Kommunikationslei ^¬ tung. Hierbei kommen beliebige Kommunikationsleitungen wie beispielsweise Lichtwellenleiter für den optischen Datenaus- tausch in Betracht.

Auch nicht geführte Kommunikationstechniken beispielsweise Funk ist im Rahmen der Erfindung einsetzbar. Dabei dient zweckmäßigerweise eine zentrale Leistelle als Knotenpunkt beim Kommunikationsaustausch. Aber auch eine direkte Kommunikation zwischen den Kontrolleinheiten ist im Rahmen der Erfindung möglich.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin- düng sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkenden Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schema ^¬ tisch verdeutlicht und

Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung zeigen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die zum Steuern und überwachen einer Einrichtung 2 vorgesehen ist, wobei die Einrichtung 2 aus sich kettenförmig aneinander reihenden Teilabschnitten 2a bis 2c be-

steht. Bei den Teilabschnitten 2a, 2b, 2c handelt es sich beispielsweise um Statorabschnitte eines Langstators, der als Linearmotor im Fahrweg eines Magnetschwebefahrzeuges angeord ^¬ net ist. Die Vorrichtung 1 umfasst Kontrolleinheiten, die je- weils einem Teilabschnitt 2a beziehungsweise 2b zugeordnet sind. So ist dem Teilabschnitt 2b eine erste Kontrolleinheit 5b sowie eine zweite Kontrolleinheit 6b zugeordnet. Bei der ersten Kontrolleinheit 5b handelt es sich grundsätzlich um ein beliebiges mechanisches oder elektronisches Bauteil mit dem beispielsweise ein Schaltvorgang auslösbar ist oder mit dem ein elektrisches Signal oder Energie in den zugeordneten Teilabschnitt 2b einspeisbar ist.

Jede Kontrolleinheit ist vorteilhafterweise mit einem Mess- sensor, beispielsweise einen Temperaturmesser, verbunden, mit dem die Temperatur am Anfang des Teilabschnittes 2b bezie ^¬ hungsweise an dessen Ende erfasst werden kann. Die Temperatur wird in Form eines Temperatursignals 8 über eine Kommunikati ^¬ onsleitung der jeweiligen Kontrolleinheit 5b beziehungsweise 6b zugeführt. Darüber sind die Kontrolleinheiten über eine Kommunikationsleitung 3 miteinander verbunden, so dass bestimmte Zustandsinformationen oder Daten zwischen den Kontrolleinheiten 5, 6 ausgetauscht werden können. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede erste Kontroll- einheit eine Steuerungseinheit 5b und jede zweite Kontroll ^¬ einheit ein Schutzgerät 6b.

Um beim Ausfall der Steuerungseinheit 5b den Betrieb der Ein ^¬ richtung 2 nicht bis zur Fehlerbehebung unterbrechen zu müs- sen, ist die Steuerungseinheit 5c mittels einer Kommunikati ^¬ onsleitung 3 auch mit dem vorderen Teilabschnitt 2b verbunden. Bei einem anderen figürlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung fehlt die Kommunikation zwischen den Kontrolleinheiten. Stattdessen teilt der Teilabschnitt,

der mit der fehlerhaften Kontrolleinheit verbunden ist, der Kontrolleinheit, welche die fehlerhafte Kontrolleinheit er ^¬ setzen soll, den Ausfall mit. Die Kommunikation erfolgt in diesem Falle dann mit den Teilabschnitten selbst.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel überwacht jede Kontroll ^¬ einheit den Zustand der ihr unmittelbar benachbarten Kontrolleinheiten mittels bekannter Abfrageroutinen. Dazu greift jede Kontrolleinheit beispielsweise in festen Zeitabständen auf die benachbarten Kontrolleinheiten zum überprüfen ihrer Funktionstüchtigkeit zu. Dabei werden auch die Verbindungs ^¬ leitungen überprüft. Im Fehlerfall übernimmt die benachbarte fehlerfreie Kontrolleinheit die Aufgaben und Funktionen der fehlerbehafteten Kontrolleinheit. Auf diese Weise ist eine redundante Anordnung bereitgestellt und die Sicherheit der überwachung erhöht .

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung 1, die wiederum zum überwachen von Teilabschnitten 2a, 2b und 2c einer Einrichtung 2 eingerichtet ist. In Figur 2 ist jedoch nur der Aufbau eines Teilab ^¬ schnittes 2b genauer dargestellt. So ist erkennbar, dass die Teilabschnitte eine Last 15 aufweisen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Statorwicklung am Fahrweg eines Mag- netschwebefahrzeuges realisiert ist. Dabei ist die Last über Schalter 13 und 14 mit einer Energieversorgung 10 verbindbar, so dass bei einer Kontaktstellung der Schalter 13 und 14 die Statorwicklung 15 erregt und ein sich im Teilabschnitt 2b be ^¬ findliches Magnetschwebefahrzeug angetrieben wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Motorwicklung mehrphasig ausge ^¬ bildet ist, wobei in Figur 2 aus Gründen der übersichtlichkeit nur eine Phase verdeutlicht ist. Die Energieversorgung 16 ist beispielsweise ein einspeisender Stromrichter.

In dem in Figur 2 verdeutlichten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind die Kontrolleinheiten 5b und 6b jeweils eine Steuerungs- und Schutzeinheit und über Kommunikationsleitungen 3 mit einer figürlich nicht darge- stellten Leitstelle verbunden. Die Leitstelle wird fortlau ^¬ fend über den Ort informiert, wo sich das Magnetschwebefahrzeug innerhalb der Einrichtung 2 befindet. überfährt das Mag ^¬ netschwebefahrzeug die Nahtstelle zwischen Teilabschnitt 2a und Teilabschnitt 2b, spricht die Leitstelle die Steuerungs- und Schutzeinheiten 5b und 6b an, woraufhin diese über Auslösesignale 7 ein Schließen der Schalter 13 und 14 herbeiführen. Die Schalter 13 und 14 befinden sich dann in einer Kontaktstellung, so dass die Statorwicklungen erregt und das Magnetfahrzeug im Teilabschnitt 2b angetrieben wird.

Hohe Ströme, beispielsweise im Kurzschlussfall, können jedoch zu Beschädigungen der Energieversorgung 10 oder weiterer Bauteile der Einrichtung 2 führen. Aus diesem Grunde sind Messsensoren 11 und 12 vorgesehen, die mit der Steuerungs- und Schutzeinheit 5b bzw. 6b verbunden sind. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Mess ^¬ sensoren um kalibrierte Stromwandler, die ein zum in der Statorwicklung 15 fließenden Strom proportionales Ausgangssignal 8 erzeugen, das der ersten Steuerungs- und Schutzeinheit 5b bzw. der zweiten Steuerungs- und Schutzeinheit 6b jeweils zu ^¬ geführt wird. Nach dem Abtasten und Digitalisieren der dabei gewonnenen Abtastwerte durch die jeweilige Steuerungs- und Schutzeinheit 5b, 6b weist jede Steuerungs- und Schutzeinheit 5b, 6b digitale Messstromwerte auf, die diese anhand einer internen Logik auf das Vorliegen von Fehlerbedingungen hin überprüft. Wird ein Fehler festgestellt, löst die jeweilige Schutzeinheit der Steuerungs- und Schutzreinheit 5b bzw. 6b über ein Auslösesignal 7 ein öffnen der Schalter 13 bzw. 14 aus. Der Stromfluss wird auf diese Weise unterbrochen.

In Figur 2 ist ferner erkennbar, dass jeder Stromwandler 11 und 12 nicht nur mit einer Steuerungs- und Schutzeinheit 5b bzw. 6b verbunden ist, die unmittelbar dem gleichen Teilabschnitt 2b zugerechnet werden kann, sondern darüber hinaus auch mit einer Steuerungs- und Regelungseinheit 6a bzw. 5c, die unmittelbar benachbarten Teilabschnitten 2a bzw. 2c zugeordnet sind. Auf diese Weise ist die Redundanz und somit die Sicherheit für die Einrichtung 2 erhöht.