einer Funktionseinheit Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Überwachen einer Funkti onseinheit mit einer Anzeigeeinrichtung zur Darstellung von Zustandsmustern und Funktionselementen, wobei die Funktionselemente verschiedene Schaltzustände einnehmen können, wobei ein Zustandsmuster den Schaltzustand/die Schaltzu- stände des zumindest einen Funktionselements beschreibt, wobei das Verfahren umfasst:

a. Übertragung eines Steuersignals von einer Steuereinrichtung an die Funkti onseinheit, wobei das Steuersignal Informationsinhalt betreffend ein mittels der Anzeigeeinrichtung darzustellendes Zustandsmuster umfasst;

b. Darstellen eines Zustandsmusters durch die Anzeigeeinrichtung mittels des von der Steuereinrichtung an die Funktionseinheit übermittelten Steuersig nals, wobei das Zustandsmuster die Schaltzustände mindestens zweier Funk tionselemente der Funktionseinheit beschreibt; C.

d. Erzeugen eines Rücklesesignals, wobei das Rücklesesignal den Informations inhalt betreffend das dargestellte Zustandsmuster umfasst, welcher durch Er fassung der Schaltzustände der Funktionselemente ermittelt wird,

e. Übertragung des Rücklesesignals zur Steuereinrichtung;

f. Vergleich des Informationsinhaltes des Rücklesesignals mit dem Informa tionsinhalt des Steuersignals.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus EP 2628652 Bl.

Bei Signalanlagen, z.B. Bahnsignalanlagen muss überprüft werden, ob der aktuelle Schaltzustand der Signallampen dem Steuerbefehl entsprechen. Der Informations inhalt betreffend das darzustellende Zustandsmuster, der im Steuersignal enthal ten ist, und der Informationsinhalt betreffend das dargestellte Zustandsmuster, der im Rücklesesignal (Rückleseinformation) enthalten ist, können sich voneinan der unterscheiden, wenn bspw. das Steuersignal/Rücklesesignal nicht korrekt übertagen wurde oder ein Funktionselement der Anzeigeeinrichtung defekt ist, also bspw. eine Signallampe nicht leuchtet, obwohl der Befehl zum Leuchten ausgege ben wurde . Eine solche Abweichung gilt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufzudecken. Werden in der Signallampe LEDs verwendet, muss kontrolliert wer den ob die dem gewünschten Schaltzustand entsprechenden Lichtpunkte leuchten oder nicht.

Die Ansteuerung des Signals erfolgt durch Spannungsbeaufschlagung und die Kon trolle des Schaltzustandes durch eine Strommessung. Werden LEDs als Leuchtmit tel verwendet, ist der Strom, der für die Kontrolle des Schaltzustands zur Verfü gung steht, niedriger als bei Filamentlampen. Die Kontrolle des Schaltzustands kann lokal mittels Single Element Controller durchgeführt werden. Die Signale müssen dann nur kleine Strecken zurücklegen, so dass der (im Falle von verwen deten LEDs) geringe Strom kein Problem darstellt. Jedoch muss jedes Feldelement mit einem eigenen Steuerkasten und Datenanschluss ausgestattet werden, was einen großen Aufwand bedeutet. Möchte man diesen Aufwand vermeiden, besteht die Möglichkeit, einen Multi-Ele- ment-Controller zu verwenden. Dazu müssen die Signale jedoch über längere Stre cken (> 1km) übermittelt werden. Bei Verwendung von LEDs als Leuchtmittel ist der zur Verfügung stehende Strom jedoch zu niedrig, um eine Schaltzustandskon- trolle über eine längere Strecke durchführen zu können. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass den LEDs Lastwiderstrände vorgeschaltet werden, um die Stromstärke entsprechend zu erhöhen. Im letzteren Fall müsste aufgrund des erhöhten Stromverbrauchs dann allerdings eine aufwändigere Stromversorgung bereitgestellt werden. Zur Übermittlung von Steuer- und Kontrollsignale über längere Strecken können für Steuer- und Kontrollsignal verschiedene Kabel verwendet werden, was jedoch nicht gewünscht ist. Bei Verwendung eines gemeinsamen Kabels besteht jedoch die Gefahr, dass die Signale sich gegenseitig beeinflussen und somit die Gefahr einer Verfälschung von Steurer- und/oder Kontrollsignal besteht. In konventionellen zentralen Stellwerken wird als Steuersignal (AC-Spannung) und als Rücklesesignal der dazugehörende Strom verwendet. Die Funktionselemente wandeln zuverlässig Spannung in Strom um, doch alle widerstandsbehafteten Stö reinflüsse (bspw. Querwiderständen) können Ströme ohne Bezug zur Lichtaussen- dung erzeugen, was bei Verwendung von bekannten Überwachungsverfahren zu Fehlinterpretation des angezeigten Funktionsmusters führen kann.

Aus EP 2628652 Bl ist Bahnsignal mit LED-Lichtquellen bekannt. Um zu überprü fen, ob die LEDs leuchten, ist am Austrittsort des Lichtes ein Lichtsensor ange bracht, der mit einer Lichtüberwachungseinheit verbunden ist. Bei korrektem Lichtstrom schaltet die Lichtüberwachungseinheit den Lastwiderstand zu. Dieser erhöhte Stromfluss entspricht den Eigenschaften bei Betrieb einer Filamentlampe. Damit erkennt die Sicherheitsschaltung, ob die betreffende LED Licht aussendet oder passiv ist. Die stromsparende Eigenschaft der LED geht damit verloren. Wei ter muss die Energiezuführung (Bsp. Energiebus) für höhere Leistungen dimensi oniert werden. Aufgabe der Erfindung Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Überwachungs- und Steuerungsverfahren für Funktionseinheiten einer Anzeigevorrichtung, insbesondere von einer Signalan lage, vorzuschlagen, mit der einerseits die Funktionseinheit stromsparend betrie ben werden kann, der Aufwand für die Überwachung minimiert und eine sichere Signalübertragung gewährleistet werden kann. Insbesondere soll das erfindungs gemäße Überwachungs- und Steuerungsverfahren eine Überwachung/Steuerung mittels eines Multi Element Controller ermöglichen.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentan- spruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 17.

Erfindungsgemäß wird der Informationsinhalt betreffend das darzustellende Zu standsmuster in Form von DC-Signalen auf einer oder mehreren Leitungen von der Steuereinheit zur Funktionseinheit übertragen und das Rücklesesignal wird in Form eines AC-Signals von der Funktionseinheit zur Steuereinrichtung rückübertragen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für das Rücklesen des dargestellten Zu standsmusters das Rücklesesignal von der Funktionseinheit zur Steuereinrichtung also als AC-Signal zur Verfügung gestellt. Dazu wird das (vorzugsweise binär ko dierte) Zustandsmuster der Funktionseinheit mittels einem oder mehreren Sinus- Frequenzgeneratoren als Einzelfrequenz oder einer Überlagerung von zwei oder mehreren Frequenzen umgewandelt. Die im AC-Signal enthaltenen Frequenzen sind charakteristisch für das Zustandsmuster der Funktionseinheit. Der zu über tragende zurückgelesenen Informationsinhalt betreffend das Zustandsmuster steckt also nicht in der Amplitude des Rücklesesignals sondern in den im Rückle sesignal enthaltenen Frequenzen. Dadurch wird erreicht, dass auch bei Dämp- fung/Verzerrung des Rücklesesignals der zu übertragende zurückgelesenen Infor mationsinhalt nicht verloren geht, solange die enthaltenen Frequenzen identifiziert werden können. Dies ist in der Regel auch dann möglich, wenn das Signal verlust behaftet ist, da die Verluste lediglich die Amplitude aber nicht die Frequenz betref fen. Die Verwendung von dichroischen Frequenzen verhindert ein Übersprechen von auftretenden harmonischen Oberwellen. Das Rücklesesignal kann auf diese Weise über nur eine einzige Ader und einem gemeinsamen Rückleiter an die Steu ereinrichtung übertagen werden.

Die Erfindungsidee beruht darauf, dass für die Übermittlung des Steuersignals ein anders physikalisches Prinzip (Kodierung mittels mehrerer DC-Signalen) verwen- det wird als für die Übermittlung der Rückleseinformation (Kodierung mittels einer oder mehrerer Frequenzen eines AC-Signals). Aufgrund des großen physikalischen Unterschieds zwischen Steuersignal (Kombination von DC-Signalen) und Rück leseinformation (AC-Signal mit mehreren verschiedenen Frequenzen) wird ein fälschliches Übersprechen oder Rückführen der Information auf der Übertragungs- strecke ausgeschlossen. Somit kann eine hohe Betriebssicherheit auch über große Übertragungsstrecken gewährleistet werden. Aufgrund der physikalischen Unter schiede von Steuersignal und Rückleseinformation können die Leitungen, über die das Steuersignal und die Rückleseinformation übertragen werden, nahe beieinan der angeordnet werden, insbesondere innerhalb eines einzigen Kabels. Auf eine Abschirmung zwischen den einzelnen Adern kann verzichtet werden. Das erfin dungsgemäße Rücklesen des Zustandsmusters von der Funktionseinheit zur Steu ereinrichtung mittels eines anderen physikalisches Prinzips als das, welches für die Übermittlung des Steuersignals von der Steuereinrichtung zur Funktionseinheit verwendet wird, ermöglicht eine verbesserte Entkopplung von Steuersignal und Rücklesesignal. Dies ist insbesondere in Bezug auf die Sicherheitsbetrachtung in Bahnanlagen von entscheidender Bedeutung.

Die Signalanlage umfasst eine Steuereinrichtung (für Bahnanwendungen z.B. eine Signalansteuerung eines Stellwerks) und eine Funktionseinheit (für Bahnan wendungen z.B. ein Bahnsignal). Der Zweck der Signalanlage ist die Darstellung eines Zustandsmusters (für Bahnanwendungen z.B. Darstellung eines Signalbil des, Fahrbegriffs) welches zur Verifizierung zurückgelesen wird, wobei sich die An zeigeeinrichtung entfernt vom Stellwerksgebäude befinden kann.

Die Steuereinrichtung ist bei Bahnanwendungen der Ausgabeteil des Stellwerk rechners. Zwecks Verkehrsführung werden an verteilte Funktionseinheiten Zu- standsmuster ausgegeben. In der Steuereinrichtung findet der Vergleich des In formationsinhaltes des Rücklesesignals mit dem Informationsinhalt des Steuersig nals statt. Die Funktionseinheit ist ein von der Steuereinheit entfernt angeordneter Anla geteil zur Anzeige eines Zustandsmusters. Im Zusammenhang mit Bahnanwen dungen ist die Funktionseinheit ein vom Stellwerksgebäude abgesetztes Anlageteil zur Verkehrsführung (z.B. Verkehrssignal, Anzeigevorrichtung). In der Funktions- einheit erfolgt die Umwandlung des DC Steuersignals in eine Anzahl von Schalt signale der Funktionselemente zur Darstellung eines Zustandsmusters. In der Funktionseinheit werden die Schaltzustände der Funktionselemente erfasst und zwecks Rücklesens dem Signalerzeugungssystem zugeführt.

Die Anzeigeeinrichtung ist der Anzeigeteil der Funktionseinheit. Sie umfasst mehrere Funktionselemente. Die Anzeigeeinrichtung stellt das Zustandsmuster dar. Die abgesetzte Darstellung eines Fahrbegriffes ist der eigentliche Sinn und Zweck der Signalanlage bestehend aus Steuereinrichtung und Funktionseinheit.

Das Funktionselement ist ein Bauelement der Anzeigeeinrichtung, wobei das Bauelement (für Bahnanwendungen z.B. Lichtpunkt umfassend ein oder mehrere Lichtquellen z.B. Glühlampen, LEDs) durch einen elektrischer Strom betrieben wird. Der Schaltzustand jedes Funktionselementes wird rückgelesen. Durch An schalten (bspw. der Lichtquellen des Funktionselements) wird ein Stromfluss in nerhalb des Funktionselements bewirkt und eine Lichtabstrahlung erzeugt. Sowohl Stromfluss als auch Lichtabstrahlung (Lichtstrom) können zum Erkennen des je- weiligen Schaltzustandes dienen.

Schaltzustand des Funktionselements (z.B. Lichtpunkt eines Signals) : Jedes Funktionselement kann verschiedene Zustände einnehmen (z.B. an/aus; hell/dun kel). Bei Eisenbahnsignalen kann der Lichtstrom für den Zustand an/hell bei Be trieb in der Nacht reduziert sein. Die Kombination der Zustände der einzelnen Funktionselemente bildet das Zustandsmuster der Anzeigeeinrichtung innerhalb einer Funktionseinheit. Das Zustandsmuster der Anzeigeeinrichtung ergibt ein Sig nalbild, das bei Eisenbahnsignalen einem Fahrbegriff (z.B.„Fahrt 60 km/h") ent spricht. Das Zustandsmuster setzt sich aus einer Anzahl von Funktionselementen zusammen, welche in einen bestimmten Schaltzustand gesetzt wurden. Der Informationsinhalt ist die abstrahierte Version von Nutzinformation, d.h. Information betreffend ein anzuzeigendes oder angezeigtes Zustandsmuster. Der Informationsinhalt umfasst also die Information, welches Schaltelement in wel chen Schaltzustand versetzt werden soll (Informationsinhalt betreffend ein anzu zeigendes Zustandsmuster) bzw. welches Schaltelement sich in welchem Schalt zustand befindet (Informationsinhalt betreffend ein angezeigtes Zustandsmuster). Das Steuersignal ist eine Kombination von DC-Signalen, die über eine oder meh rere parallele Leitungen übertragen werden, wobei jede Leitung je ein DC-Signal des Steuersignals überträgt. Das Steuersignal kann DC-Signale verschiedener Spannungslevel, insbesondere zwei (binär) oder drei (ternär) Spannungslevel um fassen. Auf diese Weise kann der Informationsinhalt betreffend das gewünschte Zustandsmuster von der Steuereinrichtung an die Funktionseinheit übertragen werden. Vorzugsweise gelangen Spannungssignale mit binärer oder ternärer Aus prägung zur Anwendung. Die letztere Ausführungsform dient zur Reduktion der Anzahl notwendigen Leitungen.

Das Rücklesesignal enthält den zurückgelesenen Informationsinhalt (Informa- tionsinhalt betreffend ein angezeigtes Zustandsmuster) über das aktuell auf der Anzeigeeinrichtung dargestellte Zustandsmuster. Als zurückgelesener Informa tionsinhalt wird für jedes Zustandsmuster ein AC-Signal verwendet, das bspw. ein dem Zustandsmuster zugeordnetes Paar von zwei dichroischen Tonfrequenzen (20 Hz bis 20 kHz) umfasst (z.B. die Frequenzsätze von DMTF).

Vorzugsweise wird vor Übermittlung des Steuersignals an die Funktionseinheit der Informationsinhalt betreffend das darzustellende Zustandsmuster auf den Leitun gen mittels der Steuereinrichtung durch DC-Spannungslevel, vorzugsweise binär oder ternär kodiert. Zur Kodierung wird ein Code mit verschiedenen Code-Werten verwendet, wobei jeder Code-Ziffer einem Spannungslevel zugeordnet ist, wobei sich die Spannungslevels der unterschiedlichen Code-Ziffern voneinander unter scheiden. Bei einer binären Kodierung werden zwei Spannungslevel, bei einer ter nären Kodierung werden drei Spannungslevel zur Kodierung verwendet. Die Ko dierung erfolgt durch Anwenden eines binären oder ternären Codes. Ein binärer Code umfasst zwei Code-Ziffern (bspw. 0, 1), ein ternärer Code umfasst drei Code- Ziffern (bspw. -1, 0, 1 oder 0, 1, 2). Die Code-Ziffern werden durch jeweils ein Spannungslevel gebildet. Die kodierten Werte werden durch Aneinanderreihen ei ner vorgegebenen Anzahl an Code-Ziffern gebildet. Das DC-Spannungslevel-ko- dierte Steuersignal wird mittels eines Encoders im Interface Boards erzeugt.

Nach Anwenden des Codes wird das Steuersignal vorzugsweise als binär oder ter- när kodiertes elektrisches Spannungssignal an die Funktionseinheit übermittelt. Die Kodierung des Steuersignals erfolgt mittels eines Encoders im Interface Boards. Die Übermittlung des kodierten Steuersignals an die Funktionseinheit er folgt vorzugsweise mittels eines Steuerkabels mit mehreren Leitungen, wobei das Steuerkabel dazu eingerichtet ist, mindestens zwei, vorzugsweise drei DC-Signale unterschiedlicher Spannungslevel zu übertragen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Steuersignal zur Energieversorgung der Funktionseinheit verwendet wird. Auf eine externe Energieversorgung kann dann verzichtet werden.

Diese Energiegewinnung wird bei einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch realisiert, dass das Steuersignal über ein Steuerkabel mit drei oder mehr Leitungen als ternär codiertes Signal übertragen wird, und als Steuer signal aus den möglichen Kombinationen der Code-Ziffern nur diejenigen Kombi nationen verwendet werden, die zumindest eine Code-Ziffer aufweisen, die dem höchsten Spannungslevel entspricht und zumindest eine Code-Ziffer, die dem niedrigsten Spannungslevel entspricht. Durch das Vorhandensein mindestens ei nes obersten und eines untersten Spannungslevels steht bei allen verwendeten kodierten Werten (Code-Ziffern-Kombinationen) auf einem beliebigen Leitungs paar die volle Steuerspannung an. Mit einer Diodenschaltung (6B Brückengleich richter) kann diese Spannung codeunabhängig rückwirkungsfrei abgegriffen und zum Betreiben der Funktionseinheit verwendet werden.

Der Informationsinhalt betreffend das darzustellende Zustandsmuster wird vor zugsweise in der Funktionseinheit mittels einer elektronischen Dekodiereinheit in das Zustandsmuster der Anzeigeeinrichtung umgewandelt. D.h. die betreffenden Funktionselemente werden in den entsprechenden Schaltzustand versetzt. Zur Erzeugung des Rücklesesignals werden die Schaltzustände der Funktionsele mente erfasst. Eine Möglichkeit, das Zustandsmuster zu ermitteln, welches den Informationsin halt des Rücklesesignals bildet, besteht darin, den von den einzelnen Funktions elementen ausgehenden Lichtstrom zu messen. Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Funktionselemente da- her Lichtquellen, insbesondere LEDs, wobei die Schaltzustände der Funktionsele mente durch Messung von Lichtströmen, die von den Lichtquellen der jeweiligen Funktionselemente ausgehen, erfasst werden und das Rücklesesignals als Kombi nation der erfassten Schaltzustände ermittelt wird. Der Lichtstrom wird hierzu mit tels eines Photosensors und eines Schwellenvergleichers gemessen und in Bezug auf einen vorgegebenen Schaltzustand bewertet. Dies erfolgt bspw. durch einen Vergleich des gemessenen Lichtstroms mit einem Grenzwert, der für den vorge gebenen Schaltzustand nicht über- bzw. unterschritten werden darf. Die Kombi nation der Schaltzustände (z.B. Lichtpunkt leuchtet oder Lichtpunkt passiv) bildet das zurückzulesende Zustandsmuster. Dieser Informationsinhalt wird als Rückle- sesignal kodiert.

Eine weitere Möglichkeit das Zustandsmuster zu ermitteln besteht darin, den durch die Lichtquelle der Funktionselemente fließenden elektrischen Strom zu messen. Alternativ oder zusätzlich kann daher vorgesehen sein, dass die Funktionselemente Lichtquellen, insbesondere LEDs, umfassen, und dass die Schaltzustände der Funktionselemente durch Messung der in den Lichtquellen fließenden Stromstär ken erfasst werden und das Rücklesesignals als Kombination der erfassten Schalt zustände ermittelt wird. Das Rücklesesignal enthält dann also Information über die Stromstärken der durch die Lichtquellen der Funktionselemente fließenden Ströme, welche den Schaltzustand der Funktionseinheit definieren. Die Strom- stärke wird einem Schwellenvergleicher zugeführt und in Bezug auf einen vorge gebenen Schaltzustand bewertet. Dies erfolgt bspw. durch einen Vergleich des ge messenen Stroms mit einem Grenzwert, der für den vorgegebenen Schaltzustand nicht über- bzw. unterschritten werden darf. Die Kombination der Schaltzustände (z.B. LED bestromt oder LED passiv) bildet das zurückzulesende Zustandsmuster. Dieser Informationsinhalt wird als Rücklesesignal kodiert.

Vorzugsweise werden die erfassten Schaltzustände zum Kodieren einem Signaler zeugungssystem, zugeführt, in dem das AC-Signal erzeugt wird. Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Signalerzeugungssystem zur Kodierung des Rücklesesignals das AC-Signal in Form von zwei oder mehreren überlagerten diskreten sinusförmigen Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt. Der Informationsgehalt umfassend die er- fassten Schaltzustände der Funktionselemente, die das Zustandsmuster bilden, liegt dann also als AC-Signal mit mehreren überlagerten Frequenzen vor.

Eine besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das AC-Signal mittels Doppeltonmehrfrequenz-Verfahrens erzeugt wird.

Vorzugsweise wird das Doppeltonmehrfrequenz-Verfahren innerhalb eines Fre- quenzbands von 20Hz - 20kHz (hörbare Frequenz) durchgeführt. Mehrfre quenzwahlverfahren (DTMF) sind aus der Telekommunikation zur Übertragung von Informationen bekannt.

Vorzugsweise wird der Informationsgehalt betreffend das dargestellte Zustands muster vor der Erzeugung des AC-Signals mittels eines Rücklesekodierer kodiert, vorzugsweise binär kodiert. Im Rücklesekodierer sind die für die relevanten Kom binationen von Schaltzuständen der Funktionselemente zugehörigen Zustands muster und die entsprechenden (z. B. binär) kodierten Werte hinterlegt. Da in der Regel nicht alle Kombinationen von Schaltzuständen der Funktionselemente rele vant sind, kann die Anzahl der benötigten binär kodierten Werte stark reduziert werden. Vorzugsweise wird daher nur für jedes gültige (relevante) Zustandsmus ter (Kombinationen von Schaltzuständen der Funktionselemente; für Bahnsignale: Anzahl der Fahrbegriffe) eine binäre Zahl (binär kodierter Wert) hinterlegt. Die so kodierte Rückleseinformation wird dann mittels eines AC-Signalerzeugungssys- tems, z.B. eines programmierbaren D oppelton-Frequenzgenerators, in das AC- Signal umgewandelt.

Nach Übertragung der Rückleseinformation als AC-Signal zur Steuereinrichtung wird die Rückleseinformation in der Steuereinheit mittels eines Frequenz-Dekodie rers wieder derart dekodiert, dass die Rückleseinformation wieder binär kodiert vorliegt. Der dekodierte Informationsinhalt des Rücklesesignals wird in einem In- terface-Board der Steuereinrichtung mit dem Informationsinhalt im Steuersignal verglichen. Wenn eines der Funktionselemente defekt ist oder aufgrund einer feh lerhaften Übertragung des Informationsinhaltes mittels des Steuersignals nicht den gewünschten Zustand und somit die Anzeigeeinrichtung nicht das gewünsch ten Zustandsmuster darstellt, ergibt der Vergleich, dass der Informationsinhalt des Rücklesesignals nicht mit dem Informationsinhalt des Steuersignals überein stimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt im Bahnbereich zur Steuerung und Kontrolle von Bahnsignalen eingesetzt, mit denen durch unterschiedliche Zu standsmuster unterschiedliche Signalbilder als Fahrbegriffe erzeugt werden. Vor zugsweise ist die Funktionseinheit mit der Anzeigeeinrichtung daher ein sicher heitsrelevantes Element, insbesondere ein Verkehrssignal, vorzugsweise ein Ei- senbahnsignal, oder eine Anzeigevorrichtung.

Die Steuereinrichtung kann mehrere Funktionseinheiten steuern und überwachen, z.B. mehrere Rangiersignale an einer Weiche.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Ansteuern und Überwachen einer Funktionseinheit mit einer Anzeigeeinrichtung zur Darstellung von Zustandsmus tern mit mindestens einem Funktionselement, wobei die Funktionselemente ver schiedenen Schaltzustände einnehmen können und eine Detektionseinrichtung zur Ermittlung von Informationsinhalt betreffend das dargestellte Zustandsmuster durch Erfassung der Schaltzustände der Funktionselemente (4) umfassen. Die er- findungsgemäße Vorrichtung umfasst: eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Funktionseinheit mittels Steuersignalen, einer Dekodiereinheit zur Erzeugung ei nes Zustandsmusters in der Anzeigeeinrichtung aus dem Steuersignal, eine De tektionseinrichtung zur Ermittlung von Informationsinhalt betreffend das darge stellte Zustandsmuster durch Erfassung der Schaltzustände der Funktionsele- mente. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet und umfasst darüber hin aus: ein Signalerzeugungssystem zur Erzeugung eines Rücklesesignals durch Ge nerierung von AC-Signalen aus dem ermittelten Informationsinhalt betreffend das dargestellte Zustandsmuster und ein Interface-Board zum Vergleich des Informa- tionsinhaltes des Rücklesesignals mit dem Informationsinhalt des Steuersignals. Vorzugsweise handelt es sich bei der Anzeigeeinrichtung um einen elektrischen Verbraucher, insbesondere ein Lichtpunkt eines Verkehrssignals oder Zugsiche rungssignals.

Die Funktionselemente weisen als Lichtquelle vorzugsweise Leuchtmittel, insbe- sondere LEDs auf. Die korrekte Lichtabstrahlung der LEDs wird einerseits durch direkte Messung des Lichtstroms oder indirekt durch Messung des Betriebsstroms ermittelt. Das Erkennen der korrekten Funktionsweise wird in Form der Rücklesein formation rückgeführt.

Zum digitalen Kodieren des von der Detektionseinrichtung im Funktionselement ermittelten Informationsinhalts betreffend das dargestellte Zustandsmuster um fasst die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise einen Rücklesekodierer.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Funktionseinheit mittels binär oder ternär codierten Steuersignalen eingerich tet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Einrichtung zur Energieversorgung der Funktionseinheit durch von der Steuereinrichtung generierte Steuersignalen vor handen ist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeich nung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausfüh rungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form einer Signalanlage, bei der das Steuersignal binär kodiert übertragen wird.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form einer Signalanlage, bei der das Steuersignal ternär kodiert übertragen wird. Fig. 3 zeigt Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die für die Ener gieversorgung der Funktionseinheit durch von der Steuereinrichtung gene rierte Steuersignale notwendig sind.

Fig. 4 zeigt das Funktionselement mit einer Detektionseinrichtung zur Erfassung der Schaltzustände des Funktionselements mittels Messung des el. Stroms.

Fig. 5 zeigt das Funktionselement mit einer Detektionseinrichtung zur Erfassung der Schaltzustände des Funktionselements mittels Messung des Licht stroms

Fig. 6 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Signalerzeugungssystems zur Er zeugung des Rücklesesignals in Form eines AC-Signals.

Fig. 7 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Frequenz-Dekodierers.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung von mehreren Rangiersignalen an einer Weiche, die über die erfindungsgemäße Vorrichtung gesteuert werden sollen.

Fig. 9 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Rangiersignale aus Fig. 8.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Beispiel einer Signalanlage 1, 1' zur Steuerung eines Bahnsignals als Funktionseinheit 2 gezeigt. Das Bahnsignal 2 umfasst eine Anzeigeeinrichtung 3 mehrere Funktions elemente 4 in Form von Lichtpunkten, die durch Leuchtmittel (z.B. LEDs) realisiert sind. Die Funktionselemente 4 können verschiedene Schaltzustände annehmen, so dass je nach Schaltzustand der einzelnen Funktionselemente unterschiedliche Sig nalbilder (Zustandsmuster) angezeigt werden können.

Die Signalanlage 1, 1' umfasst neben der Funktionseinheit 2 eine Steuereinrich tung 5, die entfernt von der Funktionseinheit 2, bspw. bei einem Stellwerk oder in einem Stellwerk integriert angeordnet ist. Steuereinrichtung 5 und Funktionsein heit 2 sind über ein Steuerkabel 7, 7' verbunden, über das die Anzeigeeinrichtung 3 der Funktionseinheit 2 angesteuert werden kann, um eine gewünschtes Zu standsmuster anzuzeigen. Das Steuerkabel 7, 7' umfasst mehrere Steuerleitungen 8a zur Übertragung der Steuersignale von der Steuereinrichtung 5 an die Funkti- onseinheit 2 und eine Rückleseleitung 8b zur Übertragung von Rücklesesignale von der Funktionseinheit 2 an die Steuereinrichtung 5. Zur Überprüfung, ob das gewünschte Zustandsmuster auch wirklich durch die Funktionseinheit 2 angezeigt wurde oder ob es bspw. aufgrund eines Übertragungsfehlers oder eines Defekts eines Funktionselements 4 zu einer fehlerhaften Anzeige gekommen ist, wird das tatsächlich von der Anzeigevorrichtung 3 angezeigte Zustandsmuster rückgelesen, an die Steuereinrichtung übermittelt. In der Steuereinrichtung werden dann der Informationsinhalt betreffend das anzuzeigende Zustandsmuster aus dem Steuer signal und der Informationsinhalt betreffend das angezeigte Zustandsmuster aus dem Rücklesesignal verglichen. Weichen die Informationsinhalte voneinander ab, können entsprechende Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden.

Steuersignal und Rücklesesignal werden über dasselbe Kabel übertragen, wobei unterschiedliche Signalarten bzw. Kodierungen verwendet werden, um eine ge genseitige Beeinflussung von Steuersignal mit dem Rücklesesignal zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird das Steuersignal in Form von DC-Spannungssignalen über- mittelt. Dazu wird die Information betreffend das anzuzeigende Zustandsmuster als eine Kombination von DC-Signalen generiert, die über die Steuerleitungen 8a übertragen werden, wobei jede Leitung je ein DC-Signal des Steuersignals über trägt. Die Anzahl N der Steuerleitungen 8a des Steuerkabels 7, T richtet sich an die Kodierung (Anzahl n der verwendeten Spannungslevel) und der Anzahl an re- levanten Zustandsmuster, also der Anzahl m an Zustandsmuster, die auf der An zeigevorrichtung 3 der Funktionseinheit 2 angezeigt werden sollen (n ^N >m). Jede Code-Ziffer des verwendeten kodierten Werts (Bit bei binärer Kodierung, Trit bei ternärer Kodierung) wird durch ein Spanungslevel realisiert, wobei benachbarte Spannungslevel vorzugsweise gleichweit voneinander beabstandet sind. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Steuersignal binär kodiert übertra gen wird, also unter Verwendung zweier DC-Spannungslevel, übertragen wird. Im vorliegenden Fall sind vier Steuerleitungen 8b vorgesehen, so dass maximal für 16 Zustandsmuster Steuersignale übertragen werden können. Das binär kodierte Steuersignal wird mittels einer Dekodiereinheit 6 in das anzuzeigende Zustands- muster (Signalbilder) transformiert.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Steuersignal vor Übertragung des an die Funktionseinheit 2 aus einem binär kodierten Signal (Kommando) in ein ternär kodiertes Signal konvertiert und dann ternär kodiert, also unter Verwen dung dreier DC-Spannungslevel, übertragen wird. Nach der Übertragung des Steu ersignals an Funktionseinheit 2 erfolgt eine Rückkonvertierung des ternären Steu ersignals zurück in ein binär kodiertes Signal. Das binär kodierte Steuersignal wird auch hier mittels einer Dekodiereinheit 6 in das anzuzeigende Zustandsmuster (Signalbilder) transformiert.

In dem in Fig. 2 gezeigten Fall sind drei Steuerleitungen 8b vorgesehen, so dass maximal für 27 Zustandsmuster ternär kodierte Steuersignale übertragen werden können. Dabei ist jedem Zustandsmuster eine Spannungslevelkombination zuge- ordnet. Werden den Zustandsmustern nur Spannungslevelkombinationen zuge ordnet, die sowohl das höchsten Spannungslevel als auch das niedrigsten Span- nungslevel enthält (gültige Code-Werte), kann für jedes Zustandsmuster von ei nem Steuerleitungspaar die maximale Steuerspannung (Spannungsdifferenz zwi schen höchsten und niedrigsten Spannungslevel) abgegriffen und bspw. zur Ener- gieversorgung der Funktionseinheit 2 verwendet werden. In dem in Fig. 2 gezeig ten Beispiel verringert sich dann die Anzahl der Zustandsmuster, für die Steuer- singale erzeugt werden können, auf zwölf. Die Rate der Schaltbegriffswechsel be trägt vorzugsweise weniger als 10 pro Sekunde.

In Fig. 3 ist dies schematisch dargestellt. Das Steuersignal wird mittels einer Spei- sung 9 generiert. Das Abgreifen der Spannung von den Steuerleitungen 8a erfolgt über eine Diodenschaltung 10, insbesondere einen 6B-Brückengleichrichter. Bei jedem gültigen ternären Code-Wert liegt eine maximale Spannungsspanne (hier 48 VDC) vor. Eine Brückengleichrichterkombination 10 (vorzugsweise in der Schal tung 6B) liefert die DC-Rohenergie an einen Eingangsweitbereich DC/DC-Wandler, um die lokale 24 VDC Speisung zu erzeugen.

Die Weitbereichseigenschaft des DC/DC Wandlers kompensiert die Spannungsver luste bei langen, widerstandsbehafteten Leitungen. Da die Leitung immer mit gül tigen Code-Ziffern beaufschlagt wird, gibt es keine Lücken in der Spannungsver sorgung. In der Funktionseinheit 2 bewirkt das Steuersignal, dass die Funktionselemente 4 der Anzeigeeinrichtung 3 in den gewünschten Schaltzustand versetzt werden. Zur Erzeugung des Rücklesesignals muss das tatsächlich durch die Anzeigeeinrichtung 3 angezeigte Zustandsmuster ermittelt werden. Fig. 4 und Fig. 5 zeigen Funkti onselemente 4a, 4b mit zwei verschiedenen Arten von Detektionseinrichtungen mit denen dies realisiert werden kann.

Für eine Flächenausleuchtung (Matrix) werden eine oder mehrere Ketten von in Serie geschalteten LEDs 11 innerhalb eines Funktionselements parallel verschaltet (nicht gezeigt). In Fig. 4, 5 sind Funktionselemente 4a, 4b mit einer solche Kette von mehreren in Serie geschalteten LEDs 11 gezeigt.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Funktionselement 4a werden die Schaltzustände er mittelt, indem der durch die in Serie verschalteten LEDs 11 fließende elektrische Strom mittels eines Strommesswiderstands 21 gemessen wird. Die Stromstärke wird einem Schwellenvergleicher 12 zugeführt und in Bezug auf einen vorgegebe nen Schaltzustand bewertet. Das Rücklesesignal enthält dann Informationen über den durch das Funktionselement 4a fließenden Strom.

In Fig. 5 ist eine weitere Art gezeigt, die Schaltzustände des Funktionselementes 4b zu ermitteln, indem der Gesamtlichtstrom der in Serie verschalteten LEDs 11 detektiert wird. Dies erfolgt mittels eines Photosensors 13, auf den bspw. mittels eines Spiegels 14 das jeweils ein Teil des von der Gesamtheit der LEDs 11 emit tierte Licht gelenkt wird, und mittels eines Schwellenvergleichers 12 gemessen und in Bezug auf einen vorgegebenen Schaltzustand bewertet. Das Rücklesesignal enthält dann Informationen den vom Funktionselement 4b abgegebenen Licht strom.

Die Bewertung erfolgt bspw. durch einen Vergleich des gemessenen el. Stroms bzw. Lichtstroms mit einem Grenzwert, der für den vorgegebenen Schaltzustand nicht über- bzw. unterschritten werden darf. Die Kombination der Schaltzustände (z.B. LED leuchtet oder LED passiv) bildet das zurückzulesende Zustandsmuster.

Dieser Informationsinhalt wird als Rücklesesignal kodiert.

Der zurückgelesene Informationsinhalt wird zunächst in einem Rücklesekodierer 17 binär kodiert (s. Fig. 1 und Fig. 2). Der Rücklesekodierer 17 umfasst eine kom binatorische Logik, welche den Informationsgehalt betreffend der Schaltzustände einem Signalerzeugungssystem 15 (Frequenzselektor) zuführt, indem ein dem de- tektierten Zustandsmuster zugeordnetes AC-Signal erzeugt wird, das eine dem jeweiligen Zustandsmuster zugeordnete Gruppe, vorzugsweise Paar) von zwei dichroischen Tonfrequenzen (vorzugsweise im Bereich 20 Hz bis 20 kHz) umfasst (z.B. die Frequenzsätze von DMTF). Ein entsprechendes Signalerzeugungssystem 15 zur Erzeugung zweier dichroischen Frequenzen ist beispielhaft in Fig. 6 gezeigt. Das Signalerzeugungssystem 15 umfasst mehrere (hier zwei) Tongeneratoren 16a, 16b, wobei der erste Tongenerator 16a Signale einer unteren Frequenz gruppe und der zweite Tongenerator 16b Signale einer oberen Frequenzgruppe generiert. Für jedes Zustandsmuster wird je eine Frequenz (Ton) aus der oberen und der unteren Frequenzgruppe angeschaltet. Das Rücklesesignal besteht vor- zugsweise ausschließlich aus zwei sinusförmigen Frequenzen. Im vorliegenden Bei spiel werden also Frequenzpaare gebildet. Die Frequenzpaare werden so gewählt, dass Oberwellen vermieden werden, d.h. keine Frequenz ist ein Vielfaches von einer anderen, die Differenz zwischen zwei beliebigen Frequenzen nicht gleich ei ner der Frequenzen ist, und die Summe von zwei beliebigen Frequenzen entspricht nicht einer der Frequenzen. Das so erzeugte AC-Rücklesesignal wird über die Rück leseleitung 8b des Steuerkabels 7 übertragen. Als Rückleiter (Massepotential), der für die Übertragung des AC-Rücklesesignals elektrisch notwendig ist, wird die Steuerleitung 8a mit dem tiefsten Spannungsniveau des kodierten Steuersignals verwendet. Um die Informationsinhalte von Steuersignale und Rücklesesignal miteinander ver gleichen zu können, wird das zur Steuereinrichtung 5 übertragenen AC-Signal in einem Frequenz-Dekodierer 18 der Steuereinrichtung 5 in ein binäres Signal de kodiert. Ein entsprechender Frequenz-Dekodierer 18 ist beispielhaft in Fig. 7 ge zeigt. Der Frequenz-Dekodierer 18 umfasst mehrere (entsprechend der Anzahl der Frequenzen im AC-Rücklesesignal, hier: 2) Bandpassfilteranordnungen 19a, 19b, die die einzelnen Frequenzen aus dem AC-Rücklesesignal separieren. Mittels einer kombinatorischen Logik 23 wir aus den separierten Frequenzen ein binäres Signal erzeugt, indem dort, wo eine passende Frequenz vorliegt, eine logische 1 erzeugt wird. Das in der Steuereinrichtung 5 als binäres Signal vorliegende Steuersignal und Rücklesesignal werden mittels einer Schnittstellenkarte 20 (Interface-Board) der Steuereinrichtung verglichen. Kern der vorliegenden Erfindung ist, dass der Informationsinhalt richtungsabhän gig innerhalb der erfindungsgemäßen Signalanlage 1, 1' verschiedene physikali sche Ausprägungen (Spannung-Strom versus Frequenz) aufweist und damit un terschiedlich auf Störungen reagiert: In der Steuereinrichtung 5 liegt der Informa- tionsgehalt als binäres DC-Signal, (also als ein DC-Spannungssignal, das zwei Spannungslevel aufweisen kann) vor. Zwischen Steuereinrichtung 5 und Funkti onseinheit 2 kann der Informationsgehalt als ternäres DC-Signal (drei Spannungs level) vorliegen (Fig. 2). In der Anzeigeeinrichtung 3 liegt der Informationsgehalt als Zustandsmuster vor. Bei der Übertragung des Rücklesesignals von der Funkti- onseinheit 2 zur Steuereinrichtung 5 liegt der Informationsgehalt als AC-Signal (insbesondere mit zwei dichroischen Tonfrequenzen) vor. Dadurch wird eine phy sikalisch diversitäre Übertragung des Steuersignals (DC-Signal, z.B. ternärer Code) und des Rücklesesignals (AC-Signal, z.B. Paar von zwei dichroischen Ton frequenzen) erreicht. Auf diese Weise können Störeinflüsse sicher erkannt werden, da Leitungs- Isolations- und EMV-Störungen keine mit dem bidirektionalen Über tragungsverfahren (Spannung vs. dichroische Frequenzen) korrelierenden Fehlin formationen erzeugen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch mehrere Funktionseinheiten 2a, 2b, 2c gesteuert und überwacht werden, bspw. mehrere Rangiersignale an einer Weiche, wie in Fig. 8 dargestellt. Das Steuerkabel 7' verbindet dabei die verschiedenen Funktionseinheiten 2a, 2b, 2c seriell. Die Verschaltung innerhalb einer erfindungsgemäßen Signalanlage 1" ist in Fig. 9 gezeigt.

Die drei Funktionseinheiten 2a, 2b, 2c umfassen im vorliegenden Beispiel jeweils drei Lichtpunkte (Funktionselemente 4 mit Detektionseinrichtung) und werden an gesteuert wie eine einzige Funktionseinheit mit 3x3 = 9 Funktionselementen und 27 Zustandsmustern. Das heißt, das Steuersignal umfasst gleichzeitig Informatio nen betreffend alle drei Funktionseinheiten 2a, 2b, 2c oder mit andere Worten : das Zustandsmuster wird gebildet durch die Schaltzustände der Funktionsele- mente 4 aller Funktionseinheiten 2a, 2b, 2c.

Jede Funktionseinheit 2a, 2b, 2c umfasst eine Dekodiereinheit 6, einen Rücklese kodierer 17 und ein Signalerzeugungssystem 15. Das Rücklesesignal umfasst Teil- Rücklesesignale, wobei in jeder Funktionseinheit 2a, 2b, 2c ein Teil-Rücklesesignal generiert wird. Die Teil-Rücklesesignale der verschiedenen Funktionseinheiten 2a, 2b, 2c werden in dieselbe Rückleseleitung 8b eingespeist. Mit den 12 verfügbaren ternär kodierten Werten, welche die Eigenschaft der Energiegewinnung beinhalten, können die 3x3 = 9 Funktionselementen einzeln angesteuert werden, jedoch nicht die 27 möglichen Zustandsmuster aller 3 Funktionseinheiten. In der vorliegenden Ausführung wird das Zustandsmuster der Signalanlage 1" nacheinander mittels 3 Teil-Zustandsmuster übermittelt. Das heißt, in einem ersten Zeitfenster (z.B. 0- 300 ms) wird ein Steuersignal übermittelt, dessen Informationsinhalt das durch das erste Rangiersignal 2a anzuzeigende Teil-Zustandsmuster betrifft und für die beiden andere Rangiersignale 2b, 2c eine Dunkelinformation enthält (Funktions elemente der anderen Rangiersignale 2b, 2c sollten gemäß dieser Information nicht leuchten). In einem zweiten Zeitfenster (z.B. 300-600 ms) wird ein Steuer signal übermittelt, dessen Informationsinhalt das durch das zweite Rangiersignal 2b anzuzeigende Teil-Zustandsmuster betrifft und für die beiden andere Rangier- Signale 2a, 2c eine Dunkelinformation enthält (Funktionselemente 4 der anderen Rangiersignale 2a, 2c sollten nach dieser Information nicht leuchten), usw.. Nur in diesem, den einzelnen Rangiersignalen 2a, 2b, 2c zugeordneten Zeitfenster ant wortet das angesprochene Rangiersignal 2a, 2b, 2c mittel der integrierten Detek tionseinrichtung über den Rücklesekodierer 17 und dem Signalerzeugungssystem 15 mit dem entsprechenden Teil-Rücklesesignal. Um zu verhindern, dass die Funk tionselemente 4 flackern, ist in den Rangiersignalen 2a, 2b, 2c ein Nachleucht- Timer 22 eingebaut, der die Funktionselemente 4 in den beiden Zeitfenstern, in denen für das jeweilige Rangiersignale 2a, 2b, 2c eine Dunkelinformation übertra gen wird, am Leuchten hält. Falls kein neues korrektes DC-Steuersignal am Rangiersignale 2a, 2b, 2c ankommt (z. B. aufgrund einer gebrochenen Steuerleitung 8a, fallen nach Ablauf des Nach- leucht-Timer 22 alle Lichtpunkte auf„dunkel". Wenn das ganze Steuerkabel 7' ge rissen ist, gibt es ohnehin keine Energie im Rangiersignal 2a, 2b, 2c. Bei Draht bruch gibt es immer eine Diskrepanz zum Steuersignal - die Reaktion der Schnitt- stellenkarte 20 ist das Abschalten der Rangiersignale 2a, 2b, 2c. Mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Aufbau kann daher eine Fehlfunktion der Signalanlage 1” zuverlässig nachgewiesen werden. Bezuaszeichenliste

1, G, G' Signalanlage

2 Funktionseinheit (bspw. Bahnsignal)

2a, 2b, 2c mehrere über dieselbe Steuereinrichtung gesteuerte Funktions einheiten (bspw. Rangiersignale)

3 Anzeigeeinrichtung

3a, 3b, 3c Anzeigeeinrichtungen von mehreren über dieselbe Steuereinrich tung gesteuerte Funktionseinheiten

4, 4a, 4b Funktionselement (mit Lichtquellen 11 und Detektionseinrichtung) 5 Steuereinrichtung

6 Dekodiereinheit

7, r Steuerkabel

8a Steuerleitungen

8b Rückleseleitung

9 Speisung für Steuersignal

10 Diodenschaltung zum Abgreifen der Spannung (6B Gleichrichter)

11 LEDs eines Funktionselementes

12 Schwellenvergleicher

13 Photosensor

14 Spiegel

15 Signalerzeugungssystem

16a, 16b Tongeneratoren

17 Rücklesekodierer

18 Frequenz- Dekodierer

19a, 19b Bandpassfilteranordnungen

20 Schnittstel lenkarte (Interface- Board)

21 Strommesswiderstand

22 Nachleucht-Timer

23 kombinatorische Logik