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Dokumentenidentifikation DE2749401C2 05.11.1987
Titel Überwachungs- und Fernsteuersystem für Lichtsignalanlagen
Anmelder Signalbau Huber-Designa GmbH, 8000 München und 2300 Kiel, DE
Erfinder Zeller, Richard, 8000 München, DE;
Winkler, Werner, 8019 Aßling, DE
Vertreter Wallach, C., Dipl.-Ing.; Koch, G., Dipl.-Ing.; Haibach, T., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Feldkamp, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 04.11.1977
DE-Aktenzeichen 2749401
Offenlegungstag 10.05.1979
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.11.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.11.1987
IPC-Hauptklasse G08G 1/097
IPC-Nebenklasse G08G 1/07   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungs- und Fernsteuersystem für Lichtsignalanlagen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art (DE-AS 12 20 292).

Es sind Überwachungs- und Fernsteuersysteme bekannt, bei denen für verschiedene wichtige Rückmeldekriterien unterschiedliche definierte Gleichspannungspegel vorgesehen werden, die von der Lichtsignalanlage aus übertragen und in einem Spannungsstufenempfänger in einer Zentrale ausgewertet werden. Als wichtige Rückmeldekriterien kommen z. B. in Betracht:

  • 1. Lichtsignalanlage ist in Betrieb.
  • 2. Die Hauptrichtung der Kreuzung hat grün.
  • 3. Es liegt örtliche Steuerung per Hand vor.
  • 4. Es liegt eine Störung durch Rotlampenausfall vor.
  • 5. Es ist eine allgemeine Störung des Meldesystems durch Netzausfall oder Leitungsunterbrechung vorhanden.


Für eine Meldungsübertragung wird meist der sogenannte Nullspannungspegel mitbenutzt, z. B. für die Rückmeldung einer allgemeinen Störung (vergleiche Rückmeldekriterium 5), so daß für fünf zu übertragende Meldungen nur vier Spannungspegel bereitgestellt und übertragen werden müssen. Liegt eine verkehrsgefährdende Störung vor, wird von der gleichen, die Überwachungsmeldungen übertragenden Meldeleitung ein Ausschaltbefehl zur betreffenden Lichtsignalanlage an der Kreuzung übertragen, der dort von einem Empfänger realisiert wird.

Derartige Spannungsstufensysteme bedürfen sehr genauer Einstellung und Anpassung an die verschiedenen vorkommenden Kabelnetze mit ihren unterschiedlichen Leitungswiderständen und Spannungsabfällen. Sich ändernde Leitungswiderstände können die Spannungspegel durcheinanderbringen und machen dann Nachjustierarbeiten an den Sendereinrichtungen der Signalanlagen erforderlich. Neben durch Umweltbedingungen schleichenden Änderungen der Leitungswiderstände sind insbesondere plötzliche starke Änderungen unangenehm. Die letztgenannten Änderungen treten insbesondere bei Mietleitungen in verzweigten Kabelnetzen, z. B. Fernsprechnetzen, häufiger auf, wenn aus betriebstechnischen Gründen - oft ohne Kenntnis des Kunden - von einem Kabel auf ein anderes umrangiert wird. Die sich allein dann schon durch unterschiedliche Entfernungen ändernden Spannungsabfälle machen die erwähnten Kosten und zeitintensive Neueinpegelungen derartiger Meldesysteme erforderlich.

Es ist weiterhin ein Überwachungs- und Fernsteuersystem der eingangs genannten Art bekannt (DE-AS 12 20 292), bei der jeder Signallampe ein lichtelektrischer Empfänger, beispielsweise eine Fotozelle, zugeordnet ist. In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal dieses lichtelektrischen Empfängers wird ein Meldesignal in Form eines Wechselspannungssignals mit einer Frequenz erzeugt, die von der Frequenz des Speisestroms für die Signallampen abweicht. Auf diese Weise ist es möglich, das in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des lichtelektrischen Empfängers erzeugte Meldesignal zusammen mit dem Speisestrom für die zugehörige Lampe über die gleichen Leitungen zu übertragen. Da hierbei die Speisestromleitungen der jeweiligen Signallampe zur Übertragung des von dem zugehörigen lichtelektrischen Empfänger erzeugten Meldesignals übertragen werden, ist diese Art der Übertragung der Meldesignale auf relativ örtlich begrenzte Bereiche innerhalb einer einzigen Lichtsignalanlage begrenzt und nicht ohne weiteres für die Übertragung über längere Leitungen zu einer entfernt angordneten Zentrale geeignet. Weiterhin ist der Aufwand für die jeder Signallampe zugeordneten Signalgeneratoren für das Meldesignal relativ hoch und auch für die Auswertung dieser Meldesignale muß ein erheblicher Aufwand getrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes Überwachungs- und Fernsteuersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Übertragung der Überwachungsmeldungen über große Entfernungen mit Meldeleitungen erheblicher Länge erfolgen kann, bei dem der Leitungswiderstand der Meldeleitungen in bestimmten Grenzen veränderbar sein darf, ohne daß Nachjustierarbeiten erforderlich werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Einprägung von Stromstufen wird das System vom Leitungswiderstand und damit auch weitgehend von der Übertragungsstrecke unabhängig. Die Übertragungsreichweiten erhöhen sich enorm und es sind Übertragungen über 20 Kilometer und mehr möglich. Sich erhöhende Leitungswiderstände im Bereich von etwa 1 bis 3 Kiloohm werden vom Stromstufengenerator automatisch durch Erhöhen der Ausgangsspannung solange ausgeregelt, bis die zur Verfügung stehende maximale Ausgangsspannung erreicht ist. Der Selbstabgleich macht ein ständiges Einpegeln der einzelnen Anlagen damit überflüssig. Da der Stromstufengenerator durch eine programmierbare Konstantstromquelle gebildet ist, kann eine Vielzahl von Überwachungsmeldungen mit Hilfe der gleichen programmierbaren Konstantstromquelle übertragen werden, wobei als Auswertekriterium ein einfacher Auswertewiderstand in der Zentrale verwendet werden kann. Diese programmierbare Konstantstromquelle kann als Steckkarte fabrikmäßig vorgefertigt und auch justiert werden. Dem normalen Spannungsstufenempfänger in der Zentrale ist zusätzlich nur ein Auswertewiderstand zuzuordnen, über den die übertragenen Stromstufen in verständliche Gleichspannungsstufen umsetzbar sind. Herkömmliche Anlagen sind somit leicht umrüstbar und es wird nur noch ein Typ eines gegebenenfalls auf Strom- oder Spannungsstufenempfang umschaltbaren Empfängers benötigt, was für die Lagerhaltung günstig ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

In der Zeichnung ist der prinzipielle Schaltungsaufbau eines Stromstufengenerators dargestellt, der auf einer Schaltplatine I (strichpunktiert) untergebracht ist. Die Schaltplatine I ist zweckmäßig als Steckkarte ausgebildet. Der Stromstufengenerator ist als programmierbare Konstantstromquelle, bestehend aus einem Operationsverstärker 1 (z. B. des Typs TAA 762) und einem Steuertransistor 2 aufgebaut. Vom Ausgangsanschluß A der Schaltplatine 1 gehen die gesendeten Stromstufen über eine Meldeleitung 3 (gestrichelt) mit einem symbolisch angedeuteten Leitungswiderstand RL zu einer Empfängereinheit a in einer Zentrale II. Die gesendeten Gleichstromstufen liegen im Bereich zwischen 8 bis 20 mA und weisen voneinander Abstände von ca. 4 mA auf. Die Empfängereinheit a besteht aus einem Auswertewiderstand 4 und einem an sich bekannten modifizierten Spannungsstufenemfänger 5. Die Stromversorgung der Schaltplatine I erfolgt über Anschlüsse B und C, wobei Anschluß B an +100 V liegt und Anschluß C Nullpotential führt. Anschluß D führt an einen Masserückleiter 6 der Zentrale II, der mehreren gleichartigen Empfängereinheiten a, b, c für Signalanlagen verschiedener Kreuzungen gemeinsam ist. Die Meldeleitungen 3, 3&min;, 3&min;&min; sind individuell jeweils separaten Schaltplatinen I zugeordnet, wie es hier ausführlich lediglich für die Empfangseinheit a dargestellt wurde. Gruppen von bis zu 10 Anlagen können zum Beispiel an einen gemeinsamen Masserückleiter 6 angeschlossen werden. Mittels in den Ausgangsstromkreis (Emitter-Kollektorpfad) des Steuertransistors 2 einschleifbarer Potentiometer 7, 8, 9, 10 werden über eine Spannungsabfallrückkopplung auf den den Steuertransistor 2 beeinflussenden Operationsverstärker 1 die gewünschten Strompegel eingestellt. Die Potentiometer 7 bis 10können dabei von Kontakten 11a bis 14a zugehöriger Stromstufenrelais 11 bis 14 in den Ausgangsstromkreis des Steuertransistors 2 eingeschleift werden. Bestimmte Stromstufenrelais 11 bzw. 12 bzw. 13 bzw. 14 werden immer dann ansprechen, wenn Überwachungseinrichtungen im hier nicht weiter dargestellten Steuergerät, das sich zum Beispiel mit der Schaltplatine I an der Kreuzung befindet, entsprechend den bereits genannten Meldekriterien schalten. Symbolisch zu wertende Umschaltkontakte eines Grünmeldegliedes (17) eines örtlichen Relais bei Handbetätigung (18) und einer Rotüberwachung (19) sind dazu dargestellt. Die zugehörigen Anschlüsse der Schaltplatine I sind mit E bis H bezeichnet. Am Anschluß K liegt eine gemeinsame Spannungsversorgung. Die weiteren Bezugszeichen gehen aus der folgenden Funktionsbeschreibung hervor.

Mit dem Einschalten der Signalanlage soll der Zentrale II die Betriebsbereitschaft der Anlage zurückgemeldet werden. An den Anschlüssen K und E der Schaltplatine I wird bei eingeschaltetem Steuergerät normalerweise Spannung anliegen, und das Stromstufenrelais 11 wird anziehen. Der Kontakt 11a wird schließen und das Potentiometer 7 in die Emitterleitung des Steuertransistors 2 einschleifen. Der Operationsverstärker 1 und der Steuertransistor 2 liegen dann über das Potentiometer 7 an Spannung. Der sich am inversen Eingang (Pin 4) des Operationsverstärkers 1 einstellende Spannungshebel in bezug zu den durch die Referenzdioden 15 und 16 gegebenen Spannungspegeln der Eingänge 2, 3 und 6 veranlaßt am Ausgang des Operationsverstärkers 1 (Pin 7) einen positiven Basisstrom für den Steuertransistor 2, der diesen aufsteuert. Über das eingestellte Potentiometer 7 wird ein definierter Kollektornegativstrom des Steuerstransistors 2 vorgewählt, im vorliegenden Fall die niedrigste Stromstufe 1 mit z. B. ca. 8 mA. Dieser Strom wird über die Meldeleitung 3 dem Auswertewiderstand 4 der Empfängereinheit a aufgeprägt, in eine entsprechende Spannungsstufe umgesetzt und einem Spannungsstufenempfänger 5 als Rückmeldung "Signalanlage in Betriebsbereitschaft" verstanden. Der Spannungsabfall am Potentiometer 7 durch den fließenden Arbeitsstrom beeinflußt einerseits den Emitter des Steuertransistors 2 als auch andererseits den invertierenden Eingang (Pin 4) des Operationsverstärkers 1 derart, daß sich ein Gleichgewicht einstellt. Jede Änderung im Abschlußwiderstand, zum Beispiel durch Erhöhung des serienhaften Leitungswiderstandes der Meldeleitung 3, beeinflußt über den Strom den Spannungsabfall am Potentiometer 7 so, daß das eingestellte Gleichgewicht gestört wird. Erhöht sich zum Beispiel der äußere Widerstand, so veranlaßt der verringerte Strom- und damit Spannungsabfall am Potentiometer 7 durch die Rückkopplung auf den invertierenden Eingang (Pin 4) des Operationsverstärkers 1 eine positive Erhöhung der Ausgangsspannung am Pin 7 des Verstärkers und damit eine weitere Aufsteuerung des Steuertransistors 2. Der eingestellte Strompegel wird somit bis zur völligen Durchsteuerung des Steuertransistors 2 automatisch konstant gehalten. Erst bei vollkommener Durchsteuerung des Steuertransistors 2 ist die Regelgrenze erreicht, es liegt dann praktisch die volle Betriebsspannung am Ausgang. Die als Spannungsschwelle fungierende Z-Diode 20 bricht durch und läßt die Leuchtdiode 21 aufleuchten. Damit wird erkennbar, daß der Leitungs- oder Anschlußwiderstand zu hoch geworden ist. In Verbindung mit Nullspannungsempfang in der Zentrale wird auch Leitungsbruch erkennbar.

Beim ordnungsgemäßen Betrieb der Signalanlage wird jedesmal, wenn die Hauptrichtung grün hat, der Umschalter 17 der Grünrückmeldung die hier linke Position einnehmen und über das Stromstufenrelais 12 mit Kontakt 12a das Potentiometer 8 einschleifen. Das untergeordnete Stromstufenrelais 11 für das Potentiometer 7 fällt dagegen ab. Damit stellt sich eine höhere Stromstufe 2 ein, die - wie vorher beschrieben - über Meldeleitung 3 zur Zentrale 2 gesendet wird. Auch hier wird die Stromhöhe exakt konstant gehalten und, wie beschrieben, der Abschlußwiderstand überwacht. Im ordnungsgemäßen Betrieb wird der Umschaltkontakt 17 ständig umschalten und die Empfangseinheit a der Zentrale II ein ständiges Pendeln zwischen den Stromstufen 1 und 2 feststellen.

Wird die Signalanlage unabhängig von der Zentrale per Hand gesteuert, dann ist über Umschaltkontakt 18 und letztlich Potentiometer 9 eine weitere erhöhte Stromstufe 3 eingeschaltet, die für die Zentrale 2 durch permanentes Signal (das Wechseln der Stromstufen 1 und 2 entfällt) eine außergewöhnliche Situation erkennbar macht. Höchste Priorität hat die Rotüberwachung.

Liegt hier eine Störung vor, wird die Rotüberwachung den Umschalter 19 betätigen und über Stromstufenrelais 14 durch das Potentiometer 10 die ranghöchste Stromstufe 4 programmieren. Alles, was darunter liegt, wird abgeschaltet. Diese Meldung kann von der Zentrale II einen Abschaltbefehl veranlassen. Für jeden Abschaltbefehl wird der Umschalter 22 betätigt und ein positives Schaltsignal von einer Spannungsquelle 29 (hier +60 V) über die Meldeleitung 3 zur Schaltplatine I gesandt. Diese ist zur Auswertung mit einem kleinen Empfänger III ausgerüstet (strichpunktiert umrahmt), der vom positiven Schaltsignal über eine Entkopplungsdiode 23 erreichbar ist. Über Strombegrenzungsglieder 24, 25, 26 und eine Leuchtdiode 27 wird ein Optokoppler 28 beaufschlagt, dessen Ausgangsverstärker einen Ausschaltbefehl über die Ausgänge L, M an nicht weiter dargestellte Leistungsschalter weitergibt. Diese schalten die Anlage ab. Wird ein positives Abschaltsignal von der Zentrale II gesendet, dann ist das durch Aufleuchten der Diode 27 erkennbar.

Zu den Empfängereinheiten a, b in der Zentrale II ist noch zu bemerken, daß jede aus einem Auswertewiderstand 4 bzw. 4&min; bzw. 4&min;&min;, der die ankommenden Konstantstromstufen in Konstantspannungspegel umsetzt, und einem nachgeschalteten modifizierbaren Spannungsstufenempfänger 5 bzw. 5&min; bzw. 5&min;&min; besteht. Die in jedem normalen Spannungsstufenempfänger bei Spannungsstufenempfang sonst vorhandene Konstantstromquelle, die dafür sorgt, daß bei jedem Spannungspegel zur Konstanthaltung des Spannungsabfalles über RL der gleiche Strom fließt, wird für Stromstufenempfang der Empfängereinheit abgeschaltet a oder b oder c. So kann im einfachsten Fall durch bloßes Umstecken einer Schaltbrücke von Spannungsstufenempfang auf Stromstufenempfang modifiziert werden. Über ein Impedanzwandelglied wird der erhaltene Spannungspegel impedanzgewandelt vier verschiedenen an eine gemeinsame abgleichbare Referenzspannungsquelle angeschlossenen Schwellwertgliedern, als Sensoren der einzelnen Strom- oder Spannungsstufen, angeboten. Über das ansprechende jeweilige Schwellwertglied wird der Betriebszustand der Signalanlage erfaßt.

Durch die Erfindung ist neben einer erhöhten Übertragungsreichweite bei gleichzeitig höherer Störsicherheit insbesondere eine wesentliche Vereinfachung in der Wartung gegeben. Die Schaltplatine 1 bewirkt außerdem eine absolute galvanische Trennung zwischen Kabelnetz und Steuergerät.


Anspruch[de]
  1. 1. Überwachungs- und Fernsteuersystem für Lichtsignalanlagen, mit dem Überwachungsmeldungen von Überwachungseinrichtungen zu einer übergeordneten Steuereinrichtung oder Zentrale bzw. Ein-/ Ausschaltbefehle von dieser zur Lichtsignalanlage über eine einzige Meldeleitung übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Überwachungsmeldungen von der Lichtsignalanlage aus mittels eingeprägter, den Meldekriterien einzelner Überwachungseinrichtungen zugeordneter Stromstufen erfolgt, die durch eine programmierbare Konstantstromquelle (I) erzeugt und in der übergeordneten Steuereinrichtung oder der Zentrale (II) mittels eines Auswertewiderstandes (4) in Spannungsstufen umgesetzt werden, die einem Spannungsstufenempfänger (5) zugeführt werden.
  2. 2. Überwachungs- und Fernsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Konstantstromquelle durch einen von einem Operationsverstärker (1) über seine Basis gesteuerten Steuertransistor (2) gebildet ist, dessen Emitter einerseits mit dem invertierenden Eingang (Pin 4) des Operationsverstärkers (1) verbunden ist und andererseits über Potentiometer (7 bis 10), die von Stromstufenrelais (11 bis 14) einschaltbar sind, an einem Stromversorgungsanschluß (C) anschließbar ist, und daß der Kollektoranschluß des Steuertransistors (2) mit dem Ausgangsanschluß (A) der Meldeleitung (3, 3&min;, 3&min;&min;) verbunden ist.
  3. 3. Überwachungs- und Fernsteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstufenrelais (11 bis 14) durch Schalteinrichtungen (17 bis 19) von Überwachungseinrichtungen der Lichtsignalanlage ansteuerbar sind (Anschlüsse E bis K).
  4. 4. Überwachungs- und Fernsteuersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromstufengenerator mit den zugehörigen Stromstufenrelais auf einer Schaltplatine (I) untergebracht ist.
  5. 5. Überwachungs- und Fernsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltplatine (I) einen Abschaltempfänger (III) aufweist, der im Kollektorpfad des Steuertransistors (2) zwischen diesem und dem Ausgangsanschluß (A) zur Meldeleitung (3, 3&min;, 3&min;&min;) über eine Entkopplungsdiode (23) von den Stromstufen entkoppelt angeschlossen ist.
  6. 6. Überwachungs- und Fernsteuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungsdiode (23) für positive Gleichspannungssignale von der Zentraleinheit (a, b, c) passierbar ist und über einen Optokoppler (28) des Abschaltempfängers (3) potentialgetrennte Abschaltbefehle auslösbar sind (Anschlüsse L, M).
  7. 7. Überwachungs- und Fernsteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die volle Durchsteuerung des Steuertransistors (2) durch eine Leuchtdiode (21) auf der Schaltplatine (I) angezeigt wird, die zwischen den Potentialen der Meldeleitung (3, 3&min;, 3&min;&min;) und des Masseleiters (6) angeschlossen ist.
  8. 8. Überwachungs- und Fernsteuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansteuerung des Optokopplers (28) durch ein Gleichspannungssignal der Zentraleinheit (a, b, c) von einer seriengeschalteten Leuchtdiode (27) zum Optokoppler (28) angezeigt wird.






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