RSTW-Diagnose - EXDexd.at/RSTW-Eingangsbaugruppe-1.02.pdf · 2007. 10. 17. · RSTW-Diagnose...

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RSTW-Diagnose Sicherheitsbetrachtung – WeichendiagnoseBelastungsabhängige Wartung von Weichen

RSTW-Diagnose

Eingangsbaugruppe

für die

Weichendiagnose für die

Belastungsabhängige Wartung von Weichen

in Relaisstellwerken

Autor: Heimo SchönVersion: 1.02Ausgabestand: 16.10.2007

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Version Autor Datum Änderung 1.00 HS 02.09.2007 Erstellung1.01 HS 07.10.2007 Ergebnisse vom Aufbau des ersten Prototypen eingefügt; Bilder eingefügt1.02 HS 16.10.2007 Schaltungsdetails aktualisiert

© 2006-2007 by Heimo Schön, Ganabachgasse 19, A-2630 TERNITZ Datum : 16.10.2007 [email protected] Version : 1.02 http://www.exd.at Tel. +43 676 316 34 72 Seite : 1/19

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RSTW-Diagnose Sicherheitsbetrachtung – WeichendiagnoseBelastungsabhängige Wartung von Weichen Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis.................................................................................................................21. Allgemeines.......................................................................................................................42. Anforderungen an die Eingangsbaugruppe......................................................................4

2.1. Allgemeine Anforderungen.........................................................................................42.2. Typunabhängige Elementdaten.................................................................................42.3. Aufteilung der Eingänge.............................................................................................52.4. Stellwerkstypabhängige Adapterkabel.......................................................................52.5. Eingangsspannungsbereiche.....................................................................................5

2.5.1. Eingangsspannungen VGS80.............................................................................52.5.2. Eingangsspannungen SpDrS..............................................................................52.5.3. Eingangsspannungen SpDrL..............................................................................5

2.6. Zusammenfassung der Anforderungen......................................................................53. gewählte Schaltung...........................................................................................................7

3.1. Beschreibung der Schaltung......................................................................................73.2. Gesamtschaltplan.......................................................................................................83.3. Entflechtung des Boards............................................................................................93.4. Funktionsnachweis der Eingangsschaltung.............................................................10

3.4.1. Eingangsspannung AC 4,70 Volt – Eingangszustand AUS.............................113.4.2. Eingangsspannung AC 4,00 Volt – Eingangszustand EIN...............................113.4.3. Eingangsspannung AC 34,00 Volt – Eingangszustand EIN.............................123.4.4. Eingangsspannung DC 4,90 Volt – Eingangszustand AUS.............................123.4.5. Eingangsspannung DC 5,00 Volt – Eingangszustand EIN..............................133.4.6. Eingangsspannung DC 29,00 Volt – Eingangszustand EIN............................13

3.5. Belegung der beiden Inputboards in einer Weichendiagnose................................144. Sicherheitsbetrachtung der Eingangsbaugruppe............................................................15

4.1. Grundsätzliche Betrachtungen.................................................................................154.2. Betrachtung der angenommenen Fehler ................................................................15

4.2.1. EMV...................................................................................................................154.2.2. Isolationskoordination.......................................................................................154.2.3. Spannungsausgabe an das Relaisstellwerk.....................................................174.2.4. Betrachtung der Komponentenfehler im Eingangskreis...................................17

4.2.4.1. Eingang wird niederohmig gegenüber dem Rückleiter.............................174.2.4.1.1. Verlustleistung des Vorwiderstands..................................................................174.2.4.1.2. Verhalten des Widerstands...............................................................................17

4.2.4.2. Fremdspannungseinbruch von einem Eingang zu einem anderen Eingang.................................................................................................................................17

4.2.4.2.1. Unterbrechung des Rückleiters.........................................................................184.2.4.2.2. Adernschluß am Eingangsboard......................................................................18

4.3. Anforderungen aus den Sicherheitsnachweisen der Stellwerke.............................195. Dokumentenverzeichnis..................................................................................................19


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RSTW-Diagnose Sicherheitsbetrachtung – WeichendiagnoseBelastungsabhängige Wartung von Weichen Inhaltsverzeichnis

AbbildungsverzeichnisAbbildung 1: Eingangsschaltung..........................................................................................................7Abbildung 2: Eingangsschaltung..........................................................................................................8Abbildung 3: Die Entflechtung des Boards..........................................................................................9Abbildung 4: Prüfschaltung................................................................................................................10Abbildung 5: 3,70 Volt AC Eingangszustand AUS..........................................................................11Abbildung 6: 4,00 Volt AC Eingangszustand EIN...........................................................................11Abbildung 7: 34,00 Volt AC Eingangszustand EIN.........................................................................12Abbildung 8: 4,90 Volt DC Eingangszustand AUS..........................................................................12Abbildung 9: 5,00 Volt DC Eingangszustand EIN...........................................................................13Abbildung 10: 29,00 Volt DC Eingangszustand EIN.......................................................................13Abbildung 11: Belegung der beiden InputBoards.............................................................................14Abbildung 12: Blockschaltbild der beschalteten Eingangsbaugruppe................................................15Abbildung 13: Isolationsfläche zwischen dem Rechner und Stellwerkspotential.............................16Abbildung 14: Spannungsverschleppung bei Unterbrechung der Masseleitung/Rückleitung............18


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RSTW-Diagnose Sicherheitsbetrachtung – WeichendiagnoseBelastungsabhängige Wartung von Weichen 1. Allgemeines

1. AllgemeinesDieses Dokument beschreibt die Eingangsbaugruppe für das Diagnosesystem für die belastungsabhängige Wartung von Weichen, für die Relaisstellwerkstypen der ÖBB:

– VGS80 (Vereinfachtes Gleisbildstellwerk Siemens)– Siemens Spurplanstellwerk SpDrS (Siemens-Spur)– Alcatel Spurplanstellwerk SpDrL (Lorenz-Spur)

Durch die Weichendiagnose werden von den genannten Stellwerkstypen die folgenden Informationen abgegriffen:

– Weichenlagen– Weichenverschlüsse– Weichengleisfreimeldung

Dieses Dokument beschreibt – die Anforderungen an die Eingangsbaugruppe– die gewählte Schaltung– Sicherheitsbetrachtung

2. Anforderungen an die EingangsbaugruppeDie Eingangsbaugruppe dient dazu, die verschiedenen Spannungen die von den drei verschiedenen Stellwerkstypen geliefert werden, auf die 2 jeweils 24-poligen Eingangsports des RSTW-Rechners umzusetzen.

2.1. Allgemeine AnforderungenDie Eingangsbaugruppe muß gewährleisten:

– das keine Rückwirkungen auf die Eingangsspannungen möglich sind– das Überspannungen von der Eingangsseite nicht auf die Rechnerseite durchschlagen

2.2. Typunabhängige ElementdatenDas Weichendiagnosesystem muß vom Relaisstellwerk folgende Begriffe pro Weiche einlesen:

• Lage Rechts frei• Lage Rechts besetzt• Lage Links frei• Lage Links besetzt• Verschluß (nicht bei allen Typen verfügbar)

=> 5 Eingänge pro Weiche

Gesamtanzahl einzulesender Weichen:

48 Eingänge stehen pro System zur Verfügung.5 Eingänge pro Weiche=> max. 9 Weichen können eingelesen werden=> 3 Eingänge bleiben ungenutzt.


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RSTW-Diagnose Sicherheitsbetrachtung – WeichendiagnoseBelastungsabhängige Wartung von Weichen 2. Anforderungen an die Eingangsbaugruppe

2.3. Aufteilung der EingängeDie Aufgabe der Eingangsbaugruppe ist die Aufteilung der 9 Weichen mit je 5 Kontakten auf die 2 je 24-poligen Eingangsports.

2.4. Stellwerkstypabhängige AdapterkabelFür jeden Stellwerkstyp werden unterschiedliche Anschlußkabel benötigt. Um verschiedene Kabel anschließen zu können, muß die Eingangsbaugruppe pro Weiche einen Stecker zur Verfügung stellen an dem die Kabel angesteckt werden können.

2.5. EingangsspannungsbereicheEs sind folgende Stellwerkstypen zu realisieren:

VGS80 Vereinfachtes Gleisbildstellwerk 1980, Hersteller SiemensSpDrS Spurplan Drucktastenstellwerk, Hersteller SiemensSpDrL Spurplan Drucktastenstellwerk, Hersteller Lorenz (Alcatel)

Die Unterschiede in den Eingangsspannungsbereichen von den verschiedenen Stellwerkstypen werden in den nachfolgenden Kapiteln beschrieben.

2.5.1. Eingangsspannungen VGS80Spannung: 24V = hell (Tagspannung am Pult)

12V = dunkel (Nachtspannung am Pult)

2.5.2. Eingangsspannungen SpDrSSpannung: in 4 Helligkeitsstufen (jeweils AC):

24V~ / 20V~ / 16V~ / 12V~

2.5.3. Eingangsspannungen SpDrLSpannung: in 4 Helligkeitsstufen (jeweils AC)

24V~ / 21V~ / 18V~ / 14V~

2.6. Zusammenfassung der AnforderungenAus den vorhergehenden Kapiteln ergeben sich folgende Anforderungen:

– Einlesen von 5 Kontakten pro Weiche

– Aufteilung der 5 Kontakte pro Weiche auf die 2 je 24-poligen Eingangsports:Weiche 1 Port-1 Eingänge 1-5Weiche 2 Port-1 Eingänge 6-10Weiche 3 Port-1 Eingänge 11-15Weiche 4 Port-1 Eingänge 16-20Weiche 5 Port-1 Eingänge 21-24 und Port-2 Eingang 21


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RSTW-Diagnose Sicherheitsbetrachtung – WeichendiagnoseBelastungsabhängige Wartung von Weichen 2. Anforderungen an die Eingangsbaugruppe

Weiche 6 Port-2 Eingänge 1-5Weiche 7 Port-2 Eingänge 6-10Weiche 8 Port-2 Eingänge 11-15Weiche 9 Port-2 Eingänge 16-20zu Weiche 5 Port-2 Eingang 21unbenutzt Port-2 Eingänge 22-24

– galvanische Trennung der Eingänge von den Rechnerports

– Eingangsspannungsbereich unter der Annahme das die Nennspannungen um +/- 30 % variieren können:minimale Eingangsspannung: 12V = (VGS80) – 30 % = 8,4 V DC min.maximale Eingangsspannung: 24V ~ (Spur) + 30 % = 31,2 V AC * 1,41 = 44 V DC max.

erforderlicher Eingangsspannungsbereich: 8,4 V - 44 V

Alle Spannungen innerhalb dieses Bereichs, müssen egal ob Gleich- oder Wechselspannung einwandfrei als Signalzustand ON (Lampe brennt) erkannt werden.

– Der Eingang wird so ausgelegt, dass ein Versagen des Eingangsgleichrichters (Dioden im Brückengleichrichter werden niederohmig) nicht zur Zerstörung des Eingangsvorwiderstands führen darf.Hierzu wird der Eingangsvorwiderstand wie folgt dimensioniert:

zu verkraftende Spannung = 24 Volt + 20% Toleranz = 24 x 1,2 = 28,8 Volt

maximale Leistung des Widerstands = 1 Watt

Aus Spannung und Leistung läßt sich der erforderliche Widerstandswert berechnen:

R = U2 / P = 28,82 / 1 = 820 Ohm (gerundet)

Das bedeutet, daß im Fehlerfall wenn der Brückengleichrichter niederohmig wird, ein maximaler Strom durch den Eingangskreis fließt, der sich wie folgt berechnet:

I = U / R = 28,8 / 820 = 35 mA

Bei diesem Fehlerstrom lösen die Pultsicherungen der Stellwerke nicht aus. Damit ist gewährleistet, daß jeder angenommene Fehler im Eingangskreis nicht zum Auslösen der Pultsicherungen führen kann.

Mit der Dimensionierung des Widerstands auf 1 Watt ist sichergestellt, daß der Widerstand nicht überlastet werden kann und selbst bei der maximalen Überspannung nicht intakt bleibt.


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RSTW-Diagnose Sicherheitsbetrachtung – WeichendiagnoseBelastungsabhängige Wartung von Weichen 3. gewählte Schaltung

3. gewählte SchaltungAus den im vorhergehenden Kapitel gesammelten Anforderungen wurde die folgende Schaltung entwickelt:

Diese Eingangsschaltung befindet sich 24 mal auf jedem Eingangsboard. Die Schaltung ist hier von der Klemme bis zum Optokoppler gezeigt. Der Optokoppler stellt eine galvanische Trennung zur restlichen Elektronik dar und wird für die weiteren Sicherheitsbetrachtungen nicht näher betrachtet.

Die Schaltung zeigt auch nicht jene Teil de die Transistorausgänge der Optokoppler mit dem Rechner verbindet. Dieses Detail finden Sie weiter unten in der Gesamtschaltung der Eingangsbaugruppe.

3.1. Beschreibung der SchaltungDie Eingangsspannung vom Relaisstellwerk wird an der linken Seite des Bilds angelegt.

Die Eingangsspannung wird durch den Widerstand R1 reduziert und der verbleibende Spannungsrest wird durch den Brückengleichrichter B1 gleichgerichtet. Der Kondensator C1 glättet die Wellen der Eingangsspannung.

Die Zenerdiode D1 bewirkt das die Spannung in der Eingangsschaltung begrenzt wird (unter ca. 5 Volt, bestehend aus 3,3 V der Zenerdiode, Abfall im Optokoppler, Abfall in B1 und D2).

Die Stromreglerdiode D2 begrenzt den Strom der durch die LED im Optokoppler fließt, auf ca. 3,6 Milliampere.

Der Widerstand R2 dient dazu um den Kondensator C1 wieder zu entladen. Er wird nur benötigt wenn das Board für Eingangsspannungen im Bereich von 60 Volt und mehr eingesetzt wird. Bei Abgriff von der Pultausleuchtung wird der Widerstand nicht bestückt.

Der Optokoppler PC847 besitzt eine Stoßspannungsfestigkeit von 5000 Volt. Es ist eine 4-fach Type; es sind 4 unabhängige Optokoppler in einem DIL16 Gehäuse.

Jeder Transistoraussgang des Optokopplers wird dazu verwendet um einen der 24 Eingänge eines der beiden Eingangsports zu schalten.


Abbildung 1: Eingangsschaltung

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3.2. GesamtschaltplanUm 9 Weichen über 48 Eingänge einlesen zu können, werden vom nachfolgend beschriebenen Board zwei Stück benötigt. Der Schaltplan enthält 6 Stück 4-fach-Optokoppler, drei Widerstandkaskaden um ein Dauerground-Signal auf die 24 Eingänge am 50-poligen Stecker X9 zu legen.

Jeweils 5 Eingänge sind auf die 5-poligen Stecker gelegt. Die Gegenkontakte sind zusammengefasst und werden immer pro Weiche auf einen Pin auf den 2-poligen Steckern gelegt. Diese Gegenkontakte können über Brücken am Stecker X10 zusammengefasst werden (so daß nur noch ein Rückleiter für alle Weichen erforderlich ist).


Abbildung 2: Eingangsschaltung

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3.3. Entflechtung des BoardsBei der Entflechtung des Boards wurden die Bauteile wie in der nachfolgenden Abbildung gezeigt, aufgeteilt.

Der 50-polige Stecker, an dem die 24 Eingänge zum Rechner geführt werden, ist auf der linken Seite platziert. Alle 24 Eingänge mit den Eingangsschaltungen sind auf dem restlichen Board aufgeteilt.

Die weiße Linie (verlaufend im Zick-Zack im linken Viertel des Bilds, verlaufend unterhalb von den 6 16 poligen DIL-Gehäusen) zeigt den Bereich der unterhalb von den Optokopplern frei von Leiterbahnen ist. Dieser Bereich ist die galvanische Trennfläche zwischen den Relaisstellwerks-Eingangsspannungen und der Rechnerseite. Keine Leiterbahn überschreitet diese Trennlinie.


Abbildung 3: Die Entflechtung des Boards

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3.4. Funktionsnachweis der EingangsschaltungDie in Abbildung 1 Eingangsschaltung gezeigte Schaltung wurde mit folgenden Komponentenwerten aufgebaut:

R1 820 Ohm 1 Watt Ribu 300469R2 unbestücktR3 100k 0,25 Watt -B1 Brückengleichrichter B 250 C 1000 DIL Ribu 100862

250 Volt AC / 1 AmpereC1 MKS 4 / 1,0 uF / 63 V / RM 7,5 Ribu 310723D1 Zenerdiode ZF 3,3 Volt / 0,5 Watt Ribu 100420D2 J510, Current Regulator 3,6 mA / 50 V Farnell 954-9960

Vishay SiliconixOptokoppler PC847 Ribu 105640

und danach mit verschiedenen Eingangsspannungen beaufschlagt. Die in diesem Kapitel gezeigten Oszilloskopbilder wurden aufgezeichnet indem der untere Strahl (Channel 2) die Eingangsspannung am Stecker SL1 zeigt und der obere Stahl (Channel 1) den Ausgang der Testschaltung am Stecker SL2.

Damit am Ausgang tatsächlich gezeigt werden kann, dass der Fototransistor geschaltet hat, wurde folgende Schaltung hinter dem Optokoppler hinzugefügt:

Die nachfolgenden Kapitel zeigen die Oszilloskop Bilder die mit dieser Schaltung erzeugt wurden. Im Text wird beschrieben bei welchen Eingangsspannungen die Bilder aufgenommen wurden und ob die nachgeschaltete Eingangskarte des RSTW-Rechners einen ON oder OFF Zustand erkannt hat.

Allen nachfolgenden Bildern liegt zu Grunde das die beiden Oszi-Tastköpfe mit einem Tastverhältnis von 1:10 betrieben wurden. Die am Oszi eingestellten Werte sehen Sie im rechten Viertel der Bilder.


Abbildung 4: Prüfschaltung

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3.4.1. Eingangsspannung AC 3,70 Volt – Eingangszustand AUSDie Abbildung zeigt am Channel 2 (Magenta) eine Eingangswechselspannung von 3,70 Volt. Die Ausgangsspannung am Channel 1 (weiss) führt zu einem Eingangszustand AUS (unterhalb der Schaltschwelle der Digitaleingänge).

3.4.2. Eingangsspannung AC 4,00 Volt – Eingangszustand EINDie Abbildung zeigt am Channel 2 (Magenta) eine Eingangswechselspannung von 4,00 Volt. Die Ausgangsspannung am Channel 1 (weiss) führt zu einem Eingangszustand EIN (oberhalb der Schaltschwelle der Digitaleingänge).


Abbildung 5: 3,70 Volt AC Eingangszustand AUS

Abbildung 6: 4,00 Volt AC Eingangszustand EIN

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3.4.3. Eingangsspannung AC 34,00 Volt – Eingangszustand EINDie Abbildung zeigt am Channel 2 (Magenta) eine Eingangswechselspannung von 34,00 Volt. Die Ausgangsspannung am Channel 1 (weiss) führt zu einem Eingangszustand EIN (oberhalb der Schaltschwelle der Digitaleingänge).

3.4.4. Eingangsspannung DC 4,90 Volt – Eingangszustand AUSDie Abbildung zeigt am Channel 2 (Magenta) eine Eingangsgleichspannung von 4,90 Volt. Die Ausgangsspannung am Channel 1 (weiss) führt zu einem Eingangszustand AUS (unterhalb der Schaltschwelle der Digitaleingänge).


Abbildung 7: 34,00 Volt AC Eingangszustand EIN

Abbildung 8: 4,90 Volt DC Eingangszustand AUS

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3.4.5. Eingangsspannung DC 5,00 Volt – Eingangszustand EINDie Abbildung zeigt am Channel 2 (Magenta) eine Eingangsgleichspannung von 5,00 Volt. Die Ausgangsspannung am Channel 1 (weiss) führt zu einem Eingangszustand EIN (oberhalb der Schaltschwelle der Digitaleingänge).

3.4.6. Eingangsspannung DC 29,00 Volt – Eingangszustand EINDie Abbildung zeigt am Channel 2 (Magenta) eine Eingangsgleichspannung von 29,00 Volt. Die Ausgangsspannung am Channel 1 (weiss) führt zu einem Eingangszustand EIN (oberhalb der Schaltschwelle der Digitaleingänge).


Abbildung 9: 5,00 Volt DC Eingangszustand EIN

Abbildung 10: 29,00 Volt DC Eingangszustand EIN

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3.5. Belegung der beiden Inputboards in einer WeichendiagnoseIn einer RSTW-Weichendiagnose werden zwei Boards eingebaut. Die beiden Boards werden wie folgt an mit den maximal 9 Weichen verbunden.

Die nachfolgende Abbildung zeigt zusätzlich auch die beiden Querverbindungen zwischen den Boards.

Eine Querverbindung (rot) bringt Eingang 45 zur Weiche 5.Die zweite Querverbindung (grün) koppelt die Rückleiter der beiden Boards.


Abbildung 11: Belegung der beiden InputBoards

Weiche

1Weiche

2Weiche

3

4Weiche

5Weiche

6Weiche

7Weiche

8Weiche

Weiche

9

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RSTW-Diagnose Sicherheitsbetrachtung – WeichendiagnoseBelastungsabhängige Wartung von Weichen 4. Sicherheitsbetrachtung der Eingangsbaugruppe

4. Sicherheitsbetrachtung der Eingangsbaugruppe

4.1. Grundsätzliche BetrachtungenIn einem ersten Schritt wird hier der Eingangsbaugruppe auf alle angenommenen Fehler untersucht, die beim Einsatz in einem Relaisraum auftreten können:

– EMV– Isolationskoordination der Eingangsbaugruppe– welche angenommenen Fehler werden von der Baugruppe nicht abgedeckt

Im zweiten Schritt werden die Anforderungen aus den verschiedenen Stellwerkstypen untersucht.

– Betrachtung der Anforderungen aus dem Sicherheitsnachweis der Weichengruppe

4.2. Betrachtung der angenommenen Fehler

4.2.1. EMVDie Eingangsbaugruppe besitzt keine aktiven Komponenten. Es befinden sich auch keine Schwingkreise oder Prozessoren auf der Baugruppe. Von der Eingangsbaugruppe kann daher keine aktive Strahlung ausgesendet werden.

4.2.2. IsolationskoordinationDas nachfolgende Blockschaltbild zeigt die Schnittstellen der Eingangsbaugruppe:


Abbildung 12: Blockschaltbild der beschalteten Eingangsbaugruppe

50 poligesFlachbankkabelzum Rechner

Weiche 1(Weiche 6)

Weiche 2 (Weiche 7)

Weiche 3(Weiche 8)

Weiche 5 Weiche 4(Weiche 9)

Querverbindung 25. Eingang am 1. Boardmit 21. Eingang am 2.Board

Rückleitung zur Stromversorgung der Pultausleuchtung

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Aus diesem Blockschaltbild resultieren die folgenden Schnittstellen, die ein Weichendiagnosesystem mit der Umwelt verbinden:

– Schnittstelle zum Relaisstellwerk (Kabel zu Weiche 1 bis Weiche 9)– Schnittstelle zur Stromversorgung des Stellwerks (Rückleitung zur Stromversorgung der

Pultausleuchtung)– Querverbindung von der ersten Eingangsbaugruppe zur zweiten Baugruppe– Schnittstelle zum Rechner (50 poliges Flachbandkabel)

Zur Trennung der mit dem Relaisstellwerk verbundenen Schnittstellen von der Schnittstelle zum Rechner, sind auf der Eingangsbaugruppe 6 Stück Optokoppler mit je 4 Kanälen verbaut. Durch diese 24 Optokoppler Kanäle sind die 24 Eingänge von der Rechnerschnittstelle entkoppelt.

Die Optokoppler der Bauart PC 847 besitzen eine Stoßspannungsfestigkeit von 5000 Volt. Siehe Datenblatt [1] Sharp PC817 series. Die Leiterplattenentflechtung ist so erfolgt, dass zwischen den beiden Potentialen immer eine Kriechstrecke von mehr als 5 mm gegeben ist. Zwischen den beiden Potentialen sind keine Leiterbahnen vorhanden. Die Isolationsfläche wird im folgenden Bild gezeigt:

Unterhalb der roten Fläche befinden sich keine Leiterbahnen. Links von der roten Fläche befindet sich das Potential der Rechnerschnittstelle und rechts von der roten Fläche befindet sich das Potential des Relaisstellwerks.


Abbildung 13: Isolationsfläche zwischen dem Rechner und Stellwerkspotential

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Die Isolationsfläche hat folgende Aufgaben:– Überspannungen bis zu einer Stoßspannung von 5 kV werden von der Isolationsfläche

und den Optokopplern blockiert– Spannungen die im Rechner eingesetzt werden können nicht in das Relaisstellwerk

übertragen werden (die Optokoppler übertragen nur vom Relaisstellwerk zum Rechner und nicht umgekehrt).

4.2.3. Spannungsausgabe an das RelaisstellwerkDurch die Optokoppler wird gewährleistet, dass keine Spannungen von der Rechnerschnittstelle an das Relaisstellwerk ausgegeben werden können.

4.2.4. Betrachtung der Komponentenfehler im EingangskreisFolgende Fehler könnten die Ausleuchtung am Bedienpult des Stellwerks eine Beeinflussung ergeben:

– Eingang wird niederohmig gegenüber dem Rückleiter– Spannung die an einem Eingang anliegt, wird an einem anderen Eingang wieder

ausgegeben

Die nachfolgenden Unterkapitel betrachten diese beiden angenommenen Fehler, deren Ursachen und Auswirkungen.

4.2.4.1. Eingang wird niederohmig gegenüber dem Rückleiter

4.2.4.1.1. Verlustleistung des VorwiderstandsIm Eingangskreis befindet sich ein Widerstand in Serie zur Graetz-Brücke. Sollte die Gleichrichterbrücke niederohmig werden, oder der Kreis hinter der Brücke niederohmig werden, dann ist der Widerstand so dimensioniert, dass er bei allen angenommenen Betriebsspannungen den Strom begrenzt:

I = U / R = 24 / 820 = 29 mA

Bei diesem Strom ergibt sich eine Gesamtverlustleistung am Widerstand von:

P = U * I = 24 * 0,029 = 0,7 Watt

Der Widerstand ist mit 1 Watt Verlustleistung so dimensioniert, dass er selbst bei Versagen aller Komponenten im Eingangskreis, nicht zerstört wird. Also selbst wenn alle Dioden im Brückengleichrichter niederohmig werden, wird der Widerstand nicht zerstört und somit der Eingangsstrom nie über 29 mA ansteigen.

4.2.4.1.2. Verhalten des WiderstandsDer eingesetzte Kohleschichtwiderstand wird im Fehlerfall immer hochohmig. Niederohmig werden Widerstände nur bei Anliegen von Spannungen über 10 kV wenn ein Lichtbogen entsteht. Sobald die Spannung absinkt und der Lichtbogen erlischt wird der Widerstand wieder hochohmig.

4.2.4.2. Fremdspannungseinbruch von einem Eingang zu einem anderen EingangFür diese angenommenen Fehler gibt es zwei möglich Ursachen:– Unterbrechung des Rückleiters– Adernschluß am Eingangsboard


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4.2.4.2.1. Unterbrechung des RückleitersIm Falle einer Unterbrechung des Rückleiters ergibt sich folgende Schaltung, wobei hier nur zwei Eingänge betrachtet werden und bei diesen zwei Eingängen angenommen wird, daß der eine Eingang Spannung hat (Lampe am Pult leuchtet) und der andere Eingang spannungslos ist (Lampe am Pult ist finster). Die Schaltung soll zeigen, wie die Spannung vom einen Eingang auf den anderen Eingang „verschleppt“ wird:

Im gezeigten Fall (Unterbrechung des Rückleiters an der mit dem roten Kreuz markierten Stelle) würde eine Spannung am Pult an der LED-2 anliegen und über die Eingangsschaltungen an der Klemme SL3 und über die Eingangsschaltung an SL1 verschleppt werden und es würde damit Spannung auf die LED-1 am Pult ausgegeben werden, obwohl am Eingang der LED-1 keine Spannung vom RSTW anliegt. Die LED im Pult könnte leuchten.

Die Sicherheitsnachweise der verschiedenen Relaisstellwerke behandeln diesen angenommenen Fehler auch z.B. als Annahme für einen Adernschluß in der Verbindungsleitung zum Pult. Die meisten Sicherheitsbetrachtungen sagen aus, daß diese Fehlausleuchtung durch den Fahrdienstleiter erkannt wird und der Fahrdienstleiter entsprechend Bedienungsanweisung weiter verfährt.

4.2.4.2.2. Adernschluß am EingangsboardAdernschlüsse am Eingangsboard sind durch die Bauart des Eingangsboards weitgehend unmöglich. Die Leiterbahnführing ist bei der Entflechtung mit einem Abstand von 40 mil durchgeführt worden. Die Leiterbahnen sind lackiert.

Sollte dennoch ein Adernschluß auftreten, so können folgende Punkte angenommen werden:– Für den Vorwiderstand können durch Adernschluß keine höheren Spannungen auftreten da alle

Eingänge die gleichen Spannungen gegenüber dem Rückleiter aufweisen. Die Eingangsvorwiderstände können daher durch Adernschlüsse nicht beschädigt werden.

– Adernschlüsse zwischen der Relaisstellwerkschnittstelle und der Rechnerschnittstelle werden durch


Abbildung 14: Spannungsverschleppung bei Unterbrechung der Masseleitung/Rückleitung

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große Leiterbahnabstände (größer als 5 mm) erschwert. Einbruch der Relaisstellwerkspannung am Rechner würde die Rechnerbaugruppe zerstören. Die Rechnerspannung (5 Volt) hingegen kann im Relaisstellwerk keine Fehler verursachen, da die 5 Volt nicht ausreichen um eine Pultausleuchtung zu bewirken

– Adernschlüsse zwischen einer Pultausleuchtungseingang und dem Rückleiter führt zum Abbrennen der Sicherung im Relaisstellwerk. die Leiterbahndicke ist so ausgelegt, daß die Ströme verkraftet werden, die beim Abbrennen der Pultspannungssicherungen im Relaisstellwerk auftreten.

4.3. Anforderungen aus den Sicherheitsnachweisen der StellwerkeAus den Sicherheitsnachweisen der verschiedenen Stellwerkstypen gibt es keine Anforderungen. Dort werden alle angenommenen Fehler in der Verkabelung zwischen Stellwerk und Pult (Adernbruch, Fremdspannungseinbruch, usw.) bereits abgehandelt.

Der einzige zusätzliche Fehler der durch die Eingangsbaugruppe hervorgerufen werden kann, ist der Einbruch der Rechnerspannung in die Pultausleuchtung. Die 5 Volt Rechenrspannung genügt jedoch nicht, um am Pult eine Ausleuchtung zu erreichen. Selbst bei VGS80 Stellwerken, wo LEDs zum Einsatz kommen, sind die Vorwiderstände so dimensioniert, dass die LEDs bei 24 Volt einen Strom von 20 mA beziehen. Bei 5 Volt fließt daher ein Strom, der die LED nicht zum glimmen bringt.

5. Dokumentenverzeichnis[1] Sharp PC817 series High densitiy Optocouplers

Dateiname pc817.pdf Dateigröße 116309 byte


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