DE69733200T2

DE69733200T2 - Modulare lokomotive bremssteuerung

Info

Publication number: DE69733200T2
Application number: DE69733200T
Authority: DE
Inventors: J. Dale SHERWOOD; J. John ALLEN; A. Brett PIERCE; B. Kevin ROOT; E. Richard SINN; C. Eric WRIGHT
Original assignee: New York Air Brake LLC
Current assignee: New York Air Brake LLC
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2017-09-13
Also published as: EP0829402A2; EP0829404A2; EP0861395A1; AU4409197A; EP0829402B1; US6035250A; AU732230B2; AU3751997A; CA2214476C; DE69721920T2; EP0829404B1; AU4315897A; AU717550B2; EP0925214A4; CA2214156A1; DE69733636D1; EP0925214A1; DE69733200D1; EP0925214B1; US6135574A

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremssteueranlage für Lokomotiven gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine solche Bremssteueranlage ist bekannt aus US-5,172,316.
Das Angebot an computergesteuerter Eisenbahnbremsausrüstung schließt die von der New York Air Brake Corporation lieferbare CCB-Ausrüstung ein. Die CCB Lokomotivenbremssteuerausrüstung wird in dem genannten U.S.-Patent Nr. 5,172,316 beschrieben und ist in 1 und 2 illustriert. Die in dieser Anmeldung benützten Bezugszeichen entsprechen im Sinne einer größeren Klarheit und Konsistenz jenen in diesem Patent. Mit computergestützter und elektrischer Steuerung muss der Betrieb der Lokomotive und des Zugs ausfallsicher in Bezug auf alle elektrisch gesteuerten Abschnitte sein.
Mit der Hinzufügung elektropneumatischer Bremsen und anderer elektrischer Teilabschnitte ist es zu einer Zunahme neuer Onboard-Lokomotiventeilsysteme gekommen. Dies hatte eine übermäßige Inanspruchnahme des in den Lokomotiven vorhandenen Platzes zur Folge. Da die Anschlüsse dieser unterschiedlichen Teilsysteme in Einzelschritten erfolgen, ergab sich eine zunehmende Komplexität ihrer Verknüpfungen und eine Gewichtszunahme. Die Komplexität des Bremssteuerabschnitts oder des Pneumatiksteuerabschnitts 62 der CCB ist beispielsweise in 3 dargestellt. Die Sammelleitung ist komplex, und die Verdrahtung muss mit jedem einzelnen elektrischen Ventil und Druckwandler verbunden werden. An der Sammelleitung sind vierunddreißig linienersatzfähige Anlagen montiert. Da die Lokomotive nicht in der Lage ist, vierunddreißig Einzelkomponenten aufzunehmen, muss die gesamte Lokomotive zur Reparatur in die Werkstätte.
Der komplette Bremssteuerabschnitt 62 kann entfernt und ein neuer eingesetzt werden. Dies nimmt wegen der großen Menge an Leitern und Verknüpfungen für die elektrischen Bauteile viel Zeit in Anspruch. Der Bremssteuerabschnitt 62 müsste dann getestet und die einzelnen Teile ersetzt werden. Auch ist der Bremssteuerabschnitt 62 nicht für das Hinzufügen neuer Funktionen bzw. das Entfernen bestehender Funktionen ge eignet, zumal sich die Designanforderungen in zukünftigen Lokomotiven ändern. Bei zunehmender Kompliziertheit in der Lokomotive besteht außerdem ein Bedarf an Lokomotivenintegration, um die Kommunikation und Steuerung zwischen den unterschiedlichen Systemen und Teilsystemen zu ermöglichen.
Es ist das Ziel dieser Erfindung, dieses Problem zu lösen. Diese Ziel wird erreicht mit Hilfe der Merkmale von Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Merkmale der abhängigen Ansprüche beschrieben.
Eine modulare Lokomotiven-Bremssteueranlage könnte eine Sammelleitung umfassen, an die ein Bremsleitungsmodul, ein Bremszylindermodul, ein elektropneumatisches Ausgleichsbehältermodul und ein elektromagnetisches unabhängiges Bremsmodul angeschlossen ist, von denen ein jedes den Druck an einem entsprechenden Kanal steuert. Ebenfalls am Modul montiert ist ein elektropneumatisches Bremssignalmodul, das ein pneumatisches Bremssignal an das Bremszylindermodul abgibt. Zumindest die elektropneumatischen Module könnten elektropneumatische und pneumatische Elemente und eine Modulsteuerung enthalten.
Die Modulsteuerungen könnten eine gemeinsame Struktur aus einem Prozessor, mehreren analogen Eingangskanälen und mehreren digitalen Ausgangskanälen umfassen. Der Prozessor umfasst eine im geschlossenen Regelkreis arbeitende Drucksteuerung, die Eingänge vom Prozessor und von einem der analogen Eingänge erhält und einen digitalen Ausgang bereitstellt. Die gemeinsame Struktur umfasst ein Sende-/Empfangsgerät, das mit den anderen Sende-/Empfangsgeräten der anderen Module an ein Netzwerk angeschlossen ist.
Die Module könnten einen Speicher mit darin abgelegten Kennzeichnungsdaten und Ereignisdaten umfassen. Ein Verteilerkasten an der Sammelleitung verbindet die elektropneumatischen Module mit einer externen Quelle elektrischer Signale. Auf jedem elektropneumatischen Modul kann mindestens ein Druckwandler vorgesehen sein. Zwei Bremsleitungsdruckwandler können in getrennten Modulen vorgesehen sein, ebenso wie zwei Speisedruckwandler. Das Bremsleitungsmodul kann auch mindestens ein elektropneumatisches Ventil und eine Modulsteuerung umfassen. Auch ein elektropneumatisches Stellmodul kann auf der Sammelleitung zur Steuerung des Drucks am Stellkanal vorgesehen sein und elektropneumatische und pneumatische Elemente und eine Modulsteuerung besitzen. Das Bremsleitungsmodul kann mindestens eine elektropneumatische und eine Modulsteuerung besitzen.
Eine modulare Bremssteueranlage für Lokomotiven könnte auch eine Sammelleitung umfassen, an der mindestens zwei von Bremsleitungsmodul, Bremszylindermodul, Bremssignalmodul, Ausgleichsbehältermodul, unabhängiges Bremsmodul und Stellmodul montiert sind. Sie könnte zudem einen Speicher mit Kennzeichnungsdaten auf jedem der Module besitzen. Eine Anlagensteuerung empfängt die Kennzeichnungsdaten von jedem der Module. Eine Modulsteuerung in jedem der Module verbindet den Speicher mit der Anlagensteuerung. Die Module speichern auch Ereignisdaten und ein Betriebsprogramm mit Programmkennzeichnungsdaten. Die Anlagensteuerung empfängt die Programmkennzeichnungsdaten von den Modulsteuerungen und überträgt Betriebsprogramme auf diese.
Die Module könnten einen Druckwandler besitzen und die Druckwerte auf die Anlagensteuerungen übertragen. Die Module könnten auch elektropneumatische Vorrichtungen besitzen und den Status der Vorrichtungen der Anlagensteuerung mitteilen. Die Anlagensteuerung sendet Aufschaltbefehle an die Modulsteuerung. Die elektropneumatischen Vorrichtungen steuern den Druck am Modul auf einen Solldruck als Reaktion auf ein Bremshebel-Positionssignal von der Modulsteuerung. Die Anlagensteuerung sendet Sollwert-Aufschaltdrücke an die Modulsteuerung, um die vom Hebelgriff abhängigen Solldrücke aufzuschalten. Die Anlagensteuerung sendet auch modulare Aufschaltbefehlsignale, Betriebsmodusbefehle und Kalibrierungsdaten an die Modulsteuerungen. Die Modulsteuerung besitzt ein Ereignisprotokoll und speichert während eines Ereignisses oder nach der Vorhersage eines Ereignisses Daten darin.
Eine modulare Bremssteueranlage für eine Lokomotive könnte eine Sammelleitung besitzen, auf der mindestens zwei Elemente der folgenden montiert sind: Bremsleitungsmodul, Bremszylindermodul, Bremssignalmodul, Ausgleichsbehältermodul, un abhängiges Bremsmodul und Stellmodul. Jedes der Module könnte eine Modulsteuerung und eine elektropneumatische Vorrichtung besitzen. Mit jeder Modulsteuerung könnte eine Anlagensteuerung verbunden sein. Die Anlagensteuerung sendet Kalibrierungsdaten an die Modulsteuerung. Die Vorrichtung auf den Modulen steuert den Druck zu einem Solldruck. Die Anlagensteuerung sendet Solldrücke an die Steuermodule. Die Steuervorrichtungen an den Modulen steuern den Druck als Reaktion auf Bremshebelstellungen, und die Anlagensteuerung sendet Sollaufschaltdrücke, um die Griffreaktion der Solldrücke aufzuschalten. Jedes der Module besitzt einen Druckwandler, und die Anlagensteuerung empfängt Druckwerte von den Modulsteuerungen. Die Modulsteuerungen können auch Druckwerte an andere Modulsteuerungen senden.
Eine modulare Lokomotivensteuerungsanlage könnte eine Sammelleitung mit mindestens zwei der folgenden Elemente umfassen: Bremsleitungsmodul, Bremszylindermodul, Bremssignalmodul, Ausgleichsbehältermodul, unabhängiges Bremsmodul und Stellmodul. Jedes der Module besitzt eine Modulsteuerung. Eine Anlagensteuerung bietet eine Schnittstelle zu Lokomotivenanlagen, und eine Bremshebelsteuerung ist ebenfalls vorgesehen. Ein Kommunikationsnetzwerk, das die Modulsteuerungen, die Anlagensteuerung und die Bremshebelsteuerung verknüpft, wird geschaffen. Auf der Sammelleitung ist ein Verteilerkasten vorgesehen. Die Modulsteuerungen sind im Kommunikationsnetzwerk über den Verteilerkasten mit den Anlagen- und Bremshebelsteuerungen verbunden. Die Steuerungen sind als Knoten in einem LonWorks-Kommunikationsnetzwerk verbunden. Das Kommunikationsnetzwerk besitzt elektropneumatische Bremssteuerungen auf den einzelnen Wagen des Zugs. Die Modulsteuerungen und die Bremshebelsteuerung haben je Kennzeichnungsdaten, die von der Anlagensteuerung verarbeitet werden. Die Modulsteuerungen speichern zudem Ereignisdaten, die an die Anlagensteuerung abgegeben werden. Die Modulsteuerungen und die Bremshebelsteuerung speichern auch ein Betriebsprogramm und eine Programmkennzeichnung, die an die Anlagensteuerung abgegeben wird. Die Anlagensteuerung kann Betriebsprogramme auf die Modul- und Bremshebelsteuerungen übertragen. Die Anlagensteuerung überträgt auch Zeitgebersignale an die Zeitgeber auf den Modulsteuerungen.
Eine modulare Bremssteueranlage für Lokomotiven könnte eine Sammelleitung mit mindestens zwei der folgenden Elemente umfassen: Bremsleitungsmodul, Bremszylindermodul, Bremssignalmodul, Ausgleichsbehältermodul, unabhängiges Bremsmodul und Stellmodul. Jedes der Module besitzt eine Modulsteuerung und hat darin ein Ereignisprotokoll und Daten gespeichert. Die Modulsteuerung speichert darin Daten, nachdem ein Ereignis festgestellt oder vorhergesagt wurde. Die Modulsteuerung sendet nach der Feststellung eines Ereignisses ein Ereignissignal an die Anlagensteuerung. Die Anlagensteuerung sendet periodisch ein Zeitgebersignal an die Zeitgeber auf jeder modularen Steuerung.
Eine modulare Bremssteueranlage für Lokomotiven könnte eine Sammelleitung mit mindestens zwei der folgenden Elemente umfassen: Bremsleitungsmodul, Bremszylindermodul, Bremssignalmodul, Ausgleichsbehältermodul, unabhängiges Bremsmodul und Stellmodul. Jedes der Module besitzt eine Modulsteuerung mit einem Betriebsmodus und eine elektrische Vorrichtung mit einem Status. Mit jeder der Modulsteuerungen ist eine Anlagensteuerung verbunden, um den Modus der Module zu steuern und den Status der Vorrichtungen aufzuschalten. Die Modulsteuerungen ignorieren Vorrichtungsaufschaltungen, wenn sie sich in einem Normalmodus befinden, und befolgen Vorrichtungsaufschaltungen, wenn sie sich in einem Testmodus befinden. Die Modulsteuerung speichert ein Betriebsprogramm und führt den Betrieb im Normalmodus und nicht im Testmodus aus. Die Modulsteuerungen befolgen Vorrichtungsaufschaltungen und führen das Betriebsprogramm in einem Überwachungsmodus aus. Die Modulsteuerung hat einen Normalmodus und einen Testmodus und befindet sich in Abwesenheit des Testmodusbefehls von der Anlagensteuerung im Normalmodus. Die Anlagensteuerung besitzt die Fähigkeit, Betriebsprogramme auf die Modulsteuerungen zu übertragen.
Andere Ziele, Vorteile und Neuerungen der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der Erfindung hervor, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Lokomotivensteuersystems nach dem Stand der Technik.
2 ist ein Blockdiagramm einer computergesteuerten Bremsausrüstung für Eisenbahnlokomotiven nach dem Stand der Technik.
3 ist eine Draufsicht des Bremssteuerabschnitts des Systems der 1 der CCB nach dem Stand der Technik.
4 ist eine schematische Darstellung einer Lokomotivensteueranlage nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
5A, 5B sind Datenflusspläne der Lokomotivensteueranlage der 4.
6A, 6B und 6C sind Datenflusspläne für die elektropneumatische Steueranlage nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Bremsventils nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Blockdiagramm der Lokomotivensteueranlage der 4.
9 ist eine Draufsicht der elektropneumatischen Steueranlage auf der Grundlage der Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Blockdiagramm eines Stromversorgungs-Verteilerkastens nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Blockdiagramm des Ausgleichsbehältersteuerabschnitts nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Blockdiagramm des Bremsleitungssteuerabschnitts nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Blockdiagramm des Bremssignal- oder 16 Leitungssteuerabschnitts nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Blockdiagramm des Stell- oder 13 Leitungssteuerabschnitts nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Blockdiagramm des unabhängigen oder 20 Leitungssteuerabschnitts nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Blockdiagramm des Bremszylindersteuerabschnitts nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein Blockdiagramm des Dreiwegventilsteuerabschnitts nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
18 ist ein Blockdiagramm des Steuerknotens der elektropneumatischen Steueranlage nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine schematische Darstellung des Kabelbaums für die elektropneumatische Steueranlage nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein computerunterstütztes Lokomotivensteuersystem nach dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Es ist festzuhalten, dass in den Figuren die Fluidleitungen des pneumatischen Systems mit durchgezogenen (1, 2) oder fetten (6, 8, 10–17) Linien dargestellt sind, wohingegen die elektrischen Verbindungen mit gestrichelten (1, 2) bzw. dünnen (6, 8, 10–17) Linien dargestellt sind. Wo immer dies möglich ist, haben die Elemente in den Figuren die selben Bezugszeichen wie jene des Standes der Technik in den 1 und 2. Alle Modifikationen haben dreistellige Bezugszeichen. Eine Hauptsteuerstation 50 umfasst den automatischen Bremshebel 31, den unabhängigen Bremshebel 32 und das Drosselelement 39. Die Lokomotive umfasst die Bremsleitung 40, die Hauptausgleichsbehälterleitung 41, die unabhängige Betätigungs- und Löseleitung 42 (#20 Leitung), die Stellleitung 43 (#13 Leitung) und eine 27-ädrige elektrische Multiple-Unit-Zugleitung 44. Das Standard-Entlüftungsventilpaar 46 ist auf der Bremsleitung 42 vorgesehen.
Die Hauptsteuerstation 50 ist in Fluidverbindung mit der Bremsleitung 40, so dass eine Notfallschaltung unmittelbar über Fluid auf die Bremsleitung übertragen werden kann. Ein Leiterventil 49 ist ebenfalls mit der Bremsleitung 40 zur Anwendung einer Notfallschaltung verbunden. Die Hauptsteuerstation 50 ist elektrisch mit dem Mikrocomputer 56 verbunden, ebenso wie das Touchscreen-Display 52 und eine Zusatzsteuerstation 54. Der Mikrocomputer 56 ist mit der Antriebspackung 45 verbunden, bei der es sich um eine Standard-Antriebspackung nach dem Stand der Technik handelt, und beide sind mit der 27-ädrigen Zugleitung 44 zur elektrischen Kommunikation mit den anderen Zuglokomotiven verbunden.
Ein elektropneumatisches Interface-Steuerventil 60 zwischen dem Mikrocomputer 56 und dem pneumatischen Bremssystem enthält gemäß Darstellung den Bremssteuerabschnitt 62 und einen Zusatzabschnitt 64, die beide mit dem Leitungsträger 63 verbunden sind. Das Interface-Steuerventil 60 bietet sämtliche Funktionen der Bremssteuerung, sowohl für die pneumatische wie für die elektrische Signalgebung, und für Zusatzsteuerungen. Der Leitungsträger 63 ist eine Verbindung aller Leitungs-Interfaces, der zur Vereinfachung der Wartung ein einheitliches Ventil bereitstellt. Der Leitungsträger 63 hat das benötigte Reservoir für Bremsbedienungen und enthält Wegwerffilter für die Pneumatikeingänge.
Der Bremssteuerabschnitt 62 versorgt alle Bremsabschnitte auf der Lokomotive. Auf diese Weise werden die Bremsleitung 40, der Bremszylinder 66 der Lokomotive, die unabhängige Bremsleitung 42 und die Stellleitung 43 gesteuert. Er stellt alle benötig ten elektrischen Interfaces für den Betrieb des Bremssystems zur Verfügung. Der Zusatzabschnitt 64 stellt pneumatische Steuerungen für die Sonderfunktionen zur Verfügung. Dies kann für die Sandstreuung, pneumatische Hupen, Klingeln usw. sein. Der Zusatzabschnitt 64 funktioniert unabhängig vom Bremsventil.
Ein erster Hauptbehälter 47 ist mit der Hauptbehälterausgleichsleitung 41 verbunden, so wie auch ein zweiter Hauptbehälter 48. Der zweite Hauptbehälter 48 ist mit dem elektromagnetischen Interface-Steuerventil 60 verbunden.
Das System der 1 ist eine Vereinfachung der Steuerungen durch Konsolidierung der zahlreichen technischen Steuervorrichtungen an zentraler Stelle. Die Steuerungen wurden in einer dreihebeligen Hauptsteueranlage 50 und einem Touchscreen-Display 52 konsolidiert. Der gesamte normale Zugbetrieb ist über diese beiden Vorrichtungen durchführbar. Kraftstoffpumpen-, Motorbetriebs-, Scheinwerfer-, Zusatzleuchten- und Heizungssteuerungen sind im Mikrocomputer 56 nicht enthalten, da diese den Betrieb nicht vereinfachen würden. Diese Funktionen befinden sich in der Zusatzsteuerstation 54. Im Unterschied zur Hauptsteuerstation 50 und zur Bremsleitung 40, die eine Notbremsanwendung direkt auf die Bremsleitung 40 bereitstellen, ist die Hauptsteuerstation 50 über den Mikrocomputer 56 mit dem pneumatischen Teil des Bremssystems verbunden.
Der automatische Bremshebel 31 gibt Signale an den Mikrocomputer 56 bis zur Ebene von Bremsbefehlen oder Sonderbefehlen ab. Der unabhängige Bremshebel 32, der eine unabhängige Steuerung der Lokomotivenbremse gegenüber der Zugbremse des automatischen Bremshebels 31 bereitstellt, gibt ebenfalls Signale an den Mikrocomputer 56 proportional zu den Hebel-Extremstellungen ab. Der unabhängige Bremshebel 32 besitzt eine Taste 32b, die einen Momentschalter betätigt. Das Drücken der Taste 32b ist ein Befehl, mit dem die Stellleitung 43 unter Druck gesetzt wird. Das Lösen der Taste bewirkt die Entlüftung der Stellleitung 43. Dies stellt die "Ausschöpf"-Funktion ("Bailoff") der automatischen Bremse bereit, und wenn die Taste dauernd gedrückt wird, das Öffnen einer Notbremse. Als Alternative könnte der unabhängige Bremshebel 32 selbst physisch gedrückt werden, um diese Funktion mechanisch und pneuma tisch auszulösen. Die Drossel 39 ist eine Steuerung für die 27-ädrige Zugleitung 44 für fremdverstärktes und Widerstandbremsen.
Ein Überblick über den Bremssteuerabschnitt 62 des Interface-Steuerventils 60 wird mit Bezug auf 2 gegeben. Der Bremssteuerabschnitt 62 ist mit einem Hauptbehälter MR, der Hauptbehälterausgleichsleitung 41 und dem Auslass EXH sowie dem Ausgleichsbehälter 36, dem Steuerbehälter 65 und dem Zusatzbehälter 68 pneumatisch verbunden. Er stellt zudem einen pneumatischen Ausgang zum Bremszylinder BC 66, zur Bremsleitung 40, zur unabhängigen Betätigungs- und Löseleitung 42 und zur Stellleitung 43 dar.
Der Bremssteuerabschnitt 62 empfängt elektrische Steuersignale für den Ausgleichsbehälterdruck, das Bremsleitungssperrventil, den Steuerbehälterdruck, den Druck für die unabhängige Betätigungs- und Löseleitung und den Stellleitungsdruck vom Mikrocomputer 56. Eingänge in den Mikrocomputer 56 umfassen die elektrischen Signale für die automatische Bremse und die unabhängige Bremse von der Hauptsteuerstation 50, Penalty-Eingänge von Standard-Penalty-Vorrichtungen als elektrische Signale sowie als Gruppe elektrischer Rückkoppelungssignale. Diese Rückkoppelungssignale von Drucksensoren in 2 und 3 umfassen den Bremsleitungsdruck 70, den Notabsperrdruck 71, den Ausgleichsbehälterdruck 72, den Steuerbehälterdruck 74, den Bremszylinderdruck 73, den Stellleitungsdruck 76 und den Druck der unabhängigen Betätigungs- und Löseleitung 75, den Hauptbehälterdurchfluss- 77 und den Hauptbehälterleitungsdruck 78.
Die an eine Sammelleitung oder einen Leitungsträger 63 montierten Elemente im Layout der pneumatischen Steueranlage oder des Bremssteuerabschnitts 62 sind in 3 dargestellt. Die verwendeten Bezugszeichen entsprechen jenen im U.S.-Patent Nr. 5,172,316. Die Anlage umfasst eine Bremsleitung, 13 Leitung und 20 Leitungsfilter 67. Der Bremsleitungswandler 71, der Bremszylinderwandler 73, der Hauptbehälterwandler 78 und der Behälterdurchflusswandler 77 sind direkt an der Sammelleitung montiert. Ein Druckschalter PS-BP für einen Notfalldrucksensor 70 für die Bremsleitung ist ebenfalls auf der Sammelleitung vorgesehen. Der Drucksensorkanal PS-13 für den 13 Leitungsdruckschalter 76 ist ebenfalls direkt auf der Sammelleitung dargestellt. Der Ausgleichsbehälterwandler 72, der Bremssignal- oder 16 Kanalwandler 74 und unabhängige oder 20 Leitungswandler 75 sind an ihren Drucksteuerungen 82, 91 bzw. 98 montiert.
Die Stell- bzw. 13 Leitungssteuerung 99 ist ebenfalls an der Sammelleitung montiert und umfasst ein 13 Sperrventil 13 CO, ein 13 Magnetauslassventil MV13E und ein getrennt montiertes Versorgungsmagnetventil MV13S. Ein Magnetventil MVER 83, das die Ausgleichsbehältersteuerung 82 mit dem Ausgleichsbehälter verbindet, ist unmittelbar an der Sammelleitung befestigt, ebenso wie das Bremsleitungsrelais 84 und die Bremsleitungsausschaltung 86. Die Bremsleitungsausschaltung 86 umfasst einen vorgesteuerten pneumatischen Abschnitt BP-CO und ihren elektropneumatischen Abschnitt MV53. Ein vorgesteuertes Entlüftungsventil PVEM 87 ist an der Bremsleitung montiert, um die Bremsleitung zu entlüften, und wird von einem elektropneumatischen Ventil MVEM 89 gesteuert. Der Ausgang der Steuerbehälterdrucksteuerung 91 ist über das Schlepp-Ausschaltventil MV16T 92 angeschlossen. Das Notfallventil PVE 95 und das Doppelrückschlagventil DRV 96 sind ebenfalls an der Sammelleitung montiert. Über die gesamte Sammelleitung sind Testpunkte TP vorgesehen.
Es ist zu beachten, dass die Reaktion des Dreiwegventils 93 auf die Bremsleitung nicht dargestellt ist, weil dieses in der CCB nicht zusammen mit den anderen Elementen an der Sammelleitung montiert ist. Eine Prüfung der 3 ergibt, dass eine beträchtliche Anzahl von vierunddreißig linienabnehmbarer Elemente an der Sammelleitung montiert sind. Alle Elemente mit Bezug auf eine spezifische Funktion sind nicht in einem Einzelmodul montiert und können deshalb nicht als Einzelmodul zum Austauschen, Reparieren oder zur Eliminierung der betreffenden Funktion abgenommen werden. Ähnlicherweise sind unterschiedliche linienabnehmbare Elemente mittels unterschiedlicher Befestigungen und Muttern montiert, weshalb mehrere unterschiedliche Werkzeuge benötigt werden, um die pneumatische Steueranlage zu warten.
Ein Überblick über die Bremssteueranlage für Lokomotiven gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 4 gegeben. Das System umfasst ein elektronisches Bremsventil EBV, das als Eingabeabschnitt über die Schnittstelle Mensch-Maschine dient. Das elektronische Bremsventil EBV umfasst den automatischen Bremshebel 31 und einen unabhängigen Bremshebel 32 mit einem "Ausschöpf"-Schalter. Ein leicht lesbares digitales Display liefert prompte Informationen über den Solldruck des Ausgleichsbehälters. Dies verhindert die anderen Systemen inhärente Rückkoppelungsverzögerung und ermöglicht den Lokomotiventechnikern die Ausübung einer präzisen Bremssteuerung. Als ausfallsichere Funktion bedient das elektrische Bremsventil EBV eine direkt wirkende Notentlüftung der Bremsleitung. Es besitzt zudem ein konfigurierbares Display.
Ein integriertes Prozessormodul IPM ist der Hostcomputer für die verteilte Energie in einem elektronischen Luftbremsensystem. Das IPM verwaltet die elektrischen Interfaces zwischen dem Bremssystem, der Lokomotive und dem Zug. Es kommuniziert mit integrierten Lokomotiven und bildet die Schnittstelle zu elektrischen Zugleitungen. Das IPM kann mit einer tragbaren Testanlage zur Ausführung von Systemdiagnostiktests und Fehlersuche kommunizieren. Es besitzt zudem die Fähigkeit, verteilte Energie mit den entsprechenden Hardware- und Software-Upgrades zu bearbeiten und/oder in diese einzubeziehen. Das IPM stellt eine hochwertige Bremssteuerlogik sowie eine Lokomotivensystemintegration, Kommunikation oder Interfacing bereit. Als bevorzugtes Verteilersystem ist LOCOTROL Distributed Power Control von GE-Harris zu nennen. Dieses umfasst beispielsweise das Display, Druck und Remote Sessions, Setup-Funktionen (vorne/hinten), Penalties und Diagnostikprotokolldatei.
Eine elektropneumatische Steueranlage EPSA verwaltet die pneumatische Schnittstelle zwischen dem Bremssystem, der Lokomotive und dem Zug. Sie steuert die Lokomotivenbremszylinder, Bremsleitung, unabhängige Betätigungs- und Löseleitung und die Stellleitung. Die elektropneumatische Steueranlage umfasst jene Abschnitte des Systems, die sich auf die einzelnen Leitungen beziehen. Jeder Abschnitt besitzt eine Elektronik und eine Pneumatik, die zu integrierten, linienersatzfähigen Einheiten für Module kombiniert sind. Jede linienersatzfähige Einheit stellt eine grundlegende Betriebseinheit im System dar, kann in zwanzig Minuten auf der Strecke mit Hilfe eines einzigen Schraubenschlüssels ausgetauscht werden und ist leicht genug, um von einer Einzelperson bewegt zu werden. Die elektronischen Teile der einzelnen austauschbaren Einheiten sind verkapselt, in einer Standardkonfiguration und voneinander unabhängig. Wie aus 4 zu entnehmen ist, umfasst die elektropneumatische Steueranlage EPSA nur sieben austauschbare Einheiten im Vergleich zu den vierunddreißig der 3 auf dem Stand der Technik.
Die Bereitstellung modularer Abschnitte in der EPSA verbessert die Wartbarkeit und verringert die Standzeiten der Lokomotive. Sie ermöglicht zudem das Upgrading eines bestimmten Abschnitts der elektropneumatischen Bremssteuerung durch den gleichzeitigen Austausch aller Abschnitte dieser Funktion. Sie ermöglicht auch die Eliminierung eines bestimmten Abschnitts, wenn sich die Bedürfnisse ändern und Lokomotivenausführungen und Zugsysteme später verändert werden. Sie ermöglicht auch wesentlich einfachere Umgestaltungen für Kundenansprüche sowie Upgrades auf zukünftige Designs. Gleichermaßen vereinfacht die Bereitstellung der linienersatzfähigen Einheiten mit allen pneumatischen, elektronischen und elektropneumatischen Elementen auf dem selben Block die Konstruktion der Sammelleitung, weil die Verknüpfungen der Elemente auf den Modulen sich in den linienersatzfähigen Einheiten befinden.
Die unterschiedlichen Abschnitte der Lokomotivensteueranlage sind mit einem Echelon LonWorks Netzwerk verbunden. Dieses verbindet nicht nur die Module der EPU, sondern auch die EPU mit dem IPM, EBV und dem EP-Router. Das System besitzt auch die Fähigkeit zur Kommunikation anhand elektropneumatischer Steuerungen mit jedem der individuellen Wagen durch den EP-Router. Da die American Association of Railroads, AAR, einen Standard für elektropneumatische Waggonbremsen mit dem Echelon LonWorks Kommunikationsprotokoll ausgewählt hat, ist die Kommunikation vereinfacht. Dadurch reduziert sich die Anzahl der Protokolle im gesamten Zugsystem. Die wechselseitige Kommunikation der linienersatzfähigen Einheiten ermöglicht auch die Kommunikation zwischen den linienersatzfähigen Einheiten oder Modulen und ermöglicht ein Backup oder eine Redundanz einer Einheit für eine andere.
Die ultimative Konstruktion der Lokomotivenbremsen-Zentralanlage oder des Systems der vorliegenden Erfindung beansprucht nicht mehr als 224 dm³. Dies ist wesentlich kleiner als der oben erörterte Stand der Technik mit 229 dm³ und 459 dm³.
Ein Überblick über den Datenflussplan für das Lokomotivenbremssystem der 4 ist in 5 dargestellt, und der Datenflussplan für die EPSA ist in 6 dargestellt. Die einzelnen linienersatzfähigen Einheiten der EPSA umfassen Neuronchips oder Mikrocomputer mit Selbstdiagnostikfähigkeiten. Die Diagnostik jeder linienersatzfähigen Einheit kann für rasche, effiziente Fehlerbehebung heruntergeladen werden. Das modulare Design ermöglicht den Austausch der LRUs auf der Strecke, wodurch die Notwendigkeit beseitigt wird, die Lokomotive aus dem Betrieb zu nehmen. Diese Fähigkeit vereinfacht die Wartungsaufgabe und bietet das Potenzial, die Flotte auf Basis einer "Wartung-nach-Bedarf"-Strategie zu betreiben. Durch die Gruppierung anhand natürlicher Grenzen und die Verwendung von Netzwerkknoten wird die Softwareentwicklung erleichtert. Jede Netzwerkknotenkomponente kombiniert ein Hardware-Software-"Objekt" mit einer inhärent sauberen Schnittstelle.
Ein Blockdiagramm des elektrischen Bremsventils EBV ist in 7 dargestellt. Der Steuerknoten umfasst die Kommunikation mit den Lon Networks und wird mit einem 24-Volt-Eingang versorgt. Das Display für den Ausgleichsbehälter-Sollwert ist an den Steuerknoten angeschlossen. Der automatische Bremshebel 31 liefert elektrische Eingänge in die elektrischen Abschnitte Automatische Betätigung (AP), Automatische Lösung (AR), Automatische Notfallbedingung 1 u 2 (AE1, AE2) und Entlüftungsventil VV. Der Ausgang der Automatischen Betätigung und Automatischen Lösung und Automatischen Notfallbedingung 1 wird an den Steuerknoten abgegeben. Der Ausgang der Automatischen Notfallbedingung 2 wird als Ausgangssignal MV53 an das elektromagnetische Ventil MV53 der EPSA zur Entlüftung der Bremsleitung abgegeben. Ebenfalls in Reaktion auf das elektrische Signal vom automatischen Bremshebel 31 gibt das Entlüftungsventil W ein pneumatisches Entlüftungssignal auf Leitung 21 ab, ebenfalls um die Bremsleitung in der EPSA zu entlüften.
Der unabhängige Bremshebel 32 gibt über den unabhängigen Druckabschnitt IP, den unabhängigen Löseabschnitt IR und den unabhängigen Maximumabschnitt IM ein elektrisches Signal an den Steuerknoten ab. Das elektronische "Ausschöpf"-Signal (Bailoff) vom unabhängigen Hebelabschnitt 32B gibt ein erstes "Ausschöpf"-Signal BO1 an den Steuerknoten und ein zweites "Ausschöpf"-Signal von Abschnitt BO2 als "Ausschöpf"-Ausgangssignal BOBU an den Bailoff-Abschnitt der EPSA ab. Eine detailliertere Darstellung der elektrischen, mechanischen und pneumatischen Verknüpfung der Elemente des Systems ist in 8 gegeben. Das integrierte Prozessormodul IPM ist angeschlossen mittels RS 232-Verbindung an den integrierten Lokomotivencomputer ILC und an eine tragbare Testanlage PTU dargestellt. Die anderen Eingänge in das IPM kommen von der Antriebs- und der Widerstandbremssteuerung.
Die elektropneumatische Steueranlage EPSA umfasst das Bremsleitungssteuermodul BLSM, einen Ausgleichsbehältersteuerabschnitt ABSA, ein Abschlepp-Dreiwegventil DBTV, einen Bremssignal- oder 16 Leitungssteuerabschnitt 16 SA und unabhängigen oder 20 Leitungsabschnitt 20 SA, einen Bremszylindersteuerabschnitt BZSA, einen Stellleitungs- oder 13 Leitungssteuerabschnitt 13SA und einen Stromversorgungsverteilerkasten PJGB. Jedes dieser Module ist eine linienersatzfähige Einheit, wobei die elektrische Verknüpfung in den schmalen Linien und die pneumatische Verknüpfung in den fetteren Linien dargestellt ist. Eine Kommunikationsschleife ist LonWorks und enthält eine 24-Volt-Stromleitung.
Eine Ansicht der einzelnen linienersatzfähigen Einheiten oder Module und Verknüpfungen durch einen einzelnen Kabelbaum 100 ist in 9 dargestellt. Der Kabelbaum 100 enthält sämtliche elektrische Verknüpfungen zwischen den einzelnen linienersatzfähigen Einheiten oder Modulen untereinander und mit äußeren Steuersignalen über den Stromversorgungs- und Verteilerkasten PSJB.
In dem besonderen dargestellten Ausführungsbeispiel ist keine Verbindung zum Bremszylinderabschnitt BC oder zum Dreiwegventilabschnitt TV vorhanden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel würde jedes dieser Module einen Steuerknoten oder zumindest irgendeine Form der Kommunikation enthalten, und deshalb bestünde eine Verbindung zu diesen Modulen auch über den Kabelbaum 100. Der Schaltplan des Kabelbaums ist in 27 dargestellt, wobei die Verbindungen in 28a und b und 29a und b und mit einem Stecker in 30 illustriert sind. Diese werden sämt lich im Folgenden erörtert. Durch die Verwendung eines Kabelbaums wird die Anschlussfähigkeit und Ersetzbarkeit wesentlich vereinfacht.
Mit einem Befestigungselement 102 in Einheitsgröße werden die linienersatzfähigen Einheiten an der Sammelleitung 104 befestigt. Es ist zu beachten, dass sämtliche der erforderlichen Filter 67 ebenfalls unmittelbar an der Sammelleitung befestigt sind. Durch die Verwendung eines Befestigungselements in Einheitsgröße bzw. mit Einheitskopf kann ein einziges Werkzeug zum Entfernen sämtlicher linienersatzfähiger Einheiten benützt werden. Es ist ebenfalls festzuhalten, dass die linienersatzfähigen Einheiten so konzipiert sind, dass sie nicht mehr als beispielsweise 17 kg wiegen. So kann eine Einzelperson die linienersatzfähigen Einheiten oder Module problemlos entfernen und mit diesen hantieren.
Neben der Einzelabschnittverbindung oder dem Steckanschluss für alle elektrischen Leiter, welche den Kabelbaum 100 verwenden, besitzt jedes linienersatzfähige Modul die entsprechenden Testpunkte physisch auf dem Modul. Gleichermaßen besitzt jedes Modul den benötigten Druckwandler, der von seinem lokalen Steuerknoten oder Mikroprozessor zu benützen ist, und ebenso die Verbindung durch den Kabelbaum.
Ein Blockdiagramm des Stromversorgungs- und Verteilerkastens PSJB ist in 10 dargestellt. Die Eingänge von der Lokomotive sind 74-Volt-Eingang, Zugleitung 21, welche das Widerstandbremsbeginnsignal ist, und Zugleitungen 13 und 4, welche die positiven und negativen Leitungen sind. Die Schnittstelle zum elektrischen Bremsventil EBV ist LonWorks Kommunikationsleitung LON, und 24-Volt-Strom, der von einem Filter erzeugt wird, und 24-Volt-Stromversorgung vom 74-Volt-Eingang von der Lokomotive. Ein "Ausschöpf"-Backupsignal BOBU, das an das Relais K1 als Eingang in das Relais K1 abgegeben wird, und das Entlüftungssignal MV 53 für das Magnetventil 53 des EPSA zur Entlüftung der Bremsleitung. Der Eingang vom integrierten Prozessmodul IPM ist die LonWorks-Leitung LON und das Notentlüftungssignal EMV.
Das Widerstandbremsbeginnsignal TL 21 wird durch einen Filter als Ausgang an einen Ausgang TL 21 zu den linienersatzfähigen Einheiten abgegeben. Das "Ausschöpf"-Backupsignal BOBU wird durch das Relais K1 an das Magnetventil MV13 der linienersatzfähigen Einheit für den 13 Abschnitt abgegeben. Ein automatisches Notsignal MV 53 vom elektrischen Bremsventil wird als Ausgang MV 53 an den Bremsleitungssteuerabschnitt BPPC abgegeben.
Obwohl einzelne Kabel den Eingang von IPM, EBV und LOC zum Verteilerkasten befördern, erfolgen alle elektrischen Ausgänge zu den linienersatzfähigen Einheiten oder Modulen vorzugsweise über den Kabelbaum 100. Das in 9 dargestellte Ausführungsbeispiel, wo der Bremszylindersteuerabschnitt BZSA und der Dreiwegventilabschnitt TV keine elektronischen Elemente enthalten, können diese je einzeln Widerstandbremsverriegelungen enthalten. In einem solchen Fall wäre das Widerstandbremsverriegelungssignal entweder einzeln durch einen einzelnen Leiter oder als Teil des Kabelbaums 100 angeschlossen.
Der Ausgleichsbehältersteuerabschnitt wie in 11 dargestellt umfasst einen Steuerknoten, der mit dem LON-Netzwerk verbunden ist und eine 24-V-Versorgung erhält. Der Hauptbehälter MR ist mit der Ausgleichsbehältersteuerung 82 verbunden, die ein Anwendungs- und Löseventil und einen mit dem Ausgang desselben verbundenen Ausgleichsbehälterwandler 72 umfasst. Ein Hauptbehälterwandler 78 ist ebenfalls enthalten. Die Ausgleichsbehältertestpunkte ERTP und Hauptbehältertestpunkte MRTP sind ebenfalls am ABSA-Modul vorhanden. Die Bremsleitung ist durch DEF/CCV angeschlossen, worin ein Lade-Drossel-/Rückschlagventil enthalten ist, welches das Laden des Hauptbehälters von der Bremsleitung aus ermöglicht. Ein Ausgleichsbehälter-Backupsignal ABBU vom 16 Modul wird an das Wahlventil MVER 83/180 des elektropneumatischen Ausgleichsbehälters (AB) abgegeben. Das AB Wahlventil wählt zwischen dem ABBU-Signal und dem Ausgang der AB Drucksteuerung 82 des Steuerknotens. Die elektropneumatischen Ventile der AB Drucksteuerung 82 werden ebenfalls vom Steuerknoten gesteuert. Der Ausgang des AB Wahlventils 83/180 ist ABP, wobei es sich um einen Druck handelt, der den Druck am Ausgleichsbehälter regelt.
Der Bremsleitungssteuerabschnitt bzw. das Modul BLSM wie in 12 dargestellt umfasst einen Steuerknoten, der mit dem LON verknüpft ist und ein 24-V-Stromsignal empfängt. Der Hauptbehälter ist an das Bremsleitungssteuermodul angeschlossen, das einen zweiten Hauptbehälterwandler 78' und einen Hauptbehälterdurchflusswandler 77 enthält. Ein Durchflusstestpunkt TPFL ist ebenfalls vorgesehen. Der Hauptbehälter MR ist auch mit dem Bremsleitungsrelaisventil 84 verbunden, das ein Steuersignal vom Ausgleichsbehälter AB empfängt. Der Ausgang des Bremsleitungsrelais 84 geht an das pneumatische Bremsleitungssperrventil 86, das ein Steuersignal von einem elektropneumatischen MV 53 empfängt. MV 53 wird vom Steuerknoten gesteuert und empfängt über den Verteilerkasten auch ein elektrisches Signal MV 53 vom automatischen Hebel 31 des elektrischen Bremsventils EBV, wie in 7 dargestellt. Der Bremsleitungswandler 71 ist mit der Bremsleitung am Entlüftungsventil zu beiden Enden der Lokomotive verbunden und gibt seinen Ausgang an den Steuerknoten ab. Ein Bremsleitungsdrucktestpunkt TPBP ist ebenfalls vorgesehen. Wenn sich die gegenständliche Lokomotive im Führungsmodus befindet, liefert sie die Steuerung der Bremsleitung. Wenn nicht, wird die Bremsleitungssperre 86 aktiviert, um die Bremsleitung vom Bremsleitungssteuerungs-Bremsleitungsrelais 84 zu isolieren.
Der Bremsleitungssteuerabschnitt BLSM umfasst eine Bremsleitungsentlüftung unabhängig vom Bremsleitungsrelais 84. Ein pneumatisches Bremsleitungsentlüftungsventil PVEM 87 entlüftet die Bremsleitung als Reaktion auf pneumatische Signale. Eines der pneumatischen Signale ist die 21 Leitung vom automatischen Hebel 31 des elektrischen Bremsventils EBV der 7. Der zweite pneumatische Eingang für das Bremsleitungsentlüftungsventil 87 ist vom elektropneumatischen Ventil MVEM 89. Es empfängt sein Steuersignal vom lokalen Steuerknoten. Der lokale Steuerknoten kontrolliert die Bremsleitung durch den Bremsleitungswandler 71 und aktiviert nach Feststellung einer Notfallreduktion das elektropneumatische Ventil MVEM zur Auslösung des Bremsleitungsentlüftungsventils 87 zur unmittelbaren Entlüftung der Bremsleitung. Dies treibt und beschleunigt die Notsignalübertragung durch die Bremsleitung.
Im Unterschied zum System auf dem Stand der Technik der 1 und 3 ist ein zusätzliches elektropneumatisches Ventil EMV 182 vorgesehen, um ein pneumatisches Signal zur Aktivierung des Bremsleitungsentlüftungsventils 87 als Reaktion auf ein elektrisches Signal EMV vom integrierten Prozessmodul IPM abzugeben. Das IPM liefert Backup an den lokalen Steuerknoten und das elektrische Magnetventil 89 und das elektrische Bremsventil EBV. Das IPM kann einen Notbremszustand unabhängig vom Bedienhebel oder Bremsleitungsdruck auslösen.
Der 16 Leitungssteuerabschnitt 16SA oder der Bremssignalabschnitt umfasst einen Steuerknoten, der mit den LON Works verbunden ist und den 24-V-Strom wie in 13 dargestellt empfängt. Der Bremszylinder wird vom Bremszylinderwandler 73 kontrolliert und besitzt auch einen Bremszylindertestpunkt TPBC. Der Hauptbehälter MR ist mit der Steuerbehälterdrucksteuerung 91 verbunden, die Betätigungs- und Löseventile unter der Kontrolle des Steuerknotens umfasst, wobei deren Ausgang vom 16 Leitungswandler 74 kontrolliert wird. Der Ausgang der Steuerbehälterdrucksteuerung 91, bei dem es sich um ein Bremssignal handelt, wird an das elektromagnetische MV 16 unter der Kontrolle des Steuerknotens abgegeben, dessen Ausgang mit einem Steuerbehälterwahlventil PVTV 192 verbunden ist. Der andere Eingang in das Steuerbehälterwahlventil 192 ist ein Steuerbehälter-Backupsignal 16 TV vom Dreiwegventil 93, dargestellt in 17.
Im Normalbetrieb wählt das Wahlventil 192 den Ausgang der Steuerbehälterdrucksteuerung 91 und liefert seinen Ausgang an ein Doppelrückschlagventil 96. Der andere Eingang des Doppelrückschlagventils 96 kommt von einem Notfallventil PVE 95, das seinen Steuereingang von einem Doppelrückschlagventil 94 empfängt, das den höheren von Bremsleitungsdruck BP und Stellleitungsdruck 13 wählt. Ein Reglerventil ELV verbindet den Hauptbehälter mit dem Notfallventil 95.
Der 16 Steuerabschnitt enthält auch einen zweiten Bremsleitungswandler 71'. Der zusätzliche Bremsleitungswandler 71' dient nicht nur als Backup für den Bremsleitungswandler 71 im Bremsleitungssteuermodul der 12, sondern er ermöglicht auch dem Steuerknoten des 16 Steuerabschnitts die direkte und unabhängige Bestimmung des Bremsleitungsdrucks. Der Ausgang der Steuerbehälterdrucksteuerung 91 wird als pneumatisches Signal 16 ABBU an ein elektropneumatisches Ausgleichsbehälter wahlventil abgegeben, das vom elektrischen Signal 16 ABBU SELECT vom Steuerknoten des 16 Steuerabschnitts gesteuert wird. Dies ermöglicht dem Steuerknoten des 16 Steuerabschnitts, die Steuerbehälterdrucksteuerung 91 als Backup für das Ausgleichsbehältersteuermodul 82 zu bedienen.
Das Ausgleichsbehälter-Backupventil 181, wie in 14 dargestellt, ist im 13 Steuerabschnitt untergebracht und sendet das 16 ABBU Signal unter der Steuerung des elektrischen 16 ABBU Signals als Ausgleichsbehälter-Backupsignal ABBU an das Ausgleichsbehälterwahlventil 180 im Ausgleichsbehältersteuerabschnitt der 11. Es ist zu beachten, dass der Ort des Ausgleichsbehälter-Backupventils 180 auf dem 13 oder Stellabschnitt der 14 eine Sache der Annehmlichkeit und Verfügbarkeit von Platz ist. Da der Ort überall im System sein kann, ist er vorzugsweise Teil des 16 Steuerabschnitts der 13 oder des Ausgleichsbehältersteuerabschnitts der 11, doch an keinem Ort war ausreichend Platz zur Unterbringung eines zusätzlichen elektropneumatischen Ventils.
Wenn der Ausgang der Steuerbehälterdrucksteuerung 94 als Ausgleichsbehälter-Backup verwendet wird, wird das sekundäre Bremssignal 16 TV vom Dreiwegventil 93 der 17 als Bremssignaleingang in die 16 Leitung abgegeben. Wie mit Bezug auf 17 diskutiert wird, ist dies ein ausschließlich pneumatisch betriebenes Signal von der Bremsleitung und kein elektrisch gesteuertes Signal unter einem Steuerknoten. Ein Steuerknoten des 16 Steuerabschnitts empfängt auch das Widerstandbremsbeginnsignal TL 21.
Der 13 Steuer- oder Stellleitungssteuerabschnitt 13SA wie in 14 dargestellt umfasst einen Steuerknoten, der das LON Network und eine 24-Volt-Stromleitung aufnimmt. Er empfängt auch ein elektrisches Eingangssignal MV 13, bei dem es sich um ein elektrisches "Ausschöpf"-Signal (Bailoff) vom elektrischen Bremsventil EBV der 7 handelt, über das Relais K1 des Verteilerkastens der 10. Das Steuermodul 13SA steuert die 13 Leitung durch eine Stelldrucksteuerung 99, die ein elektropneumatisches Versorgungsventil MV 13S, ein pneumatisches Sperrventil 13 CO und ein elektromagnetisches Entlüftungsventil MV 13E umfasst. Ein 13 Wandler 76 ist mit dem Steuerknoten verbunden, und ein Drucktestpunkt TP13 ist ebenfalls im 13 Steuerabschnitt vorgesehen.
Der unabhängige Betätigungs- und Löse-20-Steuerabschnitt 20CP, wie in 15 dargestellt, umfasst einen Steuerknoten, der mit dem LON Network verbunden ist und eine 24-Volt-Stromversorgung empfängt. Der Steuerknoten steuert die unabhängige Drucksteuerung 98, die ein Betätigungs- und Löseventil besitzt. Ein Paar 20 Druckwandler 75, 75' und ein 20 Leitungstestpunkt TP20 sind im Modul ebenfalls vorgesehen. Der Ausgang der unabhängigen Drucksteuerung 98 wird durch ein elektropneumatisches Ventil MVL/T zu einem Relaisventil REL/P abgegeben. Der Ausgang des Relaisventils wird durch ein vorgesteuertes Sperrventil PVL/T an die 20 Leitung abgegeben. Das elektropneumatische Ventil MVL/T enthält auch einen Sperrventilabschnitt zur Trennung der unabhängigen Drucksteuerung 98 vom Relais REL/P und gleichzeitigen Trennung des Ausgangs des Relais REL/P von der 20 Leitung.
Der Bremszylindersteuerabschnitt BZSA wie in 16 dargestellt umfasst einen mit dem LON Network verbundenen Steuerknoten und empfängt eine 24-Volt-Stromversorgung. Der andere Eingang in den Steuerknoten ist das Widerstandbremsbeginnsignal TL21. Wie bereits erörtert, ist vorzugsweise ein Steuerknoten vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel der 9 ist der Steuerknoten nicht vorgesehen, und der TL 21 Leiter ist direkt mit der Widerstandbremsverriegelung WBV1 verbunden, die in gestrichelten Linien dargestellt ist. Ein Doppelrückschlagventil DRV 194 gibt das höhere von 16 Leitungssignal oder 20 Leitungsbremssignal zur Steuerung des Bremszylinderrelais 37 ab, welches den Bremszylinderkanal BC steuert.
Auf dem Bremszylindersteuerabschnitt BZSA ist ein Kanal vorgesehen, um eine rückstellende Widerstandbremsverriegelung WBV1 zu empfangen, wie in 9 dargestellt. Wenn die Widerstandbremsverriegelung WBV1 im Kanal nicht vorgesehen ist, wird der Kanal abgedeckt und es besteht eine direkte Verbindung zwischen dem 16 Leitereingang und dem Doppelrückschlagventil 194. Wenn eine Widerstandbremsverriegelung WBV1 vorgesehen ist, ist sie unter der Kontrolle des Steuerknotens als Re aktion auf das Widerstandbremsbeginnsignal TL 21 und ermöglicht das Rücksetzen der pneumatischen Bremssteuerung nach Lösen der dynamischen Bremse.
Das Dreiwegventilmodul der 17 umfasst einen Steuerknoten, der mit dem LON Network verbunden ist und eine 24-Volt-Stromversorgung empfängt. Wie beim Bremszylindersteuerabschnitt wird ein Widerstandbremssignal TL 21 (BG) an den Steuerknoten zur Steuerung einer Widerstandbremsverriegelung WBV2 abgegeben. Der Steuerknoten kann nicht benützt werden und das Signal kann direkt mit der Widerstandbremsverriegelung verbunden werden. Die Widerstandbremsverriegelung ist in Durchsicht dargestellt. Die Widerstandbremsverriegelung WBV2 wird in einem Kanal in der Steuerung im Dreiwegventilsteuerungsmodul zwischen dem Hauptbehälter MR und einem Doppelrückschlagventil DRV empfangen, wie in 9 dargestellt. Die Widerstandbremsverriegelung WBV2 ist eine nicht rücksetzende Verriegelung. Wenn die Widerstandbremsverriegelung WBV2 nicht anwesend ist, ist der Hauptbehälter blockiert, und die 13 Leitung ist direkt mit dem "Ausschöpf"-Ventil BO verbunden. Der elektropneumatische Steuerabschnitt EPSA kann keine Widerstandbremsverriegelung oder eine erste oder zweite enthalten, nicht aber beide. Der zweite Eingang in das Doppelrückschlagventil ist die 13 Leitung. Das höhere der zwei Signale wird an ein pneumatisches "Ausschöpf"-Ventil abgegeben und wird in den 13 Abschnitt rückgeführt.
Ein Dreiwegventil DBTV reagiert auf den Unterschied zwischen Bremsleitungs- und einem Zusatzbehälterdruck, um den Zusatzbehälter von der Bremsleitung zu laden und ein Ausgangssignal an das "Ausschöpf"-Ventil BO zu abzugeben. Der Ausgang des "Ausschöpf"-Ventils wird als pneumatisches sekundäres oder Backup-Bremszylinderbremssignal an Ausgang 16 TV abgegeben. Dieser wird an den 16 Abschnitt abgegeben.
Die Steuerknoten jedes der Module oder linienersatzfähigen Einheiten der elektropneumatischen Steuerung sind in einem einheitlichen Design ausgeführt. Der Steuerknoten stellt die elektrische Steuerung des Steuerabschnitts und die Kommunikation mit anderen Modulen sowie dem Rest des Systems bereit, indem er Befehle und Daten über das LonWorks Network sendet. Der Steuerknoten liest Analogwandler und treibt die Magnetventile auf dem Steuerabschnitt mit seiner zugeteilten Funktion und den empfangenen Befehlen. Der Betrieb des Steuerknotens wird von Software gesteuert, die im Feld umprogrammierbar ist. Er ist auch geeignet, eine History oder ein Protokoll des Steuerabschnitts und der Systeminformationen zu führen, was für seine Zuverlässigkeit im Betrieb sowie für Informationen für Diagnostik und Fehlerbehebung von Bedeutung ist.
Der Standardblock ist in 18 dargestellt. Ein Neuron kommuniziert durch einen Transceiver mit dem LON Network. Er enthält einen Stromrücksetzkreis und einen Oszillator. Die Stromquelle empfängt den 24-Volt-DC-Eingang und gibt 5 Volt DC Digital- und 5 Volt DC Analog-Ausgang ab. Er enthält ein Flash-ROM und ein nicht-flüchtiges RAM. Vier Analog-Eingänge werden von einem Eingangssignalaufbereiter aufbereitet, und der Vierkanal-Multiplex-Analog-Digital-Umsetzer konvertiert die Eingänge für das Neuron auf digital. Einer der Eingänge wird als Analogsignal an einen EPA-Kreis und an einen High-Level-Treiber für vier Magnetventil-Optitreiber abgegeben. Ein Digital-Analog-Umsetzer verbindet das Neuron mit dem EPA-Kreis. Der EPA-Kreis ist ein Analogtreiberregelkreis des AW4, der Impuls mit modulierten Signalen an elektropneumatische Betätigungs- und Lösesteuerventile abgibt. Zwei digitale Eingänge sind optisch isoliert und mit dem System verbunden. Der Anschluss des Steuerknotens der 26 für fünf Steuerabschnitte oder Module ist in Tabelle 1 dargestellt.
Die spezifische Verdrahtung des Kabelbaums 100 ist in 19 dargestellt. Die gestrichelten Linien rund um den Bremssteuerabschnitt BZSA und das Dreiwegventil DBTV zeigen an, dass diese Verbindungen vom Kabelbaum in der Konfiguration nicht bereitgestellt werden, wenn kein Steuerknoten vorhanden ist. Der Anschluss des Leiters für die Widerstandbremsverriegelung kann im Kabelbaum 100 oder eine getrennte Direktverbindung sein.
Durch Montage des Stromversorgungs- und Verteilerkastens PSJB auf der Sammelleitung 104 fungiert die Sammelleitung als Wärmesenke für die Stromversorgung. Dies schafft eine erhebliche Metallmasse als Wärmesenke. Es reduziert die physische Größe der Stromversorgung, weil keine zusätzliche Wärmesenke benötigt wird. Die Hitze beeinträchtigt nicht den Betrieb der Pneumatik.
In 5 und 6 ist zu sehen, dass jede der elektropneumatischen Steueranlagen eine Modul ID besitzt. Diese ID ist im Steuerknoten oder einer anderen Speichervorrichtung auf dem Modul gespeichert. Diese Modul ID wird zum integrierten Prozessormodul IPM kommuniziert. Das IPM kann ein Protokoll der spezifischen ID der einzelnen Module führen. Keine zwei Module besitzen die selbe Nummer. So kann das IPM ein Protokoll davon führen, welche Einheiten sich im System befinden, wie lange sie im System waren und welchen Bedingungen sie ausgesetzt waren, und auch in der Referenztabelle verifizieren, ob die ID ein geeignet strukturiertes Modul für die Zugkonfiguration ist. Und wenn Defekte für dieses Modul festgestellt werden, können der Steuerknoten und das IPM solche Informationen aufzeichnen. Und weil es sich bei den einzelnen Modulen um linienersatzfähige Einheiten handelt und diese einen Steuerknoten mit Speicher enthalten, können diese Ereignisse und Daten für den zukünftigen Gebrauch und Diagnostik aufzeichnen, wenn das System zur Reparatur eingezogen wird oder die einzelnen Module entfernt oder getestet werden.
Das IPM kann die Modul ID dazu benützen, herauszufinden, wenn ein Modul ersetzt worden ist, und dann auf Grund dieser Erkenntnis das Ereignisprotokoll für seine Zusammenfassung und prädiktive Zusammenfassungsdateien für das neue Modul löschen. Jeder Steuerknoten kann ein Ereignisprotokoll aufzeichnen. Das Ereignisprotokoll ist ein Datenspeicher, der Laufzeitinformationen enthält. Das System kann Hintergrund-Diagnostik, prädiktive Diagnostik und Wartungsinformationen umfassen und Selbsttests auf Programmfehler und Programmreichweitenfehler durchführen. Durch Bereitstellung einer lokalen Steuerung zu jedem Modul sind die Module im wesentlichen intelligent und ermöglichen die Kommunikation mit anderen Modulen und dem System und führen eine History oder ein für dieses Modul einzigartiges Ereignisprotokoll.
Hinsichtlich der History kann das IPM das System beim Hochfahren oder wenn ein neues Modul hinzugefügt wird testen und überwachen. Die Informationen auf dem Modul sind eine Identifikationsnummer ID, die Software-Versionsnummer, die History über das System, auf dem es installiert war, mit Datum und Zeitangabe. Sie kann auch Modulfehler und eine kurze Momentaufnahme der Systemvariablen beim Ausfall beinhalten. Sie kann beispielsweise auch die Zykluszählungen für Betätigungs- und Löseventile beinhalten. Die Erfassung dieser Informationen an den einzelnen Modulen durch das IPM erlaubt die Analyse und frühzeitige Reparatur von Teilen mit oder ohne Fehler, sogar ohne Fehler während der normalen Wartung oder wenn die Lokomotive in den Rangierbahnhof gebracht wird.
Die Steuerknoten besitzen auch die Fähigkeit, neue Versionen von Anwendungssoftware herunterzuladen. Das IPM kann auch die Programmrevision benützen, um festzustellen, ob Module des Systems auf kompatiblen Versionen der Software laufen. Aufgrund des verteilten Designs ist dies wichtig. Das IPM kann alle Versionen der Software jeder der linienersatzfähigen Einheiten und des elektrischen Bremsventils lesen. Es kann feststellen, welche Versionen miteinander kompatibel sind. Ist eine Inkompatibilität gegeben, werden passende ältere Versionen für die linienersatzfähige Einheit oder das elektrische Bremsventil heruntergeladen, damit die Kompatibilität der ältes ten Software gewahrt ist. Wenn anderseits an jedem der Module ausreichend Speicherplatz vorhanden ist, können die Module zwischen geeigneten Versionen hin- und her wechseln, um die Kompatibilität zu gewährleisten. Hinsichtlich 16 SA kann der Steuerknoten 16 die Software umfassen, um als 16 Steuerventil zu fungieren, und die Software, um den Ausgleichsbehälterabschnitt zu bedienen. Alternativ dazu kann er nur die Software zum Funktionieren als 16 Abschnitt mit der Software für den Ausgleichsbehälter umfassen, die nach einem Rollenwechsel heruntergeladen wurde.
Wie aus 5 und 6 zu entnehmen ist, wird die Hebelstellung von der Steuerlogik des elektrischen Bremsventils EBV an die EPSA und die meisten der linienersatzfähigen Einheiten weitergegeben. Der Steuerknoten steuert den Druck an seinem Modul unter Verwendung der Hebelstellung als Solldruckwert.
Kalibrierungsparameter und Kalibrierungsdaten werden zwischen der EPSA und dem IPM ausgetauscht. Eine Methode der Kalibrierung ist das Anlegen eines spezifischen Drucks an einem spezifischen Kanal auf der Sammelleitung durch Senden eines Druckwerts vom IPM an die EPSA. Der aktuelle Wert wird außerhalb der EPSA gemessen und ein Vergleich zwischen dem aktuell gemessenen Wert und dem von der EPSA gemessenen Wert vorgenommen. Der Unterschied kann dann entweder am IPM oder an den einzelnen Modulen der EPSA angepasst werden.
Der Betriebsknoten für das elektronische Luftbremsensystem (EAB) umfasst Fracht, Passagiere, Führungsposition einschalten, Führungsposition abschalten und Endposition. Diese Informationen werden wie in 5 dargestellt zwischen dem IPM und der EPSA gegeben. Der Gerätestatus ist der Status eines Geräts in den einzelnen Modulen. Das ist im allgemeinen ein digitaler Wert, der darstellt, dass das Gerät geöffnet/geschlossen, aktiviert/deaktiviert usw. ist. Der IPM-Puls wird zwischen dem IPM und der EPSA gesendet. Die modularen Betriebsmodi umfassen normal, Kontrolle und Test. Wenn der Befehl für den Test- oder unterbrochen wird, arbeiten die EPSA-Module im Normalmodus. Wenn der Puls in Kombination mit dem Kontrollmodus oder dem Testmodus gesendet wird, werden die EPSA und deren einzelne Module in ihrem Kontrolltestmodus gehalten, so lange der Puls gesendet wird.
Wenn die EPSA im Normalmodus betrieben wird, werden alle Geräteaufschaltbefehle ignoriert. Im Kontrollmodus operieren die Module normal. Alle Gerätaufschaltbefehle werden befolgt. Dies ermöglicht den einzelnen Geräten, ihren Status ändern zu lassen, während die restlichen Module im normalen Betrieb stehen. Im Testmodus führen die Module diese normalen Gerätesteueroperationen nicht aus. Das Gerät ist bereit, von Gerätaufschaltungsbefehlen gesteuert zu werden.
Obwohl die Steuerknoten Neuron-Chips und Teil des LonWorks sind, kann der Steuerknoten auch ein Mikrocomputer in einem Computernetzwerk sein.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und illustriert, doch ist mit Nachdruck darauf hinzuweisen, dass dies nur illustrativen und beispielhaften Charakter hat und nicht einschränkend interpretiert werden darf. Der Geist und die Geltungsumfang der vorliegenden Erfindung können nur durch die Bedingungen der angehängten Ansprüche eingeschränkt werden.

Claims

Bremssteueranlage für Lokomotiven, welche einen Verteiler enthält, auf dem jeweils mindestens zwei der Elemente Bremsleitungssystem, Bremszylindersystem, Bremssignalsystem, Ausgleichsbehältersystem, unabhängiges Bremssystem und Stellsystem angeordnet sind und die eine Anlagensteuerung enthält, welche mit den Systemen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass: die Systeme einzelne Module sind, welche an den Verteiler (104) angebaut sind, und jedes Modul eine mit der Anlagensteuerung (IPM) kommunizierende Modulsteuerung enthält.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher eines oder mehrere der Bremsleitungsmodule (BP), Bremssignalmodule (16), Ausgleichsbehältermodule (ER), unabhängigen Bremsmodule und Stellmodule (20) ein elektropneumatisches Modul ist/sind, welches elektropneumatische und pneumatische Bauteile und die Modulsteuerung enthält.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher die genannten Modulsteuerungen (18) einen gemeinsamen Aufbau aufweisen, welcher enthält: einen Prozessor; mehrere analoge Eingangskanäle, welche mit dem genannten Prozessor verbunden sind; mehrere digitale Eingangskanäle, welche mit dem genannten Prozessor verbunden sind; und mehrere digitale Ausgangskanäle, welche mit dem genannten Prozessor verbunden sind.
Steueranlage gemäß Anspruch 3, bei welcher der genannte Prozessor eine im geschlossenen Regelkreis arbeitende Drucksteuerung enthält, die Eingangsdaten vom genannten Prozessor und von einem der genannten analogen Eingangskanäle erhält und Ausgangssignale an mindestens einen der genannten digitalen Ausgangskanäle liefert.
Steueranlage gemäß Anspruch 3, bei welcher der genannte gemeinsame Aufbau einen Leistungswandler enthält, der eine Eingangs-Gleichspannung mit einem ersten Wert in eine Ausgangs-Gleichspannung mit einem zweiten Wert umwandelt, welcher kleiner als der genannte erste Wert ist.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher jede der genannten Modulsteuerungen einen Speicher enthält, in welchem Kennzeichnungsdaten (ID) gespeichert sind.
Steueranlage gemäß Anspruch 6, bei welcher die genannten Modulsteuerungen Ereignisdaten im genannten Speicher nach dem Erkennen eines Ereignisses und/oder nach der Vorhersage eines Ereignisses speichern und/oder Daten nach dem Erkennen eines Ereignisses übertragen.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher die genannten Modulsteuerungen in einem Kommunikationsnetzwerk untereinander verbunden sind.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher die genannten Modulsteuerungen untereinander mittels eines Kabelbaumes (100) verbunden sind.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, welche auf dem genannten Verteiler (104) einen Verteilerkasten (PSJB) aufweist, der die genannten Module mit einer externen Quelle von elektrischen Signalen verbindet.
Steueranlage gemäß Anspruch 2, welche an jedem elektropneumatischen Modul mindestens einen Druckwandler aufweist, der mit der genannten Modulsteuerung verbunden ist.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, welche zwei Bremsleitungs-Druckwandler BPT) aufweist, wobei sich jeder an einem separaten Modul befindet und mit einer Modulsteuerung verbunden ist.
Steueranlage gemäß Anspruch 12, welche zwei Druckwandler für den Speisedruck (MRT) enthält, wobei sich jeder an einem separaten Modul befindet und mit einer Modulsteuerung verbunden ist.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher die genannte Anlagensteuerung und die Modulsteuerungen (5) ein oder mehrere Be triebsprogramme, Programmkennzeichnungsdaten, Druckwerte, Solldruckwerte, Zustandsangaben über die elektropneumatischen Bauteile, Aufschaltbefehle für die elektropneumatischen Bauteile, Aufschalt- und Betriebsmodusbefehle und Kalibrierungsdaten austauschen.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher die genannte Modulsteuerung den Druck am genannten Modul auf einen Solldruck als Reaktion auf Positionssignale bezüglich des Bremshebelgriffs steuert, welche von der genannten Modulsteuerung erhalten werden, und bei welcher die genannte Anlagensteuerung Aufschaltsolldrücke an die genannten Modulsteuerungen abgibt, um den vom Hebelgriff abhängigen Solldruck aufzuschalten.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher die genannten Module Druckwerte an eine weitere Modulsteuerung (6) abgeben.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, welche eine Bremshebelsteuerung (EBV) aufweist, die mit der Anlagensteuerung in kommunikativer Verbindung steht, und wobei die Anlagensteuerung (IPM) mit einer Lokomotiveinheit über Interface gekoppelt ist.
Steueranlage gemäß Anspruch 17, welche auf dem genanntem Verteiler (104) einen Verteilerkasten (PSJB) enthält und bei welcher die genannten Modulsteuerungen im genannten Kommunikationsnetzwerk mit der genannten Anlage und den Bremshebelsteuerungen über den genannten Verteilerkasten verbunden sind.
Steueranlage gemäß Anspruch 17, bei welcher die genannten Steuerungen als Knotenpunkte in einem LONWORKS-Kommunikationsnetzwerk verbunden sind.
Steueranlage gemäß Anspruch 17, bei welcher das genannte Kommunikationsnetzwerk elektropneumatische Bremssteuerungen (EP) auf den einzelnen Waggons eines Zuges enthält.
Steueranlage gemäß Anspruch 17, bei welcher die genannten Modulsteuerungen und die Bremshebelsteuerung (EBV) mit der Anlagensteuerung (IPM) einzelne oder mehrere Kennzeichnungsdaten, Betriebsprogramme, Programmkennzeichnungsdaten austauschen (5).
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher die genannte Anlagensteuerung und jede der genannten Modulsteuerungen einen Zeitgeber enthalten und die genannte Anlagensteuerung in regelmäßigen Abständen ein Zeitsignal an die genannten Modulsteuerungen abgibt.
Steueranlage gemäß Anspruch 1, bei welcher die genannten Modulsteuerungen Betriebsmodi aufweisen, eine elektrische Vorrichtung auf den genannten Modulen mit der genannten Modulsteuerung verbunden ist und einen Zustand aufweist und die genannte Anlagensteuerung den Modus der genannten Module steuert und den Status der Vorrichtungen aufschaltet.
Steueranlage gemäß Anspruch 23, bei welcher die genannten Modulsteuerungen die Aufschaltungen der Vorrichtungen nicht befolgen, wenn in einem normalen Modus gefahren wird, und in einem Testmodus die Aufschaltungen der Vorrichtungen befolgen.
Steueranlage gemäß Anspruch 24, bei welcher die genannten Modulsteuerungen ein Betriebsprogramm speichern, das genannte Betriebsprogramm im normalen Modus ausführen und dieses im genannten Testmodus nicht ausführen und in einem Überwachungsmodus die Aufschaltungen der Vorrichtungen befolgen und das genannte Betriebsprogramm durchführen.
Steueranlage gemäß Anspruch 23, bei welcher die genannte Modulsteuerung einen normalen Modus und einen Testmodus aufweist und sich beim Ausbleiben eines Testmodus-Befehls von genannter Anlagensteuerung im genannten normalen Modus befindet.