Schaltschranküberwachung In elektronischen Stellwerken

Autor / Redakteur: Joachim Pucker, Fridtjof Battermann / Ines Stotz

Das modulare, hochverfügbare elektronische System ESTW B950 von Bombardier steuert und überwacht komplette Stellwerke. Die Peripherie der Stellwerkstechnik kontrolliert das Automationworx-System von Phoenix Contact, mittels ILC-Steuerungen, dezentralen Inline-I/O-Stationen sowie der Vernetzung per Kupfer oder Lichtwellenleiter.

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Die Deutsche Bahn AG betreibt in Deutschland mehr als 1900 Stellwerke. Eine der Anlagen – das elektronische Stellwerk Mannheim Rheinau (ESTW) – liegt an der Bahnstrecke Mannheim-Karlsruhe. Die aus Polen, der Schweiz und dem Saarland kommenden Güterzüge, die vorwiegend Kohle geladen haben, nutzen die Schienenverbindung um das Kohlegroßkraftwerk Mannheim zu versorgen. Die Gleise werden außerdem von S-Bahnen befahren sowie als ICE-Ausweichstrecke genutzt.

Stellwerke sollen zentralisiert werden

Seit den 20er Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurden die Weichen und Signale in Rheinau über Drahtzüge gestellt. Weil so nur kurze Entfernungen überbrückbar sind, gab es im 10 km langen Gleisabschnitt mehrere mechanische Stellwerke. Im Zuge der Rationalisierung wird die Bedienung nun von einem elektronischen Stellwerk überwacht und zukünftig von der Betriebszentrale Karlsruhe aus fernbedient.

Das ESTW wurde im März 2006 in Betrieb genommen, unter der Federführung von Bombardier Transportation, das zum internationalen Konzern Bombardier mit Hauptsitz in Kanada gehört und der zu den weltweit führenden Anbietern innovativer Verkehrslösungen zählt. Das neue elektronische Stellwerk ist das erste im deutschen Markt ausgelieferte System vom Typ ESTW B950, das auf der bereits weltweit eingesetzten Plattform EBILock 950 basiert, die auch die Deutsche Bahn zukünftig konzernweit verwenden wird.

Basierend auf verschiedenen Rechnerplattformen gewährleistet das Stellwerk eine sichere Steuerung des Zugverkehrs und steuert in dieser Anlage unter anderem 60 Signale, 36 Weichen und Gleissperren sowie einen Bahnübergang und ist über Blockschnittstellen an die Nachbarbahnhöfe Mannheim Hauptbahnhof, Mannheim Rangierbahnhof sowie Schwetzingen angebunden. Ausgestattet mit einer Zugnummern-Meldeanlage und einer automatischen Zuglenkung ist das ESTW für die Fernbedienung aus der Betriebszentrale in Karlsruhe gerüstet.

Das Automatisierungs-System Automationworx von Phoenix Contact übernimmt die Überwachung und Steuerung der Schaltschrank-Funktionen in den ESTW-Gebäuden in Neckarau und Rheinau. Es stellt die Zustandsdaten der gesamten Anlage dem Diagnose-Rechner des Stellwerk-Systems über die standardisierte OPC-Schnittstelle zur Verfügung. Mit dieser Technologie wird ein von der Stellwerks-Technik unabhängiges Infrastruktur-Diagnose-System mit eigener redundanter Spannungsversorgung aufgebaut, mit dem die Peripherie der Sicherungstechnik in den Stellwerken kontrolliert wird.

Signalerfassung erfolgt dezentral

Da das modular aufgebaute Stellwerk schnelle Auf- und Umbauten ermöglicht und die Kosten für Verkabelung und Ersatzteilhaltung durch Standard-Komponenten minimiert, bot sich das modulare I/O-System Inline aus dem Automationworx-Systembaukasten für die Aufnahme und Ausgabe der dezentralen Signale in den Schaltschränken an.

Das Inline-System stellt alle Standard-Funktionen wie digitale und analoge Ein- und Ausgänge, Prüf- und Temperaturregelungs-Funktionen zur Verfügung und hilft dabei dem Instandhaltungs-Personal bei der Fehlersuche im Stellwerk. Die Inline-Stationen werden bereits im Werk in den Schränken verbaut – durch einfaches Aufrasten auf eine Tragschiene.

Diese sind über Interbus vernetzt, der es ermöglicht, eine universelle Netzwerkstruktur sowie verschiedene Übertragungsmedien wie Kupfer oder Lichtwellenleiter zu verwenden. Über ein vom Stellwerkshersteller festgelegten Standardstecker erfolgen die Anschlüsse am Schrankausgang. Vor Ort werden die Schränke dann nur noch durch Kabel verbunden – jede weitere Schaltschrank-Verdrahtung entfällt: der Busanschluss, die Potenzialgruppenbildung, die Spannungsversorgung sowie die Absicherung der Stromkreise.

Über Inline lassen sich in jedem ESTW-Schaltschrank beispielsweise die Schaltschrank-Temperaturen messen und davon abhängig die stromüberwachten Lüfter schalten. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung, komplette Netzersatzanlage sowie Energieverteilung im Gebäude und ins Gleisfeld sind ebenfalls darüber angebunden und werden vom Stellwerk überwacht.

Durchgängige Programmierung

Die Intelligenz in diesem Überwachungs-System sowie die Kopplung zum Diagnoserechner übernimmt der Inline-Controller ILC 200 Uni, der gemäß der Norm IEC 61131-3 programmiert wird. Mit der ILC-Familie bietet Phoenix Contact modulare Kompakt-Steuerungen für alle Leistungen. Das Besondere: die offene Schnittstelle zu überlagerten Systemen. Aus den Busköpfen im Inline-System wählt der Anwender einfach die Komponente aus, die die Anbindung an das Leitsystem regelt. Neben dem Ethernet-Buskopf, der im ESTW verwendet wird, gibt es Busköpfe für Profibus DP, Interbus, CANopen, Modbus und DeviceNet.

Die Steuerungen der ILC-Familie werden durchgängig mit der Automatisierungs-Software PC Worx programmiert. Dabei kann der Programmierer auf alle in der IEC 61131-3 definierten Sprachen wie Anweisungsliste (AWL), Funktionsbausteinsprache (FBS), Kontaktplan (KOP), Ablaufsprache (AS) oder Strukturierter Text (ST) zurückgreifen. Neben der Programmierumgebung wurde ein Buskonfigurator in PC Worx integriert, um die Netzwerkstrukturen im Interbus- oder Profinet-System zu projektieren. Im Stellwerksumfeld wird daher nur eine einzige Software benötigt, um das gesamte Überwachung des Stellwerk-Systems durchgängig zu programmieren, zu konfigurieren und zu diagnostizieren.

Vernetzung mittels Fernwirktechnik

Eine weitere Herausforderung war die Vernetzung der Schaltschrank-Überwachung der beiden Stellwerke in Rheinau und Neckarau. Alle Diagnosedaten sollen zentral auf dem überlagerten Diagnoserechner auflaufen. Für die Übertragung standen lediglich herkömmliche Fernmeldeleitungen mit wenigen Adern zur Verfügung. Hier bietet sich das Automationworx-for-Remote-Systems an – das die IEC 61131 um fernwirktechnische Funktionen erweitert. In Kombination mit den entsprechenden Standleitungs-Modems von Phoenix Contact lässt sich der Inline-Controller auf Basis einer Standleitung bis zu einer Distanz von 20 km vernetzen. Funktionsbausteine in der PC Worx-Programmieroberfläche ermöglichen die einfache und komfortable Konfiguration der Fernwirkstrecke. Die Daten aus den verteilten Controllern sind damit auch als Variablen in anderen Steuerungen nutzbar.

Neben Standleitungs-Verbindungen über Fernmeldeleitungen sowie Lichtwellenleiter oder Funk lassen sich auch Wählverbindungen im Fest- oder Mobilfunknetz sowie Internetverbindungen über VPN oder GPRS nutzen. Jede Steuerung kann zudem SMS-Meldungen versenden. Somit passt sich passt sich die Automatisierungs-Lösung von Phoenix Contact präzise an die modulare und dezentrale Struktur der Sicherheitstechnik an.

Phoenix Contact, Tel. +49(0)5235 300

Dipl.-Ing. Joachim Pucker, Mitarbeiter in der Business Automation Systems

Fridtjof Battermann, Systemverkäufer im Bereich Automation Systems,

Phoenix Contact

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