用于运行分散式设置的功能单元的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1或8的前序部分所述的用于运行设置在工业设施中的分散式功能单元的装置和方法。
【背景技术】
[0002]这类分散式功能单元尤其使用在轨道交通网络、例如铁路中，在该处使用这些功能单元，以便控制影响车辆和/或监控车辆的单元和在功能性方面进行监控，以及记录过程数据并且将其回报给中央控制和/或监控中心、例如调度中心（Leitstelle)或者调度机构（Stellwerk)。作为影响列车的单元、即给车辆驾驶员提供指示或者甚至直接介入车辆控制或者直接设定安全的行车线路的单元，例如可以考虑信号、道岔、应答器、线缆、铁轨磁体等以及也可以考虑用于检测行驶列车的过程变量、如功率消耗、速度等的传感器。同样可以将应答器和线缆称为监控列车和铁轨部段的单元，但是也可以将计轴器和铁轨电路以及其它铁轨空闲通知系统称为监控列车和铁轨部段的单元。但是，本发明基本上涉及所有工业设施，在这些工业设施中功能单元分布在更大的路线上，但必须被中央地控制。中央控制在此可以由位置固定的调度中心但是也可以通过位置不固定的虚拟调度中心执行。
[0003]在铁路交通中，通常这些分散式功能单元由调度机构或者远程调度机构计算机来控制。为了在调度机构和铁轨区域中的功能单元之间进行数据转送，现今通常设有标准化的铜缆，对于其经典的设置距离长度而言由于物理传输参数、线缆涂层（RLC)在实践中10km为上限。然而，在某种类型的功能单元中，该上限也可能最大仅为6. 5km。
[0004]然而，如今在铁路中也已经使用数据网络，所述数据网络用于例如在相邻的调度机构之间或者在调度机构和调度技术设备（Leittechnik)之间交换数据。然而，所述数据网络不用于控制和监控影响列车的和/或监控列车的功能单元，由此可能实现桥接几乎任意的设置距离。更确切地说，这些网络由一种数据传输网络（DTN)来设计、例如光传输网络，并且用于传输用于操作的运行层等的数据。
[0005]在如下方面，这种数据网络允许高得多的自由度数目：
[0006]?确定用于连接调度机构和调度技术设施或其部分的耦联点的位置并从而确定其架设地点，
[0007]?所应用的传输方法和在不同的设施部分之间通信的距离。
[0008]因此，这些数据网络有时实现在价格/功率比方面显著的改进但并且仍实现沿着铁轨设施的铁路安全装置的高可靠性的并且相应安全的数据交换。
[0009]这种数据网络的直观的应用实例是支路线或者具有ETCS等级2或者长隧道路线的路线，对于所述支路线或具有ETCS等级2或者长隧道路线的路线而言，目前由于在常规的调度机构线缆的情况下设置距离长度的限制，始终还需要将调度机构计算机设置在隧道内。在该处存在的恶劣的使用条件要求调度机构计算机封装在洞穴或容器中并且受空调调节地运行。在这些情况下，维护是相应耗费的。也就是说，全部问题在于：受制于有限制的设置距离，调度机构和外部设施部分不能够彼此相隔任意远。
[0010]然而，新型的数据网络具有下述缺点：基本上任何中央的和分散式的功能单元都必须以适合的方式经由接入点并且出于可用性的原因以冗余的方式耦联到这种数据网络上。由此，暂时地在用于连接功能单元的单独网络节点处需要相对高的耗费来与数据网络耦联，同时相对于网络容量只有比较低的数据传输率。现今的玻璃纤维网络例如允许传输容量从吉比特直至太比特的传输率，然而这些传输率在这些安全技术的应用中只是非常边缘性使用。
[〇〇11]除此之外，同时在铁路基础设施运营商看来，有经济利益是：继续使用现有所谓的耐用的调度机构线缆（匹配于轨道线路的铜缆）用于操控外部设施，其中所述调度机构线缆目前使用来由调度机构运行功能单元。
[0012]为了解决该目的，在欧洲专利申请EP 2 301 202 A1中公开了用于控制和/或监控沿着交通网络设置的分散式的功能单元的装置和方法，所述功能单元包括下述核心点：
[0013]a)上级的控制系统，所述控制系统借助于数据报文与分散式的功能单元交换信息，
_4] b)具有多个网络接入点的数据传输网络，其中上级的控制系统经由至少一个网络接入点耦联在数据传输网络上；
[0015]c)通信单元，所述通信单元分别连接在网络接入点上，其中：
[0016]d)分散式的功能单元组成分别具有自己的子网络的子组；并且
[0017]其中
[0018]e)所述子组中的每一个子组的子网络在其两个端部的每一个上经由通信单元并且经由网络接入点耦联在数据传输网络上。
[0019]以这种方式使用数字传输网络来耦联分散式的功能单元，所述传输网络对简单的错误事件总是鲁棒的，仍允许非常灵巧地使用非常广泛使用在铁路工程中的铜缆、例如目前存在的调度机构线缆并且最终也只需要相对小数量的网络接入点。
[0020]这种装置在此可以特别有利地用于铁路交通的轨道网络。因此，随后在另一有利的设计方案中适宜的是，借助于分散式的功能单元，将监控交通的和控制交通的功能单元、如尤其是信号、道岔、计轴器、铁轨电路、点状的和线状的列车影响元件耦联到数据传输网络上。
[0021]技术设施的结构、特别还有在铁路基础设施中的技术设施的结构，基于工业设施构造和铁路工业的超出100年的历史针对牢固性和可靠性来设计。在当时的方案中，特别经由相对结实的线缆芯线连接铁路安全设施的外部元件，以便能够在所限定的距离上安全地检测开关状态，也就是说，所述设计根据具有足够储备的峰值负荷进行。通过外部元件的开关过程，也经由能量输送传送信息。但是由此显而易见也得出：可能的距离通过可检测的能量流来限制。在现今的灵活性方面、成本方面和资源政策方面，这些已建立的方案除了通过EP 2301202A1所公开的通信结构外还迫切需要在能量输送方面进行革新。在就此所开始的现代化的过程中，西门子股份公司交通集团在未来数年中将在其调度机构架构方面执行根本上的革新，其中将充分考虑关于将设施中的控制和通知系统分散化的解决方案。这意味着：在最终构造中所有要控制和监控的元件（信号、道岔、列车安全系统、铁轨空闲通知系统例如计轴点、铁路交叉口）现场在铁轨处获得控制或通知设备（在下文中称为元件控制器EC或者分散式的功能单元DFE)。
[0022] 因为来自两个接下来解释的在西门子的电子调度机构中的架构改变构成的未来的策略基础引起解除信息和能量的目前的耦联，所以除了沿着铁轨在调度机构计算机（中央的控制单元）以及设置和监控设备（元件控制器EC)之间引入具有实时能力的和高可用性的广域通信系统之外，还需要完全重新设计从调度机构至铁轨处的元件控制器的能量输送，对此在国际专利申请W0 2013/013908 A1中公开一种解决方案。
[0023]该解决方案提供用于运行设置在工业设施中的分散式的功能单元的装置和方法，包括：
[0024]a)上级的控制系统，所述控制系统借助于数据报文与分散式的功能单元交换信息，
[0025]b)具有多个网络接入点的数据传输网络，其中上级的控制系统经由至少一个网络接入点耦联到数据传输网络上；
[0026]c)通信单元，所述通信单元连接在网络接入点上并且为分散式的功能单元提供对数据传输网络的接入，
[0027]d)能量输送网络，分散式的功能单元连接到所述能量输送网络上，并且所述能量输送网络给分散式的功能单元供给电能；和
[0028]e)多个连接在能量输送网络上的智能的储能器，所述储能器实施能量吸收和/或能量输出，必要时与上级的控制系统相配合，与其余的储能器中的至少一个相配合。
[0029]以这种方式，现在能量输送网络也完全与调度机构去耦并且由于预设的储能器现在能够在接线和传输容量方面针对一定可预定的基本负荷来设计，其中电功率消耗的负荷峰值，例如在道岔的位置改变时、在铁路交叉口关闭和打开时，通过智能的储能器来平滑。储能器被称为是智能的，因为其对于功率消耗和/或功率输出而言与上级的控制系统和/或其余的储能器中的至少一个相配合，使得充电和/或放电能够以受控的、受检查的方式进行。
[0030]以现今具有分散式的站但是具有点到点的能量输送的调度机构架构为出发点，就此开辟一种新式的、革新的方法途径。现今用于对沿着铁轨的周边元件（元件控制器或者也称为分散式的功能单元）供