DE102010022591A1 - Track bound vehicle e.g. rail vehicle has distributed control system with central control units that communicate with local control units over Ethernet-based communication network for transmitting signals to local control units - Google Patents
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Abstract
Description
In spurgebundenen Fahrzeugen, das heißt beispielsweise in Schienenfahrzeugen, Magnetschwebebahnen oder spurgeführten Fahrzeugen mit Gummibereifung, werden üblicherweise Fahrtenschreiber zur Aufzeichnung von innerhalb des Fahrzeugs übertragenen Signalen verwendet. Dabei kann die Übertragung der Signale innerhalb des Fahrzeugs über ein Kommunikationsnetzwerk etwa in Form eines Fahrzeugsteuerungsbusses oder eines Fahrzeugsteuerungsnetzwerkes erfolgen. Die Funktionalität von Fahrtenschreibern für spurgebundene Fahrzeuge in Form von Schienenfahrzeugen sowie insbesondere eine an dieser Stelle lediglich als Beispiel zu verstehende Übersicht von Signalen, die durch Fahrtenschreiber aufgezeichnet werden können beziehungsweise aufgezeichnet werden sollten, ist beispielsweise in dem Dokument
Sofern ein Fahrtenschreiber an einem Datenbus, das heißt einem kommunikationstechnischen Bus, wie beispielsweise MVB (Multifunction Vehicle Bus) oder CAN (Controller Area Network) betrieben wird, ist er aufgrund der Anbindung an den Bus in der Lage, alle über den Bus übertragenen Signale zu erfassen und zu speichern. Daneben ist es auch denkbar, dass an den Fahrtenschreiber einzelne Komponenten, wie beispielsweise Drehzahlgeber oder ausgewählte Steuerleitungen, zusätzlich separat drahtgebunden angebunden sind. Hierdurch wird es möglich, auch solche Signale, die nicht über einen Datenbus übertragen werden, in dem Fahrtenschreiber zu erfassen und zu speichern bzw. zu sichern.If a tachograph is operated on a data bus, that is to say a communication-technical bus such as MVB (Multifunction Vehicle Bus) or CAN (Controller Area Network), it is in a position to transmit all signals transmitted via the bus due to the connection to the bus capture and save. In addition, it is also conceivable that the tachograph individual components, such as speed sensor or selected control lines, in addition wired separately. This makes it possible, even those signals that are not transmitted via a data bus to capture in the tachograph and store or secure.
Insbesondere in spurgebundenen Fahrzeugen in Form von Schienenfahrzeugen werden zunehmend Kommunikationsnetzwerke gemäß der Ethernet-Technik, das heißt ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerke, zur Übertragung von Signalen beziehungsweise Datensignalen eingesetzt. Der Vorteil von solchen ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerken besteht dabei insbesondere darin, dass entsprechende Kommunikationsnetzwerke in anderen Bereichen der Technik weit verbreitet sind und daher die für den Aufbau der Kommunikationsnetzwerke erforderlichen Komponenten vergleichsweise kostengünstig am Markt erhältlich sind. Darüber hinaus stehen für entsprechende Kommunikationsnetzwerke auch Kommunikationsprotokolle und Applikationen zur Verfügung, die sich in anderen, gegebenenfalls auch sicherheitskritischen Anwendungen bereits bewährt haben.In particular in track-bound vehicles in the form of rail vehicles, communication networks according to the Ethernet technology, that is to say Ethernet-based communication networks, are increasingly being used for the transmission of signals or data signals. The advantage of such Ethernet-based communication networks consists in particular in the fact that corresponding communication networks are widely used in other areas of technology and therefore the components required for setting up the communication networks are available on the market at relatively low cost. In addition, communication protocols and applications are also available for corresponding communication networks, which have already proven themselves in other, possibly also safety-critical applications.
Im Vergleich zur Verwendung von Bussystemen ändert sich die Situation bei der Einführung von ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerken für die Steuerung von spurgebundenen Fahrzeugen dahingehend, dass die Prozessdaten nun von den jeweiligen Steuerungseinheiten in Signale in Form von Telegrammen beziehungsweise Datentelegrammen verpackt werden und gezielt an einzelne Komponenten beziehungsweise Geräte verschickt werden, ohne dass hierbei für einen Fahrtenschreiber die Möglichkeit bestehen würde, den Telegramminhalt zu erfassen und zu speichern.In comparison to the use of bus systems, the situation changes with the introduction of Ethernet-based communication networks for the control of track-bound vehicles to the effect that the process data are now packaged by the respective control units in signals in the form of telegrams or data telegrams and sent specifically to individual components or devices without this being possible for a tachograph to capture and store the telegram content.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein spurgebundenes Fahrzeug anzugeben, das im Falle ethernetbasierter Kommunikationsnetzwerke eine Anbindung eines Fahrtenschreibers zum Aufzeichnen von über das Kommunikationsnetzwerk übertragenen Signalen auf besonders einfache und zugleich zuverlässige Art und Weise ermöglicht.The present invention has for its object to provide a track-bound vehicle, which allows in the case of Ethernet-based communication networks, a connection of a tachograph for recording transmitted via the communication network signals in a particularly simple and at the same time reliable manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein spurgebundenes Fahrzeug mit einem verteilten Steuerungssystem, das mehrere zentrale Steuerungseinheiten, mehrere lokale Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten sowie ein ethernetbasiertes Kommunikationsnetzwerk aufweist, über das jede der lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten an zumindest eine der zentralen Steuerungseinheiten kommunikationstechnisch angebunden ist, und mit einem Fahrtenschreiber, der zum Aufzeichnen von über das Kommunikationsnetzwerk übertragenen Signalen ausgebildet ist und mehrere Eingangs-Module aufweist, die jeweils einer der zentralen Steuerungseinheiten zugeordnet sind.This object is achieved by a track-bound vehicle with a distributed control system comprising a plurality of central control units, a plurality of local control and / or regulating units and an Ethernet-based communication network via which each of the local control and / or regulating units to at least one of the central control units communication technology is connected, and with a tachograph, which is designed for recording signals transmitted via the communication network and having a plurality of input modules, which are each assigned to one of the central control units.
Das erfindungsgemäße spurgebundene Fahrzeug weist somit ein verteiltes Steuerungssystem auf, das mehrere zentrale Steuerungseinheiten sowie mehrere lokale Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten umfasst. Über das ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerk ist hierbei jede der lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten an zumindest eine der zentralen Steuerungseinheiten kommunikationstechnisch angebunden. Dies bedeutet, dass im einfachsten Fall jede der lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten an genau eine der zentralen Steuerungseinheiten kommunikationstechnisch angebunden ist. Dabei sind den zentralen Steuerungseinheiten innerhalb des verteilten Steuerungssystems vorzugsweise unterschiedliche Funktionen oder Aufgaben zugeteilt, so dass beispielsweise eine der zentralen Steuerungseinheiten für die Steuerung des Antriebs sowie der Bremse des Fahrzeugs vorgesehen sein kann, während eine andere der zentralen Steuerungseinheiten der Steuerung der Klimaanlage und/oder der Türen des spurgebundenen Fahrzeugs dient. Mittels der lokalen Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten ist es den zentralen Steuerungseinheiten hierbei möglich, auf die entsprechenden zu steuernden Komponenten einzuwirken beziehungsweise von diesen Komponenten Signale, etwa in Form von Mess- oder Zustandswerten, zu empfangen.The track-bound vehicle according to the invention thus has a distributed control system comprising a plurality of central control units and a plurality of local control and / or regulating units. In this case, each of the local control and / or regulating units is connected to at least one of the central control units via the Ethernet-based communication network in terms of communication technology. This means that in the simplest case, each of the local control and / or regulating units is connected to exactly one of the central control units communication technology. The central control units within the distributed control system are preferably assigned different functions or tasks, so that for example one of the central control units for the control of the drive and the brake of the vehicle may be provided, while another of the central control units of the control of the air conditioning and / or the doors of the track-bound vehicle is used. By means of the local control and / or regulating units, it is possible for the central control units to act on the corresponding components to be controlled or of these components Receive signals, for example in the form of measured or state values.
Neben dem verteilten Steuerungssystem weist das erfindungsgemäße spurgebundene Fahrzeug einen Fahrtenschreiber auf, der zum Aufzeichnen von über das Kommunikationsnetzwerk übertragenen Signalen ausgebildet ist. Um nun auch bei einem verteilten Steuerungssystem mit mehreren zentralen Steuerungseinheiten und einem ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerk ein Aufzeichnen der über das Kommunikationsnetzwerk von oder zu den mehreren zentralen Steuerungseinheiten übertragenen Signale zu ermöglichen, weist der Fahrtenschreiber vorteilhafterweise mehrere Eingangs-Module auf, die jeweils einer der zentralen Steuerungseinheiten zugeordnet sind. Bei den Eingangs-Modulen handelt es sich hierbei um logische Eingangs-Module, das heißt softwaretechnisch und nicht hardwaretechnisch realisierte Komponenten.In addition to the distributed control system, the track-bound vehicle according to the invention has a tachograph, which is designed to record signals transmitted via the communication network. In order to enable recording of the signals transmitted via the communication network from or to the several central control units even in a distributed control system with several central control units and an Ethernet-based communication network, the tachograph advantageously has a plurality of input modules, each assigned to one of the central control units are. In the case of the input modules, these are logical input modules, that is, software-related and not hardware-implemented components.
Mittels der Eingangs-Module wird es vorteilhafterweise ermöglicht, dass der Fahrtenschreiber nicht nur einer der zentralen Steuerungseinheiten, sondern mehreren beziehungsweise allen der zentralen Steuerungseinheiten zugeordnet ist. Dabei ist mittels der Eingangs-Module vorteilhafterweise eine vergleichsweise einfache beziehungsweise aufwandsarme Anbindung des Fahrtenschreibers an die zentralen Steuerungseinheiten möglich. Dies wird insbesondere im Vergleich zu einer alternativ denkbaren Lösung deutlich, bei der die Anbindung des Fahrtenschreibers an die einzelnen zentralen Steuerungseinheiten jeweils über eine separate Netzwerkkomponente, etwa in Form eines Switches, erfolgt und diese Netzwerkkomponente so konfiguriert wird, dass der Port, an dem die jeweilige zentrale Steuereinheit angeschlossen ist, gespiegelt wird. An diesem gespiegelten Port könnte nun der Fahrtenschreiber ähnlich einem „Sniffer” derart betrieben werden, dass er den Datenverkehr von und zu der jeweiligen zentralen Steuereinheit mithört. Eine entsprechende Lösung hätte jedoch den Nachteil, dass für jede zentrale Steuerungseinheit, an die der Fahrtenschreiber anzubinden ist, eine zusätzliche Netzwerkkomponente erforderlich wäre. Darüber hinaus bräuchte der Fahrtenschreiber für jeden mitzuschreibenden Signalverlauf, das heißt für jede anzubindende zentrale Steuerungseinheit, einen separaten Ethernet-Port, wodurch sich der Fahrtenschreiber in seiner Herstellung verteuern und darüber hinaus sich insbesondere auch der Verkabelungsaufwand in dem spurgebundenen Fahrzeug erhöhen würden.By means of the input modules, it is advantageously made possible that the tachograph not only one of the central control units, but several or all of the central control units is assigned. In this case, by means of the input modules advantageously a comparatively simple or low-cost connection of the tachograph to the central control units is possible. This is particularly clear in comparison to an alternative conceivable solution in which the connection of the tachograph to the individual central control units in each case via a separate network component, such as in the form of a switch, and this network component is configured so that the port on which the each central control unit is connected, is mirrored. At this mirrored port, the tachograph could now be operated similar to a "sniffer" in such a way that it overhears the data traffic from and to the respective central control unit. However, a corresponding solution would have the disadvantage that an additional network component would be required for each central control unit to which the tachograph is to be connected. In addition, the tachograph would need a separate Ethernet port for each signal to be recorded, that is, for each central control unit to be connected, which would make the tachograph more expensive to produce and moreover, in particular, the cabling effort in the lane-bound vehicle would increase.
Bei dem erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeug werden die genannten Nachteile dadurch, dass der Fahrtenschreiber mehrere Eingangs-Module aufweist, die jeweils einer der zentralen Steuerungseinheiten zugeordnet sind, vorteilhafterweise vermieden, so dass sich erhebliche Vorteile, insbesondere hinsichtlich des Aufwandes und der Kosten für die Herstellung des spurgebundenen Fahrzeuges, ergeben.In the track-bound vehicle according to the invention, the disadvantages mentioned in that the tachograph has a plurality of input modules, which are each assigned to one of the central control units, advantageously avoided, so that there are significant advantages, in particular with regard to the cost and the cost of producing the track-bound Vehicle, surrendered.
Grundsätzlich kann es sich bei dem ethernetbasierten Kommunikationsnetzwerk um ein ethernetbasiertes Kommunikationsnetzwerk gemäß einem beliebigen, für sich bekannten Standard handeln.In principle, the Ethernet based communication network may be an Ethernet based communication network according to any standard known per se.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße spurgebundene Fahrzeug derart ausgestaltet, dass das ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerk ein Kommunikationsnetzwerk gemäß dem PROFINET-Standard ist. Dies ist vorteilhaft, da es sich bei dem PROFINET-Standard um einen für industrielle Anwendungen optimierten ethernetbasierten Kommunikationsstandard handelt, der insbesondere auch für sicherheitskritische Steuerungsprozesse optimiert ist.According to a particularly preferred development, the track-bound vehicle according to the invention is configured such that the Ethernet-based communication network is a communication network in accordance with the PROFINET standard. This is advantageous because the PROFINET standard is an Ethernet-based communication standard optimized for industrial applications, which is optimized in particular for safety-critical control processes.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße spurgebundene Fahrzeug derart ausgestaltet, dass der Fahrtenschreiber den zentralen Steuerungseinheiten unter Verwendung des Shared-Device-Verfahrens zugeordnet ist. Dies ist vorteilhaft, da es sich beim Shared-Device-Verfahren um einen im PROFINET-Standard definierten, abgesicherten Standardmechanismus handelt, mittels dessen der Fahrtenschreiber datentechnisch gleichzeitig an mehrere der zentralen Steuerungseinheiten angebunden werden kann. Dabei kann der Datenverkehr beziehungsweise die Auswahl der durch den Fahrtenschreiber aufzuzeichnenden Signale vorteilhafterweise mittels im PROFINET-Standard vorgesehener Methoden, wie beispielsweise GSD (Generic Station Description) per Konfiguration erfolgen.According to a further particularly preferred embodiment, the track-bound vehicle according to the invention is configured such that the tachograph is assigned to the central control units using the shared device method. This is advantageous since the shared device method is a standard, secure standard mechanism defined in the PROFINET standard, by means of which the tachograph can be connected to several of the central control units simultaneously in terms of data technology. In this case, the data traffic or the selection of the signals to be recorded by the tachograph advantageously can take place by means of methods provided in the PROFINET standard, such as, for example, GSD (Generic Station Description) by configuration.
Generell bietet das Shared-Device-Verfahren im Rahmen der PROFINET-Technologie die Möglichkeit, einen parallelen und unabhängigen Zugriff von zwei verschiedenen Steuerungseinheiten beziehungsweise Controllern auf dieselbe Komponente zu realisieren. Durch die Projektierung verschiedener logischer Ein- und/oder Ausgangs-Module, die in einer Komponente beziehungsweise einem Device verwendet werden, jeweils zu einer ausgewählten Steuerungseinheit wird hierbei eine eindeutige Zuordnung des jeweiligen Moduls zur steuernden Einheit gewährleistet. Grundlage für die Realisierung des Shared-Device-Verfahrens bei PROFINET ist die Möglichkeit, mehrere sogenannte Application Relationsships aufzubauen.In the context of PROFINET technology, the shared device procedure generally offers the possibility of realizing parallel and independent access from two different control units or controllers to the same component. By configuring various logic input and / or output modules, which are used in a component or a device, respectively to a selected control unit in this case an unambiguous assignment of the respective module is guaranteed to the controlling unit. The basis for the realization of the shared device procedure in PROFINET is the possibility to set up several so-called application relation chips.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs wird es durch das Shared-Device-Verfahren beziehungsweise die Shared-Device-Modellierung des Fahrtenschreibers ermöglicht, das dieser lediglich eine einzige Hardwareschnittstelle benötigt, wobei die Übergabe zwischen den mehreren Steuerungseinheiten vorzugsweise durch die Firmware in dem Fahrtenschreiber geregelt wird, so dass eine zusätzliche Kopplung der zentralen Steuerungseinheiten untereinander vorteilhafterweise nicht erforderlich ist.In the context of the vehicle according to the invention, it is made possible by the shared device method or the shared device modeling of the tachograph, which requires only a single hardware interface, the handover between the several Control units is preferably controlled by the firmware in the tachograph, so that an additional coupling of the central control units with each other is advantageously not required.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeugs ist der Fahrtenschreiber hinsichtlich der von ihm aufgezeichneten Signale parametrierbar. Dies kann einerseits die Anbindung an die zentralen Steuerungseinheiten betreffen; darüber hinaus ist es vorteilhafterweise auch möglich, den Fahrtenschreiber in Bezug auf die Art der aufgezeichneten Signale zu parametrieren beziehungsweise zu konfigurieren. Dies bedeutet, dass anhand von in den Signalen übertragenen beziehungsweise enthaltenen Informationen eine Auswahl derjenigen Signale durch den Fahrtenschreiber erfolgen kann, für die eine Aufzeichnung erforderlich beziehungsweise gewünscht ist.According to a further particularly preferred embodiment of the track-bound vehicle according to the invention, the tachograph can be parameterized with regard to the signals recorded by it. On the one hand, this can affect the connection to the central control units; In addition, it is advantageously also possible to parameterize or configure the tachograph with respect to the type of recorded signals. This means that on the basis of information transmitted or contained in the signals, a selection of those signals can be made by the tachograph for which a recording is required or desired.
Bei dem erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeug kann es sich grundsätzlich um ein spurgebundenes Fahrzeug beliebiger Art handeln. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeugs ist das spurgebundene Fahrzeug ein Schienenfahrzeug. Dies ist vorteilhaft, da es sich bei spurgebundenen Fahrzeugen um eine weit verbreitete Art spurgebundener Fahrzeuge handelt, bei denen zugleich auch ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerke zunehmend an Bedeutung gewinnen.In principle, the track-bound vehicle according to the invention can be a track-bound vehicle of any type. According to a further particularly preferred embodiment of the track-bound vehicle according to the invention, the track-bound vehicle is a rail vehicle. This is advantageous since track-bound vehicles are a widely used type of track-bound vehicles in which ethernet-based communication networks are becoming increasingly important at the same time.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigt dieIn the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. This shows the
Figur in einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen spurgebundenen Fahrzeugs.FIG. 1 shows a schematic sketch of an exemplary embodiment of the track-bound vehicle according to the invention.
In der Figur ist in schematischer Form ein spurgebundenes Fahrzeug
Das spurgebundene Fahrzeug
Neben den bereits genannten Komponenten umfasst das spurgebundene Fahrzeug
Im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels sei angenommen, dass das ethernetbasierte Kommunikationsnetzwerk
Das spurgebundene Fahrzeug gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bietet somit insbesondere den Vorteil, dass eine Anbindung des Fahrtenschreibers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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