SAC System ABEN Control

1. Revisionsstand

Ref.   Datum Änderungen / Beschreibung
V0 15.03.2007 Dokumentenerstellung
A0 02.04.2008 Redaktionelle Änderung
A1 11.09.2008 Micro Control Unit MCU
A2 07.09.2010 Redaktionelle Änderung

2. Abkürzungen

  Abkürzung Bezeichnung Beschreibung
SAC SystemABENControl Intelligentes Steuerungs- und Überwachungssystem für Gasinfrarotweichenheizungen
PA LINE Visualisierungsoberfläche Prozessvisualisierungssoftware für Weichenheizungsanlagen
ZSK Zündschaltkasten Steuereinheit zur Steuerung und Überwachung der Zündung und Gaszufuhr von Heizungen einer Weichengruppe
MCU KE Kontrolleinheit Schnittstelle Feldebene zur Visualisierungsebene, Datensammler der Betriebsdaten
METEOSCAN Windrichtung Erfassung von Niederschlag, Umgebungstemperatur und rel. Feuchtigkeit
ASK Weichenanschlusspunkt Anschlusskasten für die Spannungsversorgung der Zündbausteine und die Gasversorgung der Brennerrohre einer Weiche
GIW Gas-Infrarot-Weichenheizung

3.EINLEITUNG

Die Gas-Infrarot-Weichenheizung, Bauweise SAC, von PINTSCH ABEN ist modular aufgebaut. Alle aktiven, standardisierten Systemkomponenten werden über einen Bedienarbeitsplatz gesteuert und überwacht. Der Bedienarbeitsplatz kann örtlich bei einem Fahrdienstleiter aufgestellt werden. Für SAC-Anlagen wurde von PINTSCH ABEN eine funktionelle systemspezifische Software entwickelt. Mit diesem SAC Softwarepaket können maximal 10.240 Brennerrohre gesteuert und überwacht werden.

Die wichtigsten Systemkomponenten wie Gasüberwachungseinheit und Zündschaltkasten ZSK sind an einem Steuer- und Überwachungssystem angeschlossen. Die Gasüberwachungseinheit überwacht die Hauptgaszufuhr und die Zündschaltkästen dienen zur Regelung der Gaszufuhr und Überwachung der Brennerrohre, die in einem Umkreis von 150 bis 200 m im Gleisfeld montiert sind. Bedienarbeitsplatz, Gasüberwachungseinheit und Zündschaltkasten kommunizieren über ein industrieübliches Datenprotokoll. In der höchsten Ausbaustufe können 20 Zündschaltkästen miteinander verbunden werden. Die maximale Länge des Kommunikationsnetzes beträgt abhängig von den eingesetzten Übertragungskomponenten 21 km.

Über Wahlverbindungen (Analog, ISDN, GSM-R) und/oder Standleitungen können alle notwendigen Betriebs- und Störungsmeldungen an den Fahrdienstleiter gemeldet sowie alle eingerichteten Anlagen einzeln überwacht bzw. gesteuert werden.

4. Systemaufbau SAC

Grundsätzlich besteht die Steuerung einer Gas-Infrarot-Weichenheizung aus einem gastechnischen und einem elektrischen Teil mit den Komponenten der Steuerung und Überwachung.

Die Komponenten der Steuerung und Überwachung sind in Abbildung 4 1 in einem Anlagenverbund dargestellt. Besteht im Systemverbund keine Notwendigkeit, die Prozessdaten via MAS 90 an eine betriebliche Stelle zu senden oder ist im Systemverbund keine Elektrische Weichenheizung, so ist die Kontrolleinheit MCU KE nicht erforderlich.

In diesen Fall wird ein Zündschaltkasten als Kontrolleinheit konfiguriert und übernimmt somit zusätzlich zur Funktion der Steuereinheit auch die Funktionalität einer Kontrolleinheit.

5. Systemkomponenten

5.1. PA LINE SOFTWAREPAKET

Das renommierte PINTSCH ABEN PA LINE – Softwarepaket ist die Standardvisualisierung für Weichenheizungssteuerung und Überwachung im Netz der DB AG und wird in modifizierter Version auch für die Steuerung und Überwachung der SAC Gasweichenheizungsinstallationen verwendet. Dieses Computerprogramm bietet eine Fülle von Visualisierungsmöglichkeiten. Unter anderem sind folgende Programmteile enthalten: Anlagenwahlmenü, SAC Diagnosehauptmenü, eine Übersicht aller Meldungen und Störungsfälle, Gasverbrauch und eine Datenbank der Anlagenhistorie. Alle Messdaten können grafisch aufbereitet werden.

Das SAC Diagnosehauptmenü enthält Informationen über eingestellte Temperaturwerte (z.B. Ein- und Ausschalttemperatur). Auch werden hier die aktuellen Messwerte der Umgebungs- und Schienentemperaturfühler angezeigt. Icons informieren über den aktuellen Zustand der Gasversorgung und der Feuchtefühler. Die Ein- und Ausschalttemperatur für trockenen und feuchten Frost kann entsprechend der lokalen Klima- und Wetterbedingungen eingestellt werden.

Der Programmteil „Meldungen/Störungsmeldungen“ meldet den aktuellen Betriebszustand der wichtigsten Systemkomponenten. Unter anderem wird der Status der Hauptgasversorgung und die Funktion der Brennerrohre einschließlich einer Liste der gemeldeten Störungen angezeigt (z.B. Kommunikationsfehler, defekte Sicherungen oder ausgefallene Spannungsversorgung). Die Anzahl und Art der wiederzugebenden Störungen kann je nach Bedarfsfall frei konfiguriert werden. PA LINE speichert alle Betriebszustände einschließlich der Störungsmeldungen in einer Datenbank ab. Zeitfensterabhängig können diese Daten ausge-druckt werden. Diese Liste enthält alle relevanten Daten, wie Zeitpunkt und Art der Meldung sowie erfolgte Maßnahmen.

PA LINE zeigt für jeden Zündschaltkasten den aktuellen Gasverbrauch an. Das Programm signalisiert direkt eine Zunahme des Gasverbrauchs z.B. durch Beschädigung der Gasinfrastruktur. Eine Überprüfung dieser Betriebswerte führt zu einem zuverlässigen und sicheren Weichenheizungssystem. PA LINE alarmiert bei einer Gasab- bzw. -zunahme von 3%. Dieser Wert wird als Standardparameter eingestellt, kann aber individuell angepaßt werden.

Ein sehr interessantes Detail des PA LINE – Programms ist die grafische Aufbereitung der Betriebs- und Messdaten aus der Archivdatenbank. In jedem gewünschten Zeitfenster (Tag, Woche oder Monat) können die Daten der Umgebungs- und Schienentemperaturfühler, der Feuchtefühler und des Gasverbrauches der verschiedenen Zündschaltkästen angezeigt werden. Daraus lassen sich leicht Prognosen anfertigen. Der Nutzer erhält ein besseres Verständnis für die Prozesscharakteristik des Weichenheizungssystems und der lokalen klimatischen Bedingungen.

5.2. Gasüberwachungseinheit

Die Gasüberwachungseinheit ist ein wichtiges sicherheitsrelevantes Element an der Hauptgaszufuhr des Gas-Infrarot-Weichenheizungssystems. Sie besteht aus zwei getrennten Komponenten; eine, die die Gaszufuhr regelt und der dazugehörenden Steuerung. Die Steuerung enthält elektronische Komponenten und wird in einem Kunststoff Schaltschrank oder in einem Gebäude untergebracht. Die Gasüberwachungseinheit signalisiert jede Leckage im nachfolgenden Leitungssystem der Gas-Infrarot-Weichenheizung. Temperatur, Druck, Volumen und Volumenstrom werden permanent überwacht.

Die Hauptgaszufuhr (Erd- oder Propangas) wird an verschiedenen Mess- und Regelinstrumente angeschlossen. Hierzu gehören zwei Drucksensoren zur Differentialmessung oder ein Volumen-messgerät, zwei Druckmess-Geräte, zwei Magnetventile und drei Handventile für Bypass, Zu- und Abfuhr.

5.3. Zündschaltkasten ZSK

Der Zündschaltkasten ZSK regelt die Gaszufuhr einer Gruppe von Brennerrohren und überwacht genau deren Betriebszustand. Als Standardausführung wird für den Zündschaltkasten ein Polyester- oder Aluminium Außenschrank verwendet; der für die elektronische Steuerung vorgesehen ist.

Der Zündschaltkasten ZSK liefert zum einen die Spannung zum Zünden der Brennerrohre und dient zum anderen zur Spannungsversorgung der nachgeschalteten Anschlusskästen (ASK). Über die angeschlossenen Sensoren für Niederschlag, Umgebungs- und Schienentemperatur wird das System aktiviert. Die SAC-Prozesssorbaugruppe MCU ZSK verfügt über acht digitale Ausgänge. Zur lokalen Systemdiagnose vor Ort kann ein Laptop oder ein Pocket PC angeschlossen werden. Die Steuereinheit MCU ZSK steht in ständiger Verbindung mit der Kontrolleinheit.

Mit einem Zündschaltkasten können maximal 32 Anschlusskästen (ASK) angesteuert werden, wovon mindestens einer pro beheizte Weiche installiert wird. Die ASK werden über ein vieradriges Kabel in Reihe an einen Zündschaltkasten angeschlossen.

5.4. Anschlusskasten ASK

Der Anschlusskasten ASK (Weichenanschlusspunkt), wird in zwei verschiedenen Ausführungen geliefert.

Er dient sowohl zur Ansteuerung von maximal acht Brennerrohren und deren Zündeinheiten als auch zur
Überwachung ihrer Betriebszustände.

5.5. Wetterstation METEOSCAN

Zur Erfassung der Umweltdaten wird an jedem Zündschaltkasten eine Wetterstation angeschlossen. PINTSCH ABEN hat eine für den internationalen Bahnmarkt spezifische Wetterstation als ein Modul der Steuerung von Weichenheizungssystemen entwickelt.

Der METEOSCAN ist in der höchsten Ausbaustufe als aktive Wetterstation in der Lage über einen zu parametrierenden Algorithmus den optimalen Einschaltpunkt für die Steuerung und thermische Regelung von Weichenheizungsanlagen zu liefern. Dabei können neben den Messwerten des Niederschlagsensors, des Schienen- und Umgebungstemperaturfühlers auch die relative Luftfeuchtigkeit zur Ermittlung des Einschalt-Punktes genutzt werden.

Mikroprozessorgesteuerte Schaltmodule und die Sensorik sind in der Edelstahlsäule integriert. Den oberen Abschluss der Säule bildet ein vierflächiger Niederschlagsensor der kontinuierlich erwärmt wird und durch die aerodynamischen Eigenschaften in Verbindung mit den in der Säule eingelassenen Schotten neben fallenden Schnee auch optimal Flugschnee detektiert.

Die kompakte Bauweise des METEOSCAN trägt zusammen mit den verwendeten korrosionsfreien Materialien maßgeblich dazu bei, dass die Gefahr von Vandalismus minimiert ist.

5.6. Brennerrohr

Die PINTSCH ABEN Brennerrohre werden mit Hilfe mehrerer schwingungsbeständiger Befestigungen an der Außenseite der Gleisprofile montiert. Die Brennerrohre werden an einem Punkt festgeklemmt. Alle anderen Befestigungspunkte gewährleisten ein Gleiten in Längsrichtung. Am Kopfende des Brennerohres befinden sich die Zündung mittels Zündbaustein, die Gas- und Luftzufuhr. Über die Länge des Brennerrohres sind maximal 11 Ganzmetallbrenner angebracht, die bei Erd- bzw. Propangas und Gasdrücken von 150 mbar bis 1 bar eine Heizleistung von 1000 W / m erbringen. Die Anzahl und Anordnung der Brennerkästen ist abhängig von dem zu beheizenden Weichentyp. Die Brennerrohre sind aus Aluminium und rostfreiem Stahl aufgebaut.

PINTSCH ABEN verwendet für die Brennerrohre ein speziell für diesen Anwendungsfall entwickeltes Zweikammer-Alumi-niumprofil. Innerhalb des Vierkantprofiles befindet sich ein kleiner Zündkanal mit quadratischem Querschnitt. Bei aktivierter Gaszufuhr strömt in den Hauptkanal und somit auch in die Brenner ein brennbares Gas-Luft-Gemisch. Gleichzeitig wird auch über die Zündgasableiter (Verbindung zwischen Haupt- und Zündkanal) der Zündkanal mit demselben Gemisch gefüllt. Die Zündgasableiter schaffen als sicherheitsrelevantes Element eine kleine Gaszufuhr in den Zündkanal und verhindern gleichzeitig einen Flammenrückschlag in den Hauptkanal.

Der Zündbaustein beinhaltet eine elektronische Schaltung, die die zugeführte 42 V Spannung in eine hochfrequente Spannungsspitze von 2-3 kV umsetzt. Der Zündbaustein produziert jede 8-10 Sekunden einen Funken und hat ein integriertes Thermoelement. Das Thermoelement, das so montiert ist, dass es der Wärmestrahlung des ersten Brenners ausgesetzt ist, ermöglicht es dem SAC System zu überprüfen, ob das Brennerrohr in Betrieb ist. Sollte einen Zug oder starker Wind die Brenner auslöschen, dann bleibt das System automatisch in Funktion. Das frische Gas-Luft-Gemisch drückt die Abgase aus dem Zündkanal und der nächste Funke zündet wieder alle Brenner.

Ein weiteres sicherheitsrelevantes Bauelement ist das wind-feste Stahlbrennerelement, das aus fünf verschiedenen Lagen Drahtgewebe aufgebaut ist, um einen Flammenrückschlag von den Brennerkasten in den Hauptkanal unmöglich zu machen.