Zuverlässigkeit im Schienenverkehr

Im Rahmen des Seminars: Zuverlässigkeit in verteilten Systemen

Beim Schienenverkehr müssen aufgrund der höheren Geschwindigkeiten, des längeren Bremsweges und der fehlenden Ausweichmöglichkeiten verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um zuverlässigen Betrieb und sicheren Transport gewährleisten zu können.

• Verkehr auf festen Trassen
• Sicherer als mit dem Auto
• Höhere Geschwindigkeiten
  • herkömmlicher Zug: bis 160 km/h
  • ICE-1 und ICE-2: bis 250 km/h
  • ICE-3: bis 330 km/h
  • Transrapid: bis 500 km/h
  • Nur Fliegen ist noch schneller
• Feste Vorgaben vom Gesetzgeber
• Geringere Haftreibung
  • Stahl auf Stahl bedeutet 1/8 der Haftreibung von Gummi auf Asphalt
  • Daher effizientere Antriebe
  • Aber auch 8facher Bremsweg
  • Langer und Schwerer Zug, also noch längerer Bremsweg
• Mobile, bewegliche und stationäre Elemente
  Züge, Weichen und Schranken, Signale etc.

• Unfälle verherender
• Zuverlässige Fahrzeuge
• Zuverlässige Technik
• Beachtung des Bremsweges
• Schutz vor Kollisionen
• Keine "ad-hoc"-Ausweichmöglichkeiten
• Schienen geben Weg exakt vor
• Lösung: Fahren im Raumabstand

• Aufteilung der Strecke in Blockabschnitte
• 1.000 bis 5.000 Meter lange Abschnitte
• Explizite Freigabe der Blockabschnitte durch Signale
  H - Hauptsignal
  V - Vorsignal
  S - Signalschlußstelle
• Bei Überfahren von Signal Zwangsbremsung
• Aber: Zugtrennungen bleiben unerkannt

• Problem bleibt bisher unerkannt
  • Zug hat Signalschlußstelle passiert
  • Jedoch nicht vollständig
  • Dennoch wird der Blockabschnitt freigegeben
• Daher werden zusätzliche Sicherungen benötigt
• Zugintegrität sicherstellen
  • Bei modernen Zügen kein Problem
  • Zusammenhängende Züge
  • Datenleitungen im Zug
  • Implizite Integritätskontrolle
  • Bei älteren und Güterzügen ist das jedoch nicht möglich
• Gleisstromkreise
  • Messung von Strom/Widerstand zwischen Gleisen
  • Zurückgelassene Achse schließt Gleise kurz
• Achszählkreise
• Signalabhängigkeiten

• Technisch erzwungene Abhängigkeiten für Signale
• Stellungszwang
  • Signalstellung hängt von Weiche ab
  • Signal kann erst dann auf Fahrt gestellt werden, wenn Weiche fertig
• Weichenverschluß
  • Weiche hängt von Signal ab
  • Weiche kann Stellung nur dann ändern, wenn Signal nicht auf Fahrt steht
• Fahrstraßenfestlegung
  • Weiche hängt von Signalschlußstelle ab
  • Weiche kann Stellung nur dann ändern, wenn Zug die Signalschlußstelle passiert hat

Ziel: unerlaubte Zugtrennung erkennen Ermittlung von Frei- und Besetztzustand Vergleich der Anzahl ein- und ausfahrender Achsen Z1, Z2 - Zählpunkte ZVG - Zähl-/Vergleichsgerät Zuverlässige Hardware benötigt

Keine gefährlichen Zustände erlauben, niemals Ausfälle und Fehlzählungen tolerieren Teil-Lösung: Virtuelle Achszählkreise Fail-Safe-Implementierung

Laut DIN: Fail-Safe-Eigenschaft, bedeutet, daß das System beim Auftreten eines Ausfalls im sicheren Zustand bleiben oder unmittelbar in einen anderen sicheren Zustand übergehen muß.

• Echt-Fail-Safe
  • energiearmer Zustand ist sicher
  • Ausfall gleichbedeutend mit sicherem Zustand
• Quasi-Fail-Safe
  • Ausfall bewirkt keinen sicheren Zustand
  • Nachgeschaltete Untersuchung schaltet um
  • Mikroprozessorgestützt

Replizierte Hardware Unabhängige mehrfache Berechnungen 2v2- oder 2v3-Votierer Votierer entscheidet Mehrheitsentscheidung Automatische Selbstabschaltung der einzelnen Komponenten

• Komplexes Thema
• Hoher Sicherheitsstandard
• Immenser technischer Aufwand
• Technische Schutzmechanismen
• Ausfälle tolerieren und zuverlässige Komponenten bauen
• Gefährliche Zustände komplett ausschließen