Zimo

digitale Mehrzugsteuerung

Studienarbeit

Im Rahmen des Grundstudiumsprojekts "Implementierung eines technischen Prozesses" im SS94 entstand die Aufgabe, einen Mehrzugbetrieb mit einer digital gesteurten zu realisieren.

Die als Grundlage eingesetzte kommerziell verfügbare Mehrzugsteuerung des Zimo-Systems ermöglicht aber nur die Übermittlung von Befehlen vom Steuerrechner an die Lokomotiven, während eine Rückmeldung nicht unterstützt wird. Innerhalb des Projekts wurden verschiedene Möglichkeiten der Positionsrückmeldung diskutiert - ausgewählt und realisiert wurde schließlich eine Infrarot-Übertragung von den Lokomotiven zu einem zentralen Empfäger.

Der Aufbau der dabei benötigten Schaltungen erfolgte mit Altera FPGAs. Im einzelnen entstanden dabei folgende Entwürfe:

• Das Lokomotiven-FPGA ist die zentrale Komponente des Systems. Es enthält Zähler, die die aktuelle Position der Lokomotive aus der gefahrenen Strecke ableiten, und auf Anforderung vom Steuergerät über eine Infrarotdiode aussenden. Zur Kompensation von Schlupf und zur Kalibrierung der Nullposition wird das Signal der Indexmarken ausgewertet.
• Die Indexmarkensender sind ebenfalls mit FPGAs aufgebaut. Sie werden an bestimmten Punkten der Strecke eingesetzt, um eine neue, absolute Positionsmarke an die Lokomotiven zu übermitteln. Auch die Übertragung der Indexmarkenkennung zur Lokomotive erfolgt mit Infrarotdioden, allerdings stark gebündelt und mit sehr kleiner Reichweite. Es wird ein sehr einfaches, trotzdem aber fehlertolerantes Protokoll benutzt.
• Der Infrarot-Empfänger des Systems ist ebenfalls in ein FPGA integriert. Die seriell empfangene Information wird auf Übertragunsfehler überprüft und über eine parallele Schnittstelle an den Steuerrechner weitergegeben.
• Ein weiteres FPGA schließlich verbessert die ZIMO Steuerung. Das FPGA ersetzt die Rechnerschnittstelle des normalen Steuergeräts und erlaubt eine wesentlich schnellere und zuverlässigere Übermittlung von Fahrbefehlen an die Lokomotiven.

Alle Komponenten des Systems sind aufgebaut und ausgetestet. nötige Steuersoftware wurde in der Folgezeit in einer Studienarbeit entwickelt.