Stellwerksplanung der ÖBB wird durch BEST Simulation unterstüzt

Stellwerksplanung

Stellwerksplanung der ÖBB wird
durch BEST­Simulation unterstüzt
Johann Berger / Norbert Plaminger / Péter Szilva

Der Geschäftsbereich Signal­/Systemtechnik der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB)
befindet sich derzeit in einer Umstellungsphase von manueller Projektierung der
Signalanlagen zur EDV­unterstützten Projektierung der elektronischen Stellwerke. Die Ziele
wie z.B. Erhöhung der Planungssicherheit und –qualität oder Reduzierung der Kosten werden
nicht zuletzt durch Stellwerksimulation erreicht.
1 Einleitung

Im Netz der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) werden fast nur noch elektronische Stellwerke gebaut. Die
Planung der Stellwerke erfolgt grundsätzlich bei den ÖBB, in manchen Punkten wird diese aber beim
Stellwerkhersteller finalisiert. Dabei werden neue Anforderungen an den Planungsprozess gestellt:
o Die Qualität der Planungsdaten muss erhöht werden, eine manuelle Kontrolle reicht nicht, eine
   rechnerunterstützte Prüfmöglichkeit soll geschaffen werden.
o Um die Kosten bei nachträglichen Änderungen so gering wie möglich zu halten, soll eine Rückkopplung durch
   den Betreiber ermöglicht werden.
o Um die Anlage wirklich funktional prüfen zu können, soll sie möglichst vor der Realisierung mit dem
   vorgesehenen Fahrplan im Betrieb erprobt werden.
o Um den Projektierungsprozess zu beschleunigen, ist ein Datenaustausch mittels EDV zu bevorzugen.
Diese Ziele werden bei den ÖBB durch Stellwerksimulation mit dem System BEST erreicht.
2 Die Programme des Projektierungssystems und ihre Aufgaben

Das System BEST ist aus mehreren Programmen aufgebaut. Die unterschiedlichen Programme, durch welche die
Simulationsmodelle [1], [2] realisiert werden, haben in den einzelnen Phasen der Projektierung unterschiedliche
Aufgaben. Sie kommunizieren miteinander sowohl im Online­ (wenn sie gleichzeitig laufen) als auch im Offline­
Betrieb (serielle Bearbeitung) über Dateien.
Das Editorprogramm (Bild 1) hat zentrale Funktionen. Es dient zur Erstellung und Änderung des Monitorbildes
(bei den ÖBB Einheitliche Bedienoberfläche EBO genannt), zur Beschreibung der Topologie (Aufbau und
Kilometrierung des Gleisnetzes sowie sonstiger Elemente der Aussenanlage, wie z.B. Signale, Schienenkontakte,
usw.) und zur Beschreibung des Stellwerkes (Topologie und Projektierungsmerkmale des Stellwerkes). Weiter
ermöglicht es die Übernahme bereits bestehender Datensätze (z.B. Signaltabelle, Weichen­Flankenschutztabelle,
usw.) und die automatische Suche der topologisch möglichen Fahrstraßen einschliesslich der Bestimmung ihrer
Attribute (Geschwindigkeit am Startsignal, Haltfallabschnitt, Umwegfahrstraßenpriorität usw.). Neben der
manuellen Bearbeitung der Fahrstraßen und ihrer Attributen (Bild 2), erlaubt der Editor die Kontrolle auf allen
Ebenen:
­ Innerhalb eines Objektes (z.B. ob der Signalaufbau dem Signaltyp entspricht),
­ zwischen Objekten (z.B. ob die Beziehung Signal – Gleiselement zulässig ist und das Signal kilometrisch richtig
  aufgestellt sein kann),
­ innerhalb einer Objektmenge (z.B. ob ein Streckengleis nur Blockabschnitte und Streckenschlüsselsperren
  beinhaltet und die Richtungspfeile dem Blocktyp entsprechend plaziert sind),
­ im Gesamtbereich (z.B. ob alle Elemente Bahnhöfen zugeordnet sind, und ob die Projektierungsmerkmale der
  Bereich plausibel sind: Zentrale, ferngesteuerte Anlage, usw.),
­ innerhalb von Fahrstraßen (z.B. ob die Geschwindigkeit am Startsignal, die Geschwindigkeit, welche die
  Weichen in der Fahrstraße bzw. der Schutzweg zulassen, in zulässiger Relation sind) und
­ zwischen Fahrstraßen (z.B. ob nur eine Regelfahrt zwischen A und B definiert ist).
Mit Hilfe des Editors werden auch die Anlagendatei für die Simulation und die unterschiedlichen Listen (z.B.
Zugstraßentabelle, Weichentabelle, usw.) zur Weiterverarbeitung in anderen Phasen der Stellwerksprojektierung
erstellt. Das Programm ist in Windows­Technologie ausgeführt.
Die zweitwichtigste Komponente ist das Simulatorprogramm. Es arbeitet mit der Anlagendatei, welche durch den
Editor erstellt wurde. In den Tests werden die Stellwerkslogik, die Bedienoberfläche, die Zugfahrten mit echter
Fahrdynamik (gegebenenfalls im Fahrplanbetrieb) und die Störungen der Elemente des Stellwerks realitätsgetreu
simuliert.
Während der Kontrolle durch den Geschäftsbereich Netz wird die Projektierung des Stellwerk durch einen mit den
örtlichen Gegebenheiten vertrauten Bediener getestet. Diese Tests sollen zukünftig durch Selbstellbetrieb und
Automatikbetrieb unterstützt werden. Die Störungssimulation ermöglicht die Auswertung des Betriebesgeschehens
unter eingeschränkter Funktionalität der Aussenanlage. [3]
Ein wichtiger Vorteil ergibt sich daraus, dass das Simulatorprogramm auch für die Schulung der Fahrdienstleiter
bei den ÖBB eingesetzt wird. [4] Ein Neuentwurf kann dem Betrieb zur Beurteilung zur Verfügung gestellt
werden. Er steht damit gleichzeitig für die Schulung zur Verfügung.
Um die Auswertung der Ergebnisse der Simulationsprüfung zu unterstützen, stehen dem Planer die
Graphikprogramme „Zeit­Weg­Linien­Diagramm“ und „Objektzustand­Zeit­Diagramm“ zur Verfügung (Bilder 3

Stellwerksplanung

und 4). Sie stellen die während der Simulation erstellten Ist­Datensätze dar. Eine tabellarische statistische
Auswertung der gespeicherten Daten ist ebenfalls möglich.
Der Editor eignet sich vor allem für eine statische, syntaktische und logische Prüfung, während der Simulator für
dynamische Prüfung der Leistungsfähigkeit und der Nutzung der Kapazitäten eingesetzt werden kann.
3 Die Bedienoberfläche des Editors

Die gesamte Projektierung basiert auf der Monitorbild­Darstellung, d.h. die Topologie der Aussenanlagen und des
Stellwerks werden ebenfalls mit der Hilfe des Monitorbildes beschrieben bzw. mit Erstellung des Monitorbildes
aufgebaut. Es wird dadurch eine mehrfache Beschreibung vermieden und eine übersichtliche Darstellung erreicht.
Im Grundfenster erscheint das Monitorbild in Rastergrafik im EBO­Format. Die grafischen Elemente stehen dem
Planer in Katalogfenstern zur Verfügung. Die im Hintergrund angelegten Stellwerksobjekte sind über
objektbezogene Menüs erreichbar. Die Parametereingabe erfolgt über Dialogfenster, wobei die Eingabe durch
Defaultwert­Vorgabe nach Wunsch der ÖBB weitgehend unterstützt wird. Weitere Funktionen des Editors sind
über die herkömmliche obere Menüzeile des Programms erreichbar.
Die Fehler­ und Warnungsmeldungen erscheinen in getrennten Fenstern und unterstützen die Fehlerbehebung
sowohl mit tabellarischen Fehlerbehebungstexten und Datenausgaben als auch mit grafischen Darstellungen.
Die Bearbeitung der Fahrstraßen erfolgt in ähnlicher Form ebenfalls über Vorschläge des Editors.
4 Die Projektierungsdaten

Ein sehr wichtiger Regel des Aufbaus der Datenstruktur ist es, die Realität auch strukturell ganz genau zu
beschreiben, damit ein Datenaustausch ermöglicht wird und die Funktionen realitätsgetreu ausgeführt werden
können.
Je nachdem, welche Daten wofür benötigt werden, lassen sich grundsätzlich drei Kategorien der Daten anführen.
Es gibt Daten, wie z.B. Kilometrierung der Außenanlagen, die sowohl in der Echtplanung als auch in der
Simulation gebraucht werden. Der Editor prüft z.B. anhand dieser Daten, ob das Gleisnetz kilometrisch konsistent
ist; die Zugsimulation basiert ebenfalls auf diesen Entfernungen. Diese Daten gehören daher zu den
einzugebenden Daten, sie werden aber auch in den Ausgabelisten angeführt.
Andere Daten der Echtplanung sind jedoch für die Simulation nicht relevant. Damit aber die eingelesenen
Tabellen in gleichem Format und vor allem mit gleichen Inhalt ausgegeben werden können, werden diese Daten
auch gespeichert.
Die letzte Kategorie ergibt sich dadurch, dass die Simulation eigene, zusätzliche Angaben braucht, z.B. ob ein
Streckenabschnitt an der Simulationsgrenze liegt, damit die aus dem simulierten Bereich hinausfahrenden Züge
gelöscht werden. Ein anderes Beispiel: bei Neuentwurf soll für die Weichen die “für die Fahrstraßensuche
bevorzugte Lage” angegeben werden, damit die Regelwege und Umfahrwege richtig parametrisiert werden. Solche
Daten sind daher anzugeben, sie werden jedoch in Projektierungslisten nicht ausgegeben.
5 Iterationszyklen der Projektierung mit der Simulation

Ein Bearbeitungszyklus besteht aus den folgenden Schritten:
o Anlegen des Gleisnetzes. Grundlage hierfür sind die Lagepläne und Teilungspläne. Aus dem Grafikkatalog
    werden die Monitorbildelemente gewählt, positioniert und angelegt. Die Parameter werden im erscheinenden
    Dialogfenster angegeben.
o Im zweiten Schritt wird das Gleisnetz mit Signalen, Eisenbahnkreuzungen, Schienenkontakten usw. ergänzt,
    die verwendete Methode ist identisch mit der für die Gleiselemente verwendeten.
o Nach der Behebung aller Fehler in der Anlage wird die Fahrstraßenbearbeitung durchgeführt.
o Stehen auch die Fahrstraßen zur Verfügung, so erfolgt die Simulationsprüfung.
o Als Ergebnis der Simulationsprüfung wird mit den Hilfsprogrammen der Betriebsablauf analysiert.
Nach der Analyse können Änderungen, z.B. im Gleisnetz, Objektparameter oder ggf. in der Signalisierung der
Fahrstraßen, vorgenommen werden, worauf ein nächster Zyklus beginnt. Das Optimum wird in mehreren
Iterationszyklen erreicht. (Bild 5)
6 Praktische Durchführung der Projektierung mittels EDV Unterstützung bei den ÖBB

Bei den im Qualitätsmanagementhandbuch festgelegten Projektphasen für die Abwicklung von Projekten zur
Errichtung von elektronischen Stellwerken ist vorgesehen, das nach der „Projektidee“ und „Projektentwicklung“
in der Phase „Projektierung“ vom jeweiligen Projektleiter Basisdaten an das für die signaltechnische Planung
verantwortliche Planungscenter übergeben werden. Als Basisdaten wurden die minimal erforderlichen Grunddaten
wie z.B. Lageplanskizze, Weichengeschwindigkeiten, örtlich zulässige Steckenhöchstgeschwindigkeit,
Streckenblockbauart der Nachbarstellwerke, Betriebliche Projektierungsliste usw. definiert, um damit die vom
BEST­Simulationsprogramm unterstützte signaltechnische Planung durchführen zu können. Die Erstellung des
signaltechnischen Lageplanes und der eventuell erforderliche Teilungspläne erfolgt in herkömmlicher Weise auf
CAD.
Wie bereits dargestellt basiert die gesamte Projektierung auf der Monitorbild­Darstellung. Sämtliche für
Errichtung von elektronischen Stellwerken erforderlichen Tabellen wie die Signal­, Weichen­ und
Zugstraßentabelle sowie technische Projektierungslisten wie z.B. die Weichenflankenschutztabelle werden dem
Projektanten als Output des BEST­Editors zur Verfügung gestellt. Die ausgegebenen Tabellen sind derart
gestaltet, dass damit auch die Beantragung der Betriebsgenehmigung für die Anlage bei der Aufsichtsbehörde
durchgeführt werden kann. Weiter können diese Tabellen auch als Betriebspläne aufgelegt werden.

Stellwerksplanung

Die gesamte signaltechnische Planung wird im Anschluss an die Projektierung einer Planprüfung in
herkömmlicher Weise durch einen Planprüfer unterzogen. Danach wird in einem im Projektverlauf gesehen
frühem Stadium die Stellwerkssimulation des jeweilgen ESTW zusätzlich zu den herkömmlichen
signaltechnischen Planunterlagen dem Geschäftsbereich Netz zur Stellungnahme übergeben, um einen Konflikt zu
erkennen bzw. ggf. dessen Behebung noch vor Bauausführung veranlassen zu können. Unter anderem wird es
dadurch dem GB Netz ermöglicht, frühzeitig seine Mitarbeiterschulungen und das Störungstraining auf der Ebene
der Regionalleitungen durchzuführen.
Mit der positiven Stellungnahme des GB Netz wird die signaltechnische Projektierung abgeschlossen und dem
jeweiligen Projektleiter übergeben. Dieser startet u.a. die Ausschreibungs­ und Vergabeformalitäten an die
Signalbauindustrie und leitet in weiterer Folge die Projektphase „Realisierung“ bei der jeweiligen Regionalleitung
ein.
Der      Geschäftsbereich      Signal­/Systemtechnik      der    ÖBB       kann     durch      Anwendung       des
Stellwerkssimulationsprogrammes BEST eine Verbesserung der Planungsstabilität und gleichzeitig eine
Vergrößerung der Definitionsmenge für die Errichtung von elektronischen Stellwerken erreichen. Hierdurch
werden sowohl die Planungsvorgaben an die Signalbauindustrie eindeutiger, als auch die Forderungen und
Wünsche seitens des GB Netz an das Stellwerk präziser und praxisbezogener.
7 Spezielle Anforderungen an den Editor für Planungsaufgaben

Die ersten Planungsversuche bei den Österreichischen Bundesbahnen wurden mit einem von der Firma VST
entwickelten Editor für die Simulation von Stellwerken durchgeführt. Hierbei wurde festgestellt, dass in diesem
Editor zwar einige Abfragen auf Plausibilität durchgeführt werden, der Schritt zu einem echten Planungseditor
aber nur in Teilbereichen vollzogen ist.
Was könnte man sich nun unter einem "Planungseditor" vorstellen? Dieser sollte nicht nur Unterstützung beim
Entwurf der Anlage geben, sondern über rein formale Dinge hinaus auch weitere Unterstützung bei der
Projektierung der Anlagen bieten. Dies wird an folgendem Beispiel deutlich: Eingabedaten in den Editor sind die
Weichen und Gleisgeschwindigkeiten sowie die örtlich zulässigen Geschwindigkeiten in den entsprechenden
Gleisen. Aus diesen Daten, sowie der Kenntnis der gewünschten Schutzwege am Ziel der Fahrstraßen, muss es
einem intelligenten Planungseditor möglich sein, die am Startsignal der Fahrstraße geforderten
Geschwindigkeitsbegriffe an den Projektanten auszugeben. Dieser kann danach entscheiden, welche Bestückung
des Startsignals mit Lichtpunkten und Geschwindigkeitsanzeigern sinnvoll bzw. notwendig sind.
Nun zeigt sich sofort eine weitere Automatisierungmöglichkeit. Wird ein Geschwindigkeitsanzeiger projektiert, so
kann der Editor in Kenntnis der örtlich zulässigen Geschwindigkeit bei allen Signalen, von denen aus das Signal
mit dem Geschwindigkeitsanzeiger erreichbar ist, überprüfen, ob ein Geschwindigkeitsvoranzeiger projektiert ist.
Bei dieser und bei den meisten anderen Automatismen wird davon ausgegangen, dass der Rechner nicht selbsttätig
Einträge in die Datenbasis vornimmt, sondern eine Warnung oder eine Fehlermeldung generiert. Der Projektant
entscheidet, ob die Meldung für ihn relevant ist. Ist dies der Fall, dann schlägt das Projektierungstool eine
Änderungsmöglichkeit vor, die der Projektant zur automatischen Realisierung annehmen oder manuell abändern
kann.
Diese Vorgehensweise wurde gewählt, um den Projektanten weiterhin die Möglichkeit von Sonderprojektierungen
zu geben. Im Folgenden sollen noch einige Beispiele von Automatisierungsmöglichkeiten angeführt werden:
­ Festlegung, ob ein Geschwindigkeitsanzeiger bzw. Voranzeiger überwacht werden muss,
­ Einbeziehung von Nachbargleisabschnitten zu Weichen zur Erzielung der Grenzfreiheit,
­ Festlegung des letzten Elements im Schutzweg hinter einem Signal auf Grund der Schutzweglänge,
­ Erkennen des Ausschluss von Fahrstraßen bei zusammengesetzten Fahrstraßen auf Grund der signalisierten
  Geschwindigkeit ohne Schutzwege,
­ Erstellung der Zugstraßentabelle inklusive aller Umwegfahrten und deren Priorisierung mit Festlegung der
  Signalbegriffe,
­ Festlegung des Haltfallabschnitts für Zugstraßen und
­ Erstellung der Verschubstraßentabelle inklusive aller Umwegfahrten und deren Priorisierung, wobei der Verlauf
  analog demjenigen, der entsprechenden Zugstraße vorgeschlagen wird.
8 Schlussbetrachtung

Weitere Möglichkeiten erwarten sich die Österreichischen Bundesbahnen aus den Erfahrungen mit dem
Projektierungstool, so dass in diesem Fall von einem Werkzeug ausgegangen werden kann, das mit der Aufgabe
und den Erfahrungen mitwächst. Bei all den angeführten Punkten und Automatismen muss aber eines ganz
eindeutig gesagt werden: Das Projektierungstool hat keinerlei Sicherheitsverantwortung. Verantwortlich für die
Richtigkeit der Daten ist der Projektant bzw. der Planprüfer, der die Ausgabedaten des Editors überprüft.
Literatur
[1] Parádi, F., Harder, V.: BEST­Betriebs­ und Stellwerkssimulation als Planungs­ und Projektierungshifsmittel für ESTW,
    SIGNAL+DRAHT, 1997, Heft 6
[2] Parádi, F.: Eine neue Methode der Echtzeitsimulation zur Transportprozess­Modellierung mit Hilfe des Digitalrechners. ETR,
    1993, Heft 12
[3] Berger, J., Bozsóki, Z., Molnár, G., Parádi, F., Szilva, P. E.: Multifunctional simulation system for Austrian Railways, ITEC2000,
    Den Haag, 12.April 2000
[4] Berger, J.: Betriebs­ und Stellwerkssimulation ESTW, ÖBB Netz Intern, Ausgabe 3/99
   Summary
    Interlocking planning supported by simulation

Stellwerksplanung

  Division Signalling/Systemtechnic, Austrian Railways is introducing computer based planning methods instead
  of the former manual way in the planning process of electronic interlockings. Interlocking simulation is being
  used to achieve the aims (to increase planning quality and safety, to minimize costs, etc.)
Die Autoren
Ing. Johann Berger
Jahrgang 1959. Studium an der Höheren Technischen Lehranstalt Mödling. Von 1978 bis 1987 in der Regionalleitung
Signal­ und Systemtechnik Wien im Bereich Rangiertechnik tätig. Seit 1988 in der Leitung des Geschäftsbereichs
Signal­ und Systemtechnik der ÖBB.

Anschrift: Friedrichstraße 4, A­1010 Wien

Ing. Norbert Plaminger
Jahrgang 1968. Studium an der Höheren Technischen Lehranstalt Mödling. Von 1992 bis 1998 in der Regionalleitung
Signal­ und Systemtechnik Ost als Baumanager für Stellwerksbauvorhaben im Bereich „Südbahn“tätig. Seit 1999
Projektleiter für die Errichtung Stellwerksanlagen und Betriebsfernsteuerzentralen im Bereich der Regionalleitung
West.

Anschrift: Friedrichstraße 4, A­1010 Wien

Dipl.­Ing. Péter Erno Szilva
Jahrgang 1972. Studium 1992­1997 an der TU Budapest Fakultät für Verkehrswesen. 1997­2000 Doktorand an der TU
Budapest am Lehrstuhl für Verkehrsautomatik. Seit 1997 Mitarbeiter der Tran­Sys GmbH

Anschrift: Lajos u. 66. B.II., H­1036 Budapest

Bildunterschriften:

             Bild 1: Bedienoberfläche des Editors, Dialogfenster “Signal” und Fehlermeldefenster
                                Bild 2: Dialogfenster zur Fahrstrassenbearbeitung

Stellwerksplanung

Bild 3: Zeit­Weg­Linien­Diagramm

Stellwerksplanung

           Bild 4: Objektzustand­Zeit­Diagramm

Bild 5: Iterationszyklen der Projektierung mit der Simulation