Hallo liebe Forumer, nachdem ich in jahrelanger Arbeit ein eigenenes Steuerungs-Programm für meine Anlage erstellt habe, weiß ich ziemlich genau, welche Datenstrukturen für ein anlagen-unabhängiges Programm notwendig sind, um die Anlagen-Eigenheiten so zu beschreiben, dass ein vorbildgerechter Betrieb auf der Anlage möglich ist. Es handelt sich dabei um eine Reihe Tabellen, die alle Betriebsparameter einer Anlage festlegen, so dass eine Software alles findet, was sie für das Betriebs-Abbild braucht. Dabei geht es nur um die Inhalte der Tabellen, nicht um ihre programmtechnische Darstellung (das könnte im einfachsten Fall ein simpler Textmodus sein, der mit jedem Text-Editor erstellt werden kann).

Beispielsweise kann der gesamte Gleisplan der Anlage durch eine Fahrstraßentabelle und eine Gleisabschnitts-Tabelle dargestellt werden, ohne dass ein bildlicher Gleisplan erstellt und eingegeben werden muss.

Mein Triptis II-Programm war in den ersten Versionen tatsächlich anlagen-unabhängig, weil ich die Hoffnung hatte, dass auch andere MoBa-Freunde aus meiner hiesigen Umgebung darauf einsteigen könnten. Deren Anlagen-Ambitionen haben sich aber leider aufgelöst (nachdem sie ihren Spieltrieb bei mir im Keller austoben können ). Immerhin habe ich zwei verschiedene eigene Anlagen damit betrieben: Zunächst eine Probeanlage ("Knau") mit nur zwei Bahnhöfen und einem Haltepunkt, ohne Landschaft, aber mit Weichen und Signalen; die diente dazu, die Machbarkeit meines Konzepts zu ermitteln ("feasibility-study"). Und dann natürlich die heutige Anlage Triptis II.

Nachdem aber kein Mensch in mein Konzept einsteigen wollte, habe ich später die Anlagen-Unabhängigkeit verlassen und habe einige Funktionen direkt ins Programm geschrieben.

Ich könnte also hier aufführen, welche Tabellen man braucht und welche Inhalte die Tabellen enthalten müssten. Ich denke, dass alle derartigen Programmsysteme im Prinzip die gleichen Daten benötigen. Man könnte an den Inhalten auch erkennen, welche betrieblichen Funktionen man von so einem Programm erwarten kann. Wenn bei den Fahrstraßen beispielsweise keine Bremsweg-Längen eingegeben werden, dann kann man keine Zielbremsungen erwarten.

Keine Angst, ich werde ggf. nur die eisenbahntechnischen Inhalte beschreiben, keine Programmier-Einzelheiten.

Hier noch eine kleine Auswahl von Funktionen, die ein Steuerungsprogramm bieten kanne:

- einstellen von Fahrwegen/Fahrstraßen (Weichen, Signale ...)

- Fahrspannungs-Management

- Organisation von Zugfahrten (wo solls lang gehen und wann?)

- Steuerung von Rangierfahrten

- Ortung von Garnituren (Züge/Rangiergruppen)

- Umsetzen von Fahrbefehlen (Fahrstufenkennlinien)

- Berücksichtigung von Geschwindigkeitsprofilen

- Zielbremsung

- Freimeldung von Gleisabschnitten

- bildliche Darstellung von Betriebsvorgängen

- Schnittstelle zwischen Software und Anlagen-Hardware

Wenn also eine Beschreibung der Daten hier gewünscht ist, dann gebt bitte ein , sonst mache ich mir die Arbeit nicht.

Mit Hp1-Gruß - Helmut

Wenn man eine Modellbahnanlage oder einen Teil davon einigermaßen vorbildgerecht automatisch steuern möchte, dann braucht jedes Steuerungssystem eine Reihe von Eingangsdaten, die die Anlage und die Betriebsform charakterisieren. Weiterhin muss bei Betriebsschluss der Zustand der Anlage in irgendeiner Form gespeichert werden, damit die nächste Session von einem definierten Anfangszustand ausgehen kann. Ich will hier den Versuch unternehmen, die typischen Daten und ihre Struktur zu beschreiben. Ich setze mal voraus, dass der Inhalt des Beitrags "Technische Gleisfreimeldung" hier in IX.5 (Modellbahn Hard- und Software) bekannt ist. Den wollte ich eigentlich an den Anfang setzen, der ist aber sehr schnell sehr umfangreich geworden, so dass sich ein eigenes Thema anbot.

Beim Systemstart braucht das System Informationen zur Anlagenstruktur, über Betriebsstellen, Streckenverlauf, Gleisstruktur, Signalisierung und dann über die Fahrzeuge; zB Zuggarnituren, Triebfahrzeuge und Fahrkennlinien. Dazu kommen variable Daten, die während des Betriebs laufend den Betriebszustand aller verstellbaren Elemente und den Zustand und Standort aller Fahrzeuge zugänglich machen; diese Daten sind in den folgenden Tabellen mit V gekennzeichnet.

Bei der Beschreibung orientiere ich mich an der Anlage Triptis II, ich denke aber, dass jeder Steuerungscomputer mit entsprechendem Leistungsumfang prinzipiell die gleichen Ein/Ausgangssignale braucht. Im Text rot gedruckte Funktionen sind Progrannteile.


Gleisabschnitte (Freimeldeabschnitte)

* Bezeichnung, zB Gl-Tp03 "Gleis Triptis 03"
* maximale Streckengeschwindigkeit
* Steigungsverhältnisse zB in Promille
* Positionsangaben für Prozessabbild
V Zustand des Abschnitts (frei/besetzt; ggf. Rangiergruppe oder Zug)

Eine Längenangabe ist hier nicht notwendig, wenn in der Fahrstraßen-Tabelle die Bremswege und Freigabewege beschrieben sind.


Hauptsignale

* Bezeichnung zB Sr-TpM5 "reales Signal Triptis M5"
* real oder virtuell
* Positionsangaben für das Prozessabbild
* Bezug zur Hardware (Adresse und Hardware-Anschluss)
V Zustand (Hp0/Hp1/Hp2)

Virtuelle Hauptsignale können zB in Schattenbahnhöfen sinnvoll sein. Sie werden von den Lokführern wie reale Signale beachtet, sind aber auf der Anlage nicht installiert.


Weichen und Fahrwegelemente

Hierzu gehören auch Sperrsignale, Gleissperren, Wartezeichen, Riegel und Erlaubnisfelder.

* Bezeichnung zB Wv-Tp39 "virtuelle Weiche Triptis 39"
* real oder virtuell
* Positionsangaben für das Prozessabbild
* Bezug zur Hardware (Adresse und Hardware-Anschluss)
V Stellung (Plus/Minus, Sh0/Sh1, ...)
V Zustand (frei/verschlossen)

Virtuelle Weichen sind zur Realisierung von Fahrstraßenausschlüssen sinnvoll: Wenn für zwei feindliche Fahrstraßen (das sind Fahrstraßen, die nicht gleichzeitig festgelegt werden dürfen) alle realen Fahrwegelemente gleich liegen, kann die Unterscheidung durch eine virtuelle Weiche definiert werden, die für die beiden Fahrstraßen unterschiedliche Lagen hat, die aber in der Anlage nicht installiert ist.

Bei analogen Anlagen in Z-Schaltung können hier auch die Zuschaltrelais aufgeführt werden, weil sie intern wie Fahrwegelemente behandelt werden.


Fahrstraßen

* Bezeichnung zB Fz-TpA1 "Zugstraße Triptis Sig A nach Gleis 1"
* Zuständigkeit (welcher Fdl?)
* Kategorie (Zugstraße Hp1/Hp2, Rangierstraße, ...)
* Orientierung (Fahrspannungs-Polarität)
* Start-Gleisabschnitt
* Ziel-Gleisabschnitt (muss bei Zugstraßen frei sein)
* Zusatz-Gleisabschnitt (der ggf. auch frei sein muss)
* Freigabeweg (Anfang Ziel-Abschnitt bis Hauptsignal)
* Bremsweg (Vorsignal oder Bahnsteig-Anfang bis Hauptsignal)
* Ortung Vorsignal oder Anfang Bremsweg (zB Reedkontakt)
* Ortung Hauptsignal (zB Reedkontakt)
* Ortung Abschnittsgrenze (Ende Startabschnitt)
* Hauptsignal am Anfang des Blocks
* Hauptsignal am Ende des Blocks
* zugehöriges Fahrgerät (bei Analog-Anlagen)
* zugehöriges Zuschaltrelais (bei Analog-Anlagen)
* Positionsangaben für das Prozessabbild
V Zustand der Fahrstraße (aufgelöst/angefordert/im Stellvorgang/festgelegt)

Falls es sich um eine Rangierstraße ohne Hauptsignal am Ende des Blocks handelt, dann beziehen sich Freigabeweg und Bremsweg auf das Ende des Gleisabschnitts. Der Freigabeweg ist wichtig, wenn die Gleisfreimeldung nach der Methode der Zuglängen-Erfassung geschieht. Beim Zählverfahren oder bei der Strommessung kann diese Angabe entfallen.

Bei Rangierstraßen kann es je nach Anlagenprinzip verschiedene Kategorien geben. Beispielsweise gibt es in den Schattenbahnhöfen in Triptis II spezielle Nachrück-Rangierstraßen, bei denen ein Nachrück-Rangiermanager prüft, ob der davor liegende Gleisabschnitt freigefahren ist, um ggf. eine automatische Nachrück-Rangierfahrt zu veranlassen.


Verschlussplan

Beim Vorbild hat jeder Bahnhof seinen eigenen Verschlussplan, der für jede Fahrstraße definiert, welche Sperrsignale, Weichen, Riegel, Gleissperren und ggf. Erlaubnisfelder für diese Fahrstraße relevant sind, und in welcher Stellung sie verschlossen sein müssen, damit die Fahrstraße festgelegt und das zugehörige Signal gezogen werden kann. Für Rangierstraßen kommen ggf. noch die Wartezeichen dazu.

Bei Modellbahnsteuerungen, die von einer zentralen Steuerung aus bedient werden, ist es praktischer, einen Verschlussplan für die gesamte Anlage zu erstellen. Wenn man sich am Vorbild orientiert, dann hätte der Verschlussplan die Form einer Tabelle, die für jede Fahrstraße eine Zeile und für jedes Fahrwegelement (incl. Signale und Erlaubnisfelder) eine Spalte enthalten müsste. Eine solche Tabelle wäre der hohen Anzahl Spalten nicht besonders gut handhabbar, deswegen empfehle ich eine andere Form:

Für jede Fahrstraße eine Zeile, aber keine feste Spalten-Zuordnung zu den Fahrwegelementen. Vielmehr ist es praktischer, in jeder Zeile nur die Fahrwegelemente aufzuführen, die für die Fahrstraße relevant sind, also eine gewisse Anzahl Positionen für Weichen, Sperrsignale, Riegel, Gleissperren und ggf. Wartezeichen in Plus-Stellung; danach eine Gruppe Positionen für Weichen etc. in Minus-Stellung; dann eine Position für das ggf. vorhandene vorderste Sperrsignal in Minusstellung (das muss als letztes gestellt werden, bevor die Fahrstraße festgelegt werden kann); dazu zwei Positionen für eventuelle Erlaubnisfelder (für jeweils eine Richtung). Die Anzahl der Positionen in den variablen Gruppen richtet sich (in allen Zeilen) nach der höchsten Anzahl der relevanten Fahrwegelemente. Wenn es also eine Fahrstraße gibt, die die maximal vorkommende Anzahl von acht Elementen in Plus-Stellung hat, dann müssen alle Zeilen acht Positionen für diese Gruppe haben. Nicht benutzte Positionen müssen durch Platzhalter markiert werden. Wenn alle Fahrwegelemente einer angeforderten Fahrstraße in der richtigen Lage sind, dann werden sie verschlossen, und die Fahrstraße wird festgelegt. Danach kann das Hauptsignal auf Fahrt gestellt werden.

Die Plus-Lage eines Fahrwegelements ist gegeben, wenn im Stellwerk der Hebel oben ist, also bei Weichen die Grundstellung und bei Signalen die Hp0- bzw. die Sh0-Stellung.

Es kann durchaus vorkommen, dass eine Weiche in der selben Lage gleichzeitig für zwei Fahrstraßen benutzt wird (zB bei Schutzweichen); dann bekommt sie einen doppelten Verschluss, so lange beide Fahrstraßen festgelegt sind. Beim Auflösen der Fahrstraßen müssen die Verschlüsse einzeln zurückgenommen werden, sonst gibt es Durcheinender.

Alle Fahrwegelemente, die in einer Zeile der Tabelle nicht vorkommen, sind für die betreffende Fahrstraße irrelevant und müssen nicht verschlossen werden. Sie stehen dann für weitere (nicht "feindliche") Fahrstraßen zur Verfügung.

Hauptsignale müssen in der Tabelle nicht vorkommen, die sind in der Fahrstraßentabelle zugeordnet und werden auf Hp1 oder Hp2 gestellt, sobald die Fahrstraße festgelegt ist. Das Rückstellen der Hauptsignale kann durch Zugeinwirkung nach Vorbeifahrt erledigt werden, beispielsweise wenn die Zugspitze in den Zielabschnitt einfährt, spätestens aber beim Auflösen der Fahrstraße.

Beipiel für eine Zeile im Verschlussplan:



Triebfahrzeuge und Garnituren

Diese Tabelle enthält frei einsetzbare Triebfahrzeuge (zB Loks für Ng-Züge, die durch Rangiervorgänge bedarfsweise zusammengestellt werden) und feste Zuggarnituren, die im Verlauf einer Session nicht verändert werden, zB Dg-Züge oder Schnellzüge) sowie Wagengarnituren ohne Triebfahrzeug.

* Name
* Kürzel (für Prozessabbild)
* Tfz-Baureihe oder (zB) 000
* Länge, zB in mm
* Start-Fahrstufe
* Fahrstufe für (zB) v = 40 km/h
* Fahrstufe für (zB) v = 100 km/h
* Heimat-Fahrstraße
V Kategorie (Lok/Wagengruppe/Rangiergruppe)
V aktueller Ort (Gleisabschnitt)

Für den Zusammenhang zwischen Fahrstufe und Fahrgeschwindigkeit sind nach meiner Erfahrung drei Punkte der Kennlinie ausreichend; daraus lässt sich mit hinreichender Genauigkeit zu jeder Fahrgeschwindigkeit die passende Fahrstufe errechnen. Es hat sich als besonders nützlich erwiesen, wenn die Kennlinen-Daten während des Betriebs wirksam geändert werden können; dann kann man offensichtliche Fehl-Geschwindigkeiten sofort korrigieren.

Diese Tabelle muss bei Programm-Ende ausgegeben und auf Festplatte lesbar gespeichert werden, weil sie den momentanen Betriebszustand festhält; so dass beim nächsten Programmstart mit dem momntanen Betriebszustand gestartet werden kann. Manuelle Eingriffe in den Betriebspausen, beispielsweise Umsetzen einer Rangierlok auf einen anderen Gleisabschnitt, müssen dem System über entsprechende manuelle Änderungen in dieser Tabelle mitgeteilt werden. Wagenguppen ohne Lok werden durch die Angabe (zB) 000 in der Baureihen-Spalte erkannt. Wenn während der Session eine Lok an eine Wagengruppe angekuppelt wird, dann muss das System die Baueihen-Nummer und die Kennlinien-Daten in die Wagengruppen-Zeile übertragen; in der Lok-Zeile muss dann als Ort ein Platzhalter eingetragen werden, damit erkennbar ist, dass diese Lok nicht mehr einzeln verfügbar ist. Beim Abkuppeln der Lok muss entsprechend umgekehrt verfahren werden.

Falls die Gleisfreimeldung per Zuglängen-Erfassung passiert, dann müssen bei Rangiervorgängen alle Längenänderungen der Garnituren vom System mitgeführt werden.

Als Heimat-Fahrstraße wird diejenige Fahrstraße in der Einfahrt des Heimat-Schattenbahnhofs eingetragen, die in das Heimat-Abstellgleis der Garnitur führt. Damit können mit einem einzigen Fahrprogramm "Heimfahrten" für alle im Schattenbahnhof beheimateten Garnituren abgewickelt werden.


Fahrtentabelle

Diese Tabelle enthält Fahrprogramme für alle Fahrten, die automatisch abgewickelt werden können. Für jede Fahrt sind vier Zeilen empfohlen: Die erste Zeile enthält den Namen (Ident-Nummer) der Fahrt zur späteren Identifizierung und Aktivierung dieser Fahrt. Das ist noch nicht die Zugnummer, die wird später in Zusammenhang mit dem Fahrplan vergeben. Weitere Angaben in der ersten Zeile können Startbedingungen enthalten, beispielsweise für welche Garnituren die Fahrt gültig sein soll. Weiterhin ist ein Kommentar nützlich, zB Angaben zur Zuggattung sowie zu Start und Ziel der Fahrt.

Die zweite Zeile enthält nacheinander alle Fahrstraßen die von der Fahrt passiert werden sollen, das Ende der Fahrt wird durch eine Dummy-Fahrstraße (zB *----*) markiert.

In der dritten Zeile werden - beginnend bei Null - die Soll-Zeiten angegben, wann der Zug die Fahrstraße passieren soll, beispielsweise am Hauptsignal. Die Zeitangaben werden praktischerweise in Modellzeit angegeben.

In der dritten Zeile werden eventuelle Haltzeiten zugeordnet, die - unabhängig von den Sollzeiten in der zweiten Zeile - auf jeden Fall eingehalten werden sollen. Bei Durchfahrt wird Null eingegeben.


Fahrplan

Auf der Basis der Fahrtentabelle ist die Realisierung eines automatisch abzuwickelnden Fahrplans sehr einfach: Die Fahrplantabelle muss für jede Fahrt lediglich eine Abfahrtzeit, eine Zug-Nummer und die Ident-Nummer der Fahrt aus der Fahrtentabelle enthalten. Wenn der Fahrplan-Manager zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Fahrplantabelle eine Fahrt findet, die auch in der Fahrtentabelle enthalten ist, dann meldet er Zugnummer und Ident-Nummer an die Zugleitstelle.

Die Zugleitstelle prüft anhand der ersten Fahrstraße, ob der Start-Gleisabschnitt besetzt ist und ob ggf. die Garnitur-Bedingung erfüllt ist. Dann wird der Zug aktiviert, indem in der intern geführten Tabelle der aktiven Fahrten eine neue Fahrt-Position angefügt wird, in die alle Daten aus der Fahrtentabelle kopiert werden. Zu den Soll-Zeiten wird jeweils die Startzeit addiert, so dass jetzt zu jeder Fahrstraße die aktuelle Soll-Zeit zugeordnet ist. Die Zugleitstelle sendet dann eine Zugmeldung an den ersten zuständigen Fahrdienstleiter, der zusammen mit seinen Kollegen und Lokführern die weitere Abwicklung der Fahrt organisiert; alle zur Abwicklung der Fahrt notwendigen Parameter lassen sich aus den beschriebenen Tabellen ermitteln.


Schnittstelle zur Anlagen-Hardware

Das Steuerungssystem kommuniziert mit der Anlagen-Hardware über eine Anzahl vorwiegend binärer Ein- und Ausgangssignale, die mit dem Steuerungsrechner üblicherweise über ein Bus-System verbunden sind. Um diese Kommunikation transparent zu machen, ist es günstig, wenn auf der Software-Seite für die Ein/Ausgabesignale ein definierter Puffer-Speicherbereich angelegt wird, dessen Speicherpositionen (getrennt nach Ein- und Ausgabe) den einzelnen Hardware-Anschlüssen am Bus-System direkt zugeordnet werden können. Eine spezielle Ein/Ausgabe-Routine, die unabhängig vom restlichen Steuerungsprogramm arbeitet, kann nun die Ausgabepositionen im Pufferspeicher nacheinander abfragen und auf den Bus legen und gleichzeitig die Eingabesignale des Busses in den Eingabeteil einspeichern. Wenn die Ein/Ausgaberoutine immer zwischen den Programmdurchläufen des Steuerungsprogramms abläuft, dann ist sichergestellt, dass sich die Eingabedaten nicht während der laufenden Programmbearbeitung ändern und damit Verwirrung stiften (Datenkonsistenz).

In einer Ein/Ausgabetabelle muss dem System der Zusammenhang zwischen Hard- und Software mitgeteilt werden, indem zu jedem Ein- oder Ausgabesignal mindestens folgende Angaben eingegeben werden müssen:

* Software-Name des Signals (Variablen-Name)
* Adresse im Ein/Ausgabe-Puffer
* Anschlussbezeichnung auf der Anlagenseite

Unter dem Variablen-Namen wird das Signal im Steuerungsprogramm angesprochen; das kann auch eine Feldkomponente in einem Datenfeld (Array) sein. Die Adresse im Puffer bezeichnet die genaue Position, beispielsweise als Byte + Bit-Nummer.

Auf der Hardware-Seite hat jedes Signal einen Anschluss, der eine eindeutige Bezeichnung haben muss, damit man das zugehörigen Signal in der Anlage verdrahten, verwalten, nachmessen und wiederfinden kann.

Das nächste Bild zeigt als Beispiel einen Auszug aus der Excel-Tabelle, die die E/A-Schnittstelle für die Anlage Triptis II beschreibt, hier einige Ausgangs-Signale. In Spalte A steht der Software-Name; das W bedeutet Weiche, das $ oder &-Zeichen steht für das Spannungsniveau (14 V oder 6 V), der Rest des Namens bezeichent Dienststelle und Ort. Spalte B und C geben die Adresse im Ausgabe-Puffer als Byte+Bit an. In Spalte D steht der Gerätetyp, BAE5 heißt 16-fach Binäre Ausgabe mit +-14 V-Endstufe, Version 5. BAC3 heißt 16-fach Binäre Ausgabe C-MOS-Level, Version 3. In Spalte E steht oben der Steckplatz des Geräts im Baugruppenträger, in den Folgezeilen stehen die Vorgänger- und Nachfolger-Geräte in der Bus-Reihenfolge. Spalte F und G bezeichnen den Geräte-Anschluss des DIN-Steckverbinders. Spalte H gibt an, welche Art Kabel zwischen Baugruppenträger und Anlage verwendet wurde, hier: 16-fach-Kabel. Spalte I gibt die Ader-Farbe an, ws-gn heißt beispielweise weiß mit grünen Ringen. In den Spalten J, K, L wird die Verdrahtung in der Anlage beschrieben; alle Bezeichnungen mit §-Zeichen sind Klemmstellen-Orte. In M wird zur besseren Lesbarkleit der SW-Name wiederholt, in N stehen erläuternde Kommentare.



Für die rechnerlesbare Version der E/A-Schnittstelle genügt die Angabe der Spalten A, B, C, F und G, damit ist der Zusammenhang zwischen HW und SW eindeutig beschrieben.

Im Triptis-Rechner gibt es ein spezielles Programm HW-Test; wenn man das aufruft, dann erscheint auf dem Bildschirm ein Abbild des kompletten E/A-Puffers, und der Echtzeitbetrieb wird aktiviert. Das bedeutet, dass alle Eingabesignale aus der Anlage abgefragt und dargestellt werden. Außerdem kann ich alle Ausgabesignale per Tastendruck ansprechen, um die Reaktion der Anlage zu testen. Wenn beispielsweise eines der Viessman-Formsignale spinnt, dann schaue ich im Lageplan nach, welche Adresse das Ding hat. Dann kann ich abwechselnd Hp0 - Hp1 eingeben und per Hand am Stelldraht rütteln, das hilft manchmal. Umgekehrt kann ich zB die Reedkontakte testen: Einen Wagen mit Schaltmagnet über dem Kontakt hin- und herbewegen und gucken, ob das zugeordnete Eingangssignal reagiert. Im Prinzip kann man mit diesem Programm sogar fahren, es ist allerdings sehr umständlich, wenn man die binär codierten Fahrstufen bitweise per 1 und 0 eingeben muss.

Ich bitte um Nachsicht, falls ich was vergessen habe, oder falls mir Fehler unterlaufen sind. Wenn ich mich undeutlich oder unverständlich ausgedrückt habe, bitte nachfragen!


Mit Hp1-Gruß - Helmut