DEVICE AND METHOD FOR THE CONTROL AND SUPERVISION OF TRANSPORT ARRANGEMENTS WITH SEVERAL TRANSPORT VEHICLES ON A COMMON TRACK

Abstract: In order to control and supervise transport arrangements with several track transport vehicles on a common track divided up into sections, track areas are reserved at certain times for the exclusive use of particular transport vehicles. The execution of a transport is transmitted to a transport vehicle in the "waiting" state, an area of associated track sections required for the execution of the transport being reserved for this transport vehicle (Figure 1). A precondition for the transmission of the transport order is that the required track area can be reserved. The reservation is cancelled again after the termination of the transport. If two or more adjacent transport vehicles cannot carry out any further transports since they are mutually blocking the required track areas, these transport vehicles, with the exception of one, are moved so far that the track area required for the execution of a transport becomes free for this one vehicle.

Description: Einrichtung und Ve-rfahren zum Steuern und Oberwachen von Transportanlagen mit mehreren Transportfahrzeugen auf einer gemeinsamen Fahrbahn Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern und Oberwachen von Transportanlagen und Steuerungsverfahren für Transportanlagen, insbesondere zum Transport von Gütern, mit mehreren spurgebundenen Transportfahrzeugen auf einer gemeinsamen Fahrbahn. Transportanlagen, wie sie der Erfindung zugrunde liegen, dienen zum Transport von Gütern von beliebigen Hole- zu beliebigen Bringepositionen entlang einer Fahrbahn. Für einen schnellen Transport werden dabei mehrere Transportfahrzeuge gleichzeitig auf derselben Fahrbahn eingesetzt. Das erfordert eine Steuerung und Koordinierung des Transportvorgangs, zum einen, um gegenseitigen Behinderungen oder Kollisionen der Transportfahrzeuge vorzubeugen, und zum anderen, um einen zuverlässigen Betrieb auch im Fall von Störungen im Transportablauf zu gewährleisten. Eine Abweichung von einem normalen Einsatz der Fahrzeuge darf nicht zum Zusammenbruch des gesamten Transportvorgangs führen. Für einen Spezialfall eines derartigen Transportvorgangs - den Umschlag von Containern mit mehreren auf einem Gleis fahrenden Umschlagfahrzeugen - wird im Forschungsbericht TV 7901 B des Bundesministers für Forschung und Technologie "Simulation von Betriebsabläufen des Schiene-Schiene Umschlags im ULS-Verfahren, Demonstrationsprojekt und Be triebsversuch technologischer Entwicklungen für den kombinierten Ladungsverkehr", herausgegeben vom Verkehrswissenschaftlichen Institut der RWTH Aachen, 1981, ein Steuerungsverfahren mit getakteter Arbeitsweise vorgeschlagen. Dieses Verfahren sieht vor, dass die Transportfahrzeuge nach jedem Arbeitstakt (Fahren zur Holeposition und Aufnehmen des Containers, Fahren zur Bringeposition und Absetzen des Containers) synchronisiert werden, so dass sie den nächsten Takt gleichzeitig beginnen können. Da zum Synchronisieren die schnelleren Fahrzeuge jeweils auf die langsameren warten müssen, wird die Gesamtumschlagdauer von den langsamsten Fahrzeugen und den längsten Verfahrwegen bestimmt. Das von den Autoren des Forschungsberichtes vorgeschlagene Konzept sieht ferner keine Möglichkeiten vor, wie durch Störungen hervorgerufene Behinderungen der Fahrzeuge untereinander behoben werden sollen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Steuern und Oberwachen von Transportanlagen der beschriebenen Art und ein Steuerungsverfahren zu schaffen, bei dem ohne Taktsteuerung ein zuverlässiger, sicherer und schneller Transport gewährleistet ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Einrichtung gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 gelöst. Die übrigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Im folgenden werden die Einrichtung und das Verfahren gemäss der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mittels der Fig. 1 bis 5 erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 den Zustand einer Transportanlage zum Zeitpunkt Z1 unmittelbar vor der Ausführung eines Transportes durch das Transportfahrzeug T1. Fig. 2 zeigt die gleiche Anlage unmittelbar nach der Beendigung dieses Transportes. Fig. 3 erläutert das Entstehen, Erkennen und Beheben von Situationen mit gegenseitiger Behinderung der Transportfahrzeuge. Die Fig. 4 und 5 zeigen die Feststellung der für den Arbeitsablauf vorgesehenen Zeit mittels überdeckungsfreiem Aneinanderfügen von Flächenelementen. Bei den Transportfahrzeugen (T1, T2, T3) handelt es sich beispielsweise um selbstfahrende Fahrzeuge, die selbstän dig oder mit entsprechenden Hilfsmitteln Güter an bestimmten Stellen, den Holepositionen (H1, H2, . . .), aufnehmen, dann zu den entsprechenden Ziel orten, den Bringepositionen (B1, B2, . . .), verfahren und die Güter dort absetzen. Die Fahrbahn (F) ist in F-ahrbahnabschnitte (A1, A2, Aj, ..) unterteilt, die einzeln oder zu mehreren für einzelne Transportfahrzeuge zur ausschliesslichen Benutzung zeitweise reserviert werden können. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Reservierung durch entsprechende optische Signaleinrichtungen (S1, S2, ...,so, ...) angezeigt, wobei je eine Signalstellung für jedes Transportfahrzeug und eine neutrale Signalstellung vorhanden sind. Die Signaleinrichtung wird hier durch eine Steuereinrichtung (S) angesteuert. Eine derartige Signaleinrichtung ist grundsätzlich nicht erforderlich, wenn die Reservierung der Fahrbahnabschnitte auf andere Weise, z.B. in der Steuerungseinrichtung erfolgt. Von wesentlicher Bedeutung ist dabei der Grundsatz, einen Transport nur dann zu beginnen, wenn er auch mit ausreichender Sicherheit zu Ende geführt werden kann. Hierzu wird vor der Obertragung eines Transports (z.B. von H1 nach B1) an ein Transportfahrzeug (z.B. T1 im Zeitpunkt 7 Fig. 1) geprüft, ob der für die Ausführung des Transports benötigte Fahrbahnbereich (FB1,1) weder ganz noch teilweise für andere Transportfahrzeuge (T2, T3) reserviert ist, und wenn dies der Fall ist, wird dieser Fahrbahnbereich für das Transportfahrzeug (T1) reserviert und der Transport eingeleitet; wenn dies aber nicht der Fall ist, wird für eine andere Kombination aus Transport und Transportfahrzeug eine entsprechende Oberprüfung durchgeführt. Hierbei werden nur solche Transportfahrzeuge berücksichtigt, die momentan im Zustand "warten" sind, d.h. weder einen Transport noch einen Verfahrvorgang durchführen. Nach Beendigung eines Transports (Zeitpunkt Z2, Fig. 2) wird die hierfür vorgenommene Fahrbahnreservierung aufgehoben, mit Aus nahme des Bereichs, den das jeweilige Transportfahrzeug, evtl. einschliesslich eines Sicherheitsbereichs, dann noch belegt. Bei der Abwicklung von Transportvorgängen in dieser Verfahrensweise kann es vorkommen, dass sich zwei oder mehr Transportfahrzeuge gegenseitig an der Obernahme noch durchzuführender Transporte hindern, und zwar dann, wenn aufgrund der momentanen Positionen der Transportfahrzeuge für kein Fahreug der zur Durchführung des Transports benötigte Fahrbahnbereich frei ist, weil er entweder ganz oder teilweise für andere Transportfahrzeuge reserviert ist. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren werden Schwierigkeiten dieser Art dadurch behoben, dass die Transportfahrzeuge, bis auf eins, so weit verfahren werden, dass für dieses eine der benötigte Fahrbahnbereich zur Ausführung des Transports frei wird. In Fig. 3 ist zur Erläuterung eine derartige Situation dargestellt. Die Transportfahrzeuge T2 und T3 mögen nach vor her abgelaufenen Verfahrvorgängen die Positionen P2 bzw. P3 erreicht haben. Es ist weder für das Transportfahrzeug T2 der zur. Durchführung des Transports von H3 nach B3 benötigte Fahrbahnbereich FB3,2 frei, noch für das Transportfahrzeug T3 der entsprechende Fahrbahnbereich FB3,3. Falls keins der beiden Transportfahrzeuge einen anderen Transport übernehmen kann, wird eins, in diesem Fall T2, zu einer neuen Position P2 verfahren, so dass der Fahrbahnbereich FB3,3 frei wird und das Transportfahrzeug T3 den Transport übernehmen kann. Um eine möglichst rasche Weitervergabe von Fahrbahnabschnitten zu ermöglichen, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, laufend für diejenigen Fahrbahnabschnitte, die zur Beendigung eines Transportes nicht mehr benötigt werden, die Reservierung aufzuheben. Dies sei anhand des Transports von H1 nach B1 (Fig. 1 und Fig. 2) erläutert. Beim Verfahren des Transportfahrzeugs T1 zur Holeposition H1 wird für den Fahrbahnabschnitt A2, sobald er frei geworden ist, die Reservierung aufgehoben, so dass er ggf. für andere, links von T1 arbeitende, Transportfahrzeuge reserviert werden kann. Bei der Fahrt des Transportfahrzeugs T1 von der Holeposition H1 zur Bringeposition B1 wird in entsprechender Weise für die Fahrbahnabschnitte A3 bis A5 die Reservierung aufgehoben. Wären in diesem Beispiel die Hole- und Bringeposition vertauscht, würde beim Verfahren zur Holeposition nur für den Fahrbahnabschnitt A2 und erst bei der Fahrt des beladenen Transportfahrzeugs von der Hole- zur Bringeposition für die Fahrbahnabschnitte A7, As, A5, in dieser Reihenfolge, die Reservierung aufgehoben. Die Fahrbahnabschnitte A3 und A4 blieben dann nach Beendigung des Transports für das ruhende Transportfahrzeug reserviert. Je nach Anlagetyp können die einzelnen Arbeitsschritte bei einem Transport mit unterschiedlich hohem Störrisiko behaftet sein. Erfahrungsgemäss ist häufig das Aufnehmen und Absetzen der Ladung mit hohem, das Verfahren selbst aber nur mit niedrigem Störrisiko behaftet. In solchen Fällen würden vermeidbare Wartezeiten entstehen, wenn Transporte nur dann eingeleitet würden, wenn der gesamte hierfür benötigte Fahrbahnbereich für das jeweilige Transportfahrzeug reserviert werden kann. Zur Beschleunigung des Transports sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung für solche Fälle vor, einem Transportfahrzeug, das momentan einen bestimmten Transport nicht durchführen kann, weil der dazu benötigte Fahrbahnbereich teilweise für ein anderes Fahrzeug reserviert ist, in Abhängigkeit von der Benutzung dieses reservierten Fahrbahnbereichs den freien Fahrbahnbereich zu reservieren und das Transportfahrzeug mit dem Transport beginnen zu lassen. Das könnte beispielsweise so geschehen, dass ein Transportfahrzeug T1 bereits dann mit einem Transport beginnt, wenn der momentan noch für ein anderes Transportfahrzeug T2 reservierte Teil des benötigten Fahrbahnbereichs von diesem Transportfahrzeug T2 nur noch zum Verfahren benötigt wird, während das Transportfahrzeug T1 nicht mit seinem Transport beginnt, wenn das Fahrzeug T2 in dem reservierten Fahrbahnbereich noch eine Ladung aufnehmen oder absetzen muss. Eine weitergehende Möglichkeit ist, ein Transportfahrzeug T1 bereits dann an die Holeposition eines entsprechenden Transports zu fahren, wenn der hierfür benötigte Fahrbahnbereich frei ist, jedoch der für die Durchführung des Transports benötigte Fahrbahnbereich erst frei wird, nachdem ein benachbartes Transportfahrzeug T2 darin sowohl Verfahrvorgänge durchgeführt als auch eine Ladung aufgenommen oder abgesetzt hat. Sobald das Aufnehmen oder Absetzen der Ladung erfolgt ist, könnte dann das Transportfahrzeug T1, ohne vorheriges Verfahren, unmittelbar mit dem Aufnehmen seiner Ladung beginnen. Für die Abwicklung einer Menge von Transporten lassen sich je nach Anwendungsfall verschiedene Gütekriterien festlegen, um eine Optimierung zu ermöglichen. Derartige Gütekriterien können beispielsweise die Gesamtzeit oder der Gesamtverfahrweg für die Durchführung einer vorgegebenen Anzahl von Transporten sein. Durch eine dispositive Planung lässt sich eine solche Optimierung in der Realität nicht erreichen, da infolge auftretender Störungen und systematischer Abweichungen zwischen realem Prozess und dem für die Planung verwendeten Prozessmodell der Ablauf grundsätzlich nicht exakt planbar ist. Es ist daher zweckmässig, bei jeder Bestimmung eines Transports oder Verfahrvorgangs für ein "wartendes" Transportfahrzeug den optimalen oder einen suboptimalen zukünftigen Ablauf zu bestimmen, wobei vom aktuellen Zustand der Transportanlage ausgegangen wird. Hierbei wird für jedes Transportfahrzeug eine Reihenfolge von Transporten und Verfahrvorgängen erstellt. Der erste für das "wartende" Transportfahrzeug ermittelte Transport oder Verfahrvorgang wird dann von diesem ausgeführt. Bei dieser Verfahrensweise führt ein Transportfahrzeug zu jedem Zeitpunkt den Transport oder Verfahrvorgang aus, der beim aktuellen Zustand des realen Ablaufs optimal bzw. suboptimal im Sinne des gewählten Gütekriteriums ist. Zur Bestimmung eines optimalen zukünftigen Ablaufs ist stets eine mehr oder weniger grosse Anzahl von Möglichkeiten zu untersuchen. In vielen Fällen wird es zur Reduzierung des Aufwands erforderlich sein, statt des optimalen einen suboptimalen zukünftigen Arbeitsablauf zu verwenden, dessen Ermittlung weniger aufwendig ist. Daher wird man in vorteilhafter Weise jeweils aus den noch durchzuführenden Transporten diejenige von der Anzahl der Transporte abhängige Kombination ermitteln, die von allen möglichen Kombinationen mit gleicher Anzahl von Transporten den geringsten Zeitbedarf aufweist. Den Zeitbedarf einer derartigen Kombination von Transporten bestimmt man vorteilhafterweise durch ein überlappungsfreies Aneinanderfügen von Flächenelementen, die gesperrte Fahrbahnbereiche und die zeitliche Dauer der Sperrung repräsentieren (Fig. 4). Dabei ergibt sich der Zeitbedarf für den Arbeitsablauf gemäss der gewählten Kombination einer Menge von Transporten aus dem Ende des letzten der gewählten Transporte (Fig. 5). Eine besonders zweck- mässige Ausgestaltung dieses Verfahrens ist von Ijewski, P.; Vreden, H. in "Das Betriebsführungssystem für den rechnergestützten Umschlag mit ULS-Fahrzeugen", ZEV Glasers Annalen 108 (1984), Nr. 5, S. 137-143, beschrieben worden. Wie aus Fig. 4 und 5 hervorgeht, werden die Flächenelemente in einem Diagramm dargestellt, an dessen Achsen die Koordinaten des Weges s (21) und der Zeit t (22) angetragen sind. Das Flächenstück (23) symbolisiert beispielhaft die Sperrung von Fahrbahnabschnitten während der Bewegung eines Transportfahrzeugs von der derzeitigen zur Holeposition und während des anschliessenden Umsetzvorgangs. Das Flächenstück (24) symbolisiedt die Sperrung eines kleineren Bereichs von Fahrbahnabschnitten während der Bewegung des Transportfahrzeugs von der Hole- zur Bringeposition und während des anschliessenden Umsetzvorgangs. Der Linienzug (25) stellt hierbei die Positionsänderung des Transportfahrzeugs über der Zeit dar. Durch ein leicht realisierbares, überdeckungsfreies Aneinanderfügen von vorbereiteten Flächenelementen (26) bis (30), z.B. mittels Schützensteuerungen, kann die für die gewählte Kombination vorgesehene Zeit aus Fig. 5 ermittelt werden. Transportvorgänge, wie sie der Erfindung zugrunde liegen, sind normalerweise Teil eines grösseren Gesamttransportvorgangs. Für die Steuerung des Gesamttransportvorgangs ist es dabei vorteilhaft, über die Dauer einzelner Teiltransporte im vorhinein Aussagen machen zu können. Als Beispiel sei eine Container-Umschlaganlage betrachtet, in der Container von einem Zug auf einen anderen verladen werden. Ist zu erwarten, dass das Umschlagen der Ladung eines gerade eingefahrenen Zuges mehr Zeit in Anspruch nehmen wird, als bis zur planmässigen Ausfahrt des Zuges zur Verfügung steht, so können entsprechende Massnahmen zur Begrenzung der Auswirkungen dieser Störung eingeleitet werden. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, vor Beginn des Transportvorgangs, sobald alle durchzuführenden Transporte festliegen, die voraussichtliche Dauer zu bestimmen und auszugeben. Hierzu wird ein störungsfreier Ablauf simuliert, wobei für die einzelnen Arbeitsschritte (Aufnehmen und Absetzen einer Ladung, Verfahren) möglichst genaue Zeiten angesetzt werden. Die so ermittelte Dauer wird dann noch mit einem Sicherheitsfaktor, für den ein Erfahrungswert verwendet wird, multipliziert. Aus Sicherheitsgründen ist für das Betreiben einer Anlage, wie sie der Erfindung zugrunde liegt, eine der eigent lichen Transportsteuerung übergeordnete Kollisionsüberwachung erforderlich. Es ist zweckmässig, dies folgenderma ssen zu realisieren: Aus zeitlich aufeinanderfolgenden Positionsmeldungen der Fahrzeuge und den Zeiten zwischen je zwei Meldungen wird fortlaufend die Geschwindigkeit der Fahrzeuge ermittelt. Daraus kann ggf. unter Verwendung von Angaben über die Beladung der Fahrzeuge und deren Bremsverzögerungsvermögen für jedes einzelne Fahrzeug der Bremsweg berechnet werden, der bei der maximalen oder einer bestimmten Bremsverzögerung bis zum Stillstand erforderlich sein würde. Erreichen zwei benachbarte Transportfahrzeuge, die aufeinander zufahren oder von denen eines steht, einen Abstand, der gleich der Summe der Bremswege ist, so wird für beide Fahrzeuge eine Bremsung mit der entsprechenden Bremsverzögerung eingeleitet. Fahren zwei benachbarte Transportfahrzeuge in die gleiche Richtung, so wird für das hintere Fahrzeug eine Bremsung mit entsprechender Bremsverzögerung eingeleitet, sobald der Abstand beider Fahrzeuge einen Wert unterschreitet, der gleich der Differenz aus dem Bremsweg des hinteren Fahrzeugs und dem kürzest möglichen Bremsweg des vorderen Fahrzeugs (maximale Bremsverzögerung) ist.

Claims: Device for the control and supervision of transport arrangements in order to transfer freight or other objects of transport with several transport vehicles on a common track which is divided in sections marked by sensors to determine the sections of the track which are occupied by the vehicles, devices for blocking or freeing in order to block or free the use of certain sections of the track by the vehicles, devices to determine a transport vehicle that has been determined for executing a transport task, devices for checking if there are sections necessary for executing the transport task which are blocked, devices for blocking other vehicles from entering some or all sections of the track required for the transport task, but only if none of the sections have been reserved for a different vehicle, device to control the movement of the chosen transport vehicle from the current position to the position of fetching which is only able to initiate the movement if all necessary sections of the track have been reserved for this transport vehicle, devices for transfering goods from the position of fetching onto the transport vehicle if all necessary sections have been reserved for this vehicle, devices to control the movement of the loaded transport vehicle to the position of bringing if all necessary sections have been reserved for this vehicle, devices for transfering goods to the position of unloading, devices to free the sections of the track which have been blocked to execute a transport task in order to use them by other vehicles, devices to determine the smallest required movement of one or more vehicles if there are no sections free in order to perform transport tasks by the vehicles, devices to control the determined smallest required movement of one or more vehicles. Device belonging to claim 1 marked by the following features: The control device can initiate the movement of the transport vehicle to the position of fetching if all necessary sections of the track required for this transport task have been blocked for the exclusive use of this vehicle. Method of control for transport arrangements, especially for the transport of goods, with several transport vehicles on a common track marked by the following features: a) A seperation of the track (F) in sections (A₁, A₂, ...) that can be reserved by the means of an appropriate signalling device (S₁, S₂, ...) single or together for exclusive use by a single transport vehicle for a time (Fig. 1); b) a transport vehicle (T₁) is chosen for the execution of a transport task from a position of fetching (H₁) to a position of bringing (B₁) which does not currently execute any transport task and which is ready to begin a new transport task. This means, the transport vehicle is in the state of "waiting", and it has an actual position (P₁) such that the sections of the track necessary for the execution of the transport (FB 1,1 ) including the positions of fetching (H₁), bringing (B₁), and the actual position (P₁) are not reserved for other transport vehicles (T₂, T₃) neither completely nor partly (Fig. 1); c) reserving the sections of the track (FB 1,1 ) necessary for the certain transport vehicle (T₁) at the time the execution of the transportation begins (Z₁, Fig. 1) and freeing the sections after the execution of the transport task is finished (time Z₂ , Fig. 2) with the exclusion of these sections of the track (A₆, A₇) used by the transport vehicle (T₁) including a certain safety zone, if required; d) if two or more adjacent transport vehicles (T₂, T₃) are not able to execute any transport task because the required sections of the track (FB 3,2 or FB 3,3 ) are reserved by transport vehicles (T₃ or T₂ ) which are in the state of "waiting" and if it is possible because of the actual state of reserved sections, then the transport vehicles except of one (T₃) will be moved to that position so that this transport vehicle (T₃) is able to execute a transport task in the sections of the track (FB 3,3 ) which have been freed then. Method of control belonging to claim 3 marked by the following features: During the execution of the transport task the reservation of the reserved sections of the track is canceled as soon as these sections are not necessary for the further completion of the transport task. Method of control belonging to the claims 3 or 4 marked by the following features: For a transport vehicle which is not able to execute a certain transport task because the required sections of the track have been partially reserved for another transport vehicle, the free sections of the track will be reserved at the beginning of the execution of the transport task depending on the way of using the reserved sections of the track. Method belonging to one of the claims 3 to 5 marked by the following features: In order to determine the next transport task or movement for a transport vehicle which is in a state of "waiting", an optimal or suboptimal sequence of further operation specifying a sequence of further transport tasks or movements is determined. The transport task or movement first in this sequence is allocated next to the transport vehicle which is in the state of "waiting". Method of control belonging to one of the claims 3 to 5 marked by the following features: Out of an amount of transport tasks, a sequence of transport tasks is determined for each transport vehicle in such a way that the time necessary to execute all the transport tasks is minimized. Method of control belonging to claim 7 marked by the following features: The sections of the track which have to be blocked and the length of time of their blocking can be described by elements of areas in a distance-time-diagram. The time necessary to execute all transport tasks is determined by joining together all elements without overlapping. Method of control belonging to one of the claims 3 to 5 marked by the following features: Depending upon the successive information about the position and the speed of each transport vehicle, stopping distances until coming to a standstill with maximal and/or perscribed deceleration can be determined, in case together with additional information about braking power and loading. Using this information, a collision supervision of the transport vehicles can be executed which enforces a braking of the endangered transport vehicle with maximum or equivalent deceleration after having detected a danger.

Inventors: BRUNS, MICHAEL, DR.-ING., HENNING, KLAUS, DR.-ING., IJEWSKI, PETER, DIPL.-ING., RAKE, HEINRICH, PROF. DR.-ING., SCHUERMANN, BERNHARD, DIPL.-ING., Schürmann, Bernhard, Dipl.-Ing.
Applicants: AACHENER FORSCHUNGSGESELLSCHAFT REGELUNGSTECHNIK E.V.
Application year: 1984
Main classification: B61L23
IPC codes: B61L27, B61L23