Zu den Hauptverkehrszeiten ist es eng in der U-Bahn, obwohl alle paar Minuten ein Zug fährt. Damit Städte dem hohen Fahrgastaufkommen gerecht werden, setzen Verkehrsbetriebe Fahrgastzähler ein. Diese helfen zu ermitteln, wie ausgelastet Busse, Straßenbahnen, U-Bahnen und Züge im öffentlichen Personenverkehr sind. Die Informationen über die tatsächliche Nutzung verschiedener Strecken in Abhängigkeit von Tageszeit und Wochentag dient dabei unterschiedlichen Zwecken: Von der bedarfsgerechten Streckenplanung über eine optimale Auslastung von Kapazitäten bis hin zur Abrechnung von Verkehrsleistungen in einem Verkehrsverbund.
Basis der automatischen Fahrgastzählung sind dabei Infrarot-Sensoren über den Türen der Fahrzeuge. Sie erfassen bei geöffneter Tür die Bewegungen der Personen und erkennen, ob jemand ein- oder aussteigt. „In der Anfangszeit haben wir passives Infrarot genutzt, was allerdings bei Temperaturen um 37 Grad an seine Grenzen stößt“, sagt Stefan Bube, Leiter des technischen Zentrums bei Iris, einem Hersteller solcher Syteme. „Heute verfügen die Sensoren über die viel präzisere Time-of-Flight-Technik, die wie eine Laufzeitmessung funktioniert.“ (siehe Kasten auf dieser Seite)
Verkabelung vom Sensor zum Analysator
Die Sensoren registrieren während des Fahrgastwechsels kontinuierlich Signale, die an einen Analysator weitergeleitet werden. Der Analysator generiert aus den Signalen Zählergebnisse, die vom Bordcomputer abgefragt und ergänzt werden: etwa um Haltestellenbezeichnung, Uhrzeit oder GPS-Koordinaten.
Bei Systemen ohne Analysator werden die im Sensor erzeugten Ergebnisse direkt über CAN oder Ethernet an den Bordcomputer übergeben. Von dort gehen die Werte an bestimmten Verkehrspunkten über WLAN oder auch permanent über GPS/GSM-Verbindungen an ein übergeordnetes System – etwa an die Leitwarte in der Verkehrszentrale, wo Rentabilität und Auslastung der Fahrzeuge exakt ermittelt werden.
An die Verkabelung der Systeme werden hohe Anforderungen gestellt – Temperaturschwankungen, Luftfeuchtigkeit und Vibrationen dürfen sie nicht beeinträchtigen. Die Kabel werden hinter der Fahrzeugverkleidung installiert und durch Holme oder auch Gelenke geführt. Die ersten Systeme Anfang der 1990er Jahre wurden noch über die RS232-Schnittstelle verkabelt, später kam der CAN-Bus.
„Bei der Verkabelung kamen damals D-Sub- und M16-Steckverbinder zum Einsatz, die aber aufwendig in der Herstellung waren“, erinnert sich Bube. Sonderwünsche wie spezielle Längen waren kaum möglich, außerdem waren die Steckverbinder groß und umständlich im Feld zu montieren.
Kleiner und durchgängig geschirmt
Vor etwa zehn Jahren kam das alte Verkabelungskonzept auf den Prüfstand. Zum einen sollte der Steckverbinder kleiner sein – möglichst nicht viel größer als die Leitung selbst, damit er gut durch die Fahrzeugholme gefädelt werden kann. Zum anderen wurde eine durchgängige Schirmung erforderlich, weil die EMV-Anforderungen der Kunden stetig stiegen.
Bei der Suche nach einer geeigneten Verkabelung arbeitete Iris eng mit seinem Lieferanten Arrow Central Europe zusammen. Aus technischer und wirtschaftlicher Sicht sprach alles für eine Lösung mit M12-Steckverbindern. Auch als immer neue Anforderungen hinzukamen – erhöhte Datenraten oder Zulassungen für den Bahnbetrieb – stellte M12 seine Stärken unter Beweis und ebenso, als die Installationen größer und komplexer wurden und Profinet ins Spiel kam.
Zur Umsetzung der M12-Verkabelung entschied sich Arrow für Phoenix Contact. Der Hersteller von Steckverbindern entwickelte dann ein komplettes Verkabelungsprogramm für erhöhte Anforderungen – darunter auch geschirmte Y- und H-Verteiler in M12-Ausführung (siehe Abbildung S. 46).
Bei der aufwendigen Entwicklung des H-Verteilers haben alle Beteiligten viel Grundlagenforschung betrieben. Die veranschlagte Entwicklungszeit betrug zunächst ein Jahr ab Auftragserteilung bis zum Freigabemuster. Als die ersten Prototypen den hohen Anforderungen noch nicht in allen Punkten entsprachen, wurde noch einmal nachgebessert. Der H-Verteiler kommt dort zum Einsatz, wo über einer breiteren Tür zwei Sensoren rechts und links angebracht sind (siehe Abbildung). Über einer schmaleren Tür wird nur ein Sensor benötigt – hier verzweigt dann der Y-Verteiler.
Plötzlich eine Norm
Eine standardisierte Verkabelung, wie sie auch in der Industrieautomation verwendet wird, hat viele Vorteile. „Mit M12 für CAN-open hatten wir auf einmal eine Norm, auf deren Grundlage wir unser Produktprogramm vereinheitlichen konnten“, blickt Bube zurück. „Weil die Anforderungen unserer Kunden an die Datenraten stetig steigen, entwickeln wir jetzt Systeme mit Profinet-Schnittstelle.“ Kabel mit M12 sind nicht nur preiswerter – sie sind klein, robust und gut verfügbar.
Außerdem fordern Ausschreibungen häufig IP-Schutzklassen, die mit D-Sub-Lösungen niemals erreicht würden. Mit den neuen M12-Hybrid-Steckern könnte darüber hinaus die Stromversorgung noch kräftiger werden, so dass noch mehr Sensoren gleichzeitig an einem Strang betrieben werden könnten. Gigabit-Ethernet ist eine weitere Option.
