Prorail Und Industriepartner Bauen Den Ersten EULYNX-Demonstrator Prorail and Its Industrial Partners Have Built the First EULYNX Demonstrator 2019 Group

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ProRail und Industriepartner bauen den ersten EULYNX-Demonstrator ProRail and its industrial partners have built the first EULYNX demonstrator 2019 Group,

Monique Voorderhake | Frits Makkinga | Maarten van der Werff Media

m die zunehmende Systemvielfalt und die steigenden Kos- uropean infrastructure managers have developed the EU- DVV U ten für den Zugsicherungsbetrieb in den Griff zu bekommen, E LYNX standard interface specification for interlockings to by haben die europäischen Infrastrukturmanager die standardisier- address increasing system diversity and the rising costs of sig- / te Spezifikation EULYNX für die neue modulare Stellwerkstech- nalling. This article describes the development of the EULYNX nik entwickelt. Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung des EU- demonstrator for the Innotrans 2018 Trade Fair in Berlin (G). time approved LYNX Test- und Probeaufbaus, im folgenden Prüfstand genannt, of wie er auf der Innotrans 2018 in Berlin (D) vorgestellt wurde. 1 Introduction pages 1 Einführung Railways and signalling technology keep on developing. The period current systems are the result of more than a century of experi- the Sowohl die Bahn als auch die Sicherheitstechnik entwickeln sich ence and development and have been proven to work very reli- of ständig weiter. Die heutigen Systeme sind das Ergebnis von über

ably. The traditional multitude of text-based documents for de- unlimited einem Jahrhundert Erfahrung und Entwicklung. Diese Systeme ha- velopment, design and maintenance present a challenge, as they an ben sich als sehr zuverlässig erwiesen. Die traditionell vielfach text- have to be understood in connection with the latest digital tech- visitors for basierten Dokumente für Entwicklung, Design und Wartung stel- nology and then combined with it. The number of systems con- for len eine Herausforderung dar, da sie in Verbindung mit der neuen tinues to increase. Signalling is also becoming increasingly com- zeitgemäßen digitalen Technologie verstanden und mit ihr zusam- plex because of national and international rules pertaining to mengebracht werden müssen. Die Anzahl der Systeme nimmt nur safety, availability, maintainability and sustainability. Movares printouts noch zu. Darüber hinaus werden die Sicherheitssysteme aufgrund Infrastructure managers involved in signalling have realised this for nationaler und internationaler Vorschriften immer komplexer, um and have decided that the EULYNX initiative must resolve this and den immer strengeren Anforderungen an Sicherheit, Verfügbar- dilemma and that significant improvements in standardisation keit, Wartbarkeit und Nachhaltigkeit gerecht zu werden. are possible. Above all, this will increase and simplify the in- Infrastrukturmanager für Zugsicherungssysteme haben dies er- terchangeability of the sub-systems. A reference architecture is approved kannt und beschlossen, dass die EULYNX-Initiative dieses Dilem- used to define which sub-systems can be distinguished and what ma lösen soll und dass eine deutliche Verbesserung der Standar- information is exchanged between the functions. Different gen- downloads disierung erreicht werden soll. Dadurch würde sich vor allem die erations and equipment brands can then work next to each oth- Austauschbarkeit der Teilsysteme erhöhen und vereinfachen. In er in the implemented projects. This facilitates the demonstra- einer Referenzarchitektur wurde festgelegt, welche Subsysteme tion of the safe operations of each new combination of systems. publication individual unterschieden und welche Informationen zwischen den Funk- The demonstrator based on the most recent baseline has been tionen ausgetauscht werden. In Realisierungsprojekten können created in a partnership between a large number of parties con- for verschiedene Gerätegenerationen und -marken nebeneinander sisting of infrastructure managers and market participants. This funktionieren. Dies erleichtert die Demonstration des sicheren Be- has reduced the rollout time and the costs. EULYNX has enabled Homepage Rights triebs jeder neuen Systemkombination. the railway infrastructure sector to establish itself alongside oth- Der Prüfstand nach der neuesten Baseline entstand in Zusam- er forms of transport at a European level. menarbeit mit einer Vielzahl von beteiligten Infrastrukturbetrei- bern und Marktteilnehmern. Dadurch reduzieren sich sowohl die 2 The standardisation of the interlocking systems and Markteinführungszeit als auch die Kosten. Dank EULYNX wird die cost reductions Eisenbahninfrastruktur in der Lage sein, sich weiterhin auf euro- päischer Ebene neben anderen Verkehrsträgern zu etablieren. The standardisation chosen in EULYNX is the result of a range of European standardisation projects which have taken place 2 Standardisierung von Stellwerksystemen und Kostensenkung over the last 25 years. Important lessons have been learned during this period. The initial assumption was that the standardisa- Die in EULYNX gewählte Standardisierung ist das Ergebnis einer tion of the common interlocking core would yield advantages Reihe von europäischen Standardisierungsprojekten aus den ver- (UIC ERRI A201, 1993 – 1997). This idea was supported by the gangenen 25 Jahren. In diesem Zeitraum wurden Erkenntnisse fact that certain interlocking functions are of vital importance

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Bild 1: EULYNX- Interessengruppen Fig. 1: Parties involved in EULYNX 2019 Group, Media DVV by / time approved of pages gewonnen. Ursprünglich (UIC ERRI A201, 1993 – 1997) ging man and will remain so until the end of time, regardless of any tech- period von der Annahme aus, dass die Standardisierung des gemeinsa- nological developments. Back then, people had already realised the men Kerns von Stellwerken Vorteile bringen würde. Diese Annah- that the privatisation of the railways and the expansion of the of me wurde dadurch begünstigt, dass bestimmte ineinandergrei-

market would benefit from standardised and freely available de- unlimited fende Funktionen lebenswichtig sind und es auch bleiben, un- fault specifications. This was confirmed in relation to the com- an abhängig von technologischen Entwicklungen. Bereits damals binations of systems from different suppliers when using ETCS. visitors for erkannte man, dass die Privatisierung der Eisenbahnen und die Even though the Euro interlocking project (a UIC project dating for Marktöffnung zu öffentlich verfügbaren standardisierten Spezifi- from 1999 – 2008) introduced the definition of a common core, kationen nutzbringend sein würden. Dies bestätigte sich auch im its results were insufficient in terms of standardisation. This led Hinblick auf die Kombination von Systemen verschiedener Anbie- to the realisation that there was a huge amount of diversity in Movares printouts ter bei der Anwendung von ETCS. the field of interfaces and there was no available way of stand- for

Obwohl das Projekt Euro Interlocking (UIC-Projekt von 1999 – 2008) ardising this. and mit der Definition eines gemeinsamen Stellwerkskerns begann, After Euro Interlocking, a new initiative was set up and a Euro- kam man bei der Standardisierung nicht zu einem befriedigen- pean grant was applied for under the 7th Framework Package. den Ergebnis. Es wurde dann auch festgestellt, dass die Vielfalt im The proposed feasibility study into a European interface specifi- approved Bereich der Schnittstellen enorm ist, sodass für eine Standardisie- cation was initially not supported by the suppliers. rung in diesem Bereich kein sinnvoller Ansatz greifbar ist. This resulted in the INESS 2008 – 2011 project, a consortium downloads Nach Euro Interlocking wurde eine neue Initiative gestartet, für consisting of infrastructure managers, the industry, universities die innerhalb des 7. Rahmenpakets auch ein europäischer Zu- and the UIC. A research and development program was estab-

schuss beantragt wurde. Ein Vorschlag für eine Machbarkeitsstu- lished to consider the topic of “delivering ERTMS-compliant in- publication individual die über europäische Schnittstellenspezifikationen wurde von terlockings”. den Lieferanten zunächst nicht unterstützt. After INESS, a new proposal was implemented. The purpose of for Daraus entstand das Projekt INESS 2008 – 2011, ein Konsortium aus this was to draw up a European-acknowledged standard for in- Infrastrukturbetreibern, Industrie, Universitäten und dem Eisen- terlockings, including communication with external elements, Homepage Rights bahnverband UIC. Es wurde ein Forschungs- und Entwicklungs¬pro- a test method and interfaces based on the agreed architecture. gramm aufgesetzt, in dem auch das Thema „Lieferung von ERTMS- The EC announced on 1st October 2013 that the proposal had konformen Stellwerken“ berücksichtigt werden sollte. met its minimum requirements, but it was not accepted due to Nach INESS wurde ein neuer Vorschlag durchgeführt. Ziel war es, an insufficient budget. auf der Grundlage einer vereinbarten Architektur eine europaweit Partly due to the results of INESS, the European infrastructure anerkannte Norm für Stellwerke auszuarbeiten, die auch die Kom- managers working on signalling then decided to set up a pro- munikation mit externen Elementen, Testmethoden und Schnitt- ject based on an unsubsidised partnership in order to create the stellen umfasst. Am 1. Oktober 2013 teilte die EU mit, dass der following standards: the reference architecture, data prepara- Vorschlag die Mindestanforderungen erfüllte. Leider konnte der tion, the specifications for the interfaces with the external ele- Vorschlag jedoch aufgrund unzureichender Haushaltsmittel nicht ments and the surrounding systems, safety and security. The in- angenommen werden. frastructure managers concluded that a different approach was Unter anderem auf Basis der Zwischenergebnisse des INESS-Pro- needed which focussed on reducing the life cycle costs due to jektes beschlossen die europäischen Infrastrukturbetreiber, in ei- the interchangeability of components (opening the market).

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ner nicht europäisch oder anderweitig subventionierten Zusam- menarbeit ein Projekt im Bereich der Zugsicherheit zu starten, bei dem folgende Standards realisiert werden sollten: Referenz- architektur, Datenaufbereitung, Spezifikationen der Schnittstel- len zu externen Elementen und Umgebungssystemen, Sicherheit und Sicherung. Die Infrastrukturbetreiber kamen zu dem Schluss, dass ein anderer Ansatz gebraucht wird, bei dem die Senkung der Lebenszykluskosten aufgrund der Austauschbarkeit von Kompo- nenten (Marktöffnung) im Mittelpunkt steht.

Dies hat nun zu einer Reihe von EULYNX-Schnittstellenspezifikationen 2019 für den streckenseitigen Teil der Leit- und Sicherungstechnik (LST) ge- führt, für die Baseline 3 im November 2018 freigegeben wurde.

Die europäischen Infrastrukturbetreiber sind jetzt davon über- Group, zeugt, dass die „Investment Ausgaben (CAPEX)“ mit EULYNX besser „unter Kontrolle“ sind, auch wenn aktuelle und zukünftige di- gitale CCS-Subsystemelemente voraussichtlich eine deutlich kür- Media zere Lebensdauer haben werden als die älteren mechanischen und elektromechanischen Systeme. Durch Standardisierung der Bild 2: Funktionale Prozessarchitektur DVV

Schnittstellen und den Einsatz wettbewerbsfähiger Commercial- Fig. 2: Functional process architecture by

Off-The-Shelf (COTS)-Komponenten lässt sich eine deutliche Sen- / kung der Lebenszykluskosten erreichen.

Die Betriebskosten (OPEX) bestehen aus den jährlichen Betriebs- This has now resulted in a set of EULYNX interface specifications time approved kosten (current OPEX). Aufgrund der getroffenen Investitionsent- for the trackside part of the Control, Command and Signalling sys- of scheidungen lassen sich diese Kosten, auch infolge von EULYNX, tems (CCS) of which Baseline 3 was released in November 2018. besser steuern, und das Lieferantenbindungsrisiko verringert sich. The European infrastructure managers now believe that the in- pages vestment expenses (CAPEX) are under better control thanks period 3 EULYNX Proof of Concept to EULYNX, despite the fact that the present and future digi- the tal CCS subsystem elements are expected to have a significantly of Im Jahr 2014 startete ProRail ein damals als „Proof-of-Principle“

shorter service life than the older mechanical and electro-me- unlimited bezeichnetes Projekt, um die Austauschbarkeit von Komponen- chanical systems. A significant reduction of life cycle costs can an ten zu untersuchen. Schnell wurde klar, dass die Austauschbarkeit be achieved by interface standardisation and the use of competi- visitors for von Komponenten verschiedener Lieferanten viele Probleme mit tive commercial off-the-shelf (COTS) components. for sich bringt. Jeder Lieferant verwendet sein eigenes Protokoll: Die- The operating costs (OPEX) consist of the annual operating costs se waren einfach (noch) nicht „offen“. (current OPEX). The choices made during the investment deci- Deshalb lancierte ProRail etwas später im Jahr 2016 ein sogenann- sion mean that these costs are under better control and the risk of Movares printouts tes „Proof-of-Concept (POC)“, mit dem gleichen Ziel wie 2014, je- vendor lock-in has been reduced, partly also thanks to EULYNX. for

doch dieses Mal auf Grundlage des EULYNX-Schnittstellenstan- and dards. 3 EULYNX Proof of Concept In diesem POC wurde eine ausgewogene Darstellung der in EULYNX unterschiedenen Subsysteme gewählt. Dieser POC be- ProRail started studying the interchangeability of components approved schränkte sich auf die folgenden vier Schnittstellenspezifikatio- with a proof-of-principle in 2014. It quickly became clear that nen: „Weiche“, „Bahnübergang“, „Signal“ und „Zugerkennungssys- the mutual interchangeability of components supplied by differ- downloads tem“. ent suppliers causes a lot of problems. Each supplier uses its own Im Gegensatz zum vorherigen Anlauf sollte jetzt bewusst der nie- protocol; they were not (yet) “open”. derländische Eisenbahnmarkt einbezogen werden: Damit wollten As a result, ProRail started its proof-of-concept (POC) some- publication individual wir sicherstellen, dass die EULYNX-Spezifikationen sich auf dem what later in 2016 with the same objective as in 2014, but now niederländischen Eisenbahnmarkt bewähren und Unterstützung based on the EULYNX interface standard. for finden. Außerdem haben wir uns entschlossen, dieses gemeinsam This POC uses a balanced representation of the sub-systems mit dem Markt zu tun, weil uns klar war, dass das für den Erfolg discerned by EULYNX and it has restricted itself to the follow- Homepage Rights dieser Innovation von Wichtigkeit ist. ing four interface specifications: “points”, “level crossings”, “light In einem offenen Dialog mit den niederländischen Zugsicher- signals” and “the train detection system”. heitsingenieurbüros begannen wir mit der Analyse „Was kommt Unlike the previous test, it now deliberately involved the Dutch auf ProRail zu, wenn wir diese EULYNX-Spezifikationen in zukünf- railway market. In doing so, we wanted to identify and support tigen Ausschreibungen verwenden?“ the EULYNX specifications in the Dutch railway market. More- Gemeinsam haben wir diese Spezifikationen für die typisch nie- over, we had decided to do this in concert with the market, be- derländischen Gegebenheiten verschärft. cause it was clear to us that this was important for the success of Die Schlussfolgerungen und Erfahrungen wurden in das europä- this innovation. ische Programm zurückgeführt und in die EULYNX Baseline 2 in- We worked with Dutch signalling engineering firms based on an tegriert. open dialogue in order to analyse the following question: “What Im nächsten Schritt gaben wir durch eine Ausschreibung unsere will ProRail encounter, if we use these EULYNX specifications Absicht bekannt, in unserem Railcenter in Amersfoort (NL) mithil- in future tenders?” We have now adapted these specifications to fe des SPS IXL und der vier oben genannten Spezifikationen die the typical Dutch environment.

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modulare EULYNX-Systemarchitektur beispielhaft aufzubauen. The conclusions and experiences have been shared with the Eu- Wer Interesse hatte und einen Beitrag dazu leisten wollte, konnte ropean program and have been incorporated into the EULYNX sich anmelden. Baseline 2. Die Bedeutung, die ProRail und der Markt dieser Innovation bei- We then announced our intention to set up a sample configu- messen, wurde an der Reaktion von 13 Parteien deutlich! ration at our Railcenter in Amersfoort, the Netherlands, using Als Interlocking (Stellwerk) wurde das SPS IXL ausgewählt, weil the PLC IXL and the four specifications listed above via a ten- ProRail die geistigen Eigentumsrechte an dem gesamten System der. Anyone who was interested and had something to contrib- besitzt [1]. Und mit diesem IXL konnten wir ebenfalls Aufschluss ute could register. darüber erhalten, wie auch „proprietäre“ Systeme mit der Umge- The value which both ProRail and the market have attributed

bung zusammenarbeiten könnten. to this innovation became clear from the fact that 13 parties re- 2019 In Zusammenarbeit mit dem Beratungs- und Ingenieurbüro Mo- sponded. vares erhielt SPS IXL einmalig RaSTA- [3] und EULYNX-Schnittstel- The PLC interlocking system (PLC IXL) was chosen for the in-

len. terlocking, as ProRail possesses the intellectual property rights Group, Wir haben die anderen Parteien aufgefordert, einen Object Con- to this entire system [1]. This IXL could also give us insight into troller für die Steuerung eines Gleiselements zu entwickeln. Da- how proprietary systems would work with this environment. bei war das Motto „Sehen = Glauben“, also ein Living Lab, bei dem The PLX ICL was fitted with the RaSTA Safety Protocol [3] and Media ein funktionierender Prüfstand das Hauptziel war. Validierung und EULYNX interfaces for this occasion in collaboration with the Dokumentation standen dabei außer Betracht. Movares consulting and engineering firm. DVV Mit Blick auf die Innotrans stand der rechtzeitige Erfolg des Prüf- We challenged the other parties to provide an object controller by

standes im Mittelpunkt des Interesses aller Beteiligten. to control the track elements. This was all based on the motto of / Schließlich ist es uns dank DB Netze, Movares, Thales, VRS Rail, seeing is believing. In other words, a demonstrator which aimed

Pilz, Sweco, Hima und dem Railcenter gelungen, auf der Innotrans to achieve a working test configuration. Validation and docu- time approved 2018 in Berlin gemeinsam die modulare Systemarchitektur auf Ba- mentation were not considered. of sis von EULYNX zu demonstrieren. Bild 1 zeigt die an EULYNX be- Everyone was focussed on the timely successful result of the test teiligten Parteien. Während der Messe gab es Interesse aus aller configuration with Innotrans in mind. pages Welt seitens anderer Infrastrukturmanager, Ministerien und Liefe- Ultimately, we managed to demonstrate the modular system period ranten. architecture based on EULYNX at Innotrans 2018 in Berlin, the thanks to DB Netze, Movares, Thales, VRS Rail, Pilz, Sweco, of 4 Entwicklung des Proof of Concept

Hima and the Railcenter. Fig. 1 provides an overview of the par- unlimited ties involved in EULYNX. The test configuration at the trade fair an Im folgenden Kapitel wird die Geschichte der Normung europä- attracted attention from fellow infrastructure managers, minis- visitors for ischer Zugsicherungssysteme und ihrer Schnittstellen beschrie- tries and suppliers from all over the world. for ben. Die EULYNX-Initiative geht jedoch einen konkreten Schritt weiter als frühere Initiativen zur europäischen Normung. Erstmals 4 The development of the Proof of Concept enthält eine europäische Zugsicherheitsspezifikation eine detail- Movares printouts lierte und technische Ebene für den Austausch von Nachrichten The following chapter describes, amongst other things, the his- for

zwischen den Zugsicherungssystemen. Die EULYNX-Spezifikation tory of the standardisation of European signalling systems and and ist nach den bekannten Prinzipien der Systemtechnik gemäß der the associated interfaces. However, the EULYNX initiative has approved Bild 3: EULYNX- Klassendiagramm downloads Fig. 3: EULYNX class diagram publication individual for Homepage Rights

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Bild 4: RastaSpy Nachrichten Fig. 4: RastaSpy messages 2019 Group, CENELEC-Norm aufgebaut. Die von EULYNX freigegebenen Do- gone one specific step beyond the previous initiatives for Euro- kumente werden in einer sogenannten Baseline auf der Website pean standardisation. This is the first time that a European sig- von EULYNX (www.eulynx.eu) veröffentlicht. Für den entwickelten nalling specification contains a detailed and technical level for Media POC wurde Baseline 2 verwendet. the exchange of messages between the signalling systems. The EULYNX specification has been created on the basis of well- DVV 4.1 Modellierung known system engineering principles in accordance with the by

Die EULYNX-Spezifikationen wurden in einem Modell entsprechend CENELEC standard. The documents released by EULYNX are / dem Model-Based System Engineering Standard (MBSE) für die Er- published in a so-called baseline on the EULYNX website (www. fassung von Informationen entwickelt. Für die eindeutige Definition eulynx.eu). Baseline 2 has been used for the developed POC. time approved von Struktur und Funktionalität in dieser Spezifikation und zur Ein- of haltung der oben genannten CENELEC EN-Normen wurde die stan- 4.1 Modelling dardisierte System Modeling Language (SysML) gewählt [2]. Die EU- The EULYNX specifications have been developed using mod- pages LYNX-Spezifikation ist CELENEC-konform in fünf Phasen aufgebaut. el-based system engineering (MBSE) for the inclusion of infor- period Es wurden insgesamt elf sogenannte Standard Communication In- mation in the model. The standardised System Modelling Lan- the terfaces (SCI) spezifiziert, z. B. Lichtsignal (SCI-LS), Weiche (SCI-P), guage (SysML) was selected to unambiguously define the struc- of Bahnübergang (SCI-LX), Zugerkennung (SCI-TDS). Über ein SCI

ture and functionality in the specification and in order to com- unlimited werden Befehle an das Infrastrukturelement gesendet bzw. der ply with the aforementioned CENELEC EN standards [2]. The an Status eines Infrastrukturelements an das Zugsicherungssystem EULYNX specification consists of five phases in accordance visitors for übertragen. In Tab. 1 wird die generische Struktur von EULYNX- with CENELEC. for Nachrichten dargestellt. A total of eleven so-called Standard Communication Interfaces In der letzten Phase wurden generische Schnittstellenspezifikati- (SCI) have been specified, such as light signal (SCI-LS), point onen definiert und die Schnittstellenspezifikationen für jede ein- (SCI-P), level crossing (SCI-LX), and train detection system Movares printouts zelne Schnittstelle festgelegt. (SCI-TDS). An SCI is used to transmit orders to the field ele- for

Die EULYNX-Spezifikation spezifiziert zusätzlich zum SCI zwei wei- ment or to transmit the status of a field element to the signal- and tere Schnittstellen, nämlich: das Standardised Maintenance Inter- ling system. face (SMI) und das Standardised Diagnostics Interface (SDI). Im The generic interface specifications and the specifications for POC wird nur die SCI-Schnittstelle berücksichtigt, die beiden an- each individual interface are captured in the last phase. The ge- approved deren Schnittstellen bleiben außer Betracht. neric message structure is shown in tab. 1. The EULYNX specification defines two further interfaces in ad- downloads 4.2 Hardware-Implementierung dition to the Standard Communication Interface: the Standard- Beim Austausch von Nachrichten zwischen dem Zugsicherungs- ised Maintenance Interface (SMI) and the Standardised Diag- system und dem Infrastrukturelement geht es um den Austausch nostic Interface (SDI). The POC only covered the SCI and the publication individual von sicherheitsrelevanten Daten. In der EULYNX-Spezifikation ist other two interfaces were not included. das RaSTA-Protokoll [3] für das Senden von EULYNX-Nachrichten for vorgeschrieben. Das RaSTA-Protokoll ist ein Industriestandard 4.2 Hardware implementation für die sichere Kommunikation und entspricht der Norm DIN EN The exchange of messages between the signalling system and the Homepage Rights 50159. Das auf UDP / IP basierende Protokoll unterstützt auch eine field element includes the exchange of safety-related data. The redundante Verbindung über zwei physikalische Netzwerkverbin- EULYNX specification prescribes the RaSTA protocol [3] for the dungen, um die Verfügbarkeit des Kommunikationsnetzes zu er- transmission of EULYNX messages. The RaSTA protocol is an höhen. Die oben beschriebene EULYNX-Nachricht wird beim Sen- industry standard for safe communication and meets the DIN

Byte-Nr. Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Byte No. Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 00 Spezifischer Protokolltyp (1 Byte binär) 00 Specific Protocol Type (1 Byte binary) 01..02 Message-Typ (2 Bytes binär) 01..02 Message Type (2 Bytes binary) 03..22 Sender Identifier (20 Bytes ISO IEC 8859-1:1998) 03..22 Sender Identifier (20 Bytes ISO IEC 8859-1:1998) 23..42 Empfänger Identifier (20 Bytes ISO IEC 8859-1:1998) 23..42 Receiver Identifier (20 Bytes ISO IEC 8859-1:1998) 43..127 Inhalt (max. 85 Bytes) 43..127 Payload (max. 85 Bytes) Tab. 1: Generische Struktur von EULYNX-Nachrichten Tab. 1: The generic structure of the EULYNX messages

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Bild 5: Technische Architektur POC-System Fig. 5: Technical architecture of the POC system 2019 Group, Media DVV by / time approved of den als Inhalt in die RaSTA-Nachricht eingepackt, mit einer soge- EN 50159 standard. The protocol, based on UDP / IP, also sup- nannten Prüfsumme versehen und dann über das (redundante) ports a redundant connection using two physical network con- pages Netzwerk an den Empfänger gesendet. Die Prüfsumme wird beim nections to enhance the availability of the communication net- period Empfänger überprüft und die EULYNX-Nachricht wird entpackt work. The transmitted EULYNX message is encrypted as a pay- the und kann weiterverarbeitet werden. Aufgrund der Sicherheitsan- load in the RaSTA message, provided with a so-called checksum of forderungen an die Daten werden die Prozesse zum Verpacken,

and sent to the recipient using the (redundant) network. The unlimited Berechnen der Prüfsumme und Entpacken auf CENELEC SIL4 zer- checksum is checked by the recipient and is extracted for further an tifizierten Hardware-Systemen durchgeführt. Für den Transport processing. The encryption, checksum calculation and decryp- visitors for der RaSTA-Nachrichten kann jede handelsübliche Hardware für tion processes are carried out on CENELEC SIL4 certified hard- for IP-Netze verwendet werden. ware systems because of the data safety requirements. RaSTA In der Systemarchitektur der Implementierung werden zu diesem messages can be transmitted using normal, commercially avail- Zweck zwei Konzepte definiert: das sogenannte Safe Functional Mo- able hardware for IP networks. Movares printouts dule (SFM) und das Communication Functional Module (CFM). Die si- The so-called Safe Functional Module (SFM) and Communica- for

cherheitsrelevanten Prozesse werden auf dem SFM-Teil und die nicht tion Functional Module (CFM) concepts have been defined in and sicherheitsrelevanten Prozesse auf dem CFM-Teil durchgeführt. the implementation’s system architecture for this purpose. The Auf der linken Seite von Bild 2 ist die funktionale Prozessarchitek- security-related processes are carried out in the SFM section and tur des Zugsicherungssystems dargestellt, während auf der rech- the non-safety-related processes in the CFM section. approved ten Seite die Architektur der Steuerung des Infrastrukturelements The left-hand side of fig. 2 shows the signalling system’s func- gezeigt wird. Bei EULYNX verfügt ein Zugsicherungssystem über tional process architecture and the right-hand side displays the downloads keinerlei Input- oder Output-Hardware zum Steuern oder Ausle- field element controls. When using EULYNX, the signalling sys- sen von Zuständen. Diese Ein- und Ausgänge sind nur in den Be- tem does not have any input and output hardware to control or

triebssystemen der Infrastrukturelemente vorhanden. Die Verar- any read conditions. These inputs and outputs are only present publication individual beitung von RaSTA- und EULYNX-Nachrichten erfolgt durch den on the control systems of the field elements. The processing of sicheren Teil der Hardware (SFM). Über eine sogenannte Dual Por- RaSTA and EULYNX messages is carried out by the safe section for ted RAM-Struktur werden die zu sendenden und zu empfangen- of the hardware (SFM). A so-called dual ported RAM structure den Daten mit dem unsicheren Teil der Hardware (CFM) ausge- is used to exchange the data for transmission and the received Homepage Rights tauscht. Alle beteiligten EULYNX-Systeme kommunizieren mitein- data with the non-safe section of the hardware. All involved EU- ander über ein Ethernet-UDP / IP-Netzwerk. LYNX systems communicate with each other using an Ethernet UDP / IP network. 4.3 Software-Implementierung für SPS Interlocking In der EULYNX-Spezifikation sind die funktionalen Anforderun- 4.3 Software implementation for the PLC interlocking gen in eine generische und eine spezifische Beschreibung unter- The EULYNX specification has divided the functional require- teilt. Dazu passt einerseits eine Implementierung auf Basis einer ments into generic and specific descriptions. An implementa- objektorientierten Modellierungs- und Programmiersprache und tion based on object-oriented modelling and a programming andererseits wird auch die Rückverfolgbarkeit von Anforderun- language is in line with the above and also benefits the trace- gen von der Spezifikation bis zur Implementierung verbessert. ability of the specification requirements in the implementation. Das SPS Interlocking-System unterstützt die Entwicklung neuer The PLC IXL supports the development of a new functionality Funktionen für das sichere Funktionsmodul, unter anderem mit- for the Safe Functional Module using the C++ programming lan- tels der Programmiersprache C++. Nach der Analyse der Spezifi- guage, amongst others. UML diagrams have been developed af-

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Bild 6: EULYNX Systemstand auf der Innotrans 2018 Fig. 6: Impression of the EULYNX booth at Innotrans 2018 2019 Group, Media DVV by / time approved of kation wurden UML-Diagramme entwickelt, darunter ein Klassen- ter an analysis of the specification, including a class diagram and diagramm und ein Zustandsübergangsdiagramm. a state transition diagram. pages In Bild 3 wird ein Teil des EULYNX Klassendiagramms wiedergegeben. Fig. 3 shows (part of) the EULYNX class diagram. period Es wurde eine sogenannte Basisklasse der generischen EULYNX- A so-called basic class of the generic EULYNX functionality has the Funktionalität implementiert (in Bild 3 die Klasse cls_Generic been implemented (this is the following class in fig. 3: cls_Ge- of EulynxContext). Für jedes spezifische Infrastrukturelement ist eine

nericEulynxContext). A class has been implemented for each unlimited von der Basisklasse abgeleitete Klasse implementiert. In dieser ab- specific infrastructure element which has been derived from an geleiteten Klasse sind die spezifischen Befehls- und Statusmeldun- the basic class. The order and status messages for each specific visitors for gen des Infrastrukturelements implementiert (in Bild 3 cls_Point- infrastructure element have been implemented in this derived for EulynxContext). Der Zustand der Schnittstelle ist nach dem soge- class (in fig. 3: cls_PointEulynxContext). The condition of the nannten Zustandsmuster modelliert. Es gibt eine Kontextklasse interface has been modelled according to the so-called state pat- mit der Ereignisschnittstelle, die von außen kommen kann, und tern. This includes a context class with the event interface from Movares printouts für jeden Interface-Zustand gibt es eine Zustandsklasse. Um das external sources and a state class for each interface condition. A for

EULYNX-Protokoll bereitzustellen, ist eine Kommunikationsklasse communication class has been implemented in order to imple- and implementiert. Pro Infrastrukturelement gibt es zwei verschiedene ment the EULYNX protocol. There are two different classes for Klassen, eine Klasse für das Verhalten des Infrastrukturelements im each field element; one class for the behaviour of the field ele- Zugsicherungssystem und eine Klasse für das Verhalten des Infra- ment in the signalling system and one class for the behaviour approved strukturelements in der Steuereinrichtung entlang der Strecke. Mit of the field element in the control equipment along the track. A dem implementierten Satz von C++-Klassen kann eine Konfigura- signalling system configuration can be developed using the im- downloads tion eines Zugsicherungssystems entworfen werden. plemented collection of C++ classes. Im POC wurde ein Teil der Santpoort Noord Station für die Steue- Part of the Dutch Santpoort Noord station was configured for rung und Signalisierung mit EULYNX-Objekten konfiguriert. Die control and signalling using EULYNX objects in the POC. The publication individual Konfiguration besteht aus der Steuerung und Signalisierung folgen- configuration consists of the controlling and signalling of the der Infrastrukturelemente: Zehn Abschnitte mit klassischer Zuger- following field elements: ten sections using national track circuit for kennung, drei Weichen und sechs Abschnitte mit dem Achszählsys- train detection, three points and six sections using the AZLM tem Thales AZLM. Es gab drei Implementierungsvarianten von der axle-count system supplied by Thales. The following three im- Homepage Rights Implementierung der Steuerung und Signalisierung der Weichen, plementation variants were present for the controlling and sig- nämlich: HIMatrx F30 (Hima), PSS4000 (Pilz) und Moxa. nalling of the point machines: HIMatrix F30 (Hima), PSS4000 (Pilz) and Moxa. 4.3 RastaSpy Um überwachen zu können, welche EULYNX- und RaSTA-Nach- 4.4 RastaSpy richten über das Netzwerk gesendet werden, wurde das Pro- The RastaSpy program has been developed to monitor which gramm RastaSpy entwickelt. EULYNX and RaSTA messages are transmitted using the net- In Bild 4 wird gezeigt, dass jede Nachricht hinsichtlich des Ver- work. sandzeitpunktes, der Länge der Nachricht, des RaSTA-Nachrich- The aforementioned oversight enables each message to be ana- tentyps, der Empfänger- und Absenderkennung, der Auftrags- lysed in terms of its time of transmission, message length, RaS- nummern und Zeitstempel sowie der gesendeten EULYNX-Daten TA message type, recipient and sender identification, order num- zusammen mit des Cyclic Redundancy Checksum (CRC) der RaS- bers, time stamps and the transmitted EULYNX data including TA-Nachricht ausgewertet werden kann. the RaSTA message’s Cyclic Redundancy Checksum (CRC).

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5 Vorstellung des POC auf der Innotrans 2018 5 The demonstration of the POC at Innotrans 2018

Während der Innotrans 2018 wurde den Messebesuchern das The set-up was demonstrated to the trade fair visitors at In- POC-System vorgestellt. Bild 5 zeigt die technische Systemarchi- notrans 2018. Fig. 5 shows the technical system architecture. tektur. Fig. 6 shows the demonstration set-up at Innotrans. A piece of Bild 6 zeigt den Systemstand während der Innotrans. Im Vorder- track with an axle counter system is shown in the foreground grund steht ein Gleisabschnitt mit einem Achszählkopf und einem with a point machine, which is also used by ProRail, next to it. Weichenmotor, der auch von ProRail verwendet wird. Im Hinter- The PLC IXL is shown in the background (on the right). There grund (rechts) befindet sich das Zugsicherungssystem SPS Inter- is a screen to control the Santpoort Noord station next to it. The

locking. Darüber hinaus ein Bildschirm für den Betrieb der Infra- screen, on which the RaSTA and EULYNX messages are dis- 2019 struktur von Santpoort Noord. Ganz links befindet sich ein Bild- played using RastaSpy, is depicted on the far left. The AZLM axle schirm, auf dem die RaSTA- und EULYNX-Nachrichten von Rasta counter system provided by Thales can be seen below the screen.

Spy angezeigt werden. Unter den Bildschirm befindet sich das Over five million RaSTA / EULYNX messages were exchanged Group, AZLM Achszählsystem von Thales. Während der viertägigen De- with the object controllers for the train detection and the point monstration des POC tauschte das SPS-Stellwerk über fünf Milli- machines without any errors by the PLC interlocking system onen RaSTA / EULYNX-Nachrichten fehlerfrei mit den Object Cont- throughout the four-day demonstration of the POC. Media rollern für die Zugortung und die Weiche aus. 6 The lessons learned and the next steps DVV 6 Gewonnene Erkenntnisse und nächste Schritte by

The demonstrator was not simply a technical test for ProRail, / Für ProRail war das nicht nur ein technischer Test, sondern auch but it is also a step towards the realisation of our vision for the

ein Schritt in die Richtung der Umsetzung unserer Vision von der digitisation of signalling. We have applied industry standards time approved Digitalisierung der Zugsicherungssysteme. Wir verwenden Indus- rather than “railway-specific” solutions, which has contributed of triestandards anstelle von „bahnspezifischen“ technischen Lösun- to the compatibility of the components. We have made the sig- gen, was einer der Gründe dafür ist, dass Teile kompatibel werden. nalling modular, which has increased the flexibility of railway pages Wir machen die Zugsicherung vom Aufbau her modular, was uns projects. It has also helped us to keep up with the technological period bei Bahnprojekten mehr Flexibilität verleiht. Es hilft uns auch, mit development which is currently ongoing in society. the der technischen Entwicklung Schritt zu halten, die wir in der Ge- The results of this POC have currently been incorporated into of sellschaft erleben. Derzeit werden die Ergebnisse aus diesem POC

ProRail’s plans for the future. unlimited in ProRails Zukunftsplanung einbezogen. an 7 The technical summary and the lessons learned visitors for 7 Technische Zusammenfassung und for gewonnene Erkenntnisse The EULYNX Baseline 2 specifications for the point and train detection systems are of such a high quality, simplicity and com- Die EULYNX Baseline 2 Spezifikationen für Weichen und Zugerken- pleteness that no questions or discussions were needed with the Movares printouts nung haben ein so hohes Maß an Qualität, Klarheit und Vollstän- EULYNX specifications team during the implementation. There for

digkeit erreicht, dass während der Implementierung keine Fragen are limitations to implementing software in a safety system us- and oder Diskussionen mehr mit dem EULYNX Spezifikationsteam not- ing C++. Despite these limitations, however, the implementa- wendig waren. Die Implementierung von Software auf einem Si- tion of EULYNX specifications is still possible. This POC has cherheitssystem mit C++ hat Einschränkungen. Trotz dieser Ein- clearly demonstrated that Model Based System Engineering re- approved schränkungen ist es möglich, EULYNX-Spezifikationen zu imple- sults in a stable, broadly supported standard when compared downloads

Komponente / Gerät Realisiert durch Equipment Created by

Das Zugsicherungssystem mit der Logik Movares / Intraffic / HIMA The signalling system using Santpoort Movares / Intraffic / HIMA publication

von Santpoort Noord, EULYNX-Funktionen (zur Verfügung gestellt auf Basis eines frü- Noord logic and EULYNX functions and (provided from a previous PoC by individual und Schnittstellen heren PoC von Movares / Indra) interfaces Movares / Indra) Die RaSTA Implementation auf oben ge- Indra / Movares / Intraffic The RaSTA implementation of the afore- Indra / Movares / Intraffic for nanntem System (zur Verfügung gestellt auf Basis eines frü- mentioned system (provided from a previous PoC by heren PoC von Movares / Indra) Movares / Indra) Homepage Für die Bedienung und Anzeige des Status Movares A Graphic User Interface is necessary to Movares Rights wird ein Grafisches User Interface benötigt (zur Verfügung gestellt auf Basis eines frü- control and display the status (provided from a previous PoC by heren PoC von Movares) Movares) RastaSpy (oben beschrieben) Movares RastaSpy (as described above) Movares (zur Verfügung gestellt auf Basis eines frü- (provided from a previous PoC by heren PoC von Movares) Movares) Drei verschiedene Object Controller für Pilz / Sweco / VRS Rail / Movares Three different object controllers for the Pilz / Sweco / VRS Rail / Movares die Weiche point machines

Zugerkennung mit einem Object Control- Thales Train detection using an object control- Thales ler für ein Achsenzählwerk ler for an axle counter system

Zugerkennung mit einem Object Control- Movares Train detection using an object control- Movares ler für ein Gleisrelais ler for a track circuit relay

Tab. 2: Übersicht über POC-Systemkomponenten und Marktparteien für Tab. 2: An overview of the POC system set-up and the market participants die Realisierung for the realisation

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mentieren. In diesem POC wird deutlich gezeigt, dass eine mo- with country-specific solutions. The introduction of EULYNX dellbasierte Systemtechnik im Vergleich zu lokalen länderspe- has opened up the railway market to system suppliers which are zifischen Lösungen einen stabilen, breit abgestützten Standard mainly familiar with the IEC 61508 standard. bietet. Mit der Einführung von EULYNX wird der Bahnmarkt auch für Systemanbieter geöffnet, die hauptsächlich mit der Norm IEC 61508 vertraut sind.

AUTOREN | AUTHORS 2019

Monique Voorderhake-Borst

Projectmanager / Innovator Group, Asset Management – Signalling Department ProRail

Anschrift /Address: Postbus 2038, NL-3500 GA Utrecht Media E-Mail: monique.voorderhake@prorail.nl DVV LITERATUR | LITERATURE Dipl.-Ing. Frits Makkinga

[1] Blaauboer, M.; Mennen, W.; van der Werff, M.: Reducing Life Cycle Costs Director Innovation & Business Development, by of main line interlockings, SIGNAL+DRAHT 11/2013 Division Rail Movares Nederland BV Anschrift /Address: Daalseplein 100, NL-3511 SX Utrecht / [2] OMG Systems Modeling Language (OMG SysML TM ), http://www.omg. E-Mail: [email protected] org/spec/SysML/1.3/ time

[3] Elektrische Bahn-Signalanlagen, Teil 200: Sicheres Übertragungsproto- approved

Maarten van der Werff of koll RaSTA nach DIN EN50159 (VDE 0831-159) Manager Expert Group Interlocking [4] Makkinga, F.; Musters, P.; Bell, T.: New SIL 4 PLC Interlocking reduces life- Asset Management – Signalling Department

cycle costs, SIGNAL+DRAHT 7+8/2015 ProRail pages period [5] Pascual, S.; Makkinga, F.: Operational cost reduction for ERTMS Level 2 by Anschrift /Address: Postbus 2038, NL-3500 GA Utrecht implementing a standardised interlocking interface, SIGNAL+DRAHT 9/2017 E-Mail: [email protected] the of unlimited an visitors for www.pintsch.net for Movares printouts for and approved downloads publication individual for Homepage Rights

Systemlösungen für die Bahninfrastruktur Q Bahnübergangstechnik Q Bahnsteigtüren Q Lichttechnik Q Sensortechnik und Achszählung Q Stellwerks- und Fördertechnik Q Weichenheizung Q Tunnelsicherheits- und Gleisfeldbeleuchtung Q Digitalisierung und Diagnose