Hastighetsovervåkning

__NUMBEREDHEADINGS__

Historikk

På det tidspunkt NSB begynte å vurdere muligheten for å innføre ATC (Automatic Train Control) eksisterte det ikke noe anerkjent system som var i bruk på markedet. I stedet var man selv henvist til å delta i utviklingen av et system som ville være egnet i Norge.

I 1966 ble det innledet et samarbeide med SINTEF i Trondheim. Dette samarbeidet resulterte i at det i 1971 ble foretatt vellykkede prøver med et radio-overført nødstoppsystem basert på utstyr plassert på signalmasten. I mellomtiden fikk NSB invitasjon fra SJ (Statens Järnvägar) til samarbeid om et system hvor også hastigheten kunne overvåkes. Et slikt samarbeid ble funnet hensiktsmessig ut fra blant annet samtrafikk og tekniske og kostnadsmessige forhold. Forutsetningen var at NSB skulle innføre et forenklet ATC - system, nemlig Automatisk Togstopp (ATS) basert på ATC-systemets muligheter. Forskjellen ligger i graden av utbygging i sporet. Resultatet av samarbeidet med SJ ble et felles system som muliggjør samtrafikk over grensen uavhengig om det kjøres norsk eller svensk togmateriell. Systemet representerte en helt ny teknikk på denne tiden og det ble stilt store krav til utstrakt tverrfaglig samarbeid internt i NSB. Systemet omfatter en rekke ulike fagområder som for eksempel bremse- og trykkluftteknikk, signal- og transmisjonsteknikk.

I 1975 inntraff Trettenulykken hvor 27 mennesker mistet livet. Denne tragiske hendelsen satte fortgang i tanken om å innføre ATC. Allerede i 1978 ble prøvestrekningen Lørenskog - Sørumsand tatt i bruk.

Jernbaneverket bruker i dag ATC som den offisielle betegnelsen på systemet .

I dag brukes betegnelsen DATC (Delvis utrustet ATC) i stedet for ATS. Det betyr at linjestrekningen utenom stasjonsområdene bare delvis er utstyrt med baliser. Det er derfor i praksis ingen overvåking av hastigheten ute på linjen. Den eneste begrensede overvåking man har i dette tilfellet, er enten linjens største tillatte hastighet eller togets største tillatte hastighet. Den laveste hastigheten blir overvåket.

Har strekningen FATC (Fullt utrustet ATC) blir alle hastighetsvariasjoner, også ute på fri linje, overvåket.

Automatisk Tog Kontroll (ATC) defineres slik: Et teknisk system som overfører signalinformasjon fra spor til tog og som overvåker at tog kjører etter de signaler som gis. Det skilles mellom delvis utrustet og fullt utrustet ATC.

Oversiktskart

Figur 1: Skjematisk oversikt over strekninger utrustet med ATC

Systemoppbygging

ATC-systemet består av markutrustning i sporet og lokutrustning i toget. Lokutrustningen kalles ofte også for ombordutrustning.

Markutrustningen (Stasjonært anlegg) består i store trekk av kodere eller grensesnittutrustning mot sikringsanlegg, baliser med festeanordninger for tre- og betongsviller samt kabelforbindelser.

Lokutrustningen (Mobilt anlegg i lokomotiver, motorvognsett og skinnetraktorer (arbeidsmaskiner)) består av antenne, førerpanel og datamaskin med forbindelse til togets trykkluftanlegg, hastighetsmåler, bremseventiler, strømforsyning, eventuell togradio og mekaniske komponenter.

Figur 2: Skjematisk oversikt over lokutrustning

Det er Jernbaneverket som eier ATC-systemet i Norge, dvs. har systemansvaret. Trafikkutøverne, eiere av rullende materiell, pålegges å installere ATC ombordutrustning som er kompatibel med markutrustningen.

Oppbygging og virkemåte

Informasjon om signalbildet overføres til loket i form av telegram fra baliser (informasjonspunkter ) montert i sporet. Systemet baserer seg på radiobølger for signaloverføring mellom bane og tog. Balisene krever ikke tilkopling av ytre strømforsyning, men benytter den effekten som sendes fra lokets antenne. Fra senderen på lokomotivet går det ut et kontinuerlig radiosignal over antennen som er plassert under lokomotivet. Når lokomotivet passerer en balisegruppe, fanger balisene opp dette signalet og sender informasjon tilbake til lokomotivet i form av telegram med opplysninger om kjøreretning, signalbilde, avstand til neste informasjonspunkt og eventuelt fall og posisjon til togradiosystemet. Rekkefølgen på balisene er bestemmende for at bare tog i "riktig" retning skal reagere på informasjonen fra balisene. Systemet er dimensjonert for 300 km/h. I den hastigheten skal antennen fange opp minimum fire identiske og korrekte telegrammer fra hver balise. All denne informasjon mates inn i datamaskinen og sammenliknes med informasjon som gis fra lokomotivet. Informasjonen på lokomotivet kommer fra bremsesystemet, hastighetsmåler og fra de togdata som lokomotivføreren har stilt inn på førerpanelet. Resultatet presenteres i førerpanelet i form av hastighetsangivelser og eventuelle alarmer hvis hastigheten overskrides.

Systemet virker slik at om lokomotivføreren, for eksempel :

1. - passerer et forsignal som viser gult blinklys (som betyr at tilhørende hovedsignal viser stopp) og ikke bremser i tide inn mot hovedsignalet, vil han i første omgang bli påminnet ved et lyssignal på førerpanelet. Bremser han fremdeles ikke tilstrekkelig, følger et lydsignal. Hvis han ikke reagerer på dette utløser systemet selv brems, enten vanlig driftsbrems hvis avstanden fram til signalet er tilstrekkelig, eller nødbrems.

Figur 3: Overvåkning ved passering av forsignal som viser gult blinklys

2. - passerer et forsignal som viser gult og grønt blinklys (som betyr kjøring over sporveksel i avvikende stilling) skjer en liknende overvåking som i tilfelle 1. Nå er ikke kravet stopp foran hovedsignalet, men overvåking av hastigheten for eksempel 80 km/h ved passering av hovedsignalet eller overvåking mot sporveksel.

Figur 4: Overvåkning ved passering av forsignal som viser gult og grønt blinklys

3. - kjører forbi hovedsignal i stopp utløses nødbrems momentant.

Nødbremskurve

Figur 5: Utløst nødbrems ved passering av hovedsignal i stopp

ATC-systemet kan utløse brems på to måter. Det vanlige er at systemet utløser driftsbrems. Dette oppnås ved at ATC sender ut en styrestrøm som påvirker en driftbremsventil.

Den andre måten brems kan utløses på er nødbrems. Dette oppnås ved at hvilestrømmen til nødbremsventilen brytes og hovedledningen tømmes.

Markutrustning

Markutrustningen tilhører Jernbaneverkets ansvarsområde. Det innbefatter prosjektering, montering, kontroll, driftsprøving og vedlikehold.

Baliser

Ordet balise er hentet fra fransk og ble i sin tid valgt av Statens Järnvägar (SJ) som navn på denne komponenten. Balisene består av en antennesløyfe og elektronikk innstøpt i glassfiberarmert plast. Det finnes to hovedtyper av baliser: Parallellbalise og seriebalise. Balisene monteres midt i sporet bl.a. foran alle signaler og plasseres i grupper. I tillegg monteres såkalte repeterbalisegrupper ved holdeplasser, stasjoner og ute på linjen etter behov. Repeterbaliser kan gi oppdatert forsignalinformasjon for neste hovedsignal. Hvis avstanden mellom informasjonspunktene overstiger 2500 m, monteres såkalte lenkningsbalisegrupper for oppdatering av avstandsangivelsen. Balisene kan inneholde fast kodet informasjon, eller styrt informasjon som varierer med signalbildet.

En balisegruppe består av minimum 2, maksimum 5 baliser, og kombinasjonen av balisene med informasjonen i hver balises X-, Y- og Z-ord bestemmer hvilken informasjon som overføres til toget, se figur 7. Dermed økes sannsynligheten for at et informasjonspunkt oppdages av toget selv om en balise i gruppen blir ødelagt eller er fjernet.

En del balisegrupper har fått betegnelse etter hvilken funksjon de har. Her følger noen eksempler på slike betegnelser:

• Radiområdegruppe RO
• Signalhøyningsgruppe SH
• Fremskutt forsignalgruppe FF
• Grensebalisegrupper GMO og GMD
• Grense mot utbyggingsområde BU-SU
• Sporvekselgruppe SVG
• Rasvarslingsgruppe RVG
• Lenkningsgruppe L

Videre finnes posisjonsnummerbaliser for togradio N og baliser for bortflytting av målpunkt P.

Balisene gir informasjon til toget. Hver balise sender et digitalt telegram til lokets antenne. Fra antennen blir telegrammene overført til ATC- datamaskinen ombord i toget. Parallellbalisene kan være fast kodet med kodeplugger, som settes inn i hullene for X-, Y- og Z-ordene, se figur 6.

Y- og/eller Z-ordet kan også styres avhengig av informasjon fra sikringsanlegget via kodere med kabel til balisen. Denne kabelen har parallelle tråder, en til hver informasjonsbit. Hvert telegram inneholder et X-ord, Y-ord og Z-ord. Hvert av disse ordene inneholder fire informasjonsbiter og fire redundansebiter. Hvert ord kan altså inneholde tallene 0-15 som informasjon, men 15 (bare ettall) er alltid ugyldig.

For å oppnå høy sikkerhet under overføringen fra bane til tog er hvert informasjonsord kodet etter Hammingkode H(8,4). I enkelte tilfeller (signalnummer) slås Y- og Z- ordene sammen, slik kan det bli et ord som består av 16 biter. Kodingen skjer da med Hammingkode H(16,11). H(8,4) og H(16,11) er sikkerhetskoder med en hammingdistanse på 4 og biter. Dette innebærer at et informasjonsord må få feil i minst 4 posisjoner før ordet likevel kan tolkes som et gyldig informasjonsord.

Figur 6: Parallellbalise med baliseplugg

Seriebalisen kan være fast kodet. Da er alle tre kodeordene programmert inn i balisen med en kombinert balisetester/programmerer. Ingen kodeplugger benyttes på seriebalisen. Hvis ett eller flere av ordene i seriebalisen skal styres blir informasjonen i alle tre kodeordene kontinuerlig overført via grensesnittutrustningen mot sikringsanlegget. Dette skjer serielt på kabel. Selv om det er for eksempel Y- ordet som er styrt, blir også X- og Z- ordene tilført balisen sammen med Y-ordet. Seriebalisen kan inneholde 255 biter. For å være kompatibel med eksisterende lokutrustning brukes den i Norge med X-, Y- og Z-ord med 4 informasjons- og redundans-biter i hvert kodeord, som i parallellbalisen.

Figur 7: Baliser ved kombinert signal

Koder

Koderens oppgave er å omsette optiske signalbilder til en lesbar informasjon i balisen. Dette oppnås ved at lampestrømmen passerer gjennom koderen og spenningsetter balisekabelens tråder etter et bestemt mønster. Normalt brukes signallamper av type 12 V, 24 W. Man benytter derfor vanligvis bare en type koder, se figur 8 og 9. Et unntak fra dette er ATC-anlegget på Oslo S, og strekninger utrustet med seriebalise. Ved Oslo S benyttes egen type koder beregnet på signallamper av type 30 V, 15 W.

Figur 8: Tre kodere plassert i et transformatorskap

Figur 9: Koderens kretskort trukket ut av kassetten

Lokomotivutrustning

Lokomotivutrustningen er trafikkutøvers/materielleiers ansvar. Alle installasjoner skal driftprøves og deretter godkjennes av Jernbaneverket.

Antenne

Antennen skal være kompatibel med eksisterende infrastruktur. Antennen, som er plassert under vognkassen, inneholder to antennesløyfer, en for sending og en for mottaking, det hele innstøpt i glassfiberarmert plast. Den gamle antennetypen utstyres med beskyttelseplater mot slag fra is, pukk og andre gjenstander som kan ligge i sporet. Nyere typer antenner er mer robust konstruert, se figur 10 - 12.

De fleste lokomotiver har bare en antenne plassert midt mellom hjulsatsene. Noen få lokomotiver med stor avstand mellom hjulsatsene har to antenner, en i hver ende. Dette skyldes at når første hjulsats på loket passerer isolert skinneskjøt ved et signal, vil informasjonen i styrt balise endre seg. Antennen må på dette tidspunkt ha passert balisen for å få riktig informasjon. Når systemet er aktivt utstråler ATC-antennen kontinuerlig en effekt på ca 15 W, 27 MHz for å avsøke balisenes informasjon og for å mate den med effekt. Balisen svarer med et telegram. Telegrammet overføres på en 50 kHz datalink. Balisens sendereffekten er ca 0,1 W, 4,5 MHz. For å få en tilstrekkelig kontaktlengde ved hastighet på 300 km/t må antennesløyfen ha en utbredelse på ca. 60 cm. Antennen monteres med en maksimal avstand til første aksel på 6,5 m, og med et luftgap på ca 200 mm over skinnetopp.

Figur 10: Gammel type ATC antenne med beskyttelsesplater foran og bak

Figur 11: Ny type ATC antenne

Figur 12 Liten ATC antenne for arbeidsmaskiner

Datamaskin

Datamaskinen overvåker at framføringen av toget skjer i samsvar med informasjonene fra baliser, bremsesystemet, hastighetsmåleren og innleste togdata. Datamaskinen overfører dessuten informasjoner til førerpanelet slik at lokomotivføreren kan avlese største tillatte "kjørehastighet" og hva hastigheten skal være ved neste informasjonspunkt, "vent-hastighet". Datamaskinen er vanligvis plassert i maskinrommet på lokomotiver og i førerrom eller egne apparatskap på motorvogner, se figur 13 og 14. Herfra går det kabler til antenne, bremseventiler, hastighetsmåler, førerpanel og eventuell togradio. Et motorvognsett som består av en motorvogn og en styrevogn har normalt to komplette ATC-utrustninger, en i hver ende. Utrustningene strømforsynes fra lokomotivets batterier.

Figur 13: ATC datamaskin type 1

Figur 14: ATC datamaskin type 2

Nødbrems- og driftsbremsventil

Nødbremsventilen er tilkoblet bremsesystemets hovedledning. Ventilen er stengt så lenge den mates med strøm. Den åpnes umiddelbart når strømtilførselen brytes. Driftsbremseventilen er en elektrisk/pneumatisk styrt ventil som er montert mellom trykkregulator og tidsbeholderen, se figur 15. Den utfører de driftsbremsinger som datamaskinen beordrer, 0 - 1,5 bar. På lokomotiver med elektrisk førerbremseventil, finnes det ingen driftbremseventil. ATC-bremsing skjer da ved hjelp av et elektrisk signal fra datamaskinen som direkte påvirker bremseelektronikken.

Figur 15: Skjematisk oversikt over bremsesystem med ATC-utstyr tilkoblet

Hastighetsgiver

Hastighetsgiveren, tachometeret, er montert på et hjul på toget og gir en eller flere pulser for hver omdreining som hjulet gjør. Ved å regne antall pulser og ta med innstilt verdi for hjuldiameter, regner ATC ut togets hastighet.

Trykkgiver

Trykkgiveren er tilsluttet bremsesystemets hovedledning. Den gir ATC informasjon om hovedledningstrykket.

Førerpanel

Førerpanelet er plassert på, eller innfelt i førerbordet, se figur 16. Det finnes to typer paneler avhengig av plassforholdene i de enkelte førerrom og førerbordets utforming. Delte paneler består av en togdatadel og en presentasjonsdel. Vanligvis benyttes hele paneler. Nye tog leveres med førerpanelet innebygget i instrumentbordet.

I panelets togdatadel må føreren før han starter kjøringen stille inn følgende togdata:

• Togets største tillatte hastighet
• Togets lengde
• Tilsettingstid for bremser (reaksjonstid)
• Togets retardasjon
• Eventuelt tillatt overhastighet i kurver

Tilsettingstiden for bremsene er den tiden som går med fra et bremseinngrep innledes til halv bremseeffekt oppnås. I panelet finnes også to indikatorer som angir henholdsvis "kjørhastighet" og "venthastighet". Med "kjørhastighet" menes den største tillatte hastighet på stedet og med "venthastighet" menes den største tillatte hastighet ved neste informasjonspunkt (målhastighet). Indikatorene kalles hhv. Hovedindikator og Forindikator. Med togets retardasjon menes bremseprosenten omregnet til et forholdstall angitt i tabell. Bremseprosenten angir togets samlede bremsede vekt i prosent av togets bruttovekt.

Figur 16: ATC førerpanel (her i NSB lokomotiv type EL16)

Figur 17: ATC førerpanel, med togdatadel til høyre og informasjonsdelentil venstre

1. Innstilling av togets største tillatte hastighet i 10-tall km/h ( 90 km/h = 09 på tablå)
2. Innstilling av bremsenes tilsettingstid i sekunder.
3. Innstilling av togets lengde i 100-tall m (300m = 3 på tablå).
4. Innstilling av togets retardasjonsevne i m/s2.
5. Innstilling av eventuell overskridelse av hastighetsbegrensing av kurvekategori, gjelder for tog med bedre kurve-egenskaper enn "normaltoget", f.eks. krengetog.
6. Lampe og knapp "Innmating".
7. Forindikator, F-indikator.
8. Hovedindikator, H-indikator.
9. Lampe overhastighet, tennes om toget overskrider takhastigheten med 5 km/h eller mer.
10. Lampe for indikering av tilsatt ATC-brems samt knapp løsing av brems.
11. Lampe balisefeil.
12. Lampe ATC-alarm, ATC-togsutrustningen må resettes.
13. Lampe mindre feil, ATC beholdes aktiv.
14. Omkopler "Myk overvåking", stilles i 100 kPa (1,0 bar) om føreren bedømmer glatt skinnegang. Omkopleren står normalt i 150 kPa (1,5 bar).
15. Lampe og knapp "Høyning", etter halvutrustet hastighetsnedsetting, og ved oppstart av ATC i område uten ATC.
16. Knapp "Stoppassasje", skal holdes inntrykket ved passering av hovedsignal i stopp.
17. Lampe og skifteknapp , etter inntrykking kan toget framføres som skiftebevegelse i max 900 m og max 40 km/h. Nytt trykk på knappen gir nye 900m skiftebevegelse.
18. Justering av lysstyrken i panelets indikatorer.
19. Justering av lydstyrken i lydindikering F2. (kun lydstyrken på F2 kan reguleres). Alarm F1 er fast.

Litteraturhenvisninger

1. Teknisk regelverk, 550 - 552 m/ vedlegg
2. Trafikksikkerhetsbestemmelser, JD 3XX - Ny henvisning her
3. ATC Handbok, BVH 544.3
4. Servichandbok för ATC-2 NSB, fordonsutrustning, 1556 - JGU 103
5. Servichandbok för ATSS ATC-system - fordonsutrustning, L10301 1100