ATC-system ZUB 123 - Siemens

ATC-system ZUB 123
til De Danske Statsbaner (DSB)
Mobility
1

ATC-systemet ZUB 123 til DSB er tilpasset de stigende
krav til jernbanerne. Foruden sikring er en øget hastighed
mulig uden ændringer af det eksisterende signalsystem.
ATC-systemet ZUB 123 kombinerer punkt- og
linieformet transmission. Den modulære struktur for
de mobile og de faste ATC-anlæg er en forudsætning
for tilpasning til de forskellige signaltyper og køretøjer.
Systemets fejlsikkerhed er sikret med overholdelsen af
det tyske jernbanetilsyns (Eisenbahn-Bundesamt, EBA)
sikkerhedsnorm Mü 8004.
1. Indledning
En hurtigere og mere sikker kørsel uden at skulle ændre
det eksisterende signalsystem eller signalplacering var
målet for DSB, da man i 1987 besluttede sig for at indføre
ATC-system ZUB 123 fra Siemens på fjernbanerne.
Fig. 1: Køretøj med punktantenne ved signal med balise
Med system ZUB 123 (fig. 1) er det muligt at transmittere
punktbaseret information på markante punkter på
banestrækningen såsom signaler, overkørsler og steder
med hastighedsrestriktioner. Steder hvor trafikafviklingen
kræver en fremskudt transmission af information
til et køretøj som nærmer sig et signal, f.eks. ved stationsindkørselssignal,
benyttes sideforlagte sendesløjfer.
Yderligere er systemet forberedt for kontinuerlig
datatransmission fra LZB-linieledere på strækninger og
stationer med meget stor trafikintensitet.
Det punktbaserede transmissionssystem sammen med
sideforlagte linieledere har indtil nu opfyldt alle DSBs
krav til trafikafvikling. Muligheden for kontinuerlig
transmission med LZB-linieledere giver en fremtidssikring
af system ZUB 123 også ved stigende trafikale krav.
Egenskaber ved system ZUB 123:
• Overvågning af driftshastigheder op til 250 km/h
• Tilslutning til eksisterende signalsystem uden ænd
ring af signalplaceringer og signalafstande
• Lavt energiforbrug i det faste ATC-anlæg (P

2.2 Informationstransmission med 36 kHz linieledere
Som supplement til den punktbaserede transmission
giver system ZUB 123 også mulighed for kontinuerlig
informationstransmission via LZB-linieledere. Der anvendes
en ORE A 46 standard 36 kHz transmissionskanal
i tilnærmet form. Informationerne sendes som
telegrammer med 1200 Bd.
2.3 Interface til brugerspecifikke transmis- sionssystemer
Som option kan det mobile ATC-anlæg udvides med
en universel 8-bit kanal. Over denne interface kan
system ZUB 123 kobles til eksisterende transmissionsudstyr.
Dette muliggør enkle afløsningsstrategier, når
der skal være kompatibilitet til et eksisterende system
i de faste anlæg.
3. Systemkomponenter
3.1 Faste ATC-anlæg
Foruden transmissionsudstyret, som nævnt i kapitel 2,
omfatter de faste ATC-anlæg en række signalmoduler
tilpasset de forskellige signaltyper. Signalmodulet
overvåger og tolker permanent signalvisning og danner
en adresseinformation til valg af aktuelt telegram
i balisen. På oversigten i fig. 2 ses den maksimale
udrustning ved et signal: Signalmodul, balise (Gleiskoppelspule),
SF-modul (Schleifenverstärker) samt 2
sideforlagte linieledere.
3.1.1 Baliser
Baliserne er både transmissionsudstyr og stedmarkering.
Informationerne (telegrammerne), som skal
sendes til det mobile ATC-anlæg i køretøjet, er lagret i
programmerbare PROMs i baliserne. Af hensyn til failsafe
funktion af systemet er PROM’erne redundante.
Hver PROM kan indeholde 15 telegrammer, hver med
maksimum 96 nyttebits. Det aktuelle telegram, som
skal sendes ved en togpassage, udvælges ved en
adresseinformation fra signalmodulet.
Fig. 2: Oversigt over faste ATC-anlæg
Er balisen en fast kodet balise, dannes adresseinformationen
med et kodet stik.
Baliser uden sideforlagt linieleder forsynes med energi
fra det mobile ATC-anlægs 100 kHz-sender. Det betyder
at baliser til f.eks. hastighedsbegrænsninger ved
sporarbejder kan sende uden eksterne tilslutninger.
3.1.2 SF-modul til sideforlagte linieledere
Er der behov for at sende informationer til et køretøj
før det når en balise, anvendes sideforlagte linieledere.
Linielederen lægges som en lang sløjfe ved siden
af sporet. Li- nielederen forsynes via forstærkeren i SFmodulet
med telegrammer fra den tilkoblede balise.
3.1.3 Signalmoduler
System ZUB 123 kræver ingen direkte tilslutning
til det centrale sikringsanlæg. Ved et eksisterende
signalsystem sker tilslutning ved signalerne via et
signalmodul, dvs. signalmodulerne danner grænseflade
til signalsystemet. Da fejlfunktioner internt i et
signalmodul ikke kan kontrolleres af det mobile ATCanlæg
under passage af en balise, er signalmodulerne
konstrueret med samme fejlsikkerhed som de mobile
ATC-anlæg, dvs. i henhold til EBA-sikkerhedsnorm Mü
8004.
Kernen i et signalmodul er en fail-safe datamat SIAM
baseret på 80C51-processorer. Datamaten indeholder
alle nødvendige funktioner til sikring af en fejlsikker
funktion samt en systemsnitflade til styring af en balise.
Sammen med signalinterfacekort og et specielt
strømforsyningskort danner en SIAM-datamat et komplet
signalmodul.
Med signalinterfacekortene og en signaltypespecifik
firmware til SIAM-datamaten opnås den aktuelle
signaltilpasning. Interfacekortene har ingen processorer.
De tjener udelukkende til potentialadskillelse,
afkobling af støj samt niveauudligning.
Der eksisterer signalmoduler til 2x10 antivalente
digitale indgange til f.eks. aftastning af relæer samt
signalmoduler til aftastning af lampestrømme. Fig. 3
viser en signalmodulinstallation i skab ved PU-signal.
3.2 Mobile ATC-anlæg
Det mobile ATC-anlæg i et køretøj (oversigt fig. 4)
består af hoveddatamat (Zentralgerät) med loktilpasning
(Lokanpassung), vejimpulsgiver (Wegimpulsgeber),
punktantenne (Zugkoppelspule), LZB-linielederantenne
(LZB-Antenne) samt førerrumsudrustning
(Fahrerstand).
På grundlag af informationerne fra baliserne i de faste
ATC-anlæg samt de indkodede parametre i køretøjet
beregner hoveddatamaten bremsekurver for aktivering
af drifts- og nødbremsning. Med førerrumssignalet
(Anzeigegerät) bliver lokomotivføreren konstant
informeret om aktuel og maksimalt tilladelig hastighed
samt afstand til næste stopvisende signal.

Fig. 3
Fig. 5: Hoveddatamat
og lok-tilpasning
Hvis lokomotivføreren ikke reagerer korrekt på informationerne,
griber ATC-systemet ind ved at frakoble traktionen
og udløse en driftsbremsning. I tilfælde af fare
udløses en nødbremsning.
Fig. 3: PU-signalmodul installeret i skab
De mobile ATC-anlæg er modulært sammensat således
at tilpasning til forskellige køretøjstyper er forholdsvis
enkel. Forskellige køretøjsspændinger (Bordspannung)
fra 24 V til 110 V, placering af udstyr, lok-/tog-sætslængde
samt styring af bremseventil klares via konfiguration,
justering samt udskiftning af to moduler. Dette
minimerer reservedelsomfang, reparation og service.
Den signaltekniske sikkerhed for de mobile ATC-anlæg
er eftervist med sikkerhedstekniske beviser i henhold til
EBA-sikkerhedsnorm Mü 8004.
3.2.1 Hoveddatamat
Hoveddatamaten (fig. 5, dobbelt 19”-ramme nederst)
består af 2 identiske microcomputere, som udgør 2
af 2 systemet SIMIS-3116. Kernen i SIMIS-3116 er en
80186-processor med 512 kB EPROM samt 256 kB RAM.
Periferien til de 2 microcomputere er identisk opbygget.
Hver kanal har kort for vejimpulsgiver og for FIFO-memory
til de modtagne telegrammer fra baliserne og
linielederne. Enkeltfejl kan med denne struktur opdages
ved at sammenligne kanalerne, og udkobling
kan ske før fejlene bliver truende.
Udveksling af styresignaler med køretøjsstyringen sker
over I/O-kort med potentialadskillelse over optokoblere.
Her lægges styresignalerne over på en systemintern 24
V I/O-spænding. En yderligere potentialadskillelse over
for køretøjsspændingen ligger i lok-tilpasningen. Denne
dobbelte adskillelse forhindrer EMC-forstyrrelser i datamaten
og bidrager dermed til høj systemrådighed. På
grund af nødbremsekommandoens sikkerhedstekniske
betydning har denne et specielt kort med to kanaler,
som cyklisk kontrolleres af SIMIS-3116.
Kommunikationen med førerrumsdatamaterne samt
kommunikationen med enheder uden for ZUB 123:
Havarilog, strækningsradio og eventuel togcomputer
sker serielt over 20 mA current loop. Hver kanal i SIMIS-
3116 har endvidere en V.24-tilslutning på et 9-polet
SUB-D-stik ført frem til brug ved diagnose. Desuden kan
der som option indsættes køretøjsbuskort (Vehicle Bus)
i henhold til DIN 43322.
Hovedatamaten omfatter endvidere kort til sending
og modtagelse med tilhørende demodulatorer til såvel
punkt- som linieledertransmission. En stikplads i rammen
er reserveret til tilslutning af funktionstester ved
service på hoveddatamaten.
3.2.2 Lok-tilpasning
Lok-tilpasningen (fig. 5, enkel 19”-ramme foroven)
sørger for en normering af signalerne til og fra ATC-anlægget.
Op til 16 meldinger (aktivt førerrum, køreretning,
ATC-statusmeldinger og andre brugerspecifikke
signaler) overføres mellem køretøjsstyring og ATC. Den
vigtigste kommando fra ATC til køretøjet er nødbremsning.
Nødbremserelæet og dets konstaktstilling bliver
kontinuerligt overvåget af hoveddatamaten.
Køretøjstype og hjuldiameter indstilles på forpladen
af lok-datakortet. Dette kort er dobbeltkanalet. På et
tællerkort registreres og vises specielle betjeninger og
hændelser som f.eks. nødbremsninger og forbikørsel af
stop.
Et strømforsyningskontrolmodul, som er specifikt for
hver køretøjsspænding (24, 65 eller 110 V), styrer hovedconverteren.
En kodning forhindrer forvekslinger.
Placeringen i rammen er valgt således at ledningerne
med køretøjsspænding er ført adskilt fra signalkabler til
hoveddatamat. Rammens interne forbindelser er udført
med et back plane, således at lederafstande er fastlagte.
Dette samt de separat førte strømforsyningsledninger
udelukker forstyrrelser i hoveddatamat fra køretøjsspændingen.
Hele det mobile ATC-anlæg strømforsynes af en hovedconverter
som omsætter den aktuelle køretøjsspænding
til en konstant 24 V systemspænding.
Fig. 4: Oversigt over mobilt ATC-anlæg

3.2.3 Førerrumsudstyr
I førerrummet (fig. 6) er førerrumssignal og indkodningspanel
anbragt. De styres af en førerrumsdatamat
som kommunikerer med hoveddatamaten via en seriel
forbindelse. Førerrumsdatamaten er en-kanalet. Derfor
kontrolleres de sikkerhedsrelevante indtastninger
af hoveddatamaten og returneres til førerrummet,
således at lokomotivføreren kan kontrollere og godkende
værdierne.
Fig. 6: Førerrum
Førerrumssignalet (fig. 7 nederst) er placeret i lokomotivførerens
synsfelt. Her vises i hastighedsinstrumentet
den aktuelle og den maksimalt tilladelige
hastighed. En LED-lyssøjle viser afstanden til næste
stopvisende signal.
Under kørsel kan lokomotivføreren betjene systemet
via et belyst tastatur.
Indkodningspanelet (fig. 7 øverst) tjener til indtastning
af togdata: toglængde, bremseevne, maksimal
hastighed og ATC-retning,
såfremt de ikke bliver tilbudt fra togcomputeren. Med
en plomberet ATC-omskifter i panelet er det muligt at
frakoble et fejlramt ATC-anlæg.
INDKODNINGSPANEL
Fig. 7: Indkodningspanel og førerrumssignal
3.2.4 Punktantenne, vejimpulsgiver og linielederantenne
På køretøjets forreste bogie er en punktantenne anbragt
i højre side i forhold til køreretningen (fig. 1).
Når køreretning er fastlagt, indkobles den tilsvarende
punktantenne.
Vejimpulsgiveren er monteret på en hjulaksel. Den
giver et fast antal impulser pr. omdrejning til hoveddatamaten.
Heraf beregnes aktuel hastighed og tilbagelagt
vej. Vejimpulsgiveren er to-kanalet, men for at
overvåge bl.a. tungebrud skal ATC-anlægget have en
ekstern “stilstandsmelding”, f.eks. kontakt > 5 km/h
fra køretøjsstyringen.
Under køretøjet foran forreste aksel er 36 kHz linielederantennen
(LZB-antennen) anbragt. Antennen har
krydsede enkeltspoler. Derved opnås også tilstrækkelig
modtagefeltstyrke over linielederkrydsninger.
4. Systemets funktion
ATC indkobles automatisk ved oprigning af førerrum.
Når lokomotivføreren har indtastet togdata eller godkendt
togdata fra togcomputeren, kan kørsel påbegyndes.
Frem til den første balise tillades kun en relativ lav
hastighed. Efter balisepassage har ATC-anlægget
aktuelle strækningsinformationer, og køretøjet kan
nu frit køre inden for de hastighedsrestriktioner som
ATC-anlægget har beregnet ud fra strækningsinformationerne
og togdata. Hoveddatamaten beregner
kontinuerligt bremsekurver som rækker frem til næste
stopvisende signal.
Ved hver balisepassage modtager det mobile ATC-anlæg
information om de næste strækningsafsnit. Skift
til modtagning af informationer fra LZB-linieleder
bliver varslet af en foranliggende balise.
Et display viser tilladelig hastighed ved næste signal,
og LED-lyssøjlen viser afstanden frem til næste stopvisende
signal.
Overstiger den aktuelle hastighed den tilladte hastighed,
advares lokomotivføreren akustisk. Fortsætter
hastigheden med at stige, udløses først en driftsbremsning,
og hvis den ikke rækker så en nødbremsning.
Passeres et stopvisende signal, nødbremses
køretøjet til stilstand.
FØRERRUMSSIGNAL