Med ATC-systemet går tåget som på räls

Du tycker att ditt datorsystem, som är uppe 365 dagar om året, är säkert? Du kanske tror att 99,6 procents upptid är bra? Lägg då till drift i minus 40 grader och isbark, att godståg dundrar förbi på 30 centimeters avstånd en gång i kvarten, att anläggningen ska fungera i minst 25 år utan översyn och dessutom har livsuppehållande funktion. Då kan vi tala driftsäkerhet!

Hur förhindrar man att ett tåg med en massa människor ombord krockar med andra tåg eller kör av spåret i kurvor? Järnvägen har trafikregler och varningsskyltar precis som bilvägarna, men eftersom farterna är höga, bromssträckorna längre och en tågförare inte alls har samma överblick som en bilförare måste trafikreglerna åtlydas absolut. Misstag tolereras inte.

Eftersom flera tåg måste samsas om ett spår måste tågvägen planeras i förväg. Det sker i tågledningscentraler som vet var alla tåg finns och skapar färdiguppställda tågvägar i förväg. En sådan kan du läsa om ifall du har Nätverk & Kommunikation 08/2001.

Det vi här ska koncentrera oss på är hur varningar når ut till tågförarna, hur systemet ser till att dessa åtlyds, och i annat fall tar över kommandot och förhindrar en olycka. Vi kikar här närmare på det svenska säkerhetssystemet ATC 2, Automatic Train Control. Andra länders system är uppbyggda på annat sätt.

Hann du se den där? Nej, och det hann säkert inte tågföraren heller, i 200 kilometer i timmen. Men ATC-systemet hann se den!’¨

Innehållsförteckning

Artikeln är mycket lång och den är indelad i följande avsnitt:

Historik
Olyckor efter 1980, Säkerhetshistorik

Järnvägssignalering
Säkerhet i flera lager, Spårledningens funktion, Signalernas betydelse, Ett signalexempel

Att köra ATC-tåg
Littera, ATC-panelen, Så programmeras ATC-panelen, Varningskurvor och bromskurvor, Att köra “på pipet”, ATC-systemets uppbyggnad, Ett kapabelt system hopsatt av enkla bitar, Omborddatorn dubblerad, Antennen under loket

Balisen – enkel fast svår
Baliskombinationer och data, Balisplats, Telegrammets sammansättning med X-, Y- och Z-ord, Kategorier, Länkningsavstånd, Ett signalexempel, Praktiskt exempel, Repeterbaliser, “Test1”-funktionen

Tillägg och bakåtkompatibilitet
ATC 1 – ATC 2 – ATC 2.1 – ATC 2.2, ERTMS, 180-bitarskoden, Radioblockering, Data via kodad spårledning, Slutord

Läs mer

Historik

Sverige har haft sin beskärda del av hemska järnvägsolyckor, även om denna, vid Getå 1918 inte hade något med signalsäkerheten att göra, vilket faktiskt är betecknande även för svenska olyckor efter 1980.

För att undvika olyckor använde SJ under 90 år dubbelbemanning, alltså en lokförare och ett lokbiträde, enligt principen att fyra ögon ser mer än två. Det gav vissa vinster men fick avbrytas under 1970-talet på grund av lönekostnaderna.

Att idén inte var helt fel bevisas dock av att flygtrafikledning sköts på motsvarande sätt i dag. I stället införde man dödmansgreppet, i sin praktiska form en pedal som föraren måste trampa på, eller släppa, med vissa tidsintervaller, så att man kunde veta att han inte hade somnat.

Men olyckorna fortsatte och ett tvingande system sågs som den enda lösningen. Och en lösning blev det när ATC 1 togs i drift 1980. Olyckor är numera mycket sällsynta. För det mesta handlar det om kollisioner med bilar, kollisioner på bangårdar utan ATC, eller där signalanläggningen blivit felkopplad.

Olyckor efter 1980

• Enånger-Trönödal 1982: På grund av en solkurva spårade ett passagerartåg ur. Tre döda.
• Stöde 1987: Två sammankopplade lok körde förbi en stoppsignal och kolliderade med ett passagerartåg på grund av en fastfrusen växel. Två döda. ATC-utrustningen i loket var satt ur funktion.
• Lerum 1987: Två expresståg kolliderar eftersom en växel indikerar fel läge efter en felkoppling i signalsystemet. Nio döda.
• Sköldinge 1990: Ett passagerartåg höll 120 kilometer i timmen över en växel där bara 40 kilometer i timmen var tillåtet. Två döda. ATC hade varnat men kvitterats bort då föraren trodde att systemet var felaktigt.
• Malmö C 2011: Föraren av ett X2000-tåg svimmade 30 sekunder innan tåget körde in i en stoppbock. Tåget höll då en hastighet på 35 km/t. Men se, det var under spärrfärd, alltså långsam färd utan ATC.
• Saltsjöbaden 2013: Ett tåg körde in i stoppbocken vid station Saltsjöbaden i 80 km/t. En förare hade ställt upp tåget och stoppat det utan att bromsa, med en fulmetod (öppnat dörrarna och i princip ställt en tegelsten på gaspedalen) eftersom bromslossanläggningen på det aktuella spåret var ur funktion. Den stackars ovetande nattstäderskan gjorde det hon skulle och stängde dörrarna, varvid tåget drog iväg. Hade tåget tågskydd? Nej, det tyckte SL skulle bli allt för dyrt. Nu funderar de på att skaffa ATC trots allt.

Andra länder har inte varit så “lyckligt” lottade.

Ett antal pendeltågsolyckor inträffade utanför London under 80- och 90-talen, där Ealing, Moorgate, Clapham Junction (ovan) och Potters Bar är några av de mest kända. Tillsammans tvingades många hundra sätta livet till innan haverikommissionen “rekommenderade” att införa ett ATC-system, men ännu (2008) finns det bara på “vissa” sträckor.

Säkerhetshistorik

SJ började redan på 1940-talet att experimentera med olika sätt att få tågen att stanna vid stoppsignaler automatiskt och diskuterade en gemensam standard för tågkontrollsystem.

Men först på 1970-talet bestämde sig SJ för ett eget tågskydssystem av punktformig karaktär med informationsgivande don (baliser) som är placerade vid signaler, tavlor och vissa väganläggningar, som vid passage avger information till lokutrustningen. Systemet skulle fungera utan central styrning och vara helt distribuerat.

ATC började projekteras 1978 och de första sträckorna togs i bruk 1980.

SJ:s avsikt var att alla komponenter skulle utvecklas av två oberoende, konkurrerande leverantörer enligt identiska specifikationer. Valet föll på LM Ericsson och Standard Radio & Telefon.

Från början var avsikten att båda företagen skulle driva oberoende utveckling, men med tiden blev det så att det ena, LM Ericsson, som sålde av sin verksamhet till ABB Signal, som sålde den till Adtranz som blev Daimler-Chrysler som numera är Bombardier, kom att leverera huvuddelen av baliserna, de gula som sitter i hela landet i dag. Bombardier kallar sina produkter för Ebicab 700.

Standard Radio & Telefon kom huvudsakligen att ägna sig åt ombordutrustningen. Standard Radio sålde denna verksamhet till italienska Ansaldo 1990, som fortsatte att driva ATC-verksamheten under firmanamnet ATSS, vilket sedan gick upp i italienska Ansaldo STS som är en del av Finmeccanica, Italiens ABB ungefär.

Ansaldo kallar sin lösning för L10000. Trafikverket fortsätter att kalla den för ATC 2.

I och med att systemet hela tiden utvecklas håller de flesta lokverkstäder numera på att byta ut de äldre blå Bombardier-antennerna mot Ansaldos nya, fräscha, rostfria.

Sverige var väldigt tidigt ute med tågskyddssystem, men nu har EU hunnit ikapp. Avsikten är att skapa ett ATP-system som ska fungera i hela Europa. Terminologin har ändrats, den också. Automatic Train Control (automatisk tågstyrning) var egentligen aldrig något lyckat namn och i EU kallar man det Automatic Train Protection i stället.

Hela det europeiska systemet kallas ERTMS, vilket ska uttydas European Railway Traffic Management System, och det är ett helhetsgrepp på att styra tåg från alla länder inom hela EU-området.

Järnvägssignalering

Säkerheten i ATC-systemet medför att hastigheten nedbringas till ofarligt värde före varje restriktion, till praktiskt taget stopp framför varje stoppsignal och till stopp (nödbroms) om en stoppsignal passeras.

De flesta toleranser har lagts åt den “säkra sidan”, vilket undantagsvis kan innebära att tågen ibland måste framföras på ett något mer restriktivt sätt än tidigare. Stor möda har dock lagts ner för att begränsa den här olägenheten så mycket som möjligt.

Säkerhet i flera lager

Allting börjar med någon form av tågdetektering. I Sverige är spårledningen (funktion, se nedan) den i särklass vanligaste metoden. Det är alltid spårledningen som anger om ett spår är belagt eller fritt. Det är den grundläggande säkerheten. Spårledningen ställer huvudsignalen till rött om spåret är belagt, inte någon tjänsteman eller någon dator på någon central.

Alla huvudsignaler har dessutom hjälpsignaler, så kallade försignaler, som anger huvudsignalens status långt före huvudsignalen. Reglerna för hur ett tåg ska framföras ser till att tåg som närmar sig en röd signal ska hinna stanna innan den röda signalen passeras.

Ett tåg definieras som något som kör efter en tidtabell, så står ett tåg på en station så kan föraren åka, om han vill. Det finns ingen signal som kommenderar utan det är tidtabellen. När tåget kommit in på blocksträckan (funktion, se nedan) blir signalen röd för efterföljande och motgående trafik.

Allt tågledningscentralen kan göra är att ställa om växlar för den tågväg man bestämt för tåget och titta på signalerna som blir resultatet. Om föraren inte åker får man diskutera den saken på kommunikationsradio.

Tågvägen innebär att växlar och spårspärrar står i rätt lägen och att vägen är hinderfri, samt låst i detta tillstånd. Dessutom ska det finnas fria skyddssträckor så att inte ett tåg kan slå i ett annat som stannat för nära en växel, till exempel.

ATC visar föraren exakt samma sak som de optiska signalerna: ljussignaler, hastighetsskyltar, lutningsvarningar med meram, om föraren skulle ha missat dem. Det är nästa lager.

ATC förvarnar föraren om att det snart är dags att börja bromsa om han vill hålla sig inom givna hastighetsregler, i och med att ATC vet hur tungt tåget är och hur lång tid det tar att bromsa. Vid det här laget har varje uppmärksam förare själv börjat bromsa, men han kan ju ha haft tankarna på annat håll, till exempel.

ATC bromsar åt föraren om han skulle ignorera alla varningar, och bromsar enligt en beräknad bromskurva så att tåget alltid ska hinna stanna före den röda signalen.

ATC är till för att ge föraren ett stöd vid framförandet av tåget genom att alltid visa aktuell och korrekt information. Om denna information ignoreras ger systemet föraren en serie varningar, och tar till sist över och bromsar tåget. Ända ned till noll om så skulle behövas.

Det kan dock finnas andra anledningar än en belagd spårsträcka som kan ge röd signal, till exempel en broöppning längre fram, en sönderkörd vägbom (med varningselektronik) eller om tågledningscentralen vet något som föraren inte vet, till exempel att det inträffat en olycka längre fram. I det fallet kan centralen ställa en grön signal till röd, men aldrig tvärt om.

ATC möjliggör högre hastigheter utan minskning av säkerheten.

ATC är också ett hjälpmedel för föraren att tillgodogöra sig den alltmer ökade informationsmängden, som i de trafiktätaste banområdena är så stor att förarna har svårigheter att på ett säkert sätt ta den till sig.

Införandet av ATC har inneburit att nya, i signaler ej visade hastighetsnivåer etcetera visas för föraren i förarpanelen, varvid föraren följer det som panelen visar. De optiska signalbilderna får därmed för ATC-tåg en vidare betydelse genom att panelen ger mer exakta besked.

Spårledningens funktion

Definitionsmässigt ingår spårledningen inte i ATC, utan lämnar sin information till signalsystemet. Signalsystemet påverkar i sin tur de optiska signalerna utefter banan och därmed även ATC-systemet.

Rälsen är inte kontinuerlig, även om vi i Sverige har helsvetsad räls nästan överallt. Rälerna är genomsågade på strategiska punkter, till exempel vid signaler, och utrymmet är uppfyllt med en isolerande nylonbit.

Rälsen fram till nästa signal kallas för en blocksträcka och förekomsten av tåg undersöks hela tiden genom att man har lagt en spänning, vanligen ungefär sex volt, mellan rälerna. Ett relä undersöker om det fortfarande är sex volt, eller om rälerna är kortslutna av ett tåg. I så fall faller reläet och signalen visar rött. Det finns inte mycket intelligens här – systemet är stendumt. Och det är det som gör det idiotsäkert.

Här är kitet som ingår i varje lokförares handväska: kortslutningsklämmorna. Skulle det uppstå ett behov av att markera spåret som upptaget kan man kortsluta rälerna med de här klämmorna.

Det går inte att veta att det är ett tåg. Det kan vara något annat som kortsluter, men den absoluta majoriteten av kortslutningar är faktiskt tåg. Om kortslutningen dessutom inträffar precis när pendeltåget mellan Rönninge och Östertälje borde vara precis just där, kan man utgå ifrån att det är ett tåg.

Tågledningscentralens jobb är enkelt uttryckt att följa alla kortslutningar som rör sig på spåren runt om i sitt kontrollområde, passa dem mot tidtabellen och sätta rätt tågnummer på kortslutningen.

I andra länder, till exempel Danmark, kan tåget aktivt identifiera sig mot systemet, men det använder vi inte här i Sverige. Däremot använder vi ett tågnummerföljningssystem, vilket innebär att ett visst tågnummer aktiveras vid utgångsstation. Sedan följer tågnumret med genom logiska funktioner allt eftersom tåget rör sig i systemet.

Hur klarar man sig mot naturens försök att göra kortslutning, med snö, vatten, våta löv, gegga med mera? För det mesta går det bra, men då och då går det inte och då får man de berömda signalfelen.

Hur är det då med rost och smuts på rälsen? Tåg är tunga och jätteduktiga på att kortsluta. Det är faktiskt inget problem.

Andra användningar av spårledningen är till exempel att fälla bommar vid järnvägsövergångar, eller att banarbetare med vett och vilja kortsluter spåren med en ledning när de ska arbeta för att vara säkra på att inget tåg kan passera.

Signalernas betydelse

För att styra tågtrafiken används olika signaler. Du behöver kunna några signaler för att kunna följa med i fortsättningen. De viktigaste huvudgrupperna är försignaler, huvudsignaler och dvärgsignaler.

Huvudsignal och dvärgsignal. Båda visar stopp.

Huvudsignaler finns framför allt vid in- och utfarter till stationer men även på linjer som är uppdelade i blocksträckor (vilka tillåter flera tåg att finnas på linjen samtidigt).

Försignaler används ute på linjen och förvarnar lokföraren om vad nästa huvudsignal kommer att visa så att den hinner bromsa tåget om det skulle behövas.

Så här tolkas signalerna

Stopp är kanske uppenbart. Tåget måste stanna före en sådan signal. Kör är också ganska klar och betyder att det går bra att köra med maximalt tillåten hastighet. 40 kilometer i timmen anses som en säker hastighet, till exempel över växlar och anges när försiktighet behövs. Det betyder ungefär kör sakta.

Försignalerna berättar om vad som komma skall. “Vänta stopp” betyder att föraren kan förvänta sig att huvudsignalen visar stopp (om exempelvis 1000 meter). Det är en smula paradoxalt att blinkande grön signal faktiskt betyder stopp.

“Vänta kör 40” betyder att föraren kan förvänta sig att bara få köra sakta vid huvudsignalen och måste bromsa i enlighet med detta. “Vänta kör”, den vita blinken, innebär att huvudsignalen är grön och det går bra att fortsätta med maximalt tillåten hastighet.

På linjer där signalerna står tätt kan man se kombinerade huvud- och försignaler som visar både aktuellt och nästkommande signalbesked. “Kör och Vänta stopp” betyder att det går bra att köra nu, men förvänta dig att nästa huvudsignal visar stopp. “Kör och Vänta kör” betyder att det är grönt hela vägen och att det bara är att köra på.

Utöver detta finns vägsignaler som visar vad som händer vid en vägkorsning (med tillhörande försignaler), runda hastighetstavlor i plåt med maximal hastighet angiven i svart mot gul bakgrund, samt lutningstavlor som visar banans stigning eller utförslut i promille. Allt detta signalerar baliserna till lokdatorn.

Ett signalexempel

Låt oss betrakta ett typexempel på signalering på en sträcka mellan två stationer, Station A och Station B. Tåget står på Station A och är på väg ut på linjen. Tågvägen är uppställd av trafikledningscentralen varför alla växlar står i rätt läge.

Utfartssignalerna från Station A är röda från sidospåren för att ge tåget hinderfrihet, men grön för tåget som får köra ut. Blocksignalen som är en reaktion på spårledningen visar grönt för det finns inget tåg på linjen. Försignalen vid Station B visar också att föraren kan förvänta sig körsignal i infartssignalen eftersom det inte finns något tåg inne på Station B.

Utfartssignalerna på Station B är röda, uppställda av fjärrblockeringen eftersom ett tåg väntas in.

Notera att rälerna är genomsågade ungefär vid blocksignalerna för att ge en isolerad spårledning emellan dem som används för att indikera närvaro av tåg.

Att köra ATC-tåg

För att du ska förstå hur ATC-systemet fungerar måste du börja med att förstå hur det får sina startvärden. Systemet måste veta ett antal saker för att kunna fullgöra sin uppgift: Att ge föraren aktuell information och att se till att tåget stannar säkert.

Littera

Alla vagnar och lok har ett littera, en uppgift om mått, vikt och bromskraft med mera målad på sidan. Det är dessa uppgifter som ligger till grund för indata till ATC. Innan ett tåg får gå iväg går en man längs hela tåget och noterar alla vagnars längd och tjänstevikt (eller den verkliga vikten om den är känd) och alla bromsvärden. Framme vid lokföraren summeras alla värden så att tågets hela längd och vikt blir känd.

Bromsfaktorn är den tredje parametern. Systemet behöver veta hur kraftigt tåget kan bromsa för att kunna beräkna bromssträckan. Dessutom måste systemet veta hur lång tid det tar innan bromsen verkligen tar, efter att man aktiverat den: bromsfördröjningen.

Det är olika för olika vagntyper. Gamla godsvagnar med blockbromsar har tämligen svag bromsverkan i jämförelse med exempelvis X2 som har skivbromsar. Moderna helelektroniska tåg börjar bromsa inom kanske två sekunder efter att föraren slagit till bromsen, medan gamla godståg inte börjar bromsa förrän efter 10-12 sekunder. 10 sekunder kan innebära väldigt många meter körsträcka och systemet måste kunna kompensera för detta.

Nu vet du varför det står vagnslängd och tjänstevikt på varenda vagn.

Littera, ett antal uppgifter som målats på varje vagn, är av högsta vikt för att ATC-systemet ska kunna programmeras korrekt.

SJ = Vagnens ägare
2806 = Inventarienummer
U = Passagerarvagn
B = Andra klass
2 = Modellbeteckning (2 betyder X2, alltså “X2000”)
[200] = Högsta hastighet 200 kilometer i timmen
72 Pl = 72 passagerare
47 t = Tjänstevikt 47 ton
(- 25.0 m -) = Längd över buffertar 25 meter
R73 = Driftbromsarnas bromstal (en konstant som anger bromsarnas effektivitet, uttryckt i “ton”)
R+Mg109 = Bromstal med driftbromsar och magnetskenbroms
Kurvsymbol = Vagnen får inte köras över växlingsrygg på rangerbangård, vanligen för att den har lång hjulbas eller betraktas som ömtålig (med järnvägsmått mätt)
KE-R = Bromsregleringssystem. KE står för pneumatisk reglering. R är kategori som anger tillsättningstid, där R (rapid) är den snabbaste av tre.
(D) = D i ring betyder skivbroms.

ATC-panelen

Detta möter en förare av X2-loket (X2000) när han slurkat i sig morgonkaffet och ska ta turen till Göteborg. ATC-panelen ligger överst på styrpanelen.

ATC-panelen överst på styrpanelen. Det kan tyckas som en väldig massa grejor bara för att visa en hastighet och bromsa ett lok, men här har man följt “the principle of least astonishment”. Allting ska vara idiotsäkert, övertydligt.

Mera i detalj kan man se att panelen har två huvuddelar, en tågdataenhet för inmatning av grunddata om tåget, och en förarpanel som används vid körning.

Tågdatapanelen

A: Tågets högsta tillåtna hastighet i tiotals kilometer i timmen
B: Tågets längd i hundratal meter
C: Bromsarnas fördröjningstid i sekunder
D: Tågets retardation i meter per sekundkvadrat
E: Procentuellt överskridande av hastighetsbegränsning för tåg med specialtillstånd
F: Mindre fel, lampa

Föraren måste mata in nya uppgifter före start för till exempel godståg som kopplas ihop olika varje gång.

Ett tåg som X2 förändras dock nästan aldrig. Där är längd, vikt och bromsförmåga redan känd. Därmed behöver man väldigt sällan ändra tumhjulsinställningarna för ett sådant tåg.

Trots detta måste föraren alltid programmera in dessa vid start, genom att trycka på inmatningsknappen. Då överförs informationen från tumhjulen till ATC-datorns minne. Fördelen är att man kan fortsätta att köra om till exempel bromsen blir felaktig (och måste stängas av) på en vagn mitt i tåget. Då programmerar man bara om ATC, och så kan man fortsätta färden.

Förarpanelen

G: Växling tillåten i 40 kilometer i timmen trots signaler (gäller bara en kilometer sedan krävs ny tryckning)
H: Försignalindikator
J: Indikatorlampa – systemfel
K: Indikatorlampa – balisfel
L: Indikatorlampa – hastighetsöverträdelse
M: Huvudsignalindikator
N: Lossningsknapp för att häva ATC-broms tidigare
O: Höjningslampa, höjningsknapp med vilken föraren själv kan ange att han vill höja farten efter en nedsättning om baliser skulle saknas
P: Bromsverkan, omkopplare för att ange sämre bromseffekt (halkigt på grund av löv på spåret), gör att ATC förstår att tåget bromsar försiktigare
R: Stoppassageknapp för att kunna passera stoppsignal vid signalfel utan att få nödbroms
S: Panelbelysningsdimmer
T: Volymknapp
U: Inmatningsknapp för tågdata (ENTER)

ATC-panelen visar information om signaler och hastigheter. Teckenfönstret H kallas försignalindikator och visar i detta fall gult 100. Den talar om vad som kommer att hända. Visar en försignal “Vänta kör 40” (förvänta dig att få köra 40 kilometer i timmen om 1000 meter) tänds försignalindikatorn och visar 40.

Huvudsignalindikatorn M visar aktuell högsta tillåtna hastighet just nu, alltså den lägsta av antingen hastighetstavlor, signaler eller tågets högsta tillåtna hastighet. I just detta fall får tåget köra 140 kilometer i timmen.

Försignalindikatorn kan visa bokstavskombinationer också, som indikerar andra hinder. 0P betyder “förvänta dig stopp vid en senare signal, dock ej nästa (bortflyttad målpunkt)”. L visar att ytterligare en hastighetsnedsättning finns bortom den aktuella.

4H betyder att en ATC-övervakad vägkorsning inte är spärrad eller att ett hinder upptäckts på spåret. A anger att målpunkten ligger bortom stoppsignalen. Så där kan man hålla på.

Så programmeras ATC-panelen

ATC-panelen måste ha ett par viktiga värden för att tåget ska kunna köras. Tågets högsta tillåtna hastighet står målat på sidan av varje vagn. Efter att tåget satts samman av rangerpersonalen går en man längs tåget och slår ihop alla uppgifter och skriver på en lapp.

Tågets längd är en summering av alla vagnars längd plus loket. Tågets vikt är på samma sätt summan av alla vagnars vikt plus lokets. Slutligen står tågets bromsvikt, som också finns målad på varje vagn. Föraren dividerar dessa och får fram bromstalet, en sortlös konstant som för ett persontåg ligger lite grann över 100.

Den sista parametern är bromstyp, G eller P (G står för godståg, lite långsammare och inte så effektiv, P står för persontåg som är snabb och effektiv). Med alla dessa data går föraren in i en tabell och får reda på två saker: retardationen i meter per sekundkvadrat vid full broms och fördröjningstiden.

Föraren anger dessa värden på tumhjulen på ATC-panelen (tågdatapanelen, ovan) och trycker på inmatningsknappen (förarpanelen, ovan). I det svenska systemet ges föraren förtroendet att själv beräkna retardationen och mata in alla värden. Anda länder har helt fråntagit föraren detta ansvar.

Med allt detta inmatat kan systemet beräkna ett antal bromskurvor för driftbromsarna och nödbromsen, magnetskenbromsen.

Varför behöver man veta tågets längd? Om tåget befinner sig på en sträcka med hatighetsbegränsning är det inte tillåtet att öka farten förrän hela tåget lämnat sträckan. Annars kan exempelvis de sista vagnarna åka av.

Därefter kan systemet ständigt se till att hålla tågets hastighet under ett antal gränser:

• Tågets maximala hastighet (beror av den högsta hastighet som står målad på någon vagn i tåget, samt en tabell som heter “största tillåtna hastighet med hänsyn till bromstal, lutningar och försignalavstånd”).
• Banans maximala hastighet (lämnas av skyltar och baliser).
• Hastighetsprofil för att kunna bromsa ned till en hastighetsbegränsning (lämnas av skyltar och baliser).
• Hastighetsprofil för att kunna stanna för en röd signal (lämnas av baliser).
• De två sistnämnda korrigeras kontinuerligt med uppgifter om lutningar (lämnas av skyltar och baliser).

Metoderna att bromsa varierar. Är tåget sent kommer föraren naturligtvis att försöka ligga på högsta möjliga hastighet och kommer att kanske att överskrida dessa hastigheter lite grann i stort sett hela tiden. ATC-systemet börjar med att varna, först på ett snällt och trevligt sätt, men sedan allt ilsknare, tills systemet börjar bromsa, med en bromsverkan anpassad för situationen.

Nu kan det hända att föraren också insett situationen och själv börjar bromsa innan, eller samtidigt med ATC. Men bromssystemet har en viss reaktionstid, upp till 10-15 sekunder i vissa fall.

ATC kommer att ta över och ändå bromsa ned farten eftersom systemet känner på lufttrycket i bromsledningen som inte kommer att sjunka omedelbart, och föraren kan med all rätt undra varför han straffas trots att han bromsat korrekt. Därför har systemet toleranser mot sådant.

Märker ATC ingen reaktion från föraren använder det driftbromsen om möjligt för att få tåget att stanna helt inom säkerhetsavståndet. Skulle farten vara för hög för att driftbromsarna ska hinna bromsa, bromsar tåget enligt nödbromskurvan med driftbromsar och i förekommande fall magnetskenbromsar.

Varningskurvor och bromskurvor

Tågets bromssträcka ökar kvadratiskt med farten. Den påverkas även av bromstypen, bromstalet, banans lutning, med mera. För att kunna stanna vid en given punkt (target) räknar ATC-systemet baklänges för att hitta den punkt vid vilken bromsen måste sättas in för att tåget ska hinna stanna. Resultatet blir en bromskurva (braking curve, E) som, inte oväntat, anger att bromsen måste slås till allt tidigare ju högre hastigheten är.

Föraren måste också förvarnas allt tidigare ju högre farten är, varför systemet beräknar flera förvarningskurvor (A, B, C, D). Slutligen beräknas nödbromskurvan (F) som är det absolut sista ställe där tåget kan börja bromsa med både driftbroms (service brake) och nödbroms (emergency brake).

Bild: Ansaldo STS

Antag att tåget närmar sig en försignal som visar “Vänta kör 40” (två gröna blinkande ljus). Försignalindikatorn visar 40 efter att baliserna passerats, men det står fortfarande 140 i huvudsignalindikatorn. Då börjar datorn beräkna varningskurvor och bromskurvor.

Om inte föraren bromsar vid försignalen ändras huvudsignalindikatorn till ett blinkande 40 och lite senare, när tåget hunnit så långt att varningskurvan anger att föraren bör börja bromsa hör föraren två tonstötar. Då bör han börja bromsa ned till angiven hastighet.

Skulle han inte bromsa väntar ATC tills tåget hunnit så långt att bromskurvan anger att bromsen måste sättas in omedelbart för att tåget säkert ska ha kommit ned till 40 kilometer i timmen när det hunnit fram till huvudsignalen och slår sedan till bromsarna.

När ATC tagit över kan föraren inte göra något förrän farten är nere i 40 kilometer i timmen. Först då kan han ta över genom att kvittera med en tangenttryckning. Skulle han inte kvittera, bromsas farten ned till noll.

Att köra “på pipet”

ATC-systemet varnar föraren med ljudsignaler i en mängd olika situationer, allt från att “nu är det dags att bromsa”, till att “nu är det #@%& dags att bromsa”, nu kör du in i ett annat land, ett område utan baliser, ett område med baliser, ett område där det kan förekomma jordskred, ja en helt otrolig massa förhållanden som vi bara kan skrapa på ytan av.

Körstilarna varierar, men alla förare har ett mål: att köra så nära största tillåtna hastighet (STH) som möjligt för att klara tidtabellen. ATC har en liten hastighetstolerans innan det avger sitt första varningspip, normalt mellan 5 och 9 kilometer i timmen. Ligger man däromkring kommer det att pipa till då och då, men det är ofarligt.

ATC-systemets uppbyggnad

Så här ansluter signalsystemet till baliserna och vidare till lokdatorn. Schemat är kraftigt förenklat och många olika kopplingar kan förekomma.

I signalerna använder man bara 12 volt likspänning till signallampor på korta avstånd. Över längre avstånd används 110 volt växel med en nedtransformator i signalen. Observera också att figuren för spårledning är förenklad och inte tar hänsyn till att rälsen dessutom fungerar som återledning för drivströmmen till loket.

Det kompliceras ytterligare av att rälsen inte är återledning i sin helhet utan indelad i sektioner varifrån returströmmen “sugs upp” av en sugtransformator och leds till en jordledning som löper längs spåret.

Spår av järn är inte tillräckligt bra ledare och strömmarna är höga, flera hundra ampere (Ett Rc-lok drar maximalt 3,6 megawatt. Med en spänning på 16 kilovolt blir det 225 ampere. Det är några stycken.) De störningar som returströmmen inför i rälsen måste man också kompensera för i spårledningskretsen.

Lokdatorn känner av om det passerar en A-balis först och avgör om denna informationspunkt är avsedd för denna färdriktning eller motgående. Motriktade informationspunkter ignoreras.

Test1 är en funktion (en fuskbalis) för att med jämna mellanrum kolla att transmissionssystemet fungerar. Med “jämna mellanrum” betyder i detta fall 50 millisekunder, det vill säga ungefär den tid som det tar för X2000 att köra knappt tre meter. Test1 sitter i inbyggd i lokets antenn, men syns egentligen inte. Skulle Test1 av någon anledning fallera så varnas föraren omedelbart, tåget bromsas och man får indikeringen “systemfel”.

Ett kapabelt system hopsatt av enkla bitar

SJ tänkte mycket och länge innan man lade fast specifikationerna för systemet. De enskilda delarna skulle vara mycket driftsäkra och fick inte bli för komplicerade och dyra. Det skulle bli många av dem och de skulle sitta över hela landet.

Man kan inte direkt säga att baliserna, transpondrarna, är speciellt komplicerade. Med dagens mått mätt är de tämligen primitiva. Å andra sidan är de oerhört driftsäkra.

Men det viktigaste är de smarta programmen i lokdatorn. Meddelandena från baliserna är mycket korta med begränsat informationsinnehåll och det får programmen kompensera för.

Omborddatorn dubblerad

Det finns olika sätt att skapa säkerhet i datorsystem. I ATC-systemet från Ansaldo valde man tidigt principen med två separata CPU:er. De båda sektionerna, är identiska men behöver inte nödvändigtvis exekvera exakt samma program (även om de gör det i det i Ansaldos ATC).

I äldre system rörde det sig om två helt skilda moduler i samma racklåda, men i Ansaldos moderna konstruktioner är det två likadana datorer på samma kretskort, dock helt åtskilda. Båda datorerna kör samma program, men klocksignalerna är fasförskjutna i den ena datorn, så att en störning inte ska påverka båda datorerna på samma sätt.

ATC-datorn sitter i loket, ovanför lokdatorn som sköter lokets övriga funktioner. Just den här datorn (se bild ovan) sitter i ett X2-lok och kommer från Ansaldo (tidigare Standard Radio & Telefon, märkt SRT, även märkt ATSS). Datorn är oerhört driftsäker. Det finns inget Windows.

A: Tågdatasändare, för att fälla bommarna tidigare för ett höghastighetståg (används inte längre, utan ersätts successivt med markbaserad hastighetsmätning).
B+C: Dubblerade spänningsaggregat.
D: Lokanpassare: Gränssnitt mot bromssystem, vägmätning och manöverorgan.
E+F: Dubblerade datorkort. Den gula märkningen “ATC2” hänför sig till programrevisionen.
G: Komparator: Enhet som jämför och sammanväger datatrafiken till och från datorkorten.
H: Registreringsenhet: Tågets “svarta låda”.
J: Transmission, alltså sändare-mottagare. Den bruna skärmade ledaren bär 27 megahertz-signalen medan den tjocka svarta bär svarssignalen på 4,5 megahertz.
K: Kablage till diverse reglage på framsidan.

Antennen under loket

Vi har gått på inspektionsrond under några X2-lok och hittat två sorters ATC-antenner.

Adtranz (Bombardiers) gamla, blå ATC-antenn. Spolens form är uppenbar. Just den här är lite sliten och bankad av stenskott och sjunger på sista versen. De två glansiga hjulen vid sidorna är skivbromsarna och de små “pinnarna” utgör kylflänsar. Bromsskivorna är sina egna kylfäktar.

Ansaldos ATC-antenn. Den här antennen är i skick som ny, eftersom Ansaldos antenner håller på att ersätta de gamla från Adtranz. Antennen sitter cirka 35 centimeter ovanför baliserna.

Balisen – enkel fast svår

Balis betyder egentligen “sjömärke” på franska och är ett konstigt namn på en transponder, alltså en apparat som tar emot en radiosignal och svarar med en annan, kodad radiosignal.

Baliserna i en informationspunkt placeras vid signaler, tavlor och på övriga platser, där information ska överföras till tågen. Den överförda informationen innehåller uppgift om vilken informationspunkt som avses (tavlor, signaler etcetera).

Baliserna är helt passiva. De har ingen kraftförsörjning och är inte galvaniskt anslutna till Trafikverkets signalsystem och tar heller ingen kraft därifrån. Skulle en balis drabbas av ett katastrofalt fel ska det inte påverka ljussignalen.

Det finns egentligen tre typer av baliser: fast kodade och styrbara, samt markörer. Dessutom förekommer olika typer av testbaliser.

F: Fast proppad balis, sänder information om hastighet, avstånd, lutning och så vidare. Används där informationen inte förändras, till exempel vid tavlor.

S: Styrbar balis, sänder information om hastighet, avstånd och tågvägsinformation som den får via en kabel från signalsystemet. Både Y- och Z-orden (se nedan) kan vara styrbara. Används där informationen varierar, till exempel vid signaler. Dessa förekommer sedan i tre undergrupper:

Y: Styrbar balis, endast Y-ordet styrbart.
Z: Styrbar balis, endast Z-ordet styrbart.
YZ: Styrbar balis, där både Y- och Z-orden är styrbara.

M: Markör, sänder ingen annan information än balisnärvaro. Används tillsammans med en fast eller styrbar balis för att säkerställa att en informationspunkt upptäcks samt för riktningsbestämning.

T: Testbalis vid driftverkstäder, där den används för att kontrollera ATC-antennernas känslighet hos de fordon som passerar över balisgruppen. T-balisen läggs normalt ut tillsammans med en F-balis, så att de bildar en grupp. Genom att T-balisen kräver fullgod sändareffekt och mottagarkänslighet för att kunna läsas, ges balisfel om fordonsantennen inte uppfyller kraven.

Dessutom finns baliser som kan trigga prov av lokets vägmätningsutrustning. Med 1000 meters mellanrum monteras en A-balis som sänder koden BMK (Början väg Mätnings Kontroll) och en A-balis som sänder SMK (Slut väg Mätnings Kontroll). Skulle loket mäta ett avstånd utanför 980-1200 meter ges en felindikering. (Om A, B, C-baliser, se nedan.)

Kodare i signalskåp

De fasta och styrbara baliserna är exakt likadant konstruerade, men där den styrbara balisen tar in signaler i serieform (eller på äldre baliser; i parallellform) från en extern kodare som sitter vid signalstolpen eller i ett signalskåp, har den fasta balisen i stället fast programmerade “pluggar”, byglade kontaktdon inskruvade i signalingångarna.

Den här balisen är styrbar. Du ser att det kommer in en kabel från sidan.

Baliskombinationer och data

Balisen är en högsäker massprodukt. Runt om i Sverige sitter cirka 45.000 baliser som helst ska klara sig utan underhåll i 25 år. De ska fungera fast de är infrusna i is, i minus 40 grader, eller stekta av solen i plus 70 grader.

Signalen måste gå fram trots att balisen, som på Malmbanan, ofta är täckt av ledande järnmalmsdamm. Tåligheten mot vibrationer är enorm. Balisen ska tåla att godståg far fram på 20 centimeters håll, otaliga gånger per dag. För den skull ligger kretskortet ingjutet i en tjock, fjädrande klump av silkonmaterial.

Balisen strömförsörjs av en radiosändare i loket som pulsar ut 27 megahertz med en effekt av 15 watt i pulser om 50 kilohertz. Anledningen till att man inte sänder kontinuerligt är att balisen också ska synkroniseras med ATC-datorn.

Energiöverföringen är inte att likna vid radiosändning utan de båda enheterna är snarare primär- och sekundärlindingar i en luftlindad transformator.

Denna typ av distribuerad strömförsörjning är väldigt smart uttänkt. Alla enkla plåttavlor som indikerar fart och lutning med mera kan finnas var som helst ute i ödemarken och man behöver inte dra dit en kabel med drivspänning.

Balisen sänder tillbaka data (“telegram”) AM-modulerat på 4,5 megahertz med 50 kilobit per sekund. Sändningen sker via en annan transformatorlindning och tas emot av en liknande i ATC-antennen.

Nedanstående förklaring är en grov överförenkling av innehållet i det data som baliserna sänder, eftersom det mycket begränsade antalet bitar kräver mycket tabelluppslagning och resultatet blir många förbjudna bitkombinationer.

Balisplats

En så kallad informationspunkt kan bestå av 2-5 baliser, kallade i tur och ordning A, B, C och så vidare. Är alla baliser i en grupp fast kodade så kan den indikera en hastighetsbegränsning, till exempel. Har gruppen minst en styrbar balis är det fråga om varierbar information, vanligen förknippat med en signal.

Med två baliser vid en signal, AB (vanligast) indikerar A-balisen signalbeskedet och B-balisen avståndet till restriktionen. Finns det en lutning som påverkar bromsningen så lägger man till en C-balis. Baliser sitter alltid på 2,6 meters inbördes avstånd.

Minst två baliser används för att bilda en informationspunkt. Anledningen till att minst två baliser används är:

• Säkerhetsskäl (en balis kanske går sönder).
• För att fordonsutrustningen ska kunna avgöra om informationspunkten gäller den aktuella körriktningen eller den motsatta (de båda baliserna är olika).
• För att utöka informationsmängden.

I och med den begränsade informationsmängden betyder balisens plats i informationsgruppen också något. Den balis som ligger först i färdriktningen kallas för A-balis, nästkommande för B-balis och så vidare.

Denna information överförs inte utan är underförstådd av de telegram som tas emot. Det finns även dubbelriktade balisgrupper, till exempel ABCA.

Telegrammets sammansättning

När balisen “vaknat” av energin från sändaren börjar den sända telegram med sin förbestämda information. Ett telegram består av ett åtta bitars synkord och därefter de fyra första databitarna ur dataorden X, Y och Z.

Efter dessa följer slutet av dataorden som är den redundanta hammingkoden. Ett telegram är totalt 32 bitar, varav 24 är nyttobitar, men när synkordet och hammingkoden skalats bort blir det bara ynka 12 bitar över.

Samma telegram upprepas så länge det finns ström. För att det ska accepteras måste loket höra minst 8 telegram, alltså 256 bitar, och minst fyra av dem måste vara identiska.

12 bitar har historiska skäl. När ATC uppfanns i mitten av 1970-talet kunde man inte tolka tätare data än 50 kilobit per sekund i realtid och AM-modulation var avancerat nog.

I dag har vi inga problem med det och de kommande eurobaliserna, som använder precis samma frekvenser och bandbredd, modulerar i stället in ända upp till 1023 bitar med kvadraturmodulation.

Kategorier

Varje balis ges en kategori (1 – 14, 0 och 15 är reserverade), som anges i telegrammets X-ord. Y- och Z-ordens information tolkas olika beroende på kategorin, och i vissa fall beroende på läget inom informationspunkten.

Endast baliser av vissa kategorier (vissa X-ord) får placeras som A-baliser. A-balisen innehåller alltid gruppens kategorinummer i X-ordet (kallat AX).

Eftersom de första fyra bitarna alltid går åt för att signalera balis-kategori blir det bara åtta kvar att göra något nyttigt med. Skulle inte det räcka till skarvar man med nästa balis. Då behövs i stället en kod för att visa att man ska skarva. Kvar blir bara fyra bitars nyttodata i första balisen.

Länkningsavstånd

Alla balisgrupper överför ett länkningsavstånd, alltså ett avstånd där målhastigheten ska vara uppnådd, eller avståndet till nästa balisgrupp. Skulle någon balis eller balisgrupp vara borta eller utslagen känner lokdatorn av det och börjar bromsa tåget automatiskt. Länkningsavståndet noll är inte tillåtet, utom vid passage av stoppsignal, då man faktiskt just överträtt målavståndet.

Man skulle kunna tro att länkningsavståndet kunde ge problem om tåget kör in på en station med flera spår. Beroende på vilket spår tåget växlas in på så kan länkningsavståndet misstämma eftersom det kan vara olika långt till nästa balis.

Länkningsavståndet har dock sådana toleranser att det ofta inte spelar någon roll. Dessutom vet den som lagt ut baliserna givetvis om problemet, och kan då lägga till så kallade “länkningsbaliser” vars enda uppgift är att förlänga ett tidigare överfört länkningsavstånd.

Ett signalexempel

Låt oss bara titta på ett enda telegramexempel, nämligen det som överförs vid en huvudsignal, alltså den vanligaste typen av signal. Kombinationerna är så många att de enklast sammanställs i en tabell, enligt nedan.

Vid huvudsignal överförs takhastighet och grundavstånd (länkningsavstånd).

Tabellen anger alla möjligheter, även nummer- och prefixbaliser, som är frivilliga att använda.

Nummerbalis: Finns nummerbalis (N) ska den ligga först och ha NX = 12. Kategori 12 är alltså nummerbalis. NY+NZ anger numret (8 bitar), där signalnummer 0 inte är tillåtet. Numret kan användas i tabelluppslagning eller vid automatiska förfrågningar, till exempel via radio.

Prefixbalis: Finns prefixbalis (P) så har den PX = 8. PY+PZ anger prefixet och förekommer dels vid tågslagsberoende hastighetsnedsättning, dels vid bortflyttning av målpunkt till växel eller signal. P-balisen placeras före huvudbaliserna.

A-balis: A-balisen kan ha två värden i AX, 1 och 4. Båda betyder huvudsignal.

AY anger farten från den signal där man befinner sig, där AY = 0 är farten noll, dvs stoppsignal. Detta är det sk huvudsignalbeskedet.
AY = 1 … 12 anger Kör och en viss fart, där värdet tas ur en tabell (1 = 40 kilometer i timmen upp till 12 = 270 kilometer i timmen. Slå upp tabell HS i handbok 544.30008.
AY = 13 används inte.
AY = 14 betyder att huvudsignal saknas och att det alltså rör sig om en ren försignal.
AY = 15 är inte tillåtet.

AZ anger farten från nästa signal, där AZ = 0 är farten noll, det vill säga nästa signal visar stopp. Detta är det så kallade försignalbeskedet.
AZ = 1 ….12 betyder att nästa signal visar en fart, där värdet tas ur en tabell (1 = 40 kilometer i timmen upp till 12 = 270 kilometer i timmen). Slå upp tabell HS i handbok 544.30008.
AZ = 14 betyder att försignal saknas och att det alltså rör sig om en ren huvudsignal.

B-Balis:

BX = 9 anger att det rör sig om en B-balis som visar länkningsavstånd.
BY = 0 … 14 där värdena är kolumnnummer i en avståndstabell (tabell DF i handbok 544.30008).
BZ = 1 … 14 där värdena är radnummer i samma avståndstabell DF.
BZ = 0 pekar vidare till C-balis (och anger att C-balis finns) där CY i stället anger radnummer i tabell DF. Detta behövs om man också har ett lutningsvärde, som då anges av CZ.

C-balis:

CX = 14 anger att C-balisen är en fortsättning på länkavståndet i B-balisen.
CY = 1 … 14 där värdena är radnummer i tabell DF.
CZ = 0 … 14 anger lutning i en tabell (tabell GR) där 0 anger -40 promille och 14 anger +30 promille.

Nummerbalis på slutet: Nummerbalisen kan också placeras sist men ska fortfarande ha NX = 12.

Praktiskt exempel

Låt oss prova. Antag att vi har en huvudsignal med A, B och C-baliser. Då kan baliserna till exempel visa följande värden:

Omkodat hexadecimalt skulle detta bli:

4C1950E75

Lokdatorn tolkar det som: “Vi körde förbi en medriktad signal (AX=1 eller 4). Den innehöll både huvudsignalinformation och försignalinformation. Från denna punkt är tillåtna hastigheten 270 km/h (AY=12). Hastigheten begränsas dock i själva verket till exempelvis 130 kilometer i timmen, eftersom loket alltid har med sig information om banans största tillåtna hastighet från en tidigare balisgrupp placerad vid hastighetstavla.

Från nästa signal får vi köra max 40 kilometer i timmen (AZ = 1). Det är det så kallade försignalbeskedet. Avståndet till denna punkt är 1225 meter (BY = 5, CY = 7). Dessutom vet vi att det finns en utförslutning på 11-15 promille (CZ = 5), vilket gör att loket måste inleda bromsning tidigare.”

Tre baliser som jobbar tillsammans, A+B+C-baliser. Två av dem är styrbara.

Repeterbaliser

Om en balis sitter exempelvis 3000 meter före en röd signal har tåget visserligen god tid på sig att bromsa, men om signalen skulle ha slagit om till grönt innan tåget nått fram till den, får lokdatorn aldrig reda på det.

Det här är ett mycket svårt fall att åtgärda med punktformiga signaler. En eller fler repeterbalisgrupper kan därför sitta närmare huvudsignalen och meddela om denna ändrats.

“Test1”-funktionen

ATC-datorn måste hela tiden kunna veta att den kan sända och ta emot kommandon, men utan balis att prova på är det svårt. Därför innehåller ATC-antennen en fiktiv balis kallad Test1 (egentligen bara en extra slinga i lokets antenn och lite elektronik) som alltid svarar på ATC-datorns signaler, var femtionde millisekund. Koden är sammansatt så att en verklig balis inte kan maskeras bort av svaret från Test1.

Får ATC-datorn inget svar av testbalisen måste den anta att systemet är trasigt, indikera detta och nödbromsa tåget.

Det här var bara ett litet skrap på ytan av balisernas funktioner. Om du verkligen vill grotta ned dig i detta kan du läsa Trafikverketss handbok TDOK 2014:0457: Informationsflöde mellan bana och lok. När du härdat dig fortsätter du med handbok TDOK 2014:0461: ATC-tabeller.

Det är faktiskt så knepigt att ta reda på hur baliserna ska programmeras att Trafikverket har ett speciellt programverktyg kallat Patcy som gör det åt dem. Utdata ur Patcy kan direkt föras vidare in i CAD-systemet som används för att planera och konstruera banor och bangårdar.

Tillägg och bakåtkompatibilitet

Som alla andra datorsystem är ATC med i uppgraderingsspiralen.

ATC 1 – ATC 2 – ATC 2.1 – ATC 2.2

Den första programutgåvan för lokdatorn infördes 1980 och kom att kallas ATC 1.

1993 infördes en ny programrelease med namnet ATC 2 som bland annat är frikostigare med möjligheterna att lossa broms som ATC har satt om hastigheten är på väg ned. Om flera hastighetsnedsättningar följer efter varandra visade ATC 1 den lägsta, medan ATC 2 har ändrats till att visa den närmaste, med resultat att tåget kan köras fortare. Lite extra smått och gott som gjort det trevligare att köra tåg.

ATC 2.1 medger att extrainformation, till exempel signalbesked överförs via radio, så kallade radioblock. Härigenom kan restriktiva försignalbesked (exempelvis Vänta stopp) hävas så snart som den försignalerade huvudsignalens besked ändrats (stoppsignal som slår om till Kör).

Varje försignal ges då ett nummer, vilket egentligen refererar till den huvudsignal som försignaleras. Vid passage av restriktiv försignal med nummer sänder fordonsutrustningen en höjningsbegäran. Centralutrustningen sänder ett höjningsbesked så snart signalen ändrats.

På motsvarande sätt som för signaler ska också restriktiva besked från numrerade orienteringstavlor kunna höjas via radio (gäller i första hand för vägkorsningar).

ATC 2.2 utvecklades speciellt för loken på Öresundsbron, som ska kunna växla mellan svenskt och danskt system. Den danska delen av Öresundssystemet utvecklades av Siemens, så på ett tåg som går över bron sitter både svensk och dansk ATC, samt en hel del extra enheter som har med systemval och omkoppling att göra. Omkopplingen sker helt automatiskt i hastigheter upp till 200 kilometer i timmen.

Lustigt nog blev Ansaldos och Bombardiers program inte helt likadana, trots att de är utarbetade efter samma specifikationer. Det är särskilt i undantagsfallen, som när två balisgrupper råkar blandas, olika balisfel uppträder, eller tåget kör in eller ut ur balisutrustat område eller i annat land, som indikeringarna på förarpanelen skiljer sig något åt.

ERTMS

Tågskyddssystemet ATC i Sverige och Norge är helt unikt, men nu en aning ålderstiget. EU har beslutat att införa ett nytt gemensamt signalsystem för järnvägen, vilket går under beteckningarna ERTMS/ETCS, som står för European Railway Traffic Management System/European Train Control System.

När det nya systemet är i drift kommer gränsöverskridande järnvägstrafik i Europa att slippa ett stort hinder. I dag har i princip varje land sitt eget signalsystem.

Det nya systemet använder annan modulation från baliserna. Sålunda behöver vi i Sverige nya baliser. Eftersom man inte kan byta alla baliser på en gång måste det nya loksystemet kunna fungera med gamla baliser.

Lösningen, åtminstone för svenska förhållanden, kallas STM, Specific Transmission Module, och utvecklas av Ansaldo på uppdrag av Banverket, senare Trafikverket. STM kopplas in mellan antennen och ERTMS-lokdatorn och tar “gammaldags” ATC-data och kodar om det till den nya formen och lämnar det till lokdatorn.

Lok utrustade med nya lokdatorer kan sålunda köras på banor med gamla baliser. När alla baliser bytts ut på de banor där detta fordon brukar köras, kan STM tas bort. Ett sådant utbyte kan ta upp till 30 år, så STM blir inte omodern i första taget.

180-bitarskoden

Så här i efterhand kan man lugnt konstatera att 12 bitar är för liten meddelandelängd för att vara praktiskt användbar. Alla kommandon måste plockas ur tabeller, kombineras med andra värden och alltför många värden är otillåtna. Alltför många bitar i en balisgrupp går åt till att hänvisa till nästa balis. Det blir egentligen väldigt lite plats kvar för nyttodata.

Det nya ERTMS åtgärdar 12-bitarsproblemet genom att införa nya telegram med över 500 bitars nyttodata (och CRC som felrättade kod). Resultatet är naturligtvis att man kan klara sig med maximalt två baliser i varje informationspunkt, vilket minskar kostnaderna. Samtidigt ligger fältet öppet för nya funktioner.

Det finns även ett mellansteg med 180-bitarsbaliser vilket används redan i Sverige, dels för malmtågen nere i LKAB:s järnmalmsgruva i Kiruna och dels på Roslagsbanan norr om Stockholm.

Radioblockering

Standardiserad tågradio enligt GSM-principen har införts över hela landet. Vissa data som sänds över tågradion kan modifiera ATC-systemets funktion, till exempel positionsinformation och reviderad målhastighet avseende en bestämd signalpunkt (signalbesked) överföras. För att det ska fungera lämnar baliserna också positionsinformation till tågradion.

Radioblockering infördes på en bana i Sverige 1995 (utan GSM), men Trafikverket valde att avvakta med vidare implementering. Nu kommer dock radioblock igen (nu med GSM), som en del i ERTMS (Level 3).

I en framtid kommer radioblockering helt att ta över tågstyrningen. Fysiska signaler och tavlor kommer inte längre att behövas utmed banan och underhållet för dessa bortfaller. Samtidigt kan mycket mera detaljerade besked lämnas till föraren.

Data via kodad spårledning

Det finns ett besvärligt fall för både tågförare och ATC: Om försignalen och baliserna sagt att huvudsignalen visar rött måste föraren bromsa så att tåget kan stanna framför den röda signalen.

Skulle den röda signalen slå om till grönt efter att tåget passerat försignalen finns det inget sätt för föraren eller ATC-systemet att få reda på det utan tåget kommer att bromsas som om inget hänt och när föraren ser den nu gröna signalen tvingas han börja accelerera igen. Detta minskar kapaciteten på linjen i och med att trafiken uppehålls onödigt.

Fanns det ett sätta att meddela den gröna signalen skulle man kunna öka linjens kapacitet. Radioblock med reviderad målhastighet är en möjlighet, och att överföra signaldata som en bärvåg genom rälsen är en annan, så kallad kodad spårledning (coded track ciruit).

I det senare fallet används inte spårlednigen bara till att signalera till systemet att spåret är belagt utan även för dataöverföring. Detta är vanligt i andra länder, till exempel Australien och är på väg att införas på vissa banor i Sverige. Man använder bärvågor på mellan 100 och 1000 Hertz och tämligen låg datahastighet, men allt är bättre än att tvingas stanna för en signal som egentligen visar grönt.

De gula baliserna är inte särskilt moderna eller hippa längre. Både Ansaldo och Bombardier har utvecklat nyare baliser som säkerligen kommer att ersätta de gamla gula i sinom tid.

I och med att senaste generationen kodare är heldatoriserade och befinner sig i datorstyrda signalskåp, genererar de även själva telegrammen och matar ut till baliserna vid behov. Det ger dessutom nya möjligheter till föränderliga telegram. Men det blir inte i år och inte om tio år heller.

Skolboksuppvisning

Vi hoppas att vi här kunnat visa på något av tekniken och systemtänkandet bakom ett doldissystem som trots detta, eller tack vare detta, dagligen räddar liv.

ATC-systemet är uppbyggt av en mängd var för sig enkla delar, som tagna tillsammans, övervakade och styrda av kluriga program är en skolboksuppvisning i hur man ska gå till väga när man bygger ett säkert system.

Systemet var ett barn av sin tid och de begränsade datamängder som var möjliga att överföra och tolka under 1970-talet har fått ersättas med att man använt en större mängd maskiner.

ATC är en “quiet lifesaver”, en svensk uppfinning som, förmodligen på grund av sin stora komplexitet, inte fått den uppmärksamhet den förtjänar.

Läs mer

Ansaldo som blev det företag som de facto levererar all ombordutrustning i Sverige, finns på: http://www.ansaldo-sts.com/en/about-us/ansaldo-around-world/our-companies/ansaldo-sts-sweden

Bombardier, som blev det företag som de facto levererar alla (Adtranz-) baliser i Sverige, finns på: http://www.bombardier.com/en/transportation/products-services/rail-control-solutions/ertms.html

Läs gärna Trafikverkets mycket intressanta handböcker för ytterligare förklaringar om ATC-systemet:

TDOK 2014:0455: ATC – systemprinciper: http://trvdokument.trafikverket.se/fileHandler.ashx?typ=showdokument&id=9e563317-df0b-44bd-9f68-789af3afa663

TDOK 2014:0457: Informationsflöde mellan bana och lok: http://trvdokument.trafikverket.se/fileHandler.ashx?typ=showdokument&id=cf07562f-eae8-4faf-b32d-71376df73fb5

TDOK 2014:0461: ATC-tabeller: http://trvdokument.trafikverket.se/fileHandler.ashx?typ=showdokument&id=c4c16fb7-ebc3-4c02-9395-3cab127c352f

Förklaring av signaler: http://jorgen.naslund.skvadern.kund.riksnet.se/hemsidor/huvudsida/mitt-arbete/signaler/signaler.html

Bombardier EBI Link 900 Serial balisspecifikationer

EBI Link 900 kallas den typ av gula baliser (fast den här är ganska smutsig) som finns på nästan alla järnvägssträckningar i Sverige.

Mått: 400 x 532 x 62 millimeter
Vikt: 6 kilo
Temperaturområde: -40 … +70 °C
EMI-skydd enligt: EN 61000-4
EMC-skydd enligt: EN 300330
Avstånd mellan balis och antenn: 245 … 465 millimeter

• Helt bortsett från att den dessutom fungerar helt infrusen, under vatten, täckt av järndamm och trots att den passeras av massor av skakande godståg varje dag, på 20 centimeters håll.
• Dataöverföringen mellan kodare och balis är seriell.
• Runt i hela Sverige ligger det cirka 45000 baliser utplacerade.

Balisen är så stor som den är av en enda anledning: Den ska ha sådan utsträckning att den ska nås av radioenergi under så lång tid att den hinner sända ett fullständigt telegram om den passeras i 500 kilometer i timmen. Med en längd på 53 centimeter innebär det en passagetid på cirka 3,6 millisekunder.

Kuriosa: Mönstret av underliga, runda knoppar ovanpå balisen som verkar vara olika från balis till balis betyder i själva verket ingenting. Det kan vara täcklock till skruvar eller liknande.