Forprosjektrapport Automatisk trikkstopp på Gråkallbanen

Forprosjektrapport Automatisk trikkstopp på Gråkallbanen Gruppe 07 Kristian Vada Helge M Vestre Eric Skjemstad

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Institutt for elektroteknikk 7004 TRONDHEIM Forprosjekt Oppgavens tittel: Automatisk togstopp på Gråkallbanen Dato: 23.01.04 Project title: Automatic trainstop at Graakallbanen Antall sider/bilag: 16/8 Gruppedeltakere: Kristian Vada, Helge M Vestre og Eric Skjemstad Institutt/studieretning: Institutt for elektroteknikk, studieretning for automatisering Veileder (navn/tlf.): Per Hveem / 73559593 Prosjektnummer: 07 Oppdragsgiver: Gråkallbanen Kontaktperson hos oppdragsgiver (navn/tlf.): Tore Korsnes / 93461245 Fritt tilgjengelig Tilgjengelig etter avtale med oppdragsgiver Rapporten frigitt etter 2

Sammendrag Denne rapporten omhandler et forprosjekt som er utført for Gråkallbanen. Hensikten med dette prosjektet er å lage en ekstra sikkerhetsbarriere på de ensporede strekningene, for å hindre eventuelle sammenstøt mellom trikkene. Dette er tenkt ved å utløse nødbremsene dersom trikken kjører på rødt eller mørkt lys i anropsfeltet. Samtidig er det ønskelig med en form for plombert bryter for å oppheve nødbremsene etter en nødsituasjon. I denne forstudien har vi analysert dagens situasjon og kommet med noen forslag på hvordan denne ekstra sikkerhetsbarrieren kan løses. Vi har også satt opp en tidsplan hvor vi har beregnet timeforbruk for hver uke, samt laget et Gantt-diagram som viser alle aktiviteter i løpet av prosjektet. Kristian Vada Helge M Vestre Eric Skjemstad 3

Innholdsfortegnelse SAMMENDRAG...3 INNHOLDSFORTEGNELSE...4 KAP 1 INNLEDNING...5 1.1 BAKGRUNN...5 1.2 DEFINISJONER OG BEGREPER...5 1.3 RAPPORTENS OPPBYGGING...5 KAP 2 TEKNISK DEL...6 2.1 PROBLEMSTILLING...6 2.1.1 Lyssignalenes virkemåte...6 2.1.2 Skjemautsnitt til trikkelinjesignal...8 2.1.3 Ved kjøring på rødt lys...9 2.1.4 Detektering av kjøring på rødt lys...9 2.1.5 Stoppsignal til trikken...10 2.1.6 Lyssignalsystemet er nede...10 2.2 PROSJEKTMÅL...11 2.2.1 Effektmål...11 2.2.2 Resultatmål...11 2.2.3 Prosessmål...11 KAP 3 ARBEIDSPAKKER...12 KAP 4 PROSJEKTORGANISERING...13 4.1 PROSJEKTDELTAGERE...13 4.2 UTSTYR OG RESSURSER...13 4.3 PROSJEKTLEVERANSER...14 4.4 TIDSPLAN...14 4.5 KVALITETSSIKRING...16 4.5.1 Prosjektstyring...16 4.5.2 Helse, miljø og sikkerhet...16 Vedlegg KTR-skema 4

Kap 1 Innledning 1.1 Bakgrunn Hovedprosjektet er siste ledd i ingeniørutdannelsen ved Høgskolen i Sør-Trøndelag. Prosjektet gjennomføres på vårparten i det siste året og teller 18 studiepoeng. Meningen med prosjektet er at studentene skal få anledning til å fordype seg i relevante problemstillinger fra arbeidslivet, samt gi studentene mer erfaring med prosjektarbeid. Arbeidsmengden på hver student er anslått til å være rundt 450 timer. Prosjektet skal utføres for Gråkallbanen som i dag er det eneste trikksystemet i Trondheim. Ruten går fra St. Olavs gt i midtbyen, til Lian. Gråkallbanen har seks enkeltsporede strekninger som er lysregulerte, men det er ønskelig med en ekstra sikkerhetsbarriere som hindrer at trikker kjører på rødt lys. 1.2 Definisjoner og begreper Her følger en oversikt over begreper og forkortelser som brukes i rapporten. ATS Automatisk trikkstopp KTP Kunstig vognpassering Stafettpinne Dette er et reservemiddel til bruk på enkeltsporede strekninger. Stafettpinne benyttes i tilfeller hvor det har oppstått feil med lyssignalet eller i tilfeller hvor det skal utføres arbeid på en sporstrekning Anropsfelt Signalanlegget registrerer om det er vogn inne på den enkeltsporede strekningen. Når en vogn kjører inn og anroper signalet, blir det kortslutning mellom skinnene. Vogna vil da få beskjed om den kan fortsette å kjøre eller om den må stoppe (lys). Avkjøringsfelt- Felt hvor signalanlegget registrerer at trikken er ute av den ensporede strekningen og har ankommet stasjonen. 1.3 Rapportens oppbygging Denne rapporten er en forstudie til prosjektet slik at det blir utarbeidet en strategi for prosjektgjennomføringen. Rapporten kan deles inn i tre hovedpunkter: Problemstilling - Teknisk status - Tidligere erfaringer og resultater - Analyse av dagens situasjon Målsetting - Effektmål - Resultatmål - Prosessmål Prosjektorganisering - Prosjektdeltakere - Fremdriftsplan - Beskrivelse av arbeidspakker - Prosjektleveranser - Utstyr og ressurser - Kvalitetssikring 5

Kap 2 Teknisk del 2.1 Problemstilling 2.1.1 Lyssignalenes virkemåte På hver stasjon på enkeltsporstrekningene er det to isolerte felt som registrerer når en trikk passerer. Det fungerer slik at når en trikk kommer inn på feltet, kortsluttes en krets gjennom trikkens hjul. Hver stasjon har et anropsfelt (1&3) og et avkjøringsfelt (2&4). Se figur 2.1 nedenfor. Mellom stasjonene er det et tredje felt som fungerer på samme måten. Figur 2.1: En hel stasjon med anrop- og avkjøringsfelt Et gitt tilfelle ved normal drift: Se figur 2.2: Trikken til venstre, trikk 1, står på en stasjon (dobbelt spor) og må inn på en enkeltsporstrekning for å komme til neste stasjon, men det kommer en trikk imot, trikk 2. Trikk 1 står ved punkt merket 1 (isolert sone) og har rødt lys, dette røde lyset slåes av når trikk 2 forlater enkeltsporet ved at trikk 2 kortslutter en krets i avkjøringsfeltet, merket 3, ved å skape forbindelse til en adskilt skinneseksjon. Når trikk 2 kortslutter kretsen, vil det røde lyset slukkes og trikk 1 har nullys, det vil si ingen lyssignal og det er klart til å begynne å kjøre. I anropsfeltet slutter trikk 1 en krets og den setter rødt lys på neste motgående stasjon, og får grønt lys selv. Når førervognen kommer inn på enkeltsporet og kortslutter denne kretsen, vil lyset vil skifte fra grønt til rødt. Trikk1 kommer så til neste stasjon og blir sporvekslet slik at den alltid vil gå til høyre. Trikk 1 kommer da inn på enda en skinneseksjon og kortslutter en ny krets (avkjøringsfelt), dette vil resette lyset på stasjonen den kom i fra (vil få nullys), og på motgående spor på stasjonen den kom til. Nå er enkeltsporstrekningen den nettopp passerte klar for ny trafikk fra begge retningene. Figur 2.2: Stasjon 6

Signalanleggets stillinger: Innstilling av kjøreretning Innstilling av kjøreretning skjer ved at vogn kjører inn på et isolert anropsfelt i skinnegangen. Før innstilling av signalet kan skje, kontrollerer anlegget at hele strekningen fra anrops- til adkomststasjon er fri. Strekningen er fri Hvis strekningen er fri, tennes først rødt lys i signalet ved adkomststasjonen. Deretter tennes grønt lys i signalet ved avgangsstasjonen. Strekningen er ikke fri Dersom anlegget ikke klarer å fastslå at strekninger er fri, -eller det av en eller annen grunn ikke tennes rødt lys i adkomststasjon, vil signalet forbli mørkt. Utløsing av kjøreretning Utløsing av kjøreretning skjer automatisk hver gang en vogn kjører ut av en enkeltsporet strekning i riktig spor. Strekningen ikke konstatert fri I tilfelle anlegget av en eller annen grunn ikke klarer å fastslå at strekningen er fri, blir det stående rødt lys i begge ender av signalstrekningen. Tilstander som kan oppstå på anropsfelt: Anrop på mørkt signal lyset skifter til grønt Når signalanlegget står i nøytral stilling, er alle lamper slukket. Når vogna kjører inn på anropsfeltet og strekningen er konstatert fri, vil det bli tent grønt lyst i signalet. Når vognens første aksling har passert signalmasta blir den enkeltsporede strekningen kortsluttet, dette gjør at lyset skifter fra grønt til rødt. Det røde lyset blir stående til vogna har kjørt ut av strekningen. Anrop på mørkt signal lyset skifter til rødt Noen ganger kan det forekomme at det tennes rødt lys i det en vogn anroper. Dette betyr at en annen vogn i motsatt ende av signalstrekningen har fått grønt lys i sin kjøreretning. Anropende vogn kan da bli stående på anropsfeltet inntil signalet skifter til grønt. Anrop på mørkt signal lyset forblir mørkt Dette skjer dersom anlegget ikke klarer å fastslå at strekninger er fri, -eller det av en eller annen grunn ikke tennes rødt lys i adkomststasjon 7

2.1.2 Skjemautsnitt til trikkelinjesignal For å unngå minst mulig forandring på det eksisterende signalsystemet, siden dette fungerer utmerket, er det ønskelig fra oppdragsgivers side at vi ikke skal endre systemet som er i drift. Figuren under viser er et utdrag av dette systemet, det viser hvordan en henter ut signalene ut ifra trikkeskinnene. Når trikken kjører inn på anropsfeltet markert med et 1 tall i skinnegangen nedenfor, vil trikken kortslutte en elektrisk krets, en spole i en kontaktor vil da miste strømmen gjennom seg(markert Sf.1 i figuren nedenfor). En vil da få signalisert videre i systemet at trikken er klar til å forlate stasjonen. Skinnegangen markert med 2, er avkjøringsfeltet for motgående trikk, og fungerer på samme måte. Når motgående trikk kjører inn på avkjøringsfeltet, signaliserer dette videre i systemet at den ensporede delen av skinnegangen er ledig. En eventuelt ventende trikk får dermed klarsignal om at skinnegangen er ledig. Figur 2.3: Trikkeskinnesignal uttak 8

Kretsskjemaene er laget med en sjelden standard. Vi har allikevel greid å identifisere de fleste symboler som vi ikke hadde kjennskap til fra før: Runding kontaktor. Strek ut i fra leder- Arbeidskontakt(KRL). Strek som krysser leder Hvilekontakt(BkCB). Figur 2.4: Hvile- og Arbeidskontakt 2.1.3 Ved kjøring på rødt lys Når en trikk er klar til å kjøre fra stasjonen, skal den ha nullys, som skal bli grønt når trikken når anropsfeltet. Her er det også mulig å få henholdsvis nullys eller rødt lys. Nullys - hvis anlegget ikke klarer å fastslå at strekningen er fri, eller det av en eller annen grunn ikke tennes rødt lys i signalet ved adkomststasjon. Rødt lys hvis tilfellet er at en trikk på adkomststasjonen startet å kjøre litt før, fikk grønt lys, og satte rødt på sin adkomststasjon. Trikken må da stå på anropsfeltet, på rødt lys, helt til den andre trikken har kjørt ut av strekningen igjen, lyset vil etterpå skifte til grønt. Hvis trikken forlater anropsfeltet, og lyset fortsatt er rødt, er det foretatt en passering på rødt lys. Det er da ikke registrert at forrige trikk har forlatt strekningen, og det er fare for kollisjon! Det er her det er ønskelig med et automatisk tog stopp -system som stopper trikken ved å utløse nødbremsen. Det er bare trikken som kjørte på rødt som skal stoppes, ikke den andre på enkeltsporet. Etter at nødbremsen har blitt utløst skal det være en fysisk sperre som må brytes for å slå av bremsen igjen. Dette kan for eksempel være en plombering/forsegling som må åpnes. 2.1.4 Detektering av kjøring på rødt lys Det som skjer når en trikk prøver å kjøre på rødt lys er at den forlater anropsfeltet mens den fortsatt har rødt eller mørkt lys. Det er m.a.o. greit å stå på anropsfeltet og ha rødt eller mørkt, bare den ikke kjører ut av feltet. Siden det er ønskelig med minst mulig kobling i det eksisterende anlegget, kan det hende vi må bruke en eller annen form for sensor som detekterer om trikken er på anropsfeltet. En annen løsning er å bruke signalene fra skinneseksjonene og lysene til å konstruere en logikk. Dette medfører da mer kobling på det eksisterende anlegget. 9

2.1.5 Stoppsignal til trikken Hvis tilfellet er at vi har forlatt anropsfeltet på rødt eller mørkt lys, må det, ifra lyssignalsystemet, sendes et signal til rett trikk om at nødbremsen skal utløses. Det er her vi støter på de største utfordringene. Det som registrerer at nødbremsen skal utløses må sitte i skapene der hvor lyssignalene styres fra. Fra dette skapet må det på ett eller annet vis sendes et signal til trikken som nettopp kjørte på rødt lys, om at den skal stoppe. Vi skal i dette prosjektet blant annet finne en løsning på overføringen av stoppsignalet. Vi har to forskjellige typer overføringer å se på så langt: Trådløs overføring En sender på hver stasjon med en veldig begrenset rekkevidde, denne må sannsynligvis stå i nærheten av lysmasten (der toget ca befinner seg når det skal stoppes) Direkte kontakt En leder treffer en annen og skaper kontakt akkurat idet trikken kjører forbi Den mest sannsynlige løsningen er kanskje en med trådløs overføring, dette vil antagelig bli det mest robuste og sikre alternativet. Gruppa skal utrede ulike alternativer og videreføre den mest hensiktsmessige. 2.1.6 Lyssignalsystemet er nede Dersom lyssignalet er ute av drift, er det ønskelig å bruke systemet med stafettpinner. Men bruk av dette systemet sammen med ATS-systemet, kan føre til at nødbremsene blir aktivert når trikken kjører over anropsfeltet ved mørkt lys. For å forhindre dette er det ønskelig med en bryter/knapp for å overskride dette. Denne bryteren/knappen må kunne betjenes av konduktøren fra dashbordet. Det er spesielt et problem i forbindelse med dette og det er at konduktøren har mulighet til å missbruke denne knappen ved nødstopp. Denne problemstillingen er det vanskelig å sikre seg imot, derfor blir det opp til Gråkallbanen å legge opp til en rutine for å forhindre dette. 10

2.2 Prosjektmål 2.2.1 Effektmål Dette prosjektet har som effektmål å forbedre sikkerheten ved den ensporede delen av Gråkallbanen. En ønsker å forbedre det nåværende signalsystemet, som er basert på at sporvognfører følger et lysregulert system, til også å omfate et automatisk trikkestopp system. Det vil si om en sporvogn skulle passere på rødt lys, vil bremsene automatisk utløses. En ønsker med dette systemet å: Redusere sannsynligheten for mulige sammenstøt på Gråkallbanen Forbedre sikkerheten ved de ensporede strekningene Foreta minst mulig kobling i det eksisterende signalanlegget 2.2.2 Resultatmål Ved ferdig prosjekt skal det foreligge et ferdig uttestet og dokumentert system for automatisk trikkstopp. Tidsfristen for levering av rapport er satt til torsdag 13.05.04 og prosjektet avsluttes samme dag. Gruppen har medregnet et ressursbruk på ca 1225 timer totalt, eller ca 410 timer pr student. Se tabell 4.2 for mer informasjon. 2.2.3 Prosessmål Et av målene med prosjektet er at prosjektdeltagerne skal lære mer om prosjektarbeid og samarbeid. Vi skal også lære oss å bruke det vi har lært i praksis. Det er viktig at alle lærer alle delene i prosjektet. Derfor må alle medlemmene aktivt sørge for å holde de andre oppdatert fra sitt område. Dette er viktig for å få et helhetlig bilde av prosjektet og ikke minst et virkemiddel for å kvalitetssikre arbeidet som blir gjort. 11

Kap 3 Arbeidspakker Vi har delt opp prosjektet i arbeidspakker utfra aktivitetene satt opp i GANTT-diagrammet. Arbeidsforløpet er nærmere beskrevet ved hjelp av KTR-skjemaer. Vi har valgt å dele opp prosjektet i relativt få, men store aktiviteter istedenfor mange små, for å enklere holde kontinuiteten oppe. På denne måten vet man enklere hvor man til enhver tid ligger an i løypa, og det er lettere å planlegge rekkefølgen i arbeidet. KTR-skjemaene er beskrevet i vedlegg 1. 12

Kap 4 Prosjektorganisering For å sikre kontinuitet gjennom hele prosjektet og at målene blir nådd, er det nødvendig med en viss struktur og organisering. 4.1 Prosjektdeltagere Tabell 4.1: Oversikt over prosjektdeltakere Kristian Vada Åkerveien 2B 7046 Trondheim tlf: 98421051 e-post: k_vada@hotmail.com Helge Vestre Hans Haugerups gt. 8 7012 Trondheim tlf: 99711537 e-post: helgemv@stud.hist.iet.no Eric Skjemstad Ark. Christies g 11 7020 Trondheim tlf: 91870907 e-post: ericgs@stud.iet.hist.no Ansvarsområder: Prosjektorganisering, nullstilling av ats-system, uttesting. Utdanning: Fagbrev som Serviceelektroninker (data/kontor) Ansvarsområder: Problemstilling, hjemmeside, forslag til ats-system, overføre stoppsignal til trikk. Utdanning: Fagbrev som Serviceelektroniker (radiokommunikasjon) Ansvarsområder: Sette sammen forprosjektrapport, detektering av rødlys, kunstig grønnlys ved stafettpinne, rapport. Utdanning: Allmennfaglig VGS (Økonomi/Administrasjon) 4.2 Utstyr og ressurser Gruppen har fått tildelt rom 312G som prosjektrom og en egen pc som er til gruppens disposisjon. I tillegg har gruppen tilgang på andre pc er som står på rom 212 og 217, samt en bærbar pc som et medlem av gruppen har fått låne. Vi har også ressurser i form av veileder og oppdragsgiver. I tillegg har gruppen fått låne et togbanesystem fra HiST som kan benyttes for å prøve ut ideer og mulige løsninger. 13

4.3 Prosjektleveranser Under hele prosjektet skal det leveres en del skriftlig materiell. Disse er nærmere beskrevet under punkt 4.5 Kvalitetssikring. - Møteinnkallinger - Møtereferat - Statusrapport for siste 14 dager - Sluttrapport - Journal og prosjektmappe (forevises ved innlevering av sluttrapport) Det skal også avholdes møter med veileder og oppdragsgiver annenhver uke. 4.4 Tidsplan Gruppen har estimert et totalt timeforbruk på ca 1225 timer, eller ca 410 timer pr student. Da har vi regnet med en arbeidsdag på 5 timer. I tabell 4.2 finner man en oversikt over hvordan vi har tenkt å fordele tidsforbruket til gruppen gjennom prosjektet. Tabell 4.2: Tidsforbruk gjennom prosjektet Antall timer Forbrukt Akkumulert Uke Beregnet Faktisk Beregnet Faktisk 3 30,0 57,5 30,0 57,5 4 60,0 6,0 90,0 63,5 5 75,0 0,0 165,0 6 75,0 0,0 240,0 7 75,0 0,0 315,0 8 75,0 0,0 390,0 9 75,0 0,0 465,0 10 50,0 0,0 515,0 11 100,0 0,0 615,0 12 75,0 0,0 690,0 13 75,0 0,0 765,0 14 75,0 0,0 840,0 15 75,0 0,0 915,0 16 50,0 0,0 965,0 17 75,0 0,0 1040,0 18 75,0 0,0 1115,0 19 60,0 0,0 1175,0 20 50,0 0,0 1225,0 Som vi ser av tabell 4.4 så har vi beregnet et snittforbruk på 75 timer pr uke for prosjektgruppa. Enkelte unntak finner man, som f eks uke 10, da det bare er regnet med et forbruk på 50 timer. Dette er pga at et gruppemedlem har eksamen i et valgfag og trenger denne uken på å lese på. Videre ser vi at gruppen blir litt amputert i uke 16. Dette er pga at gruppen skal ha fremføring av prosjekt og trenger tid til å forberede seg på. En fremdriftsplan for prosjektet er vist i figur 4.1 på neste side. 14

Figur 4.1: Gantt-diagram 15

4.5 Kvalitetssikring 4.5.1 Prosjektstyring Under hele prosjektet vil det være en prosjektleder som er ansvarlig for fremgangen. Tittelen som prosjektleder skal gå på rundgang i gruppen etter følgende mønster: Prosjektlederen er leder i 14 dager frem til og med neste prosjektmøte. Der er prosjektlederen møteleder. Etter møtet tar sekretæren over som prosjektleder og er ansvarlig i de påfølgende 14 dagene. Dette fører til at alle på gruppen får prøve seg på de forskjellige rollene. Tabell 4.5: Oversikt over prosjektleder og referent Uke Prosjektleder/møteleder Referent 03/04 Kristian Eric 05/06 Eric Helge 07/08 Helge Kristian 09/10 Kristian Eric 11/12 Eric Helge 12/13 Helge Kristian 14/15 Kristian Eric 16/17 Eric Helge 18/20 Helge Kristian For å sikre kvaliteten i prosjektet skal det produseres en rekke dokumenter: - Standardiserte skjemaer: Dokumenter som møteinnkallinger, referater og statusrapporter skal være standardiserte, som vil si at de følger samme oppsett hele tiden. - Statusrapportering: Med 14 dagers mellomrom vil veileder motta en skriftlig statusrapport som viser fremgangen i prosjektet. - Mulige løsninger: For å vurdere mulige løsninger mot hverandre skal det lages en oversikt over disse, hvor de sammenliknes etter hensiktsmessige kriterier. - Journal: Det skal også føres journal etter samme retningslinjer som ved lab. Journalen skal inneholde alle adresser, telefonnummer og lyse ideer som dukker opp underveis. 4.5.2 Helse, miljø og sikkerhet Vi har vurdert prosjektet og funnet ut at det ikke er noen fare for skader på personell ved gjennomføringen, da dette prosjektet vil i hovedsak dreie seg om å planlegge, teoretisk, et system for automatisk togstopp. Vi vil sørge for at arbeidet blir jevnt fordelt, slik at det ikke blir for lange arbeidsdager. Samtidig er det viktig å skape et godt miljø i prosjektgruppa slik at vi kan få til et stimulerende samarbeid hvor vi driver hverandre fremover, oppmuntrer og hjelper hverandre når det går trått.. 16