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Señalización de cabina por código de pulsos

Visualización de señales de cabina SEPTA para el sistema PRR de 4 aspectos que utiliza aspectos de luz de posición La señalización de cabina por código de pulsos es una tecnolog...

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Visualización de señales de cabina SEPTA para el sistema PRR de 4 aspectos que utiliza aspectos de luz de posición

La señalización de cabina por código de pulsos es una tecnología desarrollada en Estados Unidos por la Union Switch and Signal Corporation para el Ferrocarril de Pensilvania (PRR) en la década de 1920. El sistema de cuatro aspectos, ampliamente adoptado por el PRR y sus ferrocarriles sucesores, se ha convertido en el sistema de señalización de cabina dominante en Norteamérica, y también se han adoptado versiones de esta tecnología en Europa y en sistemas de transporte rápido. En su territorio de origen, en las líneas propiedad de Conrail ( antigua sucesora del PRR) y en los ferrocarriles que operan bajo el Reglamento NORAC, se conoce simplemente como Sistema de Señalización de Cabina ( CSS) .

Historia

Antena CSS de código de pulsos montada bajo el piloto de una locomotora diésel SRNJ.

En 1922, la Comisión de Comercio Interestatal emitió una normativa que exigía que los trenes que circularan a 128 km/h (80  mph) o más estuvieran equipados con tecnología de parada automática. El Ferrocarril de Pensilvania (PRR) decidió aprovechar esta situación para implementar una tecnología de señalización que mejorara tanto la seguridad como la eficiencia operativa mediante la visualización continua de una señal en la cabina de la locomotora. La tarea se asignó a Union Switch and Signal Corporation, el proveedor de señales preferido del PRR.

La primera instalación de prueba [ 1 ] entre Sunbury y Lewistown, PA en 1923, utilizó las vías como un bucle inductivo  acoplado al receptor de la locomotora. El sistema tenía dos señales de 60 Hz. La señal de "vía" de detección de frenado se alimentaba por un riel hacia el tren que se aproximaba y lo cruzaba por sus ruedas, regresando por el otro riel. El captador justo delante de las ruedas sumaba la corriente de aproximación de un lado con la corriente de retorno del otro. La señal de "bucle" de retorno externo se alimentaba y desviaba de la toma central de una resistencia en cada extremo del circuito de vía. El captador sumaba la corriente de aproximación de cada lado a medida que avanzaba hasta el otro extremo de la vía. Esta señal estaba desfasada 90 grados con respecto a la otra. Las señales se aplicaban una o ambas continuamente para dar aspectos de Aproximación o Libre, mientras que la ausencia de señal era un aspecto de Restricción. La instalación de prueba eliminó las señales de bloqueo de vía, y los trenes dependían únicamente de las señales de cabina.

Para su siguiente instalación, [ 1 ] en la línea Northern Central entre Baltimore, MD y Harrisburg, PA en 1926 (¿1927?), la PRR probó otra variación de señales de cabina que eliminó la señal de bucle y cambió a 100  Hz para la señal de vía. El cambio fundamental fue que ahora se activaría por encima de Restricting simplemente como portadora y  se usaría un pulso de encendido/apagado de 1,25 a 3 Hz como código para transmitir los aspectos. La presencia de la portadora por sí sola no era significativa, la ausencia de pulso seguiría significando un aspecto Restricting. Este nuevo sistema permitía cuatro aspectos de señal: Restricting; Approach; Approach (siguiente señal en) Medium (velocidad); y Clear. Inicialmente, el sistema de señalización de cabina solo actuaba como una forma de parada automática del tren donde el maquinista tenía que reconocer cualquier caída en la señal de cabina a un aspecto más restrictivo para evitar que los frenos se aplicaran automáticamente. Posteriormente, los motores de pasajeros se actualizaron con un control de velocidad que hacía cumplir la velocidad establecida en el reglamento asociada a cada señal de cabina (Libre = Sin restricción, Aproximación media = 45  mph, Aproximación = 30  mph, Restringiendo = 20  mph).

Con el tiempo, la PRR instaló señales de cabina en gran parte de su red oriental, desde Pittsburgh hasta Filadelfia y desde Nueva York hasta Washington. Este sistema fue heredado posteriormente por Conrail , Amtrak y diversas agencias de transporte de cercanías que operaban en el antiguo territorio de la PRR, como SEPTA y New Jersey Transit . Dado que todos los trenes que circulaban en zonas con señales de cabina debían estar equipados con dichas señales, la mayoría de las locomotoras de las compañías mencionadas contaban con equipos de señalización de cabina. Debido a la interoperabilidad, el sistema de señales de cabina de cuatro aspectos de la PRR se ha convertido en un estándar de facto, y casi todas las nuevas instalaciones de señalización de cabina son de este tipo o de un tipo compatible.

Descripción general técnica

Unidad generadora de código de pulsos electromecánica US&S que genera 180 ppm para un sistema de señalización de cabina.

Operación básica

Las señales de cabina por código de pulsos funcionan enviando pulsos medidos a través de un circuito de vía de CA existente que opera a una frecuencia portadora elegida . Los pulsos se detectan por inducción mediante un sensor que cuelga a pocos centímetros por encima del riel, antes del primer juego de ruedas. Los códigos se miden en pulsos por minuto y, para el sistema PRR de 4 aspectos, se establecen en 180 ppm para Vía Libre, 120 ppm para Aproximación Media, 75 ppm para Aproximación y 0 para Restringir. Las frecuencias de pulso se eligen para evitar que una frecuencia sea múltiplo de otra, lo que provocaría armónicos reflejados y, por consiguiente, falsas indicaciones. [ 2 ]

El sistema es a prueba de fallos, ya que la falta de código mostraría una señal de restricción. Los códigos se transmitirían al tren desde el límite de bloqueo que tiene delante. De esta forma, si se rompiera el riel o entrara otro tren en el bloqueo, ningún código llegaría al tren que se aproxima y la señal de cabina volvería a mostrar restricción. Los trenes con un número insuficiente de ejes no cortocircuitarán (véase: Derivación (eléctrica) ) toda la corriente de la señal de cabina, por lo que los trenes que les siguen podrían recibir una señal incorrecta. Los trenes de este tipo deben contar con protección de bloqueo absoluta en la parte trasera.

Cuando coexisten la electrificación  de CC y CA de 25 Hz , la frecuencia estándar de 100 Hz se cambia a 91 + 2/3 Hz (la siguiente frecuencia disponible del grupo electrógeno). Esto evita los armónicos pares creados por la corriente de tracción de CC del carril de retorno que contrarrestan la onda sinusoidal de retorno de CA en el mismo carril. [ 3 ] 

Mejoras para velocidades más altas

Setenta años después de la introducción de las señales de cabina por código de pulsos, se descubrió que el diseño de cuatro velocidades era insuficiente para velocidades no previstas en el diseño del sistema. Los dos problemas más acuciantes eran el uso de desvíos de alta velocidad , que permitían a los trenes tomar una ruta divergente a una velocidad superior a los 30 o 45  mph habituales que cubrían las señales de cabina existentes. La introducción del servicio Acela Express de Amtrak , con velocidades máximas de entre 135  y 160  mph, también superaría las capacidades del sistema de señalización anterior y su  velocidad de diseño de 125 mph.

Para abordar el problema y evitar una reconstrucción completa del sistema de señalización, que podría afectar el servicio de baja velocidad, romper la compatibilidad con las señales de cabina existentes o generar una dependencia excesiva del operador humano, se diseñó un sistema de códigos de pulsos superpuestos para su uso en el Corredor Noreste de Amtrak. Al operar con una frecuencia portadora diferente de 250  Hz, se podían enviar códigos de pulsos adicionales al tren sin interferir con  los códigos anteriores de 100 Hz. Mediante un diseño cuidadoso de los códigos superpuestos, se pudo mantener la compatibilidad con versiones anteriores, de modo que cualquier tren que no pudiera detectar los nuevos códigos nunca recibiría una señal más favorable que la que habría detectado de otro modo. Además del uso de  códigos de 250 Hz, se incorporó un quinto código de 270 ppm proveniente del transporte rápido y del ferrocarril de Long Island.

La correspondencia entre códigos y velocidades es la siguiente:

Los trenes con capacidad para recibir los  códigos de 250 Hz obtienen velocidades mejoradas en tramos de vía con velocidades superiores a 200  km/h y en  desvíos de alta velocidad de 129 km/h. Los trenes sin esta capacidad simplemente circulan a velocidades más bajas. El código de 270 ppm rompe la compatibilidad con el sistema de 4 códigos, pero solo se utiliza en los alrededores de la estación Penn de Nueva York como parte de una actualización de señalización de alta densidad. El código de 270 ppm y  la velocidad de 96 km/h se eligieron para que fueran compatibles con las señales de cabina instaladas en los trenes de Long Island Rail Road que también utilizan la estación Penn.

Unidad de visualización de cabina

Las señales de cabina se presentan a la locomotora mediante una unidad de visualización de señales de cabina (CDU). Las primeras CDU consistían en señales en miniatura, visibles a lo largo de la vía, retroiluminadas por bombillas. Estas podían ser de color o de posición, según el sistema de señalización de la compañía ferroviaria. Las CDU modernas en los trenes de pasajeros suelen estar integradas con el velocímetro , ya que las señales de cabina ahora cumplen una función de control de velocidad. En los trenes equipados con control automático de trenes, no reconocer correctamente un cambio restrictivo en la señal de cabina conlleva la aplicación de un freno de penalización, al igual que no respetar el límite de velocidad indicado por la señal de cabina.

Uso

Líneas actuales que utilizan el sistema de señalización de cabina PRR de 100 Hz y 4 aspectos.

Unidad de señalización de cabina Siemens de 9 aspectos junto con la pantalla ACSES . Esta unidad muestra actualmente un aspecto de RESTRICCIÓN.
  • Control Automático de Velocidad (ASC) del Ferrocarril de Long Island : El LIRR era una filial del PRR y adoptó un sistema similar. El LIRR utilizó señales de cabina estándar del PRR hasta que fue adquirido por la Autoridad Metropolitana de Transporte (MTA) en 1968, momento en el que se modificó ligeramente para convertirse en sistemas ASC, que se utilizan hasta la actualidad. El ASC emplea dos códigos adicionales, 270 y 420 ppm, y reemplaza la pantalla de señales en cabina con una pantalla de velocidad. Estos códigos adicionales se utilizan para mostrar velocidades de 50/60 y 60/70 mph, que se emplean para reducir la velocidad de los trenes en curvas, desvíos de alta velocidad y bloqueos de señales cortos.
  • Sistema de señalización automática de cabinas de Chicago, Burlington and Quincy : La línea de cercanías CB&Qa Aurora, Illinois, utilizaba la misma tecnología que la Pennsylvania Railroad, solo que con reglas e indicaciones en la vía diferentes para adaptarse a su sistema de señalización parcialmente basado en la ruta. Sigue en servicio hasta el día de hoy.
  • Sistema de señalización automática en cabina de Union Pacific : Union Pacific ha implementado la tecnología tipo PRR en gran parte de su línea principal entre Chicago y Wyoming, así como en otras líneas de su red en los últimos años. Al igual que con las señales en cabina de CB&Q, el sistema funciona bajo los mismos principios que el sistema PRR, pero utiliza reglas diferentes con señales de vía parcialmente basadas en la ruta y una portadora de 60 Hz, lo que lo hace algo incompatible con los sistemas de 100 Hz.
  • Control automático de trenes de Metra Rock Island : Otro sistema de señalización en cabina basado en el de PRR, remanente de Rock Island. El sistema está en servicio en el distrito de Metra Rock Island entre Blue Island y Joliet.
  • Líneas de transporte rápido: Varias líneas de transporte rápido construidas o modernizadas antes o durante la década de 1990 utilizan la tecnología de señalización por código de pulsos en cabina para los sistemas de operación de trenes, tanto manuales como automáticos . Los sistemas de transporte rápido suelen ser a prueba de fallos, con un código 0 que exige una parada completa. Además, se utiliza toda la gama de códigos de pulsos para proporcionar la máxima precisión en el control de velocidad. Algunos ejemplos incluyen la línea PATCO Speedline en Filadelfia, la ruta 100 de SEPTA , el metro de Baltimore y el Metrorail de Miami-Dade . La tecnología de código de pulsos en las líneas de transporte rápido ha sido generalmente reemplazada por la señalización por audiofrecuencia en cabina.
  • Control automático de velocidad del ferrocarril MTA Staten Island : Un sistema híbrido de los sistemas PRR/LIRR y el código de cabina de frecuencia de potencia de Rapid Transit. El ATC aplica frenado de servicio en respuesta a condiciones de exceso de velocidad. Se utilizan los códigos 75, 120, 180 y 270 como comandos de velocidad. El código cero se utiliza para detener el tren en lugar de restringirlo, lo que equivale a 50 PPM. El código 420 se utiliza como bloqueo. Los despachadores pueden autorizar a los trenes detenidos por un código cero a acercarse a ciertas señales de enclavamiento activando manualmente un código de aproximación de 50 ppm.

Sistemas europeos de códigos de impulsos

  • RS4 Codici es el sistema de señalización de cabina tradicional que se utiliza en Italia. El sistema emplea códigos de 0, 75, 120, 180 y 270 ppm con una corriente de 50 Hz.
  • El Sistema de Advertencia Automática Continua (CAMS) es el sistema de señalización de cabinas en Irlanda. El sistema utiliza códigos de 0, 50, 120 y 180 ppm con una corriente portadora de 50 Hz. En algunas líneas de transporte rápido  se utilizan códigos adicionales.
  • El sistema de señalización de cabinas de trenes holandés , denominado Automatische treinbeïnvloeding , utiliza códigos de 0, 75, 96, 120, 180 y 220 ppm con una portadora de 75 Hz, complementado con un sistema de parada inductiva para velocidades inferiores a 25 mph.
  • La línea Victoria del metro de Londres utilizó señales de cabina con código de impulsos suministradas por US&S para implementar su sistema de operación automática de trenes hasta 2012, cuando fue reemplazado por CBTC . Los códigos utilizados fueron 420, 270, 180 y 120 ppm.
  • ALSN (Señalización Automática Continua de Trenes) es un sistema heredado utilizado en los antiguos estados soviéticos (Federación Rusa, Ucrania, Bielorrusia, Letonia, Lituania, Estonia, etc.). Todas las líneas equipadas con el sistema de bloqueo automático en estos países cuentan con ALSN, algunas de ellas sin señalización en la vía. Desde la década de 1990, las vías y los tramos de acceso a las estaciones en algunas líneas con sistema de bloqueo por estación ("bloqueo semiautomático") también incorporan este sistema. A diferencia de otros sistemas mencionados anteriormente, ALSN utiliza un código de conteo de pulsos en lugar de pulsos uniformes a frecuencias definidas. Existen 3 códigos: "rojo-amarillo" (pulsos simples separados por intervalos largos), "amarillo" (serie de 2 pulsos con un intervalo corto dentro de la serie) y "verde" (serie de 3 pulsos con dos intervalos cortos dentro de la serie), mientras que la duración exacta de los pulsos y los intervalos largos puede variar sustancialmente para formar diferentes longitudes de ciclo de código (generalmente 1,6 s o 1,86 s) que no tienen significado de señal, pero se utilizan para seguridad y para el conteo de bloques en el tren. Las frecuencias portadoras son: 50 Hz donde se utiliza tracción eléctrica de CC de 3 kV o sin tracción eléctrica, y 25 Hz (o a veces 75 Hz, un estándar antiguo) en líneas con tracción eléctrica de CA de 25 kV 50 Hz.

Referencias

  1. 1 2 Allison, LR (julio de 1951). "Un sistema moderno de señalización en cabina y control de trenes para ferrocarriles". US&S. Transactions of the AIEE . 70 (1): 232– 239.
  2. ↑ Pierro, Jr., Joseph J. (13 de marzo de 1984). "Patente US4437056 - Equipo de prueba de señal de cabina para probar automáticamente las bobinas de captación y verificar un amplificador de equipo de señal de cabina" .
  3. ↑ Aspray, William (julio de 1991). "Edwin L. Harder, una historia oral realizada en 1991 por William Aspray, IEEE History Center, Hoboken, NJ, EE. UU . " . Engineering & Technology History Wiki (ethw.org) . Consultado el 25 de agosto de 2015 .