Sistema de alerta automática

En este ejemplo, las polaridades son relevantes para el Reino Unido. El imán permanente genera un polo sur en el Reino Unido. Otros países pueden utilizar imanes permanentes que generen un polo norte. El principio operativo clave es que el electroimán genera el polo opuesto al del imán permanente.

Cuando el tren se aproxima a una señal, pasa por encima de un imán AWS. El indicador visual AWS (el "girasol") en la cabina del conductor se vuelve completamente negro . Si la señal a la que se aproxima está libre, el AWS emite un sonido de campana (los trenes modernos tienen una sirena electrónica que emite un sonido distintivo) y el "girasol" permanece negro. Esta indicación de vía libre del AWS le informa al conductor que la siguiente señal está libre y que el sistema AWS está funcionando.

Si la siguiente señal muestra un aspecto restrictivo (por ejemplo, precaución o peligro), el indicador sonoro del AWS emitirá una alarma continua. El conductor dispone entonces de aproximadamente 2 segundos para pulsar y soltar el botón de confirmación del AWS (si el conductor mantiene pulsado el botón, el AWS no se cancelará). ^{[ 1 ]} Tras pulsar el botón de confirmación del AWS, el indicador sonoro del AWS se silencia y el indicador visual del AWS cambia a un patrón de radios negros y amarillos. Este patrón de radios amarillos persiste hasta que el tren llega al siguiente imán del AWS y sirve como recordatorio al conductor del aspecto restrictivo de la señal que ha pasado.

Como mecanismo de seguridad , si el conductor no pulsa el botón de confirmación del sistema de alerta de emergencia (AWS) con la suficiente antelación, los frenos de emergencia se activarán automáticamente, deteniendo el tren. Tras la detención, el conductor podrá pulsar el botón de confirmación del AWS y los frenos se desactivarán automáticamente una vez transcurrido un periodo de seguridad.

El sistema AWS funciona de la misma manera que las señales, con la diferencia de que se coloca un imán fijo a la distancia de frenado de servicio, antes de la reducción de velocidad, y no se utiliza (ni se necesita) ningún electroimán. Un solo imán fijo siempre activará una señal de advertencia para el conductor, quien deberá confirmarla para evitar la activación del freno de emergencia. Un panel de advertencia junto a la vía también informará al conductor sobre la velocidad requerida.

Esta lista de limitaciones no es exhaustiva:

• El sistema AWS solo tiene dos estados de salida: una indicación clara y una indicación de advertencia. En el caso de las indicaciones de advertencia, AWS no proporciona información adicional sobre el motivo de la misma. Por lo tanto, depende del conductor observar el entorno y determinar la causa de la advertencia.
• Las indicaciones de advertencia del sistema AWS requieren que el conductor presione el botón de confirmación. En un tren suburbano congestionado, un conductor puede circular todo el día con precaución, confirmando cientos de indicaciones de advertencia del AWS. Confirmar continuamente estas indicaciones puede provocar que el conductor no tome las medidas adecuadas, lo que ha dado lugar a varios accidentes mortales .
• Es posible que el sistema AWS presente una falla en el lado incorrecto y que el conductor no reciba ninguna indicación o reciba una indicación clara en lugar de una advertencia. El manual señala que "el sistema AWS no exime al conductor de la responsabilidad de observar y obedecer las señales e indicadores de la vía". ^{[ 1 ]}
• Tampoco existe un tratamiento especial para las señales de parada. Un conductor puede seguir ignorando una señal de parada (SPAD) si reconoce la indicación de advertencia del sistema de alerta de tráfico aéreo (AWS ). Otros sistemas de protección, como el Sistema de Protección y Advertencia de Trenes (TPWS) , pueden superar esta limitación.

Los primeros dispositivos utilizaban una conexión mecánica entre la señal y la locomotora. En 1840, el maquinista Edward Bury experimentó con un sistema en el que una palanca a nivel de la vía, conectada a la señal, hacía sonar el silbato de la locomotora y encendía una luz roja montada en la cabina. Diez años después, el coronel William Yolland de la Inspección Ferroviaria solicitaba un sistema que no solo alertara al conductor, sino que también aplicara automáticamente los frenos cuando las señales se sobrepasaban en peligro, pero no se encontró ningún método satisfactorio para lograrlo. ^{[ 2 ]}

En 1873, la patente británica n.º 3286 fue concedida a Charles Davidson y Charles Duffy Williams por un sistema en el que, si una señal se pasaba en peligro, una palanca junto a la vía accionaba el silbato de la locomotora, aplicaba el freno, cortaba el vapor y alertaba al guarda. ^{[ 3 ]} Le siguieron numerosas patentes similares, pero todas presentaban la misma desventaja: no podían utilizarse a velocidades más altas por riesgo de dañar el mecanismo, y no llegaron a buen puerto. En Alemania, el sistema Kofler utilizaba brazos que sobresalían de los postes de señalización para accionar un par de palancas, una que representaba la precaución y la otra la parada , montadas en el techo de la cabina de la locomotora. Para solucionar el problema del funcionamiento a alta velocidad, el soporte con resorte de las palancas estaba conectado directamente a la caja del eje de la locomotora para garantizar una alineación correcta. ^{[ 4 ]} Cuando se electrificó el S-Bahn de Berlín en 1929, se instaló simultáneamente una evolución de este sistema, con las palancas de contacto trasladadas de los techos a los laterales de los trenes.

El primer dispositivo útil fue inventado por Vincent Raven de la North Eastern Railway en 1895, con la patente número 23384. Si bien este solo proporcionaba una advertencia sonora, sí indicaba al conductor cuándo se configuraban las agujas para una ruta divergente. Para 1909, la compañía lo había instalado en aproximadamente 160 kilómetros de vía. En 1907, Frank Wyatt Prentice patentó un sistema de señalización por radio que utilizaba un cable continuo tendido entre los rieles, energizado por un generador de chispas para transmitir " ondas hertzianas " a la locomotora. Cuando las ondas eléctricas estaban activas, hacían que las limaduras metálicas en un cohesor de la locomotora se agruparan y permitieran el paso de la corriente de una batería. La señal se desactivaba si el bloqueo no estaba "libre"; no pasaba corriente a través del cohesor y un relé cambiaba una luz blanca o verde en la cabina a roja y aplicaba los frenos. ^{[ 5 ]} El ferrocarril London & South Western Railway instaló el sistema en su ramal de Hampton Court en 1911, pero poco después lo retiró cuando la línea fue electrificada . ^{[ 6 ]}

El primer sistema que se utilizó ampliamente fue desarrollado en 1905 por la Great Western Railway (GWR) y estaba protegido por las patentes británicas 12661 y 25955. Sus ventajas con respecto a los sistemas anteriores eran que podía utilizarse a alta velocidad y que emitía una señal sonora de confirmación en la cabina cuando se pasaba una señal sin obstáculos.

En la versión final del sistema GWR, las locomotoras estaban equipadas con una válvula accionada por solenoide en la tubería de vacío del tren, mantenida en posición cerrada por una batería. En cada señal lejana, se colocaba una rampa larga entre los rieles. Esta rampa consistía en una hoja metálica recta colocada de canto, casi paralela a la dirección de la marcha (la hoja estaba ligeramente desviada de la posición paralela para que, en su posición fija, no desgastara las zapatas de contacto de las locomotoras), montada sobre un soporte de madera. Cuando la locomotora pasaba por la rampa, una zapata de contacto con resorte debajo de la locomotora se levantaba y se interrumpía el circuito de la batería que mantenía cerrada la válvula de freno. En caso de una señal libre, la corriente de una batería junto a la vía que alimentaba la rampa (pero con polaridad opuesta) pasaba a la locomotora a través del contacto y mantenía la válvula de freno en posición cerrada, mientras que la corriente de polaridad invertida hacía sonar una campana en la cabina. Para asegurar que el mecanismo tuviera tiempo de actuar cuando la locomotora viajaba a alta velocidad, y por lo tanto la corriente externa se suministraba solo por un instante, un relé de liberación lenta extendía el período de funcionamiento y complementaba la alimentación externa con corriente de la batería de la locomotora. Cada señal de distancia tenía su propia batería, que funcionaba a 12,5  V o más; se consideró que la resistencia si la alimentación provenía directamente de la caja de control era demasiado alta (el equipo de la locomotora requería 500 mA ). En su lugar, un circuito de 3 V desde un interruptor en la caja de control accionaba un relé.  en la caja de baterías. Cuando la señal estaba en 'precaución' o 'peligro', la batería de la rampa se desconectaba y, por lo tanto, no podía reemplazar la corriente de la batería de la locomotora: entonces se liberaba el solenoide de la válvula de freno, lo que permitía la entrada de aire a la tubería de vacío del tren a través de una sirena que proporcionaba una advertencia audible, además de aplicar lentamente los frenos del tren. Se esperaba entonces que el conductor cancelara la advertencia (restableciendo el sistema a su estado normal) y aplicara los frenos bajo su propio control; si no lo hacía, el solenoide de la válvula de freno permanecía abierto, lo que provocaba la pérdida de todo el vacío y la aplicación total de los frenos después de unos 15 segundos. La advertencia se cancelaba cuando el conductor presionaba una palanca de palanca con resorte en el aparato ATC en la cabina; la llave y el circuito estaban dispuestos de manera que era el retorno de la palanca a su posición normal después de ser presionada, y no la presión de la palanca, lo que reiniciaba el sistema; esto era para evitar que el sistema fuera anulado por conductores que atascaran la palanca en la posición inferior o que la palanca se quedara atascada accidentalmente en dicha posición. En condiciones normales de uso, la batería de la locomotora estaba sujeta a una descarga constante que mantenía cerrada la válvula en la tubería de vacío del tren; por lo tanto, para minimizar esto, se incorporó un interruptor de corte automático que desconectaba la batería cuando la locomotora no estaba en uso y el vacío en la tubería del tren había disminuido. ^{[ 7 ]}

Era posible que las locomotoras GWR especialmente equipadas operaran en líneas compartidas electrificadas mediante el principio del tercer riel ( Smithfield Market , Paddington Suburban y Addison Road ). A la entrada de los tramos electrificados, una rampa de contacto particular de gran tamaño ( 4 + 1/2 pulg . [110 mm] en lugar de las habituales 2 + 1/2 pulg . [64 mm ] ) elevaba la zapata de contacto de la locomotora hasta que se acoplaba con un trinquete en el bastidor. Una rampa elevada correspondiente al final del tramo electrificado liberaba el trinquete. Sin embargo, se descubrió que la fuerte corriente de tracción podía interferir con el funcionamiento fiable del equipo a bordo al recorrer estas rutas, y fue por esta razón que, en 1949, el sistema GWR, por lo demás "bien probado", no fue seleccionado como estándar nacional (véase más adelante). ^{[ 7 ] [ 8 ]}      

A pesar del gran esfuerzo que suponía el mantenimiento de las baterías de las vías y las locomotoras, la GWR instaló el equipo en todas sus líneas principales. Durante muchos años, las locomotoras de la Región Oeste (sucesora de la GWR) estuvieron equipadas con los sistemas GWR ATC y BR AWS.

En la década de 1930, otras compañías ferroviarias, presionadas por el Ministerio de Transporte , consideraban sistemas propios. Se prefería un método sin contacto basado en la inducción magnética para eliminar los problemas causados ​​por la nieve y el desgaste diario de los contactos que se habían detectado en los sistemas existentes. El sistema Strowger-Hudd de Alfred Ernest Hudd ( c. 1883-1958 ) utilizaba un par de imanes, uno permanente y otro electroimán, que actuaban en secuencia al pasar el tren sobre ellos. Hudd patentó su invento y lo ofreció para su desarrollo a la Automatic Telephone Manufacturing Company de Liverpool (una filial de la Strowger Automatic Telephone Exchange Company de Chicago, Illinois). ^{[ 9 ] [ 10 ]} Fue probado por la Southern Railway , la London & North Eastern Railway y la London, Midland & Scottish Railway, pero estas pruebas no llegaron a buen puerto. 

En 1947, Hudd, que trabajaba para la LMS, equipó la línea London, Tilbury and Southend , una división de la LMS, con su sistema. ^{[ 11 ]} Tras la nacionalización de los ferrocarriles británicos y la creación de British Railways (BR) en 1948, continuaron los trabajos experimentales. Se formuló el requisito de una solución AWS estandarizada que fuera adecuada para su implementación en todas las partes de la red ferroviaria británica, que funcionara en todas las condiciones climáticas y que trabajara con todas las formas de señalización y tracción en uso en ese momento, incluidas las líneas electrificadas. ^{[ 11 ]} Como parte del "Plan de Modernización" publicado en diciembre de 1954, la British Transport Commission (BTC) asignó 20 millones de libras esterlinas al desarrollo de AWS, con la intención de que se implementara en la totalidad de media docena de rutas principales entre 1957 y 1962. ^{[ 11 ]}

BR no adoptó el sistema Strowger-Hudd sin modificaciones; en cambio, el mecanismo fue rediseñado para incorporar una indicación visual en la cabina que mostraba el aspecto de la última señal pasada. ^{[ 11 ]} Durante 1956, el Ministerio de Transporte evaluó los sistemas GWR, LTS y BR, tras lo cual seleccionó el desarrollado por BR como estándar para los ferrocarriles británicos. Esta decisión se tomó en respuesta al accidente de Harrow & Wealdstone en 1952. ^{[ 8 ]} A mediados de 1959, el sistema AWS se había desplegado parcialmente, entrando en funcionamiento entre Kings Cross y York, Euston y Rugby, y Edimburgo y Glasgow. ^{[ 11 ]}

Posteriormente, AWS se amplió para dar advertencias sobre; ^{[ 12 ]}

• Una señal luminosa de color que muestra un color amarillo doble (fijo o intermitente), amarillo simple o rojo.
• Una reducción de la velocidad permitida
• Una restricción de velocidad temporal o de emergencia
• Un paso a nivel con barrera automática monitoreada localmente (ABCL), un paso a nivel abierto automático monitoreado localmente (AOCL) o un paso a nivel abierto (OC).

AWS se basó en un sistema de 1930 desarrollado por Alfred Ernest Hudd ^{[ 9 ]} y comercializado como el sistema "Strowger-Hudd". Un sistema de contacto anterior, instalado en el Great Western Railway desde 1906 y conocido como control automático de trenes (ATC), fue reemplazado gradualmente por AWS dentro de la Región Occidental de British Railways .

• Desde 1971, se instaló un imán permanente AWS delante del indicador de advertencia cuando la velocidad permitida de una línea disminuyó en más de un tercio. ^{[ 14 ]} Esta fue una recomendación de la investigación sobre el descarrilamiento en Morpeth el 7 de mayo de 1969.
• A partir de 1977, se instaló un imán permanente AWS portátil delante del panel de advertencia en la aproximación a las restricciones temporales de velocidad (RTV). Esta fue una recomendación de la investigación sobre el descarrilamiento ocurrido en Nuneaton el 6 de junio de 1975, que tuvo lugar cuando el conductor no vio un panel de advertencia de RTV debido a que sus luces estaban apagadas.
• Desde 1990, se instalaron imanes permanentes AWS justo antes de ciertas señales de parada de "alto riesgo", como medida de mitigación de SPAD . Este imán AWS adicional se desactivaba cuando la señal asociada mostraba un aspecto de "proceder". Desde la introducción del Sistema de Protección y Advertencia de Trenes (TPWS), ya no se utiliza AWS para este propósito. ^{[ 15 ] [ 16 ]} También se utilizaban indicadores SPAD .

• Dymond, AWJ (1948), "Cuarenta años de control automático de trenes: el sistema Great Western", Journal of the Institution of Locomotive Engineers , 39 (207), Institution of Civil Engineers : 3–52 , doi : 10.1243/JILE_PROC_1949_039_007_02
• Currey, JH (1959), "Control automático de trenes: el sistema ferroviario británico", Journal of the Institution of Locomotive Engineers , 49 (267), Institution of Civil Engineers: 104–126 , doi : 10.1243/JILE_PROC_1959_049_013_02
• Vanns, Michael A. (1997), Historia ilustrada de la señalización , Ian Allan Publishing , ISBN 0-7110-2551-7
• Simmons, Jack; Biddle, Gordon (1997), The Oxford Companion to British Railway History , Oxford University Press , ISBN 0-19-211697-5
• Spowart, FM (marzo de 2015). "Sistema AWS: introducción, diseño, instalación y pruebas" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 31 de diciembre de 2016. Consultado el 1 de enero de 2018 .