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Transmisión voie-machine

Marcador de Bloque TVM. Esta señal marca el final de cada sección de bloque en las líneas de alta velocidad señalizadas con el sistema de señalización en cabina TVM. La transmis...

Marcador de Bloque TVM. Esta señal marca el final de cada sección de bloque en las líneas de alta velocidad señalizadas con el sistema de señalización en cabina TVM.

La transmisión de vía a tren ( en francés: [ tʁɑ̃smisjɔ̃ vwamaʃin ] ; TVM; 'transmisión de vía a tren') es una forma de señalización en cabina que se implementó originalmente en Francia y se utiliza principalmente enlíneas ferroviarias de alta velocidad . La TVM-300 fue la primera versión, seguida de la TVM-430 .

El TVM-300 se desarrolló en la década de 1970 como parte del proyecto TGV . A velocidades superiores a 220 kilómetros por hora, los trenes TGV solo circulan por vías exclusivas denominadas lignes à grande vitesse (LGV). Al viajar a alta velocidad, el conductor no puede ver con precisión las señales luminosas de señalización ferroviaria situadas junto a la vía. La información de señalización se transmite al tren y se muestra en el panel de control del conductor. Al conductor se le indica la velocidad de operación segura, medida en kilómetros por hora .

El sistema TVM-430, desarrollado en la década de 1980, proporciona más información que los sistemas de señalización tradicionales, incluyendo perfiles de pendiente de la vía e información sobre el estado de los bloqueos de señalización más adelante. Este alto grado de automatización no elimina el control del tren por parte del maquinista, aunque existen mecanismos de seguridad especiales que pueden detener el tren de forma segura en caso de error del conductor.

Fondo

Historia

El sistema TVM fue desarrollado por el grupo francés Compagnie de Signaux et d'Entreprises Electriques (CSEE), que ahora forma parte de Hitachi Rail STS .

En la red LGV se utilizan dos versiones del sistema de señalización TVM: TVM-430 y TVM-300. El TVM-430, un sistema más reciente, se instaló inicialmente en la línea LGV Nord que conecta con el Túnel del Canal de la Mancha y Bélgica, y proporciona a los trenes más información que el TVM-300. Entre otras ventajas, el TVM-430 permite que el sistema informático de a bordo genere una curva de control de velocidad continua en caso de activación del freno de emergencia, obligando así al conductor a reducir la velocidad de forma segura sin soltar el freno. El TVM-430 también se utiliza en la red KTX de Corea del Sur, lo que optimiza aún más las operaciones ferroviarias de alta velocidad en la región.

El TVM-430 se presentó dentro de una gama de niveles de sistema de señalización "modular y flexible" que abarca desde el TVM-400 hasta el TVM-440 (control automático de trenes opcional) y el TVM-450 (control totalmente autónomo). [ 1 ] [ 2 ]

Implementación

La línea está dividida en secciones de bloqueo de señales de aproximadamente 1500  metros (~1  milla), cuyos límites están indicados por señales cuadradas azules con un triángulo amarillo sobre fondo blanco. Una pantalla digital en el tablero del conductor muestra la velocidad máxima permitida para el bloqueo actual del tren, así como una velocidad objetivo basada en el estado de la línea. La velocidad máxima permitida se basa en factores como la proximidad de los trenes que le preceden (con velocidades máximas permitidas que disminuyen progresivamente en los bloqueos más cercanos a la parte trasera del siguiente tren), la ubicación de los cruces , las restricciones de velocidad, la velocidad máxima del tren y la distancia desde el final de la ruta LGV. Los trenes a alta velocidad tardan varios kilómetros en detenerse. Dado que los trenes requerirán más de un bloqueo de señales para reducir la velocidad, los conductores reciben una alerta para reducirla gradualmente, varios bloqueos antes de cualquier parada necesaria.

El sistema de señalización es permisivo; el conductor de un tren puede entrar en una sección de bloqueo ocupada sin necesidad de autorización previa. La velocidad en esta situación está limitada a 30  kilómetros por hora (19  mph) y, si supera los 35  km/h (22  mph), se aplica el freno de emergencia y el tren se detiene. Si el letrero que marca la entrada a la sección de bloqueo lleva la inscripción Nf, la sección no es permisiva y el conductor debe obtener autorización del Centro de Señalización y Control ( Poste d'Aiguillage et de Régulation ) antes de entrar. Una vez establecida la ruta o concedida la autorización por el centro de señalización, se enciende una luz blanca debajo del letrero para informar al conductor. Este confirma la autorización mediante un botón en el panel de control del tren. Esto desactiva temporalmente el sistema de frenado de emergencia, que de otro modo detendría el tren al pasar el bucle de tierra del marcador no permisivo.

Cuando los trenes entran o salen de la LGV desde líneas clásicas , pasan por un bucle de tierra que cambia automáticamente los indicadores del tablero del conductor al sistema de señalización correspondiente. Por ejemplo, un tren que sale de la LGV hacia una línea clásica francesa tendría desactivado su sistema de señalización TVM y activado su sistema tradicional KVB (Control de Velocidad por Baliza ).

Electrónica

Es uno de los sistemas de señalización ferroviaria más avanzados del mundo, aunque su implementación todavía se basa en relés en lugar de electrónica de estado sólido.

El sistema TVM-430 consta de dos componentes: uno terrestre y otro a bordo del tren. Ambos funcionan con procesadores Motorola 68020 y están programados en Ada , un lenguaje de programación utilizado frecuentemente en sistemas críticos para la seguridad . El sistema utiliza ampliamente la redundancia .

El segmento terrestre del TVM-430 reside en cajas junto a la vía, que controlan tramos de vía de aproximadamente 15  km (9,3  millas) de longitud. Cada una está conectada al centro de control de tráfico centralizado de la línea y controla directamente unos diez bloques de vía, cada uno con su propio circuito de vía . La información de señalización se codifica en señales de CA que se introducen en los raíles de cada bloque. El TVM-430 dispone de cuatro frecuencias portadoras diferentes que se utilizan alternativamente en pares en ambas vías de la línea TGV. En una vía, los bloques utilizan alternativamente 1700 Hz y 2300 Hz, mientras que en la otra vía utilizan alternativamente 2000 Hz y 2600 Hz. Sobre estas frecuencias portadoras se pueden modular 27 frecuencias de audio distintas, cualquier combinación de las cuales puede estar presente a la vez; el TVM-300 anterior utilizaba dieciocho frecuencias distintas, de las cuales solo una podía estar presente en un momento dado. Cada bloque dispone de un receptor en el extremo opuesto al transmisor, y la pérdida de la señal del circuito de vía (debido a un cortocircuito provocado por las ruedas del tren o a una avería) se interpreta como una indicación de que el bloque está ocupado. Los límites de los bloques de señalización están equipados con juntas de separación eléctrica que impiden la interferencia entre bloques adyacentes, permitiendo al mismo tiempo el paso de la corriente de retorno de tracción (a 50 Hz). Estos circuitos de vía se denominan circuito de vía UM71 C.      

Las señales presentes en la vía son detectadas por antenas instaladas bajo el faldón delantero de los trenes TGV, aproximadamente a 1  metro (3  pies) delante del eje delantero . Estas antenas funcionan mediante acoplamiento inductivo a la señal de corriente alterna que circula entre los raíles por el primer eje. Cada tren cuenta con cuatro antenas redundantes, dos en cada extremo. Solo se utilizan las dos situadas en la parte delantera del tren (en el sentido de la marcha). La señal procedente del circuito de vía se filtra, acondiciona y decodifica a bordo del tren mediante dos procesadores de señal digital redundantes.

Interfaz de radio

Señal continua

Para la señal continua se aplica un filtro de paso de banda analógico para aislar el rango de frecuencias TVM entre 1600 y 2640  Hz. [ 3 ] Dentro de este rango, cada una de las cuatro frecuencias portadoras de 1700/2000/2300/2600  Hz se prueba para detectar la presencia de una  señal modulada en frecuencia de 25,68 Hz. Esta  señal es necesaria para el funcionamiento del circuito de vía y para la activación de relés dentro del equipo TVM430 del tren. Los bits de datos se modulan en frecuencia a  intervalos de 0,64 Hz entre 0,88  Hz y 17,52  Hz. [ 4 ]

Señal intermitente

En ubicaciones fijas se utilizan bucles de cable entre las vías.  Se transmite una señal de referencia de 62,5 kHz, junto con dos  frecuencias portadoras de 125 kHz, desfasadas entre sí. [ 4 ] Se transmite un mensaje de 4800 baudios [ 4 ] utilizando saltos de fase. [ 3 ]

Código de red

El código de red se almacena en los bits 25–27, dando un valor entre 1–7. [ 5 ]

LGV Nord

Nueve bits contienen el código de identificación de red y la suma de verificación. El significado exacto de los 18 bits restantes depende del código de red particular y se conoce como "parametrización". Para el primer despliegue en LGV Nord , se asignan 8 bits para la información de velocidad, 6 bits para la longitud del bloque actual y 4 bits para el gradiente del bloque actual: [ 3 ]

Codificación

La señal decodificada adopta la forma de una palabra digital de 27 bits, donde cada bit corresponde a una de las 27 frecuencias moduladas sobre la frecuencia portadora en los circuitos de la vía. La presencia de una frecuencia determinada indica un bit "1" y su ausencia corresponde a un bit "0". La palabra resultante contiene varios campos, en el siguiente orden:

  • Los códigos de velocidad contienen tres datos: la velocidad máxima segura actual en el tramo, la velocidad objetivo al final del tramo y la velocidad objetivo al final del siguiente tramo. Cada uno de estos valores puede tomar seis valores diferentes; en el caso de una línea de alta velocidad, estos son (en km/h) 320, 300, 270, 230, 170, 80 y 0, que corresponden aproximadamente a un perfil típico de frenado y desaceleración.
  • Información sobre la pendiente , promediada a lo largo del tramo. Esto permite que los ordenadores de señalización del tren la tengan en cuenta en los cálculos de velocidad.
  • La longitud de los bloques , que puede variar bastante, también es importante en los cálculos de velocidad. Por ejemplo, en un tramo llano de vía de alta velocidad, un bloque puede tener hasta 1500  metros de longitud, mientras que en las zonas terminales del Túnel del Canal de la Mancha , los bloques miden una décima parte de esa longitud.
  • El código de red es un número que determina la interpretación de los códigos de velocidad que debe recibir el ordenador del tren. Por ejemplo, en las líneas de alta velocidad, donde la velocidad máxima permitida es de 300  km/h (186  mph), se utiliza un código de red diferente al del Túnel del Canal de la Mancha, donde el límite de velocidad es de 160  km/h (100  mph). Los trenes Eurostar necesitan esta información, ya que circulan tanto por vías de alta velocidad como por el túnel.
  • Código de verificación de errores que permite comprobar la integridad de la palabra completa de 27 bits en caso de que la información se haya leído incorrectamente. Esto permite corregir y detectar errores en la mayoría de los casos. El código consiste en una comprobación de redundancia cíclica (CRC) de 6 bits.

Estos 27  bits de información se utilizan como entrada para la computadora de señalización del tren, la parte integrada del sistema TVM-430. En versiones anteriores de TVM, la velocidad objetivo se actualizaba solo en cada límite de bloque, lo que generaba un perfil de velocidad escalonado que no reflejaba los cambios continuos de velocidad que realizaba el conductor. Sin embargo, con la información adicional de la longitud y el perfil del bloque, TVM-430 puede generar una velocidad objetivo que varía continuamente mediante cálculos realizados en la computadora de señalización integrada, lo que proporciona un perfil de velocidad mucho más realista de aceleración o desaceleración continua que el conductor debe seguir.

Además del control continuo de velocidad que ofrece el TVM-430, se pueden transmitir instrucciones individuales al tren mediante bucles inductivos ubicados entre los rieles, que se acoplan a un sensor correspondiente debajo del tren. Utilizando el mismo principio de codificación de frecuencia,  se pueden recuperar 28 bits de información de una baliza, a velocidades de hasta 400  kilómetros por hora (250  mph). Estos bucles vienen en dos longitudes, según la velocidad de la línea: 7  metros y 4,5 metros. Se denominan bucles de transmisión intermitente (ITL) BSP ( boucle à saut de phase ). Constan de dos semibucles que, en conjunto, transmiten el mensaje mediante una  frecuencia de 125 kHz, desfasada con una  frecuencia portadora de 62,5 kHz. La información transmitida se refiere a diversos eventos o acciones requeridas.

Vigilancia

Una «caja negra», similar a la grabadora de datos de vuelo de un avión , supervisa pasivamente todo el proceso, monitorizando diversos parámetros y registrando los eventos. En los trenes equipados con TVM-430, el antiguo sistema de grabación en papel se ha sustituido por el sistema de grabación digital ATESS. Cada acción del conductor (acelerador, frenos, pantógrafos), así como los aspectos de señalización (para TVM-430, KVB y señales convencionales), se graban en cinta magnética para su posterior análisis mediante un ordenador.

Otro sistema, conocido como VACMA , supervisa el estado de alerta del conductor. Consiste en un pedal que el conductor debe mantener presionado para que el TGV se mueva. Este pedal debe soltarse y volver a presionarse una vez cada 60 segundos si no se realiza ninguna otra actividad. Hay un lapso de tiempo antes de que suene una alarma y otro lapso de tiempo antes de que se activen los frenos de emergencia automáticos. El control puede soltarse durante un lapso muy breve antes de que suene la alarma y otro lapso muy breve antes de que se activen los frenos de emergencia automáticos.

Exceso de velocidad

Se contempla un pequeño margen de seguridad antes de que se apliquen los frenos de emergencia del tren. A velocidades inferiores a 80  km/h, este margen es de cinco kilómetros por hora. A velocidades nominales de entre 80 y 160  km/h, la tolerancia es de diez kilómetros por hora, y a velocidades superiores a 160  km/h, de quince kilómetros por hora.

Pantalla de cabina

En el centro del escritorio del conductor en la cabina de un TGV, justo debajo del parabrisas, hay una fila doble o triple de indicadores cuadrados. Aquí se muestran al conductor las velocidades objetivo para el bloque actual y los siguientes, en forma de números (en kilómetros por hora) sobre un fondo codificado por colores. La velocidad máxima se indica con números negros sobre fondo verde, mientras que las velocidades más bajas se indican con números blancos sobre fondo negro y la parada completa se indica como "000" sobre fondo rojo. Debajo de esta pantalla se encuentra el velocímetro , donde se indica la velocidad objetivo, que varía continuamente, así como la velocidad actual. La velocidad se mide mediante los tacómetros redundantes del tren con una precisión de ±2%. La variación permitida entre la velocidad objetivo y la velocidad real depende de la velocidad.

Todas las pantallas de señalización en cabina deben ser muy fiables, ya que son fundamentales para la seguridad. Cuentan con sensores de posición basados ​​en relés que envían información al ordenador de señalización sobre el aspecto actual que se muestra al conductor. Si se produce un fallo en la unidad de visualización, se toman las medidas necesarias para detener el tren.

Para reducir el estrés del conductor, la velocidad se muestra en varias secciones por delante del tren. Cuando una sección va seguida de otra con una velocidad más restrictiva (más lenta), la pantalla de esa sección parpadea para que el conductor pueda anticipar mejor el cambio de velocidad sin soltar el freno. Las indicaciones de velocidad restrictiva solo se actualizan al llegar a los límites de las secciones, excepto en casos de emergencia. Estas indicaciones van acompañadas de una señal acústica en la cabina. Sin embargo, las restricciones pueden eliminarse en cualquier momento dentro de una sección.

El sistema TVM-430 incorpora una amplia redundancia, lo que podría llevar a preguntarse por qué no se utiliza para controlar el tren directamente. Sin embargo, dada la falta de adaptabilidad del sistema a situaciones imprevistas, se considera conveniente mantener la intervención humana . Por lo tanto, la conducción de un TGV se realiza completamente de forma manual, pero el sistema de señalización supervisa atentamente para garantizar la máxima seguridad.

Otros sistemas de señalización

El sistema TVM se utiliza únicamente en las líneas de alta velocidad y en el Túnel del Canal de la Mancha . Fuera de las líneas de alta velocidad, se utilizan otros sistemas de señalización. Todos los trenes TGV están equipados con el KVB ( Control de Velocidad por Baliza ), que se utiliza en toda la red de la línea clásica francesa . Además del TVM, se utilizan los siguientes sistemas en diversas combinaciones:

  • KVB , el sistema de señalización francés (electromecánico con radiobalizas).
  • ATB , el sistema de señalización holandés (basado en inducción)
  • ATB-NG es una versión más reciente de ATB (basada en balizas).
  • ATC, el sistema de señalización japonés (basado en inducción)
  • Blocco Automatico a Correnti Codificate , el sistema de protección italiano basado en inducción utilizado en algunas líneas con límites de velocidad superiores a 200 km/h.
  • MEMOR , el sistema de señalización belga (electromecánico)
  • TBL , una versión más reciente de MEMOR (electromecánico con radiobalizas).
  • InduSi/PZB, el sistema de señalización alemán (basado en inducción).
  • LZB , el sistema alemán para líneas de alta velocidad (también basado en inducción).
  • AWS , el sistema de señalización británico (basado en inducción)
  • TPWS , el sistema de alerta que complementa a AWS
  • ETCS , el Sistema Europeo de Control de Trenes, es un sistema de señalización y control diseñado para sustituir los 14 sistemas de seguridad incompatibles que utilizan actualmente los ferrocarriles europeos, especialmente en las líneas de alta velocidad.
  • Integra-Signum, el sistema de señalización suizo basado en inducción.
  • CAWS , un sistema de señalización en cabina similar al que se utiliza en Irlanda.

Véase también

Notas y referencias

Este artículo se basó originalmente en material de TGVweb, que está bajo la licencia GFDL .
  1. "Sympozjum CS Transport w CNTK" (en polaco). Archivado del original el 26-06-2018 . Recuperado el 18-05-2009 .
  2. Gruere, Y (1989). "TVM 400: un sistema ATC modular y flexible".{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )
  3. 1 2 3 SNCF (mayo de 1991). "Control de trenes en los ferrocarriles franceses" (PDF) . Figura 6: TGV Norte.
  4. 1 2 3 Eurotúnel (16 de enero de 2009). "§3.2 – Señalización". Lista de normas y especificaciones técnicas contenidas en los acuerdos específicos del Túnel del Canal notificados en virtud del artículo 7.4.1 de la TSI SRT (PDF) (Informe). Unión Europea. pág. 5 §3.2.3. Archivado del original (PDF) el 7 de febrero de 2014. Recuperado el 6 de abril de 2012 .
  5. «Valeurs des bits du mot» (PDF) . Estudio de la transmisión Voie-Machine . 4 de diciembre de 2010. págs. 14 a 16. Archivado desde el original (PDF) el 1 de abril de 2016 . Consultado el 6 de abril de 2012 . 
  6. ^ "Système de signalisation de classe B : Transmission Voie Machine (TVM 430 et bi-standard ERTMS/TVM) Équipement bord - SAM S 706" (PDF) (en francés). Establecimiento público de seguridad ferroviaria. 25 de abril de 2016. págs. 72– 73. Archivado desde el original (PDF) el 6 de octubre de 2021 . Consultado el 27 de noviembre de 2022 .  
  • Kitchenside, G.; Williams, A. (1998). Dos siglos de señalización ferroviaria . Oxford Publishing Co. pp. 215–220 . ISBN  0-86093-541-8.
  • Dirección de Seguridad y Normas (1996). Apéndice C: Ilustración de la aplicación a la señalización de cabina del Eurotúnel (PDF) . GK/RT0036: Transición entre sistemas de señalización en la vía y otros sistemas de control de trenes (Informe). Norma del Grupo Ferroviario. Londres: Railtrack PLC. págs. 10–12 . Archivado del original (PDF) el 17 de julio de 2011. Recuperado el 15 de diciembre de 2008 . 
  • Señalización LGV