Control automático de trenes

Clase de sistemas de protección de trenes para ferrocarriles

Indicador de señalización de cabina ATC de estilo japonés

El control automático de trenes ( ATC ) es una clase general de sistemas de protección de trenes para ferrocarriles que implica un mecanismo de control de velocidad en respuesta a entradas externas. Por ejemplo, un sistema podría efectuar una aplicación de freno de emergencia si el conductor no reacciona a una señal de peligro. Los sistemas ATC tienden a integrar varias tecnologías de señalización de cabina y utilizan patrones de desaceleración más granulares en lugar de las paradas rígidas que se encuentran con la antigua tecnología de parada automática de trenes (ATS). El ATC también se puede utilizar con la operación automática de trenes (ATO) y generalmente se considera la parte crítica para la seguridad de un sistema ferroviario.

A lo largo del tiempo se han utilizado numerosos sistemas de seguridad a los que se ha denominado "control automático de trenes". El primer aparato experimental fue instalado en la línea secundaria de Henley en enero de 1906 por Great Western Railway , [1] [2] aunque ahora se denominaría sistema de advertencia automático (AWS) porque el conductor conservaba el control total del frenado. El término es especialmente común en Japón , donde el ATC se utiliza en todas las líneas de Shinkansen (tren bala) y en algunas líneas de ferrocarril y metro convencionales, como reemplazo del ATS.

África

Egipto

El informe del accidente de Qalyoub de 2006 menciona un sistema ATC. [3]

Sudáfrica

En 2017, se contrató a Huawei para instalar GSM-R en parte para proporcionar servicios de comunicación a los sistemas de protección automática de trenes. [4]

Asia

Japón

En Japón, el sistema de Control Automático de Trenes (ATC) fue desarrollado para trenes de alta velocidad como el Shinkansen , que viajan tan rápido que el conductor casi no tiene tiempo para reconocer las señales de la vía. Aunque el sistema ATC envía señales AF que llevan información sobre el límite de velocidad para la sección de vía específica a lo largo del circuito de vías . Cuando estas señales se reciben a bordo, la velocidad actual del tren se compara con el límite de velocidad y los frenos se aplican automáticamente si el tren viaja demasiado rápido. Los frenos se liberan tan pronto como el tren reduce la velocidad por debajo del límite de velocidad. Este sistema ofrece un mayor grado de seguridad, evitando colisiones que podrían ser causadas por un error del conductor, por lo que también se ha instalado en líneas muy utilizadas, como la línea Yamanote de Tokio y algunas líneas de metro. [5]

Aunque el ATC aplica los frenos automáticamente cuando la velocidad del tren excede el límite de velocidad, no puede controlar la potencia del motor ni la posición de parada del tren al entrar en las estaciones. Sin embargo, el sistema de operación automática de trenes (ATO) puede controlar automáticamente la salida de las estaciones, la velocidad entre estaciones y la posición de parada en las estaciones. Se ha instalado en algunos subterráneos. [5]

Sin embargo, el ATC tiene tres desventajas. En primer lugar, no se puede aumentar la distancia entre el momento en que se liberan los frenos a un límite de velocidad y se aplican los frenos al siguiente límite de velocidad más lento. En segundo lugar, los frenos se aplican cuando el tren alcanza la velocidad máxima, lo que significa una menor comodidad de conducción. En tercer lugar, si el operador desea que circulen trenes más rápidos por la línea, primero debe cambiar todos los equipos relacionados a bordo y en la vía. [5]

ATC analógico

Velocímetro en la cabina del conductor de una serie 0, que muestra las luces de la cabina ATC en la parte superior de los indicadores de velocidad

Se han utilizado los siguientes sistemas analógicos:

Control automático de tráfico digital

Indicador D-ATC utilizado en los trenes de la serie E233

El sistema ATC digital utiliza los circuitos de vía para detectar la presencia de un tren en la sección y luego transmite datos digitales desde el equipo de vía al tren sobre los números de circuito de vía, el número de secciones libres (circuitos de vía) para el próximo tren por delante y la plataforma a la que llegará el tren. Los datos recibidos se comparan con los datos sobre los números de circuito de vía guardados en la memoria de a bordo del tren y se calcula la distancia hasta el próximo tren por delante. La memoria de a bordo también guarda datos sobre las pendientes de la vía y los límites de velocidad en curvas y puntos. Todos estos datos forman la base para las decisiones del ATC al controlar los frenos de servicio y detener el tren. [5]

En un sistema ATC digital, el patrón de circulación determina la curva de frenado para detener el tren antes de que entre en la siguiente sección de vía ocupada por otro tren. Suena una alarma cuando el tren se acerca al patrón de frenado y se aplican los frenos cuando se excede el patrón de frenado. Los frenos se aplican primero suavemente para garantizar un mejor confort de marcha y luego con más fuerza hasta que se alcanza la desaceleración óptima. Los frenos se aplican más suavemente cuando la velocidad del tren desciende a una velocidad establecida por debajo del límite de velocidad. Al regular la fuerza de frenado de esta manera, el tren puede desacelerar de acuerdo con el patrón de frenado, al tiempo que se garantiza el confort de marcha. [5]

También existe un patrón de frenado de emergencia fuera del patrón de frenado normal y el sistema ATC aplica los frenos de emergencia si la velocidad del tren excede este patrón de frenado de emergencia. [5]

El sistema ATC digital tiene una serie de ventajas:

  • El uso del control de freno de un solo paso permite operaciones de alta densidad porque no hay tiempo de funcionamiento en vacío debido al retraso de operación entre la liberación del freno en la etapa de límite de velocidad intermedia.
  • Los trenes pueden circular a la velocidad óptima sin necesidad de iniciar una desaceleración anticipada, ya que se pueden crear patrones de frenado para cualquier tipo de material rodante en función de los datos del equipo de vía que indica la distancia hasta el siguiente tren. Esto hace posible la operación mixta de trenes exprés, locales y de mercancías en la misma vía a la velocidad óptima.
  • No será necesario cambiar el equipo ATC de vía cuando circulen trenes más rápidos en el futuro. [5]

Hasta la fecha se utilizan los siguientes sistemas ATC digitales:

  • D-ATC : Se utiliza en líneas que no son de alta velocidad en algunas líneas de East Japan Railway Company (JR East). Significa ATC digital. Su principal diferencia con la tecnología ATC analógica más antigua es el cambio del control en tierra al control en el tren, lo que permite que el frenado refleje la capacidad de cada tren y mejora la comodidad y la seguridad. El hecho de que también pueda aumentar las velocidades y proporcionar horarios más densos es importante para los concurridos ferrocarriles de Japón . El primer D-ATC se habilitó en la sección de vía desde la estación Tsurumi hasta la estación Minami-Urawa en la línea Keihin-Tohoku el 21 de diciembre de 2003 después de la conversión de los trenes de la serie 209 allí para admitir D-ATC. La línea Yamanote también fue habilitada para D-ATC en abril de 2005, después de la sustitución de todo el material rodante antiguo de la serie 205 por los nuevos trenes de la serie E231 habilitados para D-ATC. Existen planes para habilitar el D-ATC en el resto de la línea Keihin-Tohoku y la línea Negishi, a la espera de la conversión de los sistemas a bordo y en tierra. El sistema ATC en la línea Toei Shinjuku en uso desde el 14 de mayo de 2005 es muy similar al D-ATC. Desde el 18 de marzo de 2006, el ATC digital también se ha habilitado para el Tōkaidō Shinkansen , el Shinkansen original propiedad de Central Japan Railway Company , reemplazando el antiguo sistema ATC analógico. El D-ATC se utiliza con el THSR 700T construido para el ferrocarril de alta velocidad de Taiwán , que se inauguró a principios de enero de 2007.
  • DS-ATC : implementado en las líneas Shinkansen operadas por JR East . Significa comunicación y control digital para Shinkansen-ATC. Se utiliza en Tōhoku Shinkansen , Hokkaido Shinkansen , Joetsu Shinkansen y Hokuriku Shinkansen .
  • RS-ATC : se utiliza en los trenes bala Tōhoku, Hokkaido, Hokuriku y Jōetsu como un nivel de respaldo del DS-ATC. El RS-ATC es similar en principio al GSM-R en el sentido de que se utilizan señales de radio para controlar el límite de velocidad de los trenes, en comparación con las balizas y/o transpondedores en las vías de otros tipos de ATC.
  • ATC-NS : Utilizado por primera vez en el Tōkaidō Shinkansen desde 2006, el ATC-NS (que significa ATC-New System) es un sistema de control de tráfico aéreo digital basado en DS-ATC. También se utiliza en el ferrocarril de alta velocidad de Taiwán y en el San'yō Shinkansen .
  • KS-ATC : Utilizado en el Kyushu Shinkansen desde 2004. Significa Kyushu Shinkansen-ATC.

Atacantes

ATACS es un sistema ATC de bloque móvil similar al CBTC , desarrollado por RTRI e implementado por primera vez por JR East en la Línea Senseki en 2011, seguida por la Línea Saikyō en 2017, [6] y la Línea Koumi en 2020. [7] Se considera el equivalente japonés al ETCS Nivel 3. [ 8]

Corea del Sur

Varias líneas de metro de Corea del Sur utilizan ATC, en algunos casos mejorado con ATO.

Busán

Todas las líneas utilizan ATC. Todas las líneas están mejoradas con ATO.

Seúl

A excepción de las líneas 1 y 2 (solo vagones MELCO), todas las líneas utilizan ATC. La línea 2 (vagones VVVF), los vagones de la línea 5, los vagones de la línea 6, los vagones de la línea 7 y los vagones de la línea 8 tienen sus sistemas ATC mejorados con ATO.

Europa

Dinamarca

El sistema de ATC de Dinamarca (oficialmente designado ZUB 123 ) es diferente al de sus vecinos. [9] Desde 1978 hasta 1987, el sistema ATC sueco se probó en Dinamarca, y un nuevo sistema ATC diseñado por Siemens se implementó entre 1986 y 1988. Como consecuencia del accidente ferroviario de Sorø , que ocurrió en abril de 1988, el nuevo sistema se instaló progresivamente en todas las líneas principales danesas desde principios de la década de 1990 en adelante. Algunos trenes (como los empleados en el servicio Øresundståg y algunos trenes X 2000 ) tienen tanto el sistema danés como el sueco, [9] mientras que otros (por ejemplo, diez de los trenes ICE-TD ) están equipados con los sistemas danés y alemán. Banedanmark , la empresa de infraestructura ferroviaria danesa, considera que el sistema ZUB 123 está obsoleto y se espera que toda la red ferroviaria danesa se convierta al ETCS Nivel 2 en 2030.

Sin embargo, el sistema ZUB 123 no se utiliza en la red de cercanías del S-train de Copenhague , donde se había utilizado otro sistema de seguridad incompatible llamado HKT (da:Hastighedskontrol og togstop) entre 1975 y 2022, así como en la línea Hornbæk , que utiliza un sistema ATP mucho más simplificado introducido en 2000. Todos los sistemas mencionados anteriormente están siendo reemplazados gradualmente por el estándar de señalización CBTC moderno y mundial a partir de 2024. [10]

Noruega

Bane NOR (la agencia del gobierno noruego para la infraestructura ferroviaria) utiliza el sistema sueco de ATC. Por lo tanto, los trenes generalmente pueden cruzar la frontera sin ser modificados especialmente. [11] Sin embargo, a diferencia de Suecia, el sistema ATC utilizado en Noruega diferencia entre ATC parcial ( delvis ATC , DATC), que garantiza que un tren se detenga siempre que se pase una señal roja, y ATC completo (FATC), que, además de evitar pasarse de las señales rojas, también garantiza que un tren no exceda su límite máximo de velocidad permitido. Una línea ferroviaria en Noruega puede tener instalado DATC o FATC, pero no ambos al mismo tiempo.

El ATC se puso a prueba por primera vez en Noruega en 1979, después del desastre del tren de Tretten , causado por una señal que se pasó en peligro (SPAD), ocurrido cuatro años antes. El DATC se implementó por primera vez en el tramo Oslo S - Dombås - Trondheim - Grong entre 1983 y 1994, y el FATC se implementó por primera vez en la línea Ofoten en 1993. La línea de alta velocidad Gardermoen ha tenido FATC desde su apertura en 1998. Después del accidente de Åsta ocurrido en 2000, se aceleró la implementación del DATC en la línea Røros, y entró en funcionamiento en 2001.

Suecia

En Suecia, el desarrollo del ATC comenzó en la década de 1960 (ATC-1) y se introdujo formalmente a principios de la década de 1980 junto con los trenes de alta velocidad (ATC-2/Ansaldo L10000). [12] En 2008, 9.831 km de los 11.904 km de vías mantenidas por la Administración de Transporte de Suecia (la agencia sueca responsable de la infraestructura ferroviaria) tenían instalado el ATC-2. [13] Sin embargo, dado que el ATC-2 es generalmente incompatible con ERTMS / ETCS (como en el caso de la línea de Botnia , que es la primera línea ferroviaria de Suecia que utiliza exclusivamente ERTMS/ETCS), y con el objetivo de Trafikverket de reemplazar eventualmente el ATC-2 con ERTMS/ETCS en las próximas décadas, se ha desarrollado un Módulo de Transmisión Especial (STM) para cambiar automáticamente entre ATC-2 y ERTMS/ETCS.

Reino Unido

En 1906, la empresa Great Western Railway del Reino Unido desarrolló un sistema conocido como "control automático de trenes". En la terminología moderna, el GWR ATC se clasifica como un sistema de advertencia automático (AWS). Se trataba de un sistema de protección intermitente de trenes que dependía de un raíl con o sin energía eléctrica entre los raíles de rodadura y situado por encima de ellos. Este raíl tenía una pendiente en cada extremo y se conocía como rampa ATC, y entraba en contacto con una zapata en la parte inferior de la locomotora que pasaba.

Las rampas se instalaron en semáforos distantes . Nunca se implementó un desarrollo del diseño, pensado para usarse en semáforos de stop.

Si la señal asociada a la rampa era de precaución, la rampa no se activaba. La rampa elevaba la zapata de la locomotora que pasaba y, al mismo tiempo, iniciaba una secuencia de temporizador que hacía sonar una bocina en la plataforma. Si el conductor no reconocía esta advertencia dentro de un tiempo preestablecido, se aplicaban los frenos del tren. En las pruebas, el GWR demostró la eficacia de este sistema al enviar un tren expreso a toda velocidad más allá de una señal distante de precaución. El tren se detenía de forma segura antes de llegar a la señal de inicio.

Si la señal asociada a la rampa era clara, la rampa se activaba. La rampa activada elevaba la zapata de la locomotora que pasaba y hacía sonar una campana en el estribo.

Si el sistema fallara, el zapato permanecería sin energía (estado de precaución); por lo tanto, fallaría de manera segura , un requisito fundamental de todo equipo de seguridad. [14]

El sistema se había implementado en todas las líneas principales de GWR, incluida la de Paddington a Reading, en 1908. [14] El sistema permaneció en uso hasta la década de 1970, cuando fue reemplazado por el Sistema Automático de Advertencia de Ferrocarril (AWS) de British Rail.

América del norte

Canadá

A partir de 2017, la Comisión de Tránsito de Toronto comenzó la implementación del ATC en la Línea 1 Yonge–University , con un costo de $562,3  millones. Al adjudicar el contrato a Alstom en 2009, la TTC podrá reducir el intervalo entre trenes en la Línea 1 durante las horas pico y permitir un aumento en el número de trenes que operan en la Línea 1. [15] Sin embargo, el trabajo no comenzaría hasta la entrega de trenes completamente nuevos con compatibilidad con ATC y el retiro del material rodante más antiguo que no era compatible con el nuevo sistema. El ATC se introdujo en fases, comenzando con una prueba el 4 de noviembre de 2017 durante el servicio regular entre las estaciones Dupont y Yorkdale . Se introdujo por primera vez de manera permanente con la apertura de la extensión del metro Toronto–York Spadina el 17 de diciembre de 2017, entre las estaciones Vaughan y Sheppard West . [16] [17] La ​​implementación del sistema en el resto de la línea se llevó a cabo durante los cierres de fin de semana y los trabajos nocturnos cuando el metro cerraría. Hubo retrasos en el proyecto, y los plazos para la conversión completa de la Línea 1 se retrasaron varias veces hasta 2022. [18] La conversión de ATC se completó hasta la estación Finch el 24 de septiembre de 2022. [17] La ​​conversión de toda la Línea 1 a ATC requirió la instalación de 2000 balizas, 256 señales y más de un millón de pies de cable. [17] También se planea utilizar ATC en la línea Eglinton de la Línea 5 , que pronto se inaugurará; sin embargo, a diferencia de la Línea 1, el sistema de la Línea 5 será suministrado por Bombardier Transportation utilizando su tecnología Cityflo 650 . [19] La TTC planea convertir la Línea 2 Bloor-Danforth y la Línea 4 Sheppard en ATC en el futuro, sujeto a la disponibilidad de fondos y a la posibilidad de reemplazar la flota actual no compatible con ATC en la Línea 2 con trenes que sí lo sean, con una fecha estimada de finalización para 2030. [20]

Estados Unidos

Los sistemas ATC en los Estados Unidos casi siempre están integrados con los sistemas de señalización de cabina continua existentes . El ATC proviene de la electrónica en la locomotora que implementa alguna forma de control de velocidad basada en las entradas del sistema de señalización de la cabina. [21] Si la velocidad del tren excede la velocidad máxima permitida para esa parte de la vía, suena una alarma de exceso de velocidad en la cabina. Si el ingeniero no reduce la velocidad y/o aplica un freno para reducir la velocidad, se aplica automáticamente un freno de penalización. [21] Debido a los problemas de manejo y control más sensibles con los trenes de carga de América del Norte, el ATC se aplica casi exclusivamente a las locomotoras de pasajeros tanto en el servicio interurbano como en el de cercanías, y los trenes de carga hacen uso de señales de cabina sin control de velocidad. Algunos ferrocarriles de pasajeros de alto volumen como Amtrak , Metro North y Long Island Rail Road requieren el uso de control de velocidad en trenes de carga que funcionan en todo o parte de sus sistemas. [21]

Si bien la tecnología de señalización en cabina y control de velocidad existe desde la década de 1920, la adopción del ATC solo se convirtió en un problema después de una serie de accidentes graves varias décadas después. El ferrocarril de Long Island implementó su sistema de control automático de velocidad dentro de su territorio señalizado en cabina en la década de 1950 después de un par de accidentes mortales causados ​​por señales ignoradas. Después del desastre del puente levadizo de la bahía de Newark, el estado de Nueva Jersey legisló el uso del control de velocidad en todos los principales operadores de trenes de pasajeros dentro del estado. Si bien el control de velocidad se utiliza en muchas líneas de pasajeros en los Estados Unidos, en la mayoría de los casos ha sido adoptado voluntariamente por los ferrocarriles que son propietarios de las líneas.

Solo tres ferrocarriles de carga, Union Pacific , Florida East Coast y CSX Transportation , han adoptado alguna forma de ATC en sus propias redes. Los sistemas tanto en FEC como en CSX funcionan en conjunto con señales de cabina de código de pulso , que en el caso de CSX fue heredado del ferrocarril Richmond, Fredericksburg y Potomac en su única línea principal. El de Union Pacific fue heredado en partes de la línea principal este-oeste de Chicago y Northwestern y funciona en conjunto con un sistema de señalización de cabina de dos aspectos temprano diseñado para su uso con ATC. En CSX y FEC, los cambios de señal de cabina más restrictivos requieren que el ingeniero inicie una aplicación mínima del freno o se enfrente a una aplicación de penalización más severa que hará que el tren se detenga. Ninguno de los sistemas requiere un control de velocidad explícito o la adhesión a una curva de frenado. [22] El sistema de Union Pacific requiere una aplicación inmediata del freno que no se puede liberar hasta que la velocidad del tren se haya reducido a 40 mph (64 km/h) (para cualquier tren que viaje por encima de esa velocidad). Luego, la velocidad del tren debe reducirse aún más a no más de 20 mph (32 km/h) dentro de los 70 segundos posteriores a la caída inicial de la señal de la cabina. Si no se aplican los frenos para estas reducciones de velocidad, se aplicará una multa. [23]

Los tres sistemas de control del tráfico aéreo de mercancías proporcionan al ingeniero un cierto grado de libertad para aplicar los frenos de forma segura y adecuada, ya que un frenado inadecuado puede provocar un descarrilamiento o una salida del tren descontrolada. Ninguno de los sistemas funciona en terrenos difíciles o montañosos.

Véase también

Referencias

  1. ^ Hall, Stanley (1987). Señales de peligro: una investigación sobre los accidentes ferroviarios modernos . Londres: Ian Allan. pp. 10-11. ISBN 0711017042.
  2. ^ Calvert, JB (2004). "El control automático de trenes de Great Western Railway". Universidad de Denver . Archivado desde el original el 3 de octubre de 2007. Consultado el 14 de noviembre de 2022 .
  3. ^ Mazen, Maram (8 de septiembre de 2006). "Comité técnico anuncia hallazgos sobre el accidente de tren de Qalyoub". Masress.com . El Cairo: Daily News Egypt . Consultado el 7 de enero de 2015 .
  4. ^ "Huawei y PRASA lanzan la primera operación de red ferroviaria GSM-R de Sudáfrica - Huawei Sudáfrica". huawei .
  5. ^ abcdefg Takashige, Tetsuo (septiembre de 1999). "Railway Technology Today 8: Signalling Systems for Safe Railway Transport" (Tecnología ferroviaria hoy 8: sistemas de señalización para un transporte ferroviario seguro) (PDF) . Revista de ferrocarriles y transporte de Japón.
  6. ^ "埼京線への無線式列車制御システム(ATACS)の使用開始について" (PDF) (Presione soltar) (en japonés). Compañía de Ferrocarriles del Este de Japón. 3 de octubre de 2017 . Consultado el 10 de julio de 2021 .
  7. ^ SHIMBUN, LTD, NIKKAN KOGYO. "JR東、無線で列車制御−地上設備を大幅スリム化".日刊工業新聞電子版.
  8. ^ Stacy, Mungo. "ATACS – ¿El nivel 3 japonés?". RailEngineer . Consultado el 12 de diciembre de 2020 .
  9. ^ ab "ATC – Automatic Train Control". Siemens.dk . Siemens . Archivado desde el original el 3 de marzo de 2016 . Consultado el 15 de enero de 2015 .
  10. ^ "CBTC entra en funcionamiento en Inner Copenhagen S-Bane". International Railway Journal . 24 de enero de 2022 . Consultado el 20 de marzo de 2022 .
  11. ^ Lawson, Harold "Bud" (2007). Historia de la informática nórdica 2: Segunda conferencia IFIP WG 9.7, HiNC 2, Turku. Springer. págs. 13–29. ISBN 9783642037566– a través de Google Books.
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  13. ^ "Bandata" [Efemérides]. Banverket.se (en sueco). Administración ferroviaria sueca . 15 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 21 de junio de 2010. Consultado el 15 de enero de 2015 .
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  17. ^ abc "La línea 1 de la TTC ahora funciona con un sistema de señalización ATC". Comisión de Tránsito de Toronto . 29 de septiembre de 2022. Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2022.
  18. ^ Fox, Chris (5 de abril de 2019). "El nuevo sistema de señales lleva tres años de retraso y supera en 98 millones de dólares el presupuesto previsto: informe". CP24 . Consultado el 10 de abril de 2019 .
  19. ^ "La división de control ferroviario de Bombardier amplía aún más su presencia en Norteamérica". Bombardier Transportation . 8 de octubre de 2015 . Consultado el 9 de enero de 2019 .
  20. ^ "La prueba del nuevo sistema de señalización de la TTC 'superó las expectativas'". thestar.com . 6 de noviembre de 2017 . Consultado el 26 de octubre de 2022 .
  21. ^ abc Horario de empleados de Amtrak n.° 3, región noreste, 18 de enero de 2010, sección 550
  22. ^ Horarios de la División Baltimore de CSX - Subsección RF&P
  23. ^ "Código General de Normas de Operación (GCOR)" (PDF) . 1405.UTU.org (6.ª ed.). Comité del Código General de Normas de Operación. 7 de abril de 2010. Archivado desde el original (PDF) el 9 de enero de 2015 . Consultado el 6 de enero de 2015 .
  • Sitio web técnico del ferrocarril: Control automático de trenes
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