Señalización de cabina con código de pulso

La señalización de cabina con código de pulso es una forma de tecnología de señalización de cabina desarrollada en los Estados Unidos por la corporación Union Switch and Signal para el ferrocarril de Pensilvania en la década de 1920. El sistema de 4 aspectos, ampliamente adoptado por el PRR y sus ferrocarriles sucesores, se ha convertido en el sistema de señalización de cabina de ferrocarril dominante en América del Norte, con versiones de la tecnología que también se están adoptando en Europa y en sistemas de tránsito rápido. En su territorio de origen, en las líneas propiedad de Conrail , sucesor del antiguo PRR, y en los ferrocarriles que operan bajo el Libro de Reglas NORAC , se lo conoce simplemente como Sistema de Señalización de Cabina o CSS .

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En 1922, la Comisión de Comercio Interestatal emitió una resolución que exigía que los trenes estuvieran equipados con tecnología de parada automática si iban a circular a 80 mph o más. La Pennsylvania Railroad decidió aprovechar esta oportunidad para implementar una tecnología de señalización que pudiera mejorar tanto la seguridad como la eficiencia operativa mostrando una señal de forma continua en la cabina de la locomotora. La tarea fue asignada a Union Switch and Signal Corporation, el proveedor de señales preferido de la 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 rotura se enviaba por un carril hacia el tren que se aproximaba y cruzaba por sus ruedas, regresando por el otro carril. El captador justo delante de las ruedas sumaba la corriente que se acercaba de un lado con la corriente que regresaba por el otro. La señal de "bucle" de retorno externo se enviaba dentro y fuera de la toma intermedia de una resistencia a lo largo de cada extremo del circuito de la vía. El captador sumaba la corriente que se acercaba en cada lado a medida que pasaba por el extremo más alejado de la vía. Esta señal se desplazaba 90 grados con respecto a la otra. Las señales se aplicaban una o ambas de forma continua para dar aspectos de aproximación o despejado, mientras que ninguna señal era un aspecto de restricción. La instalación de prueba eliminó las señales de bloqueo en la vía y los trenes dependían únicamente de las señales de la cabina.

Para su siguiente instalación, ^[1] en la línea Northern Central entre Baltimore, MD y Harrisburg, PA en 1926 (1927?), el PRR probó otra variación de señales de cabina que eliminaba la señal de bucle y cambiaba a 100 Hz para la señal de vía. El cambio fundamental fue que ahora se activaría por encima de la restricción simplemente como portadora y se usaría un pulso de encendido y 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 falta de pulsos seguiría significando un aspecto de restricción. Este nuevo sistema permitía cuatro aspectos de señal: restricción; aproximación; aproximación (próxima señal a) media (velocidad); y libre. Inicialmente, el sistema de señalización de cabina solo actuaba como una forma de parada automática del tren donde el ingeniero tendría que reconocer cualquier caída en la señal de cabina a un aspecto más restrictivo para evitar que los frenos se aplicaran automáticamente. Más tarde, los motores de pasajeros se modernizaron con un control de velocidad que aplicaba las reglas de velocidad asociadas con cada señal de cabina (Despejado = Sin restricción, Aproximación media = 45 mph, Aproximación = 30 mph, Con restricción = 20 mph).

Con el tiempo, el PRR instaló señales de cabina en gran parte de su sistema oriental, desde Pittsburgh hasta Filadelfia, desde Nueva York hasta Washington. Este sistema fue heredado por Conrail y Amtrak y varias agencias de cercanías que operan en el antiguo territorio del PRR, como SEPTA y New Jersey Transit . Debido a que todos los trenes que circulaban en el territorio de señales de cabina tenían que estar equipados con señales de cabina, la mayoría de las locomotoras de las carreteras antes mencionadas estaban equipadas con equipos de señales de cabina. Debido al efecto del bloqueo de interoperabilidad, el sistema de señales de cabina de PRR de 4 aspectos se ha convertido en un estándar de facto y casi todas las nuevas instalaciones de señalización de cabina han sido de este tipo o de un tipo compatible.

Las señales de cabina con código de pulsos funcionan enviando pulsos medidos a lo largo de un circuito de vía de CA existente que funciona a una frecuencia portadora elegida . Los pulsos se detectan por inducción mediante un sensor que cuelga unos centímetros por encima del riel antes del juego de ruedas delantero. Los códigos se miden en pulsos por minuto y, para el sistema PRR de 4 aspectos, se establecen en 180 ppm para Despejado, 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 un múltiplo de otra, lo que genera armónicos reflejados que causan indicaciones falsas. ^[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 del bloque que se encuentra frente a él. De esta manera, si el raíl se rompiera u otro tren entrara en el bloque, ningún código llegaría al tren que se aproximaba y la señal de la cabina volvería a mostrar restricción. Los trenes con un número insuficiente de ejes no cortocircuitarán (consulte: Derivación (eléctrica) ) toda la corriente de la señal de la cabina, de modo que los trenes siguientes puedan recibir una orientación incorrecta. Los trenes de este tipo deben contar con protección absoluta contra bloqueos en la parte trasera.

Cuando coexisten la electrificación de CC y CA de 25 Hz , la frecuencia estándar de 100 Hz se cambia a 91⅔ Hz (la siguiente frecuencia disponible establecida por MG). Esto evita los armónicos pares creados por la corriente de tracción de CC del riel de retorno que compensa la onda sinusoidal de retorno de CA en el mismo riel. ^[3]

Setenta años después de que se introdujeran las señales de cabina con código de pulsos, se descubrió que el diseño de 4 velocidades era insuficiente para velocidades no previstas cuando se diseñó el sistema. Los dos problemas más acuciantes eran el uso de desvíos de alta velocidad , que permitían que los trenes tomaran una ruta divergente a una velocidad superior a las 30 o 45 mph normales cubiertas por las señales de cabina existentes. La introducción del servicio Acela Express de Amtrak con sus velocidades máximas de 135 mph a 150 mph también superaría las capacidades del sistema de señalización heredado y su velocidad de diseño de 125 mph.

Para abordar el problema y evitar una reconstrucción completa del sistema de señalización, perjudicar el servicio de baja velocidad, romper la compatibilidad con las señales de cabina existentes o depender demasiado del operador humano, se diseñó un sistema de código de pulso superpuesto para su uso en el Corredor Noreste de Amtrak. Al operar con una frecuencia portadora diferente de 250 Hz, se podrían enviar códigos de pulso adicionales al tren sin interferir con los códigos heredados de 100 Hz. Al diseñar cuidadosamente los códigos superpuestos, se podría mantener la compatibilidad con versiones anteriores de modo que cualquier tren que no pudiera detectar los nuevos códigos nunca recibiría una señal más favorable de la que detectaría de otra manera. Además del uso de códigos de 250 Hz, se incorporó un quinto código de 270 ppm del uso del tránsito rápido y del Ferrocarril de Long Island.

La relación de códigos a velocidades es la siguiente:

Los trenes con la capacidad de recibir códigos de 250 Hz obtienen velocidades mejoradas en secciones de vía con velocidades superiores a 125 mph y en desvíos de alta velocidad de 80 mph. Los trenes sin ellos simplemente viajan a velocidades más lentas. El código de 270 ppm rompe la compatibilidad con el sistema de 4 códigos, pero solo se usa alrededor 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 60 mph se eligieron para que fueran compatibles con las señales de cabina instaladas en los trenes de Long Island Rail Road que también usan Penn Station.

Las señales de la cabina se presentan a la locomotora por medio de una unidad de visualización de señales de cabina. Las primeras CDU consistían en señales en miniatura del tipo visible a lo largo de la vía, retroiluminadas por bombillas. Se podían encontrar tanto en variedades de luz de color como de luz de posición, según el sistema de señalización nativo del ferrocarril. Las CDU modernas en los trenes de pasajeros a menudo están integradas con el velocímetro , ya que las señales de la cabina ahora cumplen una función de control de velocidad. En los trenes equipados con la funcionalidad de control automático del tren , el hecho de no reconocer correctamente un cambio restrictivo de la señal de la cabina da como resultado una "aplicación de freno de penalización", al igual que el incumplimiento del límite de velocidad de la señal de la cabina.

• Línea principal de Amtrak: de Mill River a Springfield
• Línea principal de Amtrak: de New Haven a Boston
• Línea principal de Amtrak: de Nueva York a Hoffmans
• Línea principal de Amtrak: de Nueva York a New Rochelle
• Línea principal de Amtrak: de Nueva York a Filadelfia
• Línea principal de Amtrak: de Filadelfia a Harrisburg
• Línea principal de Amtrak: de Filadelfia a Washington
• Línea Conrail Lehigh
• Subdivisión CSX Berkshire (sin caminos secundarios)
• Subdivisión CSX Boston (sin caminos laterales)
• Subdivisión CSX Landover
• Subdivisión RF&P de CSX (anteriormente utilizaba el sistema RF&P CSS a 60 Hz)
• NJT Todas las líneas (excepto Princeton Branch)
• MBTA Todas las líneas (sin cuarteles)
• Línea Hudson de Metro-North (sin arcenes)
• Línea Metro-North Harlem (sin arcenes)
• Línea New Haven de Metro-North (sin arcenes)
• Sucursal de Metro-North New Canaan (sin arcenes)
• Sucursal de Metro-North Danbury (sin arcenes)
• Línea Southern Tier de Metro-North (sin arcenes)
• Línea Norfolk Southern Pittsburgh (sin arcenes)
• Línea de carretera del puerto sur de Norfolk
• Línea Norfolk Southern Conemaugh (sin arcenes)
• Línea Norfolk Southern Morrisville (sin arcenes)
• Línea Norfolk Southern Fort Wayne ( de Conway Yard a Alliance, Ohio , sin vías secundarias)
• Línea Norfolk Southern Cleveland (de Alliance, Ohio a Cleveland, Ohio , sin vías secundarias)
• Línea principal de SEPTA (desde el centro de la ciudad hasta Doylestown; sin arcenes al norte de Wayne Junction)
• Línea del aeropuerto SEPTA
• Línea SEPTA Chestnut Hill East (sin arcenes)
• Línea SEPTA Chestnut Hill West (sin arcenes)
• Línea SEPTA Cynwyd (sin márgenes)
• Línea Fox Chase de SEPTA (sin caminos secundarios)
• Línea SEPTA Manayunk/Norristown (sin márgenes)
• Línea SEPTA Media/Wawa
• Línea SEPTA Warminster (sin arcenes)
• Línea SEPTA West Trenton (sin arcenes)

• Control automático de velocidad de Long Island Rail Road : El LIRR era una subsidiaria del PRR y adoptó un sistema similar. El LIRR utilizó señales de cabina estándar del PRR hasta que fue comprado por la Autoridad de Transporte Metropolitano en 1968, cuando se modificó ligeramente para convertirse en sistemas ASC que se utilizan hasta el día de hoy. El ASC emplea dos códigos adicionales, 270 y 420 ppm, y reemplaza la pantalla de señal en la cabina con una pantalla de velocidad en la cabina. Los códigos adicionales se utilizan para mostrar velocidades de 50/60 y 60/70 mph, que se utilizan para reducir la velocidad de los trenes en curvas, desvíos de mayor velocidad y bloques de señales cortos.
• Señalización automática de cabinas en Chicago, Burlington y Quincy : la línea de cercanías CB&Q a Aurora, Illinois , utilizaba la misma tecnología que la de Pensilvania, solo que con reglas e indicaciones en la vía diferentes para cumplir con su sistema de señalización basado en parte en la ruta. Sigue en servicio hasta el día de hoy.
• Señalización automática de cabina de Union Pacific : Union Pacific ha implementado la tecnología de tipo PRR en gran parte de su línea principal entre Chicago y Wyoming, así como en varias otras líneas de su sistema en los últimos años. Al igual que con las señales de cabina CB&Q, el sistema funciona según 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 Metra Rock Island : otro sistema de señalización de cabina basado en PRR que es un remanente del Rock Island. El sistema está en servicio en el distrito Metra Rock Island entre Blue Island y Joliet.
• Líneas de tránsito rápido: Varias líneas de tránsito rápido construidas o re-señalizadas en o antes de la década de 1990 utilizan la tecnología de señal de cabina de código de pulso para esquemas de operación de trenes tanto manuales como automáticos . Los sistemas de tránsito rápido generalmente son a prueba de fallas con un código 0 que exige una parada completa. Además, se utiliza la gama completa de códigos de pulso para proporcionar la máxima granularidad en el control de velocidad. Algunos ejemplos incluyen PATCO Speedline en Filadelfia, la SEPTA Route 100 , el Metro de Baltimore y el Metrorail de Miami-Dade . La tecnología de código de pulso en las líneas de tránsito rápido generalmente ha sido reemplazada por señales de cabina de audiofrecuencia.
• Control automático de velocidad de la MTA Staten Island Railway : un híbrido de los sistemas PRR/LIRR y el código de cabina de frecuencia industrial de Rapid Transit. El ATC aplica el frenado de servicio en respuesta a condiciones de exceso de velocidad. Los códigos 75, 120, 180 y 270 se utilizan como comandos de velocidad. El código cero se utiliza para detener en lugar de restringir, lo que es 50 ppm. El código 420 se utiliza como un 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 cierre de 50 ppm.

• RS4 Codici es el sistema de señalización de cabina tradicional que se utiliza en Italia. El sistema utiliza códigos de 0, 75, 120, 180 y 270 ppm con una corriente de 50 Hz.
• El sistema de advertencia automática continua es el sistema de señalización de cabina en Irlanda. El sistema utiliza códigos de 0, 50, 120 y 180 ppm con una corriente portadora de 50 Hz. En algunaslíneas de tránsito rápido se utilizan códigos adicionales.
• El sistema de señalización de trenes automático es el sistema holandés de señalización de trenes. Utiliza códigos de 0, 75, 96, 120, 180 y 220 ppm con una frecuencia portadora de 75 Hz, complementado con un sistema inductivo de parada de trenes para velocidades inferiores a 40 km/h.
• La línea Victoria del metro de Londres utilizó señales de cabina con códigos de pulsos suministradas por US&S para implementar su sistema de operación automática de trenes hasta 2012, cuando fue reemplazada por CBTC . Los códigos utilizados fueron 420, 270, 180 y 120 ppm. ^[4]
• ALSN (Señalización automática continua de trenes) es un sistema heredado que se utilizaba en los antiguos estados soviéticos (Federación Rusa, Ucrania, Bielorrusia, Letonia, Lituania, Estonia, etc.). Todas las líneas equipadas con un sistema de bloqueo automático en los países exsoviéticos están equipadas con ALSN, algunas de ellas sin señales en la vía. Desde los años 90, las vías de las estaciones y los tramos de aproximación a las estaciones en algunas líneas con sistema de bloqueo por estación ("bloqueo semiautomático") también están equipados con ALSN. A diferencia de otros sistemas mencionados anteriormente, ALSN utiliza un código de conteo de pulsos en lugar de pulsos uniformes a unas frecuencias definidas. Existen 3 códigos: "rojo-amarillo" (pulsos simples separados por espacios largos), "amarillo" (serie de 2 pulsos con un espacio corto dentro de la serie) y "verde" (serie de 3 pulsos con dos espacios cortos dentro de la serie), mientras que la longitud exacta de los pulsos y los espacios largos pueden 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 la 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 no se utiliza 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.