La transmisión Voie-Machine ( TVM , inglés: track-to-train Transmission) es una forma de señalización en cabina implementada originalmente en Francia y se utiliza principalmente en líneas ferroviarias de alta velocidad . TVM-300 fue la primera versión, seguida por TVM-430 .
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 sólo circulan por vías exclusivas designadas como lignes à grande vitesse (LGV). Al circular a alta velocidad, al conductor no le resulta posible ver con precisión las señales ferroviarias con luces de colores situadas a los lados de la vía. En cambio, la información de señalización se transmite al tren y se muestra en el tablero del conductor. Se muestra al conductor la velocidad de funcionamiento segura, medida en kilómetros por hora .
El sistema TVM-430, desarrollado en la década de 1980, proporciona más información de la que permitirían los sistemas de señalización tradicionales, incluidos perfiles de gradiente de vía e información sobre el estado de los bloques de señalización más adelante. Este alto grado de automatización no elimina el control del conductor, aunque existen mecanismos de seguridad especiales que pueden detener el tren de forma segura en caso de error del conductor.
El sistema TVM fue desarrollado por el grupo francés Compagnie de Signaux et d'Entreprises Electriques (CSEE), ahora parte de Hitachi Rail STS .
En el LGV se utilizan dos versiones de señalización TVM, TVM-430 y TVM-300. TVM-430, un sistema más nuevo, se instaló por primera vez en el LGV Nord hacia el Eurotúnel y Bélgica, y proporciona a los trenes más información que TVM-300. Entre otros beneficios, TVM-430 permite que el sistema informático a bordo de un tren genere una curva de control de velocidad continua en caso de activación del freno de emergencia, lo que obliga efectivamente al conductor a reducir la velocidad de manera segura sin soltar el freno.
TVM-430 se presentó a partir de una gama "modular y flexible" prevista de niveles de sistemas de señalización desde TVM-400 hasta TVM-440 (control automático de tren opcional) y TVM-450 (control total sin conductor). [1] [2]
La línea está dividida en secciones de bloques de señales de aproximadamente 1500 metros (~1 milla), cuyos límites están indicados por carteles cuadrados azules impresos con un triángulo amarillo sobre blanco. Una pantalla digital en el tablero del conductor del tren muestra la velocidad máxima permitida para el bloque actual de un tren, así como una velocidad objetivo basada en el estado de la línea por delante. La velocidad máxima permitida se basa en factores como la proximidad de los trenes que circulan por delante (con velocidades máximas permitidas que disminuyen constantemente en los bloques 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 de alta velocidad tardan varios kilómetros en detenerse. Dado que los trenes requerirán más de un bloque de señales para reducir la velocidad, se alerta a los conductores para que reduzcan la velocidad gradualmente, varias cuadras antes de cualquier parada requerida.
El sistema de señalización es permisivo; el maquinista de un tren puede entrar en una sección de manzana ocupada sin obtener autorización previa. La velocidad en esta situación se limita a 30 kilómetros por hora (19 mph) y si la velocidad excede los 35 km/h (22 mph), se aplica el freno de emergencia y el tren se detiene. Si el cartel que marca la entrada a la sección de cuadra va acompañado de un letrero marcado como Nf, la sección de cuadra no es permisiva y el conductor debe obtener autorización del Centro de Control y Señalización ( Poste d'Aiguillage et de Régulation ) antes de ingresar a la cuadra. . Una vez que se establece una ruta, o el centro de señalización ha otorgado la autorización, se enciende una luz blanca debajo del tablero marcador para informar al conductor. A continuación, el conductor reconoce la autorización mediante un botón en el panel de control del tren. Esto anula temporalmente el sistema de frenado de emergencia, que de otro modo detendría el tren al pasar por el circuito de tierra del marcador no permisivo.
Cuando los trenes entran o salen del LGV desde las líneas clásicas , pasan por un circuito de tierra que cambia automáticamente los indicadores del tablero del conductor al sistema de señalización apropiado. Por ejemplo, un tren que sale del LGV hacia una línea clásica francesa tendría su sistema de señalización TVM desactivado y su sistema tradicional KVB ( Contrôle Vitesse par Balise , inglés: control de velocidad de baliza) habilitado.
Es uno de los sistemas de señalización ferroviaria más avanzados del mundo, [ cita necesaria ] aunque la implementación en sí todavía se basa en relés en lugar de electrónica de estado sólido.
El sistema TVM-430 consta de dos componentes: uno en tierra y el otro a bordo del tren. Ambos funcionan con procesadores de clase Motorola 68020 y están programados en Ada , un lenguaje informático utilizado a menudo en sistemas críticos para la seguridad . El sistema hace un uso extensivo de la redundancia ; Se estima que el tiempo medio entre fallos peligrosos es de más de 1 millón de años. [ cita necesaria ]
El segmento terrestre de TVM-430 reside en cajas junto a la vía, que controlan tramos de vía de unos 15 km (9,3 millas) de largo. Cada uno está vinculado al centro de control de tráfico centralizado de la línea y controla directamente unas diez manzanas de vía, cada una con su propio circuito de vía . La información de señalización está codificada en señales de CA que se introducen en los rieles de cada bloque. Hay cuatro frecuencias portadoras diferentes disponibles en TVM-430 y se utilizan alternativamente en pares en ambas vías de la línea TGV. En una pista, los bloques utilizan alternativamente 1.700 Hz y 2.300 Hz, mientras que en la otra pista los bloques utilizan alternativamente 2.000 Hz y 2.600 Hz. Sobre estas frecuencias portadoras se pueden modular 27 frecuencias de audio separadas, cualquier combinación de las cuales puede estar presente al mismo tiempo; el TVM-300 anterior utilizaba dieciocho frecuencias distintas, de las cuales sólo una podía estar presente en cualquier momento. Cada bloque tiene un receptor en el extremo opuesto al transmisor, y la pérdida de señal del circuito de vía (por cortocircuito por ruedas del tren o por 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 evitan que los bloques adyacentes interfieran entre sí, al tiempo que dejan pasar la corriente de retorno de tracción (a 50 Hz). Estos circuitos de vía se denominan circuito de vía UM71 C.
Las señales presentes en el riel son detectadas por antenas montadas debajo de la barrera de aire delantera de los trenes TGV, aproximadamente 1 metro (3 pies) por delante del eje delantero . Estas antenas funcionan acoplándose inductivamente a la señal de CA desviada entre los rieles por el primer eje. Hay cuatro antenas redundantes por tren, dos en cada extremo. Sólo se utilizan los dos que están "en la parte delantera" del tren (en el sentido de la marcha). La señal del circuito de vía se filtra, acondiciona y decodifica a bordo del tren mediante dos procesadores de señales digitales redundantes.
Señal continua
Para la señal continua, se aplica un filtro de paso de banda analógico para aislar el rango de frecuencias TVM entre 1.600 y 2.640 Hz. [3] Dentro de esto, cada una de las cuatro frecuencias portadoras de 1.700/2.000/2.300/2.600 Hz se prueba para detectar la presencia de una señal de frecuencia modulada de 25,68 Hz. La señal de 25,68 Hz es necesaria para el funcionamiento del circuito de vía y para la activación de relés dentro del equipo TVM430 del tren. Los propios bits de datos están modulados en frecuencia a intervalos de 0,64 Hz entre 0,88 Hz y 17,52 Hz. [4]
señal intermitente
En lugares fijos 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] Un mensaje de 4.800 baudios se transmite [4] mediante saltos de fase. [3]
El código de red se almacena en los bits 25 a 27, dando un valor entre 1 y 7. [5]
Los nueve bits contienen el código de identificación de la red y la suma de verificación. El significado exacto de los 18 bits restantes depende del código de red concreto y se conoce como "parametrización". Para el primer despliegue en el 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]
La señal decodificada toma la forma de una palabra digital de 27 bits, correspondiendo cada bit a una de las 27 frecuencias moduladas en la frecuencia portadora en los circuitos de vía. La presencia de una frecuencia particular indica un bit "1" y la falta de ella corresponde a un "0". La palabra resultante contiene varios campos, en el siguiente orden:
Estos 27 bits de información se utilizan como entrada al ordenador de señalización del tren, la parte a bordo del sistema TVM-430. En versiones anteriores de TVM, la velocidad objetivo se actualizaba solo en cada límite de cuadra, lo que daba como resultado un perfil de velocidad estilo "escalera" que no es representativo de los cambios continuos de velocidad efectuados por el conductor. Sin embargo, con la información adicional de la longitud y el perfil del bloque, TVM-430 es capaz de generar una velocidad objetivo que varía continuamente a través de cálculos realizados en la computadora de señalización a bordo, brindando así un perfil de velocidad mucho más realista de aceleración o desaceleración continua para que el conductor pueda seguir.
Además del control continuo de velocidad que ofrece TVM-430, se pueden pasar 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). Se presentan en dos longitudes dependiendo de la velocidad de la línea, 7 metros y 4,5 metros. Estos se denominan bucles de transmisión intermitente (ITL) BSP ( boucle à saut de fase ). Consisten en dos semibucles que juntos transmiten el mensaje a través de una frecuencia de 125 kHz, desfasada con una frecuencia portadora de 62,5 kHz. La información transmitida se refiere a una variedad de eventos o acciones requeridas:
Una "caja negra", similar a un registrador de datos de vuelo de un avión , vigila pasivamente todo el proceso, monitorea una variedad de parámetros y registra los eventos. En los trenes equipados con TVM-430, el antiguo equipo de grabación de tiras de papel ha sido reemplazado por el sistema de grabación digital ATESS. Todas las acciones realizadas por el conductor (acelerador, frenos, pantógrafos) así como los aspectos de señalización (para TVM-430, KVB y señales convencionales) quedan registrados en cinta magnética para su posterior análisis mediante un ordenador de sobremesa.
Otro sistema, conocido como VACMA , supervisa el estado de alerta del conductor. Consiste en un pedal que el conductor debe mantener pulsado para que el TGV se mueva. Este pedal debe soltarse y luego volver a presionarse una vez cada 60 segundos si no se realiza ninguna otra actividad. Hay un período de tiempo antes de que suene el timbre y otro período de tiempo antes de que se activen los frenos de emergencia automáticos. El control se puede soltar durante un período de tiempo muy corto antes de que suene un timbre y otro período de tiempo muy corto antes de que se activen los frenos de emergencia automáticos.
Se permite una pequeña cantidad de exceso de velocidad antes de que se apliquen los frenos de emergencia del tren. A velocidades inferiores a 80 km/h, la franquicia es de cinco kilómetros por hora. A velocidades nominales de 80 a 160 km/h, la tolerancia es de diez kilómetros por hora y a velocidades superiores a 160 km/h, de quince kilómetros por hora.
En el centro del puesto de conducción de una cabina TGV, justo debajo del parabrisas, se encuentra una fila doble o triple de indicadores cuadrados. Aquí es donde 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 de línea completa se indica con números negros sobre un fondo verde, mientras que los aspectos más lentos se indican con números blancos sobre un fondo negro y un punto se indica como "000" sobre un 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. Tienen sensores de posición basados en relés que envían al ordenador de señalización el aspecto actual que se muestra al conductor. Si hay una falla en la unidad de visualización, se toman las medidas adecuadas para detener el tren.
Para reducir el estrés del conductor, las velocidades se muestran varias cuadras delante del tren. Cuando a un bloque le sigue un bloque más restrictivo (más lento), la pantalla de ese bloque parpadea para que el conductor pueda anticipar mejor el cambio de velocidad sin soltar el freno. Las indicaciones restrictivas sólo se pueden actualizar en los límites de las manzanas, excepto en casos de emergencia. Van acompañados de una señal audible de bocina en la cabina. Sin embargo, las restricciones pueden levantarse en cualquier momento dentro de un bloque.
TVM-430 tiene una amplia redundancia incorporada y uno podría preguntarse por qué no se utiliza para controlar el tren directamente. Sin embargo, en vista de la falta de adaptabilidad del sistema a situaciones inesperadas, se considera deseable mantener a un humano al tanto. Por lo tanto, la conducción de un TGV se realiza de forma totalmente manual, pero el sistema de señalización vigila muy de cerca para garantizar la máxima seguridad.
El sistema TVM se utiliza únicamente en las líneas de alta velocidad y en el Eurotúnel . Fuera de las líneas de alta velocidad se utilizan otros sistemas de señalización. Cada tren TGV está equipado con el KVB ( Contrôle Vitesse par Balise , "Beacon Speed Control") que se utiliza en toda la red francesa de líneas clásicas . Además de TVM, se utilizan los siguientes sistemas en varias combinaciones:
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