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 en la cabina y utilizan patrones de desaceleración más granulares en lugar de las paradas rígidas que se encontraban 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, han existido numerosos sistemas de seguridad diferentes denominados "control automático de trenes". El primer aparato experimental fue instalado en el ramal de Henley en enero de 1906 por Great Western Railway , [1] [2] aunque ahora se lo conocería como un sistema de advertencia automático (AWS) porque el conductor conservaba el control total del frenado. El término es especialmente común en Japón , donde ATC se utiliza en todas las líneas Shinkansen (tren bala), y en algunas líneas de ferrocarril y metro convencionales, como reemplazo del ATS.
El informe del accidente de Qalyoub de 2006 menciona un sistema ATC. [3]
En 2017, se contrató a Huawei para instalar GSM-R en parte para proporcionar servicios de comunicación a los sistemas automáticos de protección de trenes. [4]
En Japón, el sistema de control automático de trenes (ATC) se desarrolló para trenes de alta velocidad como el Shinkansen , que viajan tan rápido que el conductor casi no tiene tiempo para reconocer las señales en la vía. Aunque el sistema ATC envía señales AF que transportan información sobre el límite de velocidad para la sección específica de la pista a lo largo del circuito . 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 sueltan 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 puedan deberse a errores del conductor, por lo que también se ha instalado en líneas muy transitadas, 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 cuando ingresa a 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 metros. [5]
Sin embargo, el ATC tiene tres desventajas. En primer lugar, el avance no se puede aumentar debido al tiempo de funcionamiento en ralentí entre soltar los frenos en un límite de velocidad y aplicar los frenos en el siguiente límite de velocidad más lento. En segundo lugar, los frenos se aplican cuando el tren alcanza la velocidad máxima, lo que reduce el confort de marcha. En tercer lugar, si el operador quiere hacer circular trenes más rápidos en la línea, primero se deben cambiar todos los equipos pertinentes a bordo y en vía. [5]
Se han utilizado los siguientes sistemas analógicos:
El sistema digital ATC utiliza los circuitos de vía para detectar la presencia de un tren en la sección y luego transmite datos digitales desde el equipo en el camino al tren sobre los números de circuito de vía, el número de secciones libres (circuitos de vía) al siguiente tren por delante, y el andén al que llegará el tren. Los datos recibidos se comparan con los datos sobre los números de circuitos de vía guardados en la memoria a bordo del tren y se calcula la distancia hasta el siguiente tren. La memoria integrada también guarda datos sobre las pendientes de la vía y los límites de velocidad en curvas y puntos. Todos estos datos forman la base de las decisiones del ATC al controlar los frenos de servicio y detener el tren. [5]
En un sistema ATC digital, el patrón de marcha creado 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 los frenos se aplican cuando se excede el patrón de frenado. Los frenos se aplican primero ligeramente para garantizar un mayor confort de marcha y luego con más fuerza hasta alcanzar la desaceleración óptima. Los frenos se aplican más suavemente cuando la velocidad del tren cae a una velocidad establecida por debajo del límite de velocidad. Esta regulación de la fuerza de frenado permite que el tren desacelere de acuerdo con el patrón de frenado, garantizando al mismo tiempo el confort de marcha. [5]
También hay 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:
Hasta la fecha, se utilizan los siguientes sistemas ATC digitales:
ATACS is a moving block ATC system similar to CBTC, developed by RTRI and first implemented by JR East on the Senseki Line in 2011, followed by the Saikyō Line in 2017,[6] the Koumi Line in 2020[7] and on the Jōban Line local tracks in 2021.[8] It is considered to be Japan's equivalent to ETCS Level 3.[9]
Several subway lines in South Korea use ATC, in some cases enhanced with ATO.
All lines use ATC. All lines are enhanced with ATO.
Other than on Lines 1 and 2 (MELCO cars only), all lines use ATC. Line 2 (VVVF cars), Line 5 cars, Line 6 cars, Line 7 cars, and Line 8 cars have their ATC systems enhanced with ATO.
Denmark's system of ATC (officially designated ZUB 123) is different from that of its neighbours.[10] From 1978 until 1987, the Swedish ATC system was trialled in Denmark, and a new Siemens-designed ATC system was implemented between 1986 and 1988. In consequence of the Sorø railway accident, which occurred in April 1988, the new system was progressively installed on all Danish main lines from the early 1990s onwards. Some trains (such as those employed on the Øresundståg service and some X 2000 trains) have both the Danish and the Swedish systems,[10] while others (e.g. ten of the ICE-TD trains) are fitted with both the Danish and the German systems. The ZUB 123 system is now considered by Banedanmark, the Danish railway infrastructure company, to be obsolete and the entire Danish rail network is expected to be converted to ETCS Level 2 by 2030.
The ZUB 123 system is however not used on the Copenhagen S-train commuter network, where another, incompatible safety system called HKT (da:Hastighedskontrol og togstop) had been in use from 1975–2022, as well as on the Hornbæk Line, which uses a much more simplified ATP system introduced in 2000. All aforementioned systems are gradually being replaced by the modern and worldwide CBTC signalling standard as of 2024.[11]
Bane NOR , la agencia del gobierno noruego para infraestructura ferroviaria, utiliza el sistema sueco ATC. Por lo tanto, los trenes generalmente pueden cruzar la frontera sin modificaciones especiales. [12] 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 cada vez que se pasa una señal roja, y ATC completo (FATC), que, además Además de evitar que se pasen 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 probó por primera vez en Noruega en 1979, después de que cuatro años antes ocurriera el desastre del tren de Tretten , provocado por una señal transmitida en peligro (SPAD). DATC se implementó por primera vez en el tramo Oslo S - Dombås - Trondheim - Grong entre 1983 y 1994, y 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 de Åsta accidente ocurrió en 2000, se aceleró la implementación de DATC en la línea Røros y entró en funcionamiento en 2001.
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). [13] En 2008, 9.831 km de los 11.904 km de vías mantenidas por la Administración Sueca de Transporte —la agencia sueca responsable de la infraestructura ferroviaria— tenían instalado ATC-2. [14] Sin embargo, dado que ATC-2 es generalmente incompatible con ERTMS / ETCS (como en el caso de la Línea Botnia , que es la primera línea ferroviaria en Suecia que utiliza exclusivamente ERTMS/ETCS), y con el objetivo de que Trafikverket sustituya eventualmente ATC-2 con ERTMS/ETCS Durante las próximas décadas, se ha desarrollado un Módulo de Transmisión Especial (STM) para cambiar automáticamente entre ATC-2 y ERTMS/ETCS.
En 1906, Great Western Railway en el Reino Unido desarrolló un sistema conocido como "control automático de trenes". En terminología moderna, GWR ATC se clasifica como un sistema de alerta automática (AWS). Se trataba de un sistema de protección de trenes intermitente que dependía de un riel energizado (o no energizado) eléctricamente entre los rieles en circulación y más alto que ellos. Este riel tenía pendiente en cada extremo y se conocía como rampa ATC y hacía contacto con una zapata en la parte inferior de la locomotora que pasaba.
Las rampas se proporcionaron con señales lejanas . Nunca se implementó un desarrollo del diseño, destinado a ser utilizado en las señales de alto.
Si la señal asociada a la rampa fuera de precaución, la rampa no estaría energizada. La rampa levantaría el zapato de la locomotora que pasa e iniciaría una secuencia de cronómetro al mismo tiempo que haría sonar una bocina en el reposapiés. Si el conductor no respondía a esta advertencia dentro de un tiempo preestablecido, se aplicarían los frenos del tren. En las pruebas, el GWR demostró la eficacia de este sistema enviando un tren expreso a toda velocidad más allá de una señal distante de precaución. El tren se detuvo de manera segura antes de llegar a la señal de inicio.
Si la señal asociada a la rampa era clara, la rampa estaba energizada. La rampa energizada levantaría la zapata de la locomotora que pasa y haría sonar una campana en el reposapiés.
Si el sistema fallara, el zapato permanecería sin energía, indica el estado de precaución; por lo tanto, falló de forma segura , un requisito fundamental de todo equipo de seguridad. [15]
El sistema se había implementado en todas las líneas principales de GWR, incluidas de Paddington a Reading, en 1908. [15] El sistema permaneció en uso hasta la década de 1970, cuando fue reemplazado por el Sistema de Advertencia Automática de Ferrocarriles Británicos (AWS).
A partir de 2017, la Comisión de Tránsito de Toronto inició la implementación de ATC en la Línea 1 Yonge-University , a un costo de 562,3 millones de dólares. Al adjudicar el contrato a Alstom en 2009, la TTC podrá reducir el intervalo entre los trenes de la Línea 1 durante las horas punta y permitir un aumento del número de trenes que circulan en la Línea 1. [16] Sin embargo, las obras no comenzarán hasta el entrega de trenes nuevos con compatibilidad ATC y retirada de material rodante 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 de 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 . [17] [18] La implementación del sistema en el resto de la línea se llevó a cabo durante los cierres de fin de semana y 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. [19] La conversión de ATC se completó en la estación Finch el 24 de septiembre de 2022. [18] Se requirió la conversión de toda la Línea 1 a ATC la instalación de 2,000 balizas, 256 señales y más de un millón de pies de cable. [18] También está previsto utilizar ATC en la línea Eglinton, que pronto se inaugurará, Línea 5 ; sin embargo, a diferencia de la Línea 1, el sistema de la Línea 5 será suministrado por Bombardier Transportation utilizando su tecnología Cityflo 650 . [20] La TTC planea convertir la Línea 2 Bloor-Danforth y la Línea 4 Sheppard a ATC en el futuro, sujeto a la disponibilidad de fondos y a poder reemplazar la flota actual no compatible con ATC en la Línea 2 con trenes que, con un estimado fecha de finalización para 2030. [21]
Los sistemas ATC en los Estados Unidos casi siempre están integrados con los sistemas de señalización continua en cabina existentes . El ATC proviene de la electrónica de la locomotora que implementa algún tipo de control de velocidad basado en las entradas del sistema de señalización de la cabina. [22] 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 maquinista no reduce la velocidad y/o aplica el freno para reducir la velocidad, se aplica automáticamente el freno de penalización. [22] 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 locomotoras de pasajeros tanto en servicios interurbanos como de cercanías, con trenes de carga que utilizan 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 los trenes de carga que circulan en todo o parte de sus sistemas. [22]
Si bien la tecnología de señalización y control de velocidad en la cabina 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. Long Island Rail Road implementó su sistema de control automático de velocidad dentro del territorio señalizado de su 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 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 propietarios de las líneas.
Sólo 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 pulsos , que en el caso de CSX se heredó del ferrocarril de Richmond, Fredericksburg y Potomac en su única línea principal. Union Pacific se heredó en partes de la línea principal este-oeste de Chicago y el noroeste y funciona en conjunto con uno de los primeros sistemas de señalización de cabina de dos lados diseñado para usar con ATC. En CSX y FEC, los cambios de señal de cabina más restrictivos requieren que el maquinista inicie una aplicación mínima de freno o enfrentará una aplicación de penalización más severa que detendrá el tren. Ninguno de los sistemas requiere un control explícito de la velocidad o el cumplimiento de una curva de frenado. [23] El sistema Union Pacific requiere una aplicación inmediata de los frenos que no se puede soltar 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 de la señal inicial de la cabina. No aplicar los frenos para estas reducciones de velocidad resultará en la aplicación de una penalización. [24]
Los tres sistemas ATC de carga brindan al ingeniero cierto grado de libertad para aplicar los frenos de manera segura y adecuada, ya que un frenado inadecuado puede provocar un descarrilamiento o una fuga. Ninguno de los sistemas está en vigor en terrenos difíciles o montañosos.