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 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.
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) 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]
Se han utilizado los siguientes sistemas analógicos:
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 y el andén al 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. 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:
Hasta la fecha se utilizan los siguientes sistemas ATC digitales:
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]
Varias líneas de metro de Corea del Sur utilizan ATC, en algunos casos mejorado con ATO.
Todas las líneas utilizan ATC. Todas las líneas están mejoradas con ATO.
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.
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 para 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]
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.
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.
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 maquinista no reconocía esta advertencia en 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.
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]
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.