La transmisión Voie-Machine ( TVM , en inglés: transmisión vía-tren) es una forma de señalización en cabina implementada originalmente en Francia y se utiliza principalmente en líneas ferroviarias de alta velocidad . La TVM-300 fue la primera versión, seguida por la TVM-430 .
El TVM-300 fue desarrollado en la década de 1970 como parte del proyecto TGV . A velocidades superiores a 220 kilómetros por hora, los trenes TGV solo circulan por vías especiales designadas como líneas de gran velocidad (LGV). Cuando se viaja a alta velocidad, el conductor no puede ver con precisión las señales ferroviarias de luces de colores al costado de la vía. En su lugar, la información de señalización se transmite al tren y se muestra en el tablero del conductor. El conductor puede ver la velocidad de operación segura, medida en kilómetros por hora .
El sistema TVM-430, desarrollado en los años 80, proporciona más información que la que permiten los sistemas de señalización tradicionales, incluidos los perfiles de pendiente de la vía e información sobre el estado de los bloques de señalización que se encuentran más adelante. Este alto grado de automatización no elimina el control del tren por parte del conductor, aunque existen mecanismos de seguridad especiales que pueden detener el tren de forma segura en caso de un 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 la señalización TVM, la TVM-430 y la TVM-300. La TVM-430, un sistema más nuevo, se instaló por primera vez en el LGV Nord hacia el Túnel del Canal y Bélgica, y proporciona a los trenes más información que la TVM-300. Entre otras ventajas, la TVM-430 permite que el sistema informático de a bordo del tren genere una curva de control de velocidad continua en caso de activación de un freno de emergencia, obligando así al conductor a reducir la velocidad de forma segura sin soltar el freno.
El TVM-430 se presentó a partir de una gama de niveles de sistema de señalización "modular y flexible" que abarcaba desde el TVM-400 hasta el TVM-440 (control automático de trenes opcional) y el TVM-450 (control total sin conductor). [1] [2]
La línea está dividida en secciones de bloques de señales de unos 1.500 metros (~1 milla), cuyos límites están indicados por señales cuadradas azules impresas 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 que se encuentra por delante. La velocidad máxima permitida se basa en factores como la proximidad de los trenes que van por delante (con velocidades máximas permitidas que disminuyen de manera constante 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 a alta velocidad tardan varios kilómetros en detenerse. Dado que los trenes necesitarán más de un bloque de señales para reducir la velocidad, se alerta a los conductores para que reduzcan la velocidad gradualmente, varios bloques antes de cualquier parada requerida.
El sistema de señalización es permisivo; el conductor de un tren puede entrar en una sección de bloqueo ocupada sin obtener autorización previa. La velocidad en esta situación está limitada a 30 kilómetros por hora (19 mph) y si la velocidad supera los 35 km/h (22 mph), se aplica el freno de emergencia y el tren se detiene. Si el panel que marca la entrada a la sección de bloqueo está acompañado por una señal marcada como Nf, la sección de bloqueo no es permisiva y el conductor debe obtener autorización del Centro de Señalización y Control ( Poste d'Aiguillage et de Régulation ) antes de entrar en el bloqueo. Una vez que se establece una ruta, o el centro de señalización ha otorgado la autorización, se enciende una luz blanca debajo del panel de señalización 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 lo contrario detendría el tren al pasar por el bucle de tierra del marcador no permisivo.
Cuando los trenes entran o salen de la LGV desde líneas clásicas , pasan por un circuito de tierra que cambia automáticamente los indicadores del tablero de instrumentos del conductor al sistema de señalización adecuado. Por ejemplo, un tren que sale de la LGV hacia una línea clásica francesa tendría su sistema de señalización TVM desactivado y su sistema tradicional KVB ( Control de velocidad por balizas , en español: control de velocidad por balizas) activado.
Es uno de los sistemas de señalización ferroviaria más avanzados del mundo, [ cita requerida ] 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 la clase Motorola 68020 y están programados en Ada , un lenguaje informático que se utiliza a menudo en sistemas críticos para la seguridad . El sistema hace un uso extensivo de la redundancia .
El segmento terrestre del TVM-430 se encuentra en las cajas de vía, que controlan tramos de vía de unos 15 km (9,3 mi) de longitud. Cada una está conectada al centro de control de tráfico centralizado de la línea y controla directamente unos diez bloques de vía, cada uno con su propio circuito de vía . La información de señalización está codificada en señales de corriente alterna que se introducen en los raíles de cada bloque. Hay cuatro frecuencias portadoras diferentes disponibles en el TVM-430 y se utilizan alternativamente en pares en ambas vías de la línea TGV. En una vía, los bloques utilizan alternativamente 1.700 Hz y 2.300 Hz, mientras que en la otra vía los bloques utilizan alternativamente 2.000 Hz y 2.600 Hz. Sobre estas frecuencias portadoras se pueden modular 27 frecuencias de audio independientes, cualquier combinación de las cuales puede estar presente en un momento dado; el anterior TVM-300 utilizaba dieciocho frecuencias independientes, de las cuales solo una podía estar presente en cualquier momento. Cada bloque tiene un receptor en el extremo opuesto al transmisor, y la pérdida de la señal del circuito de vía (debido a un cortocircuito por las ruedas del tren o debido a una falla) se interpreta como una indicación de que el bloque está ocupado. Los límites de señalización de los bloques están equipados con juntas de separación eléctrica que evitan que los bloques adyacentes interfieran entre sí, al tiempo que permiten el paso de la corriente de retorno de tracción (a 50 Hz). Estos circuitos de vía se denominan circuitos de vía UM71 C.
Las señales presentes en el raíl son detectadas por antenas montadas debajo de la entrada de aire delantera de los trenes TGV, aproximadamente 1 metro (3 pies) por delante del eje delantero . Estas antenas funcionan mediante acoplamiento inductivo a la señal de corriente alterna que el primer eje desvía entre los raíles. Hay cuatro antenas redundantes por tren, dos en cada extremo. Solo se utilizan las dos que están en la "parte delantera" del tren (en la dirección de la marcha). La señal del circuito de la 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] En este caso, se prueba cada una de las cuatro frecuencias portadoras de 1.700/2.000/2.300/2.600 Hz para detectar la presencia de una señal de 25,68 Hz modulada en frecuencia. La señal de 25,68 Hz es necesaria para el funcionamiento del circuito de vía y para la activación de los relés dentro del equipo TVM430 del tren. Los bits de datos en sí mismos se modulan en frecuencia a intervalos de 0,64 Hz entre 0,88 Hz y 17,52 Hz. [4]
Señal intermitente
En los puntos 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] Se transmite un mensaje de 4.800 baudios [4] mediante saltos de fase. [3]
El código de red se almacena en los bits 25-27 y da un valor entre 1 y 7. [5]
Nueve bits contienen el código de identificación de red y la suma de comprobación. El significado exacto de los 18 bits restantes depende del código de red en particular y se conoce como "parametrización". Para la primera implementación en el LGV Nord , se asignaron 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, donde cada bit corresponde a una de las 27 frecuencias moduladas sobre la frecuencia portadora en los circuitos de la vía. La presencia de una frecuencia particular indica un bit "1" y la ausencia de la misma corresponde a un "0". La palabra resultante contiene varios campos, en el orden siguiente:
Estos 27 bits de información se utilizan como entrada para el ordenador de señalización del tren, la parte de a bordo del sistema TVM-430. En versiones anteriores del TVM, la velocidad objetivo se actualizaba únicamente en cada límite de bloque, lo que daba como resultado un perfil de velocidad de estilo "escalera" que no es representativo de los cambios de velocidad continuos efectuados por el conductor. Sin embargo, con la información adicional de la longitud y el perfil del bloque, el TVM-430 puede generar una velocidad objetivo que varía continuamente a través de cálculos realizados en el ordenador de señalización de a bordo, lo que proporciona un perfil de velocidad mucho más realista de aceleración o desaceleración continua para que el conductor lo siga.
Además del control continuo de la velocidad que ofrece el TVM-430, se pueden transmitir instrucciones individuales al tren mediante bucles inductivos situados entre los raíles, que se acoplan a un sensor correspondiente situado 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). Tienen dos longitudes, en función de la velocidad de la línea, de 7 metros y de 4,5 metros. Se denominan bucles de transmisión intermitente (ITL) BSP ( boucle à saut de phase ). Consisten en dos medios bucles 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 la grabadora de datos de vuelo de un avión vigila pasivamente todo el proceso, monitorizando una variedad de parámetros y registrando los eventos. En los trenes equipados con TVM-430, el antiguo equipo de grabación en tiras de papel ha sido reemplazado por el sistema de grabación digital ATESS. Cada acción realizada por el conductor (acelerador, frenos, pantógrafos), así como los aspectos de señalización (para TVM-430, KVB y señales convencionales) se graban 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 presionado para que el TGV se mueva. Este pedal debe soltarse y volver a presionarse una vez cada 60 segundos si no se realiza ninguna otra actividad. Hay un período de tiempo antes de que suene un timbre y otro período de tiempo antes de que se activen los frenos automáticos de emergencia. El control se puede soltar durante un período de tiempo muy breve antes de que suene un timbre y otro período de tiempo muy breve antes de que se activen los frenos automáticos de emergencia.
Antes de aplicar los frenos de emergencia del tren se permite un pequeño margen de exceso de velocidad. A velocidades inferiores a 80 km/h, el margen 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 un TGV, justo debajo del parabrisas, hay 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 máxima 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 final 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 información al ordenador de señalización sobre el aspecto actual que se muestra al conductor. Si se produce un fallo en la unidad de visualización, se toman las medidas adecuadas para detener el tren.
Para reducir el estrés del conductor, las velocidades se muestran en varios bloques por 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 solo se pueden actualizar en los límites de los bloques, excepto en casos de emergencia. Se acompañan de una señal acústica en la cabina. Sin embargo, las restricciones se pueden levantar en cualquier momento dentro de un bloque.
El TVM-433 tiene una redundancia muy amplia 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 conveniente mantener a un humano en el circuito. Por lo tanto, la conducción de un TGV se realiza completamente de forma 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 túnel del Canal de la Mancha . Fuera de las líneas de alta velocidad, se utilizan otros sistemas de señalización. Todos los trenes TGV están equipados con el KVB ( Control de velocidad por baliza ), que se utiliza en toda la red de líneas clásicas francesas . Además del TVM, se utilizan los siguientes sistemas en diversas combinaciones:
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