La señalización de cabina es un sistema de seguridad ferroviaria que comunica información sobre el estado y la condición de las vías a la cabina, al compartimento de la tripulación o al compartimento del conductor de una locomotora , un vagón o una unidad múltiple . La información se actualiza continuamente, lo que proporciona una pantalla de fácil lectura para el conductor del tren o del motor .
Los sistemas más simples muestran la señal de la vía, mientras que los sistemas más sofisticados también muestran la velocidad permitida, la ubicación de los trenes cercanos e información dinámica sobre la vía que se aproxima. Las señales de la cabina también pueden ser parte de un sistema de protección del tren más completo que puede aplicar automáticamente los frenos y detener el tren si el operador no responde adecuadamente a una condición peligrosa. [1]
El objetivo principal de un sistema de señales es garantizar una separación segura entre trenes y detener o reducir la velocidad de los trenes antes de que se produzca una situación restrictiva. El sistema de señales de cabina es una mejora con respecto al sistema de señales en la vía , en el que las señales visuales al costado o por encima de la vía controlan el movimiento de los trenes, ya que proporciona al operador del tren un recordatorio continuo de la última señal en la vía o una indicación continua del estado de la vía que se encuentra por delante.
Los primeros sistemas de este tipo se instalaron de manera experimental en la década de 1910 en el Reino Unido, en la década de 1920 en los Estados Unidos y en los Países Bajos en la década de 1940. Los sistemas ferroviarios de alta velocidad modernos, como los de Japón, Francia y Alemania, se diseñaron desde el principio para utilizar señalización en la cabina debido a la imposibilidad de ver las señales en la vía a las nuevas velocidades más altas de los trenes. En todo el mundo, las líneas ferroviarias tradicionales siguen viendo una adopción limitada de la señalización en la cabina fuera de los distritos ferroviarios de alta densidad o suburbanos y, en muchos casos, se ve impedida por el uso de la antigua tecnología de parada automática de trenes intermitente .
En América del Norte, el sistema de circuito de vías codificado desarrollado por Pennsylvania Railroad (PRR) y Union Switch & Signal (US&S) se convirtió en el estándar nacional de facto. También se utilizan variaciones de este sistema en muchos sistemas de tránsito rápido y forman la base de varios sistemas internacionales de señalización de cabina, como CAWS en Irlanda, BACC en Italia, ALSN en Rusia y la señalización Shinkansen de primera generación desarrollada por Japan National Railways ( JNR ).
En Europa y en otras partes del mundo, las normas de señalización de la cabina se desarrollaron país por país con una interoperabilidad limitada; sin embargo, las nuevas tecnologías como el Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario ( ERTMS ) tienen como objetivo mejorar la interoperabilidad. El componente de control de trenes del ERTMS, denominado Sistema Europeo de Control de Trenes ( ETCS ), es una especificación funcional que incorpora algunas de las normas nacionales anteriores y les permite ser totalmente interoperables con algunas modificaciones.
Todos los sistemas de señalización de cabina deben tener una indicación continua en la cabina para informar al conductor sobre el estado de la vía que se encuentra por delante; sin embargo, estos se dividen en dos categorías principales. Las señales intermitentes de cabina se actualizan en puntos discretos a lo largo de la vía y entre estos puntos la pantalla reflejará información de la última actualización. Las señales continuas de cabina reciben un flujo continuo de información sobre el estado de la vía que se encuentra por delante y la indicación de cabina puede cambiar en cualquier momento para reflejar cualquier actualización. La mayoría de los sistemas de señalización de cabina, incluidos los que utilizan circuitos de vía codificados, son continuos.
Los sistemas alemanes Indusi y ATB-NG de los Países Bajos entran en esta categoría. Estos y otros sistemas similares proporcionan recordatorios constantes a los conductores sobre las condiciones de la vía, pero solo se actualizan en puntos discretos. Esto puede dar lugar a situaciones en las que la información que se muestra al conductor se vuelve obsoleta. Los sistemas de señalización intermitente en cabina tienen una superposición funcional con muchos otros sistemas de protección del tren , como las paradas de viaje, pero la diferencia es que el conductor o el sistema operativo automático hacen referencia continua a la última actualización recibida.
Los sistemas continuos tienen la ventaja adicional de un comportamiento a prueba de fallos en caso de que un tren deje de recibir el evento continuo del que depende el sistema de señalización de la cabina. Los primeros sistemas utilizan los rieles o los conductores de bucle colocados a lo largo de la vía para proporcionar una comunicación continua entre los sistemas de señalización de la vía y el tren. [2] Estos sistemas permitían la transmisión de más información de la que era posible normalmente con los sistemas intermitentes contemporáneos y son los que permitieron la capacidad de mostrar una señal en miniatura al conductor; de ahí el término "señalización de la cabina". Los sistemas continuos también se combinan más fácilmente con la tecnología de control automático de trenes , que puede hacer cumplir las restricciones de velocidad en función de la información recibida a través del sistema de señalización, porque las señales continuas de la cabina pueden cambiar en cualquier momento para ser más o menos restrictivas, lo que proporciona un funcionamiento más eficiente que los sistemas ATC intermitentes.
Las señales de la cabina requieren un medio para transmitir información desde la vía hasta el tren. Existen varios métodos principales para lograr esta transferencia de información.
Esto es popular para los primeros sistemas intermitentes que usaban la presencia de un campo magnético o corriente eléctrica para designar una condición peligrosa. [3] El Sistema de Advertencia Automática (AWS) de British Rail es un ejemplo de un sistema de señal de cabina de dos indicaciones que transmite información mediante un campo magnético.
Los sistemas inductivos son sistemas sin contacto que dependen de algo más que la simple presencia o ausencia de un campo magnético para transmitir un mensaje. Los sistemas inductivos suelen requerir la instalación de una baliza o un bucle de inducción en cada señal y en otras ubicaciones intermedias. La bobina inductiva utiliza un campo magnético cambiante para transmitir mensajes al tren. Normalmente, a la frecuencia de los pulsos en la bobina inductiva se le asignan diferentes significados. Los sistemas inductivos continuos se pueden realizar utilizando los raíles de rodadura como un bucle inductivo largo y sintonizado.
Entre los sistemas inductivos intermitentes se incluyen el sistema alemán Indusi . Entre los sistemas inductivos continuos se incluyen el "Control automático de trenes" de dos aspectos de la General Railway Signal Company instalado en el ferrocarril Chicago and North Western, entre otros.
Un sistema basado en circuitos de vía codificados es esencialmente un sistema inductivo que utiliza los rieles de rodadura como transmisor de información. Los circuitos de vía codificados cumplen una doble función: realizar las funciones de detección de trenes y de detección de continuidad de rieles de un circuito de vía estándar y transmitir continuamente indicaciones de señales al tren. Los sistemas de circuitos de vía codificados eliminan la necesidad de balizas especializadas.
Ejemplos de sistemas de circuitos de vía codificados incluyen el sistema estándar de Pennsylvania Railroad , una variación del cual se utilizó en la línea Victoria del metro de Londres , [4] Más tarde, los sistemas de circuitos de vía de audiofrecuencia (AF) eventualmente reemplazaron a los sistemas de frecuencia de "potencia" en aplicaciones de tránsito rápido, ya que las señales de frecuencia más alta podían autoatenuarse, reduciendo la necesidad de juntas de riel aisladas. Algunos de los primeros usuarios de los sistemas de señal de cabina AF incluyen Washington Metro y Bay Area Rapid Transit . Más recientemente, los sistemas digitales se han vuelto preferidos, transmitiendo información de velocidad a los trenes usando datagramas en lugar de códigos simples. El TVM francés hace uso de los rieles de rodadura para transmitir la información de señalización digital, mientras que el sistema LZB alemán hace uso de cables auxiliares tendidos por el centro de la vía para transmitir continuamente la información de señalización.
Los sistemas basados en transpondedores utilizan bucles de antena fijos o balizas (denominados balizas ) que transmiten datagramas u otra información a un tren a medida que pasa por encima. Si bien son similares a los sistemas inductivos intermitentes, la señalización en cabina basada en transpondedores transmite más información y también puede recibir información del tren para ayudar a la gestión del tráfico. El bajo costo de los bucles y balizas permite una mayor cantidad de puntos de información que podrían haber sido posibles con sistemas más antiguos, así como información de señalización más detallada. La protección automática de trenes británica fue un ejemplo de esta tecnología junto con la más reciente ATB-NG holandesa.
Los sistemas de señalización inalámbrica en cabina prescinden de toda infraestructura de comunicaciones basada en vías y, en su lugar, dependen de transmisores inalámbricos fijos para enviar información de señalización a los trenes. Este método está más estrechamente asociado con el control de trenes basado en comunicaciones . Los niveles 2 y 3 de ETCS utilizan este sistema, al igual que otros sistemas de señalización en cabina que se encuentran en desarrollo.
La unidad de visualización de la cabina (CDU, por sus siglas en inglés), (también llamada interfaz conductor-máquina (DMI, por sus siglas en inglés) en el estándar ERTMS ) es la interfaz entre el operador del tren y el sistema de señalización de la cabina. Las primeras CDU mostraban indicaciones de advertencia simples o representaciones de señales ferroviarias en la vía. Más tarde, muchos ferrocarriles y sistemas de tránsito rápido prescindirían de las señales en miniatura en la cabina en favor de una indicación de la velocidad a la que el operador podía viajar. Por lo general, esto se hacía en conjunción con algún tipo de sistema de control automático de la velocidad del tren, donde se volvía más importante para los operadores hacer funcionar sus trenes a velocidades específicas en lugar de utilizar su criterio basado en las indicaciones de las señales. Una innovación común fue integrar el velocímetro y la pantalla de señales de la cabina, superponiendo o yuxtaponiendo la velocidad permitida con la velocidad actual. Los sistemas de señalización digital de la cabina que hacen uso de datagramas con información de "distancia al objetivo" pueden utilizar pantallas simples que simplemente informan al conductor cuando se están acercando a una penalización de velocidad o han activado una penalización de velocidad o pantallas más complejas que muestran un gráfico en movimiento de las curvas de frenado mínimas permitidas para alcanzar el objetivo de velocidad.
Las CDU también informan al operador en qué modo se encuentra el sistema, si lo hay, o si está activo. Las CDU también se pueden integrar en el sistema de alerta , proporcionando cuentas regresivas hasta la penalización por alerta o un medio para cancelar la alarma.
La señalización de cabina en los Estados Unidos fue impulsada por una decisión de 1922 de la Comisión de Comercio Interestatal (ICC) que requirió que 49 ferrocarriles instalaran algún tipo de control automático de trenes en una división completa de pasajeros para 1925. [5] Si bien varios ferrocarriles grandes, incluidos Santa Fe y New York Central , cumplieron con el requisito instalando dispositivos de parada de trenes inductivos intermitentes, el PRR vio una oportunidad para mejorar la eficiencia operativa e instaló los primeros sistemas de señalización de cabina continua, y finalmente se decidió por la tecnología de señalización de cabina con código de pulso suministrada por Union Switch and Signal .
En respuesta a la iniciativa del PRR, la ICC ordenó que algunos de los otros grandes ferrocarriles del país equiparan al menos una división con tecnología de señalización continua en la cabina como prueba para comparar tecnologías y prácticas operativas. Los ferrocarriles afectados no se mostraron muy entusiasmados y muchos optaron por equipar una de sus rutas más aisladas o con menos tráfico para minimizar la cantidad de locomotoras que debían equiparse con el aparato.
Varios ferrocarriles eligieron el sistema de bucle inductivo rechazado por el PRR. Estos ferrocarriles incluyeron el Ferrocarril Central de Nueva Jersey (instalado en su División Sur), el Ferrocarril de Reading (instalado en su línea principal del Ferrocarril de Atlantic City ), el Central de Nueva York y el de la Costa Este de Florida . [6] Tanto el Chicago and North Western como el Central de Illinois emplearon un sistema de dos aspectos en líneas suburbanas seleccionadas cerca de Chicago. Las señales de cabina mostrarían aspectos "Despejado" o "Restricción". El CNW fue más allá y eliminó las señales intermedias en la vía en el tramo de vía entre Elmhurst y West Chicago, requiriendo que los trenes avanzaran únicamente en función de las señales de cabina de dos aspectos. El Chicago, Milwaukee, St. Paul and Pacific Railroad tenía un sistema de tres aspectos en funcionamiento en 1935 entre Portage, Wisconsin y Minneapolis, Minnesota . [7]
Como el sistema ferroviario de Pensilvania fue el único que se adoptó a gran escala, se convirtió en un estándar nacional de facto y la mayoría de las instalaciones de señales de cabina en la era actual han sido de este tipo. Recientemente, han surgido varios tipos nuevos de señalización de cabina que utilizan tecnología basada en comunicaciones para reducir el costo del equipo de la vía o complementar las tecnologías de señalización existentes para hacer cumplir las restricciones de velocidad y las paradas absolutas y para responder a fallas o incursiones en los pasos a nivel.
El primero de ellos fue el Sistema de Control de Velocidad (SES, por sus siglas en inglés) empleado por New Jersey Transit en su línea de baja densidad Pascack Valley como programa piloto utilizando una flota dedicada de 13 locomotoras GP40PH-2 . El SES utilizaba un sistema de balizas de transpondedor unidas a las señales de bloqueo en la vía para hacer cumplir la velocidad de la señal. El SES no era del agrado de las tripulaciones de locomotoras debido a su hábito de causar aplicaciones inmediatas de penalización de los frenos sin hacer sonar primero una alarma de exceso de velocidad y darle al maquinista la oportunidad de desacelerar. El SES está en proceso de ser eliminado de esta línea y está siendo reemplazado por el CSS.
Amtrak utiliza el Sistema avanzado de control de velocidad civil (ACSES) para su servicio ferroviario de alta velocidad Acela Express en el NEC. [8] El ACSES era una superposición del CSS de tipo PRR existente y utiliza la misma tecnología de transpondedor SES para hacer cumplir las restricciones de velocidad tanto permanentes como temporales en las curvas y otras características geográficas. La unidad de señal de la cabina a bordo procesa tanto el código de pulso de "velocidad de señal" como la "velocidad civil" del ACSES, y luego hace cumplir la menor de las dos. El ACSES también proporciona una parada positiva en señales absolutas que podría ser liberada por un código proporcionado por el despachador transmitido desde la locomotora parada a través de una radio de datos. Más tarde, esto se modificó a un botón más simple de "liberación de parada" en la pantalla de señal de la cabina.
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Medios relacionados con Señalización de taxis en Wikimedia Commons