Sinalização de cabine com código de pulso - Pulse code cab signaling

Exibição do sinal da cabine SEPTA para o sistema PRR de 4 aspectos usando aspectos de luz de posição

A sinalização de cabine com código de pulso é uma forma de tecnologia de sinalização de cabine desenvolvida nos Estados Unidos pela Union Switch and Signal corporation para a Pennsylvania Railroad na década de 1920. O sistema de 4 aspectos amplamente adotado pelo PRR e suas ferrovias sucessoras tornou-se o sistema de sinalização de cabines ferroviárias dominante na América do Norte, com versões da tecnologia também sendo adotadas na Europa e sistemas de trânsito rápido. Em seu território de origem, nas linhas de propriedade da Conrail, ex-sucessora do PRR , e nas ferrovias que operam de acordo com o NORAC Rulebook, é conhecido simplesmente como Cab Signaling System ou CSS .

História

Antena CSS com código de pulso montada sob o piloto de uma locomotiva a diesel SRNJ

Em 1922, a Interstate Commerce Commission emitiu uma decisão exigindo que os trens fossem equipados com tecnologia de parada automática de trens se fossem operados a 80 mph ou mais. A Pennsylvania Railroad decidiu usar isso como uma oportunidade para implementar uma tecnologia de sinalização que pudesse melhorar a segurança e a eficiência operacional, exibindo um sinal continuamente na cabine da locomotiva. A tarefa foi atribuída à Union Switch and Signal corporation, o fornecedor preferencial de sinais do PRR.

A primeira instalação de teste entre Sunbury e Lewistown, PA em 1923 usou os trilhos como um loop indutivo acoplado ao receptor da locomotiva. O sistema tinha dois sinais de 60 Hz. O sinal de detecção de quebra foi alimentado por um trilho em direção ao trem que se aproximava e cruzou suas rodas, retornando no outro trilho. A pickup logo à frente das rodas somaria a corrente de aproximação de um lado com a corrente de retorno do outro. O sinal de “loop” retornado externamente foi alimentado para dentro e para fora da derivação intermediária de um resistor em cada extremidade do circuito da trilha. A picape somaria a corrente de aproximação em cada lado enquanto passava até o final da pista. Este sinal foi deslocado 90 graus do outro. Os sinais foram aplicados um ou ambos continuamente para fornecer aspectos de Aproximação ou Desobstrução, enquanto nenhum sinal era um aspecto de Restrição. A instalação de teste eliminou os sinais de bloqueio à beira da estrada e os trens dependiam apenas dos sinais da cabine.

Para sua próxima instalação, na linha Northern Central entre Baltimore, MD e Harrisburg, PA em 1926 (1927?), O PRR testou outra variação de sinais de cabine que derrubou o sinal de loop e mudou para 100 Hz para o sinal de trilha. A mudança fundamental era que agora viria acima Restringindo meramente como uma portadora e a pulsação on-off de 1,25 a 3 Hz seria usada como um código para transmitir os aspectos. A presença do portador por si só não era significativa, nenhuma pulsação ainda significaria um aspecto restritivo. Este novo sistema permitiu quatro aspectos de sinal: Restrição; Abordagem; Aproximação (próximo sinal em) Média (velocidade); e claro. Inicialmente, o sistema de sinalização da cabine agia apenas como uma forma de parada automática do trem, onde o maquinista teria que reconhecer qualquer queda no sinal da cabine para um aspecto mais restritivo para evitar que os freios fossem aplicados automaticamente. Posteriormente, os motores de passageiros foram atualizados com controle de velocidade que reforçava a velocidade do livro de regras associada a cada sinal de cabine (Clear = Sem restrição, Approach Medium = 45 mph, Approach = 30 mph, Restricting = 20 mph).

Com o tempo, o PRR instalou sinais de táxi em grande parte de seu sistema oriental, de Pittsburgh à Filadélfia, de Nova York a Washington. Este sistema foi então herdado pela Conrail e Amtrak e várias agências de transporte regional operando no antigo território PRR, como SEPTA e New Jersey Transit . Como todos os trens que circulam no território de sinalização de cabine tiveram que ser equipados com sinalização de cabine, a maioria das locomotivas das estradas mencionadas foram equipadas com equipamento de sinalização de cabine. Devido ao efeito de bloqueio de interoperabilidade, o sistema de sinalização de cabine PRR de 4 aspectos se tornou um padrão de fato e quase todas as novas instalações de sinalização de cabine foram desse tipo ou de um tipo compatível.

Visão geral técnica

Unidade geradora de código de pulso eletromecânico US&S gerando 180 ppm para um sistema de sinal de cabine

Operação basica

Os sinais de código de pulso da cabine funcionam enviando pulsos medidos ao longo de um circuito de trilho CA existente operando em uma frequência portadora escolhida . Os pulsos são detectados por indução por um sensor pendurado alguns centímetros acima do trilho antes do conjunto de rodas dianteiras. Os códigos são medidos em pulsos por minuto e para o sistema PRR de 4 aspectos são definidos em 180 ppm para Clear, 120 ppm para Approach Medium, 75 ppm para Approach e 0 para Restricting. As taxas de pulso são escolhidas para evitar que qualquer taxa seja um múltiplo de outra, levando a harmônicos refletidos, causando falsas indicações.

O sistema é à prova de falhas , pois a falta de código exibiria um sinal de restrição. Os códigos seriam transmitidos ao trem a partir do limite do bloco à sua frente. Dessa forma, se o trilho estivesse quebrado ou outro trem entrasse no bloco, nenhum código alcançaria o trem que se aproximava e o sinal da cabine exibia novamente Restrição. Os trens com um número insuficiente de eixos não causarão um curto-circuito em toda a corrente do sinal da cabine, de modo que os trens seguintes possam receber um aspecto incorreto. Os trens desse tipo devem receber proteção absoluta contra bloqueio na parte traseira.

Onde coexistem eletrificação CC e CA de 25 Hz , a frequência padrão de 100 Hz é alterada para 91⅔ Hz (próxima frequência definida de MG disponível). Isso evita até mesmo os harmônicos criados pela corrente de tração CC do trilho de retorno compensando a onda senoidal de retorno CA no mesmo trilho.

Melhorias para velocidades mais altas

70 anos após a introdução dos sinais de código de pulso na cabine, o projeto de 4 velocidades foi considerado insuficiente para velocidades não previstas quando o sistema foi projetado. Os dois problemas mais urgentes eram o uso de desvios de alta velocidade , que permitiam que os trens fizessem uma rota divergente mais rápido do que os normais 30 ou 72 km / h cobertos pelos sinais existentes da cabine. A introdução do serviço Acela Express da Amtrak com suas velocidades máximas de 135 a 150 mph também excederia as capacidades do sistema de sinalização legado e sua velocidade de projeto de 125 mph.

Para resolver o problema e evitar uma reconstrução completa do sistema de sinalização, prejudicar o serviço de baixa velocidade, interromper a compatibilidade reversa com os sinais existentes da cabine ou colocar uma dependência muito alta do operador humano, um sistema de código de pulso de sobreposição foi desenvolvido para uso no Corredor Nordeste da Amtrak . Operando com uma frequência portadora diferente de 250 Hz, códigos de pulso adicionais poderiam ser enviados para o trem sem interferir com os códigos de 100 Hz legados. Ao projetar cuidadosamente os códigos de sobreposição, a compatibilidade com versões anteriores poderia ser mantida de modo que qualquer trem incapaz de detectar os novos códigos nunca recebesse um sinal mais favorável do que o faria de outra forma. Além do uso de códigos de 250 Hz, um código 5 de 270 ppm foi incorporado para uso em trânsito rápido e Long Island Rail Road.

O mapeamento de códigos para velocidades é o seguinte:

Os trens com a capacidade de obter os códigos de 250 Hz obtêm velocidades atualizadas em seções da via com velocidades superiores a 125 mph e em desvios de alta velocidade a 80 mph. Trens sem simplesmente viajar em velocidades mais lentas. O código de 270ppm quebra a compatibilidade com versões anteriores do sistema de 4 códigos, mas só está em uso na New York Penn Station como parte de uma atualização de sinalização de alta densidade. O código de 270ppm e a velocidade de 60 mph foram escolhidos para serem compatíveis com os sinais de táxi instalados nos trens da Long Island Rail Road que também usam a Penn Station.

Unidade de exibição da cabine

Os sinais da cabine são apresentados à locomotiva por meio de uma unidade de exibição de sinais da cabine. Os primeiros CDUs consistiam em sinais em miniatura do tipo visível ao longo da pista, retroiluminados por lâmpadas. Eles podem ser encontrados em variedades de luz colorida e luz de posição, dependendo do sistema de sinalização nativo da ferrovia. Os CDUs modernos em trens de passageiros costumam ser integrados ao velocímetro , já que os sinais da cabine agora têm uma função de controle de velocidade. Em trens equipados com a funcionalidade de controle automático do trem , a falha em reconhecer adequadamente uma alteração restritiva do sinal da cabine resulta em uma 'penalidade de aplicação do freio', assim como a falha em observar o limite de velocidade do sinal da cabine.

Uso

Linhas atuais usando o sistema de sinal de cabine PRR de 4 aspectos de 100 Hz

Siemens 9-Aspect Cab Signal ADU junto com o display ACSES . Esta unidade está exibindo um aspecto RESTRICTING.

• Corredor Amtrak Nordeste
• Amtrak Dorchester Branch
• Amtrak Main Line - Mill River para Springfield
• Amtrak Main Line - New Haven para Boston
• Amtrak Main Line — New York to Hoffmans
• Amtrak Main Line — New York to New Rochelle
• Amtrak Main Line — New York to Philadelphia
• Amtrak Main Line — Filadélfia para Harrisburg
• Amtrak Main Line - Filadélfia a Washington
• Amtrak Middleboro Main Line
• Linha Conrail Lehigh
• CSX Berkshire Subdivision (sem margem de manobra)
• Subdivisão CSX Boston (sem margem de manobra)
• CSX Landover Subdivision
• CSX RF&P Subdivision (anteriormente usando o sistema RF&P CSS a 60 Hz)
• NJT Todas as linhas (exceto Princeton Branch)
• MBTA todas as linhas do lado sul
• Linha Metro-North Hudson (sem margem de manobra)
• Linha Metro-North Harlem (sem margem de manobra)
• Linha Metro-North New Haven (sem margens)
• Filial Metro-North New Canaan (sem margem de manobra)
• Filial Metro-North Danbury (sem margem de manobra)
• Metro-North Southern Tier Line (sem margem de manobra)
• Norfolk Southern Pittsburgh Line (sem margem de manobra)
• Norfolk Southern Port Road Line
• Linha Norfolk Southern Conemaugh (sem margem de manobra)
• Norfolk Southern Morrisville Line (sem margem de manobra)
• Linha Norfolk Southern Fort Wayne ( Conway Yard para Alliance, Ohio , sem margem de manobra)
• Norfolk Southern Cleveland Line (Alliance, Ohio a Cleveland, Ohio , sem margem de manobra)
• SEPTA Main Line (Center City to Doylestown; sem margens ao norte de Wayne Junction)
• SEPTA Airport Line
• SEPTA Chestnut Hill East Line (sem margem de manobra)
• SEPTA Chestnut Hill West Line (sem margem de manobra)
• Linha SEPTA Cynwyd (sem margem de manobra)
• SEPTA Fox Chase Line (sem margem de manobra)
• SEPTA Manayunk / Norristown Line (sem margem de manobra)
• SEPTA Media / Elwyn Line
• SEPTA Warminster Line (sem margem de manobra)
• SEPTA West Trenton Line (sem margem de manobra)

Sistemas de código de pulso norte-americanos relacionados

• Controle automático de velocidade da estrada de ferro de Long Island : O LIRR era uma subsidiária da PRR e adotou um sistema semelhante. O LIRR usava sinais de cabine PRR padrão até ser comprado pela Metropolitan Transportation Authority em 1968, quando foi ligeiramente modificado para os sistemas ASC usados ​​até hoje. O ASC emprega dois códigos adicionais, 270 e 420 ppm e substitui o display de sinal na cabine por um display de velocidade na cabine. Os códigos adicionais são usados ​​para exibir velocidades de 50/60 e 60/70 mph, que são usados ​​para diminuir a velocidade de trens em curvas, saídas de alta velocidade e blocos de sinalização curtos.
• Chicago, Burlington e Quincy Automatic Cab Signaling: A linha de passageiros CB&Qpara Aurora, Illinois, usava a mesma tecnologia da Pensilvânia, apenas com regras e indicações de beira de estrada diferentes para se adequar ao sistema de sinalização parcialmente baseado em rota. Ele permanece em serviço até os dias de hoje.
• Union Pacific Automatic Cab Signaling: A Union Pacific implementou a tecnologia do tipo PRR em grande parte de sua linha principal entre Chicago e Wyoming, bem como em várias outras linhas em seu sistema nos últimos anos. Tal como acontece com os sinais de cabine CB&Q, o sistema funciona sob os mesmos princípios do sistema PRR, mas usa regras diferentes com sinais de beira de estrada parcialmente baseados em rota e uma portadora de 60 Hz, o que o torna um tanto incompatível com os sistemas de 100 Hz.
• Metra Rock Island Automatic Train Control: Outro sistema de sinalização de cabine baseado em PRR remanescente da Rock Island. O sistema está em serviço no distrito de Metra Rock Island entre Blue Island e Joliet.
• Linhas de trânsito rápido: várias linhas de trânsito rápido construídas ou re-sinalizadas na década de 1990 ou antes fazem uso da tecnologia de sinal de cabine com código de pulso para esquemas de operação de trem manual ou automático . Os sistemas de trânsito rápido normalmente são à prova de falhas com um código 0 exigindo uma parada completa. Além disso, a gama completa de códigos de pulso é usada para fornecer a granularidade máxima no controle de velocidade. Alguns exemplos incluem o PATCO Speedline na Filadélfia, o SEPTA Route 100 , o Baltimore Metro e o Miami-Dade Metrorail . A tecnologia de código de pulso em linhas de trânsito rápido geralmente foi suplantada por sinais de cabina de áudio-frequência.
• Controle de velocidade automático da MTA Staten Island Railway : um híbrido dos sistemas PRR / LIRR e do código da cabine de freqüência energética Rapid Transit. O ATC aplica a frenagem de serviço em resposta às condições de velocidade excessiva. 75-120-180-270 são usados ​​como comandos de velocidade. O código zero é usado para parar em vez de restringir, que é 50PPM. 420 é usado como trava. Os despachantes podem autorizar trens parados por um código zero para fechar em certos sinais de intertravamento ativando manualmente um código de fechamento de 50 ppm.

Sistemas europeus de código de pulso

• RS4 Codici é o sistema legado de sinalização de cabine usado na Itália. O sistema utiliza códigos de 0, 75, 120, 180 e 270 ppm em corrente de 50 Hz.
• ALSN (Continuous Automatic Train Signaling) é um sistema legado usado nos ex-estados soviéticos (Federação Russa, Ucrânia, Bielo-Rússia, Letônia, Lituânia, Estônia). O sistema utiliza pulsos a 0, 25, 50 e 75 ppm. As extensões no sistema de operação automática de trens ALS-ARS codificam com 75, 125, 175, 225, 275 ppm. Algumas das taxas de código usam durações de pulso não uniformes.
• O Sistema de Alerta Automático Contínuo é o sistema de sinalização da cabine na Irlanda. O sistema faz uso de códigos de 0, 50, 120 e 180 ppm usando uma corrente portadora de 50 Hz. Códigos adicionais são usados ​​em algumaslinhas de trânsito rápido .
• Automatische treinbeïnvloeding é osistema holandês de sinalização de táxis. Utiliza códigos de 0, 75, 96, 120, 180 e 220 ppm, complementados por um sistema indutivo de parada de trens para velocidades abaixo de 25 mph.
• A linha Victoria do metrô de Londres usou sinais de código de pulso fornecidos pela US&S para implementar seusistema de operação automática de trens até 2012, quando foi substituído pelo CBTC . Os códigos usados ​​foram 420, 270, 180 e 120 ppm.

Referências