LZB

sistema de seguridad ferroviario From Wikipedia, the free encyclopedia

Linienzugbeeinflussung (o LZB) es un sistema de señalización en cabina y sistema de protección del tren utilizado en líneas seleccionadas de Alemania y Austria, así como en el AVE y en algunas líneas de cercanías en España. El sistema era obligatorio allí donde se permitía que los trenes superasen velocidades de 160 km/h en Alemania y de 220 km/h en España. También se utiliza en algunas líneas ferroviarias más lentas y en líneas urbanas de tránsito rápido para aumentar la capacidad. En alemán, la palabra Linienzugbeeinflussung se traduce como control continuo del tren, o, más literalmente: influencia lineal del tren. En ocasiones también se denomina linienförmige Zugbeeinflussung.

Vía equipada con lazos LZB. Nótese el segundo cable en la parte inferior del carril izquierdo.

LZB está en desuso y será sustituido por el Sistema Europeo de Control de Trenes (ETCS) entre 2023 y 2030. La Agencia Ferroviaria de la Unión Europea (ERA) lo referencia como un sistema de Clase B de protección del tren en el Control Nacional de Trenes (NTC).[1] Los vehículos de conducción, por lo general, deben sustituir la lógica de control clásica por Unidades Embarcadas (OBU) de ETCS con una Interfaz Hombre-Máquina para el maquinista (DMI) común.[2] Como los trenes de altas prestaciones a menudo no se retiran ni se reutilizan en líneas secundarias, se desarrollaron módulos específicos de transmisión (STM) para LZB con el fin de seguir dando soporte a instalaciones LZB.[3]

Visión general

Consola principal de un tren ICE 2 en modo LZB. La velocidad actual, la máxima y la objetivo son 250 km/h. La distancia objetivo es 9,8 km
Panel de la Interfaz Hombre-Máquina (DMI) de un tren ICE 4 en modo LZB (STM), mostrando una velocidad objetivo máxima de 200 km/h

En Alemania, la distancia estándar desde una señal avanzada hasta su señal principal es de 1000 m. En un tren con frenos potentes, esta es la distancia de frenado desde 160 km/h. En los años 1960, Alemania evaluó diversas opciones para aumentar las velocidades, entre ellas aumentar la distancia entre señales avanzadas y principales, y la señalización en cabina. Aumentar la distancia entre la señal principal y la avanzada reduciría la capacidad. Añadir un nuevo aspecto haría las señales más difíciles de reconocer. En cualquier caso, los cambios en las señales convencionales no resolverían el problema de la dificultad de ver y reaccionar a las señales a altas velocidades. Para superar estos problemas, Alemania optó por desarrollar señalización continua en cabina.

El sistema de señalización en cabina LZB se demostró por primera vez en 1965, permitiendo que trenes diarios en la Exposición Internacional del Transporte de Múnich circularan a 200 km/h. El sistema se siguió desarrollando durante los años 70 y se implantó en varias líneas en Alemania a principios de los 80, y en líneas de alta velocidad alemanas, españolas y austríacas en los años 90, con trenes circulando hasta 300 km/h. Mientras tanto, se incorporaron capacidades adicionales al sistema.

LZB consta de equipamiento en la vía y a bordo de los trenes. Un tramo de vía de 30–40 km está controlado por un centro de control LZB.[4] El ordenador del centro de control recibe información sobre bloques ocupados a partir de circuitos de vía o contadores de ejes y sobre itinerarios asegurados desde los enclavamientos. Está programado con la configuración de la vía, incluida la ubicación de agujas, desvíos, pendientes y límites de velocidad en curvas. Con ello, dispone de información suficiente para calcular hasta dónde puede avanzar cada tren y a qué velocidad.

El centro de control se comunica con el tren mediante dos cables conductores que discurren entre las vías y que se cruzan cada 100 m. El centro de control envía paquetes de datos, conocidos como telegramas, al vehículo, que le otorgan su autorización de movimiento (hasta dónde puede avanzar y a qué velocidad), y el vehículo devuelve paquetes de datos que indican su configuración, capacidades de frenado, velocidad y posición.

El ordenador a bordo procesa los paquetes y muestra al maquinista la información siguiente:

Velocidad actual: obtenida localmente mediante equipos de medida de velocidad, se muestra con un velocímetro estándar

Velocidad permitida: velocidad máxima permitida en ese momento, se muestra con una línea roja o un triángulo en el exterior del velocímetro

Velocidad objetivo: velocidad máxima a una determinada distancia, se muestra con números LED en la parte inferior del velocímetro

Distancia objetivo: distancia para la velocidad objetivo, se muestra con barras LED hasta 4000 m, con números para distancias mayores

Si hay una larga distancia libre por delante del tren, el maquinista verá la velocidad objetivo y la velocidad permitida iguales a la velocidad máxima de la línea, con la distancia mostrando la distancia máxima, entre 4 km y 13,2 km según la unidad, el tren y la línea.

A medida que el tren se aproxima a una restricción de velocidad, como una curva o un desvío, LZB hará sonar un zumbador y mostrará la distancia a la restricción y su velocidad. A medida que el tren continúa, la distancia objetivo disminuirá. Cuando el tren se acerque a la restricción, la velocidad permitida empezará a disminuir, hasta igualarse con la velocidad objetivo en el punto de la restricción. En ese momento, la pantalla cambiará al siguiente objetivo.

El sistema LZB trata una señal en rojo o el inicio de un bloque que contiene un tren como una restricción de velocidad de 0. El maquinista verá la misma secuencia que al aproximarse a una restricción, excepto que la velocidad objetivo es 0.

LZB incluye Protección automática del tren. Si el maquinista supera la velocidad permitida más un margen, LZB activará el zumbador y una luz de exceso de velocidad. Si el maquinista no reduce la velocidad, el sistema LZB puede aplicar los frenos por sí mismo, deteniendo el tren si es necesario.

LZB también incluye un sistema de Operación automática del tren conocido como AFB (Automatische Fahr- und Bremssteuerung, control automático de tracción y frenado), que permite al maquinista dejar que el ordenador conduzca el tren en piloto automático, circulando automáticamente a la máxima velocidad permitida por LZB en cada momento. En este modo, el maquinista solo supervisa el tren y vigila posibles obstáculos inesperados en la vía.

Por último, el sistema a bordo del LZB incluye el sistema de protección del tren convencional Indusi (o PZB) para su uso en líneas no equipadas con LZB.

Historia

Elección de la señalización en cabina

En los años 60, los ferrocarriles alemanes querían aumentar la velocidad en algunas de sus líneas. Un problema para ello era la señalización. Las señales alemanas están colocadas demasiado cerca como para permitir que los trenes de alta velocidad se detengan entre ellas, y a altas velocidades puede ser difícil que el maquinista las vea.

Alemania utiliza señales avanzadas situadas a 1,000 m antes de la señal principal. Los trenes con frenos convencionales, con una deceleración de 0,76 m/s2, pueden detenerse desde 140 km/h en esa distancia. Los trenes con frenos potentes, que suelen incluir frenos electromagnéticos de carril, con una deceleración de 1 m/s2, pueden detenerse desde 160 km/h y se les permite circular a esa velocidad. Sin embargo, incluso con frenos potentes y la misma deceleración, un tren que circule a 200 km/h necesitaría 1,543 m para detenerse, lo que excede la distancia de señalización. Además, como la energía disipada a una aceleración dada aumenta con la velocidad, las velocidades más altas pueden requerir deceleraciones menores para evitar el sobrecalentamiento de los frenos, aumentando todavía más la distancia.

Una posibilidad para aumentar la velocidad sería incrementar la distancia entre la señal principal y la señal avanzada. Pero eso exigiría bloques más largos, lo que reduciría la capacidad de la línea para trenes más lentos. Otra solución sería introducir señalización de múltiples aspectos. Un tren a 200 km/h vería una señal de “reducir a 160” en el primer bloque y luego una señal de parada en el segundo bloque.

Introducir señalización de múltiples aspectos requeriría una remodelación considerable de las líneas existentes, ya que habría que añadir señales avanzadas adicionales en bloques largos y rehacer las señales en los cortos. Además, no resolvería el otro problema de la explotación a alta velocidad, la dificultad de ver las señales cuando el tren pasa a gran velocidad, especialmente en condiciones desfavorables como lluvia, nieve y niebla.

La señalización en cabina resuelve estos problemas. En líneas existentes, puede añadirse sobre el sistema de señalización actual con pocas modificaciones, o incluso ninguna. Al llevar las señales a la cabina, el maquinista puede verlas con facilidad. Además, el sistema de señalización en cabina LZB ofrece otras ventajas:

  • El maquinista conoce de inmediato los cambios en la señalización.
  • Esto permite dejar de frenar si mejora una señal al final de un bloque, ahorrando energía y tiempo.
  • También permite al centro de control ordenar una parada instantánea en caso de condiciones peligrosas como un descarrilamiento o una avalancha.

El maquinista puede “ver” electrónicamente una larga distancia (hasta 13 km) por delante, lo que permite conducir de forma más suave.

Un tren que sigue a otro más lento puede “ver” al tren lento con antelación, dejándose llevar o usando frenado regenerativo para reducir velocidad y ahorrar energía.

Puede señalizar una gran variedad de velocidades. (Las señales alemanas convencionales en los años 60 solo podían indicar 40 o 60 km/h para desvíos. Las señales convencionales modernas pueden indicar incrementos de 10 km/h, pero LZB puede indicar incrementos aún más finos).

Permite dividir la vía en un gran número de bloques pequeños si es necesario para aumentar la capacidad.

Permite un sistema de Protección automática del tren más capaz.

Permite el sistema AFB de Operación automática del tren.

Dadas todas estas ventajas, en los años 60 los ferrocarriles alemanes optaron por la señalización en cabina LZB en lugar de aumentar el espaciado de las señales o añadir aspectos.

Desarrollo

El primer sistema prototipo fue desarrollado por Ferrocarriles Federales Alemanes junto con Siemens y probado en 1963. Se instaló en locomotoras de la serie 103 y se presentó en 1965 con recorridos a 200 km/h en trenes hacia la Exposición Internacional de Múnich. A partir de ello, Siemens desarrolló el sistema LZB 100 y lo introdujo en las líneas Múnich–Augsburgo–Donauwörth y Hannover–Celle–Uelzen, todas con locomotoras de la serie 103.[5] El sistema se superpuso al sistema de señales existente. Todos los trenes debían obedecer las señales estándar, pero los trenes equipados con LZB podían circular más rápido que lo normal siempre que la vía estuviera libre por delante durante una distancia suficiente. LZB 100 podía mostrar hasta 5 km por adelantado. Las instalaciones originales eran todas de lógica cableada. Sin embargo, a medida que avanzaron los años 70, Standard Elektrik Lorenz (SEL) desarrolló los controladores centrales LZB L72 basados en ordenador y equipó con ellos otras líneas.

A finales de los años 70, con el desarrollo de los microprocesadores, se pudieron aplicar ordenadores 2-de-3 al equipo a bordo. Siemens y SEL desarrollaron conjuntamente el sistema a bordo LZB 80 y equiparon con él a todas las locomotoras y trenes que circulan por encima de 160 km/h, además de algunas locomotoras de mercancías pesadas. Para 1991, Alemania sustituyó todo el equipamiento LZB 100 por LZB 80/L 72.[4][5]

Cuando Alemania construyó sus líneas de alta velocidad, empezando por el tramo Fulda–Würzburg, que comenzó a operar en 1988, incorporó LZB a las líneas. Las líneas se dividieron en bloques de aproximadamente 1,5 to de longitud, pero en lugar de tener una señal para cada bloque, solo hay señales fijas en desvíos y estaciones, con aproximadamente 7 km entre ellas. Si no había tren en toda esa distancia, la señal de entrada estaría en verde. Si el primer bloque estaba ocupado, estaría en rojo como de costumbre. En caso contrario, si el primer bloque estaba libre y un tren con LZB se acercaba a la señal, esta estaría apagada y el tren circularía únicamente con las indicaciones LZB.

El sistema se extendió a otros países. España equipó su primera línea de alta velocidad, operativa a 300 km/h, con LZB. Se inauguró en 1992 y conecta Madrid, Córdoba y Sevilla. En 1987, los ferrocarriles austríacos introdujeron LZB en sus sistemas y, con el cambio de horario del 23 de mayo de 1993, pusieron en marcha trenes EuroCity a 200 km/h en un tramo de 25 km de la Westbahn entre Linz y Wels.

Siemens continuó desarrollando el sistema y, en 1999, incorporó equipamiento en vía de “Computer Integrated Railroading”, o “CIR ELKE”. Esto permitió bloques más cortos y que las restricciones de velocidad en desvíos empezasen en el propio desvío en lugar de en el límite de un bloque. Véase CIR ELKE más abajo para más detalles.

Cronología del desarrollo

Más información Fecha, Descripción ...
FechaDescripciónCentros de control / Longitud
1963Pruebas en la línea Forchheim–Bamberg
1965Viajes de demostración a 200 km/h en la línea Múnich–Augsburgo instalada en locomotoras Serie 103[6]
1974–1976Pruebas en explotación en la línea Bremen–Hamburgo3 controladores / 90 km
1976Ampliación del ensayo a la línea Hamm–Gütersloh.
1978–1980Proyecto piloto de S-Bahn en Madrid (RENFE)1 controlador / 28 km
1980–1985Inicio de operaciones en algunas líneas de la Deutschen Bundesbahn (DB)7 controladores / 309 km
1987Inicio de operaciones en nuevas líneas de alta velocidad Fulda–Würzburg y Mannheim–Hockenheim4 controladores / 125 km
1987Ferrocarriles Federales Austríacos decide introducir LZB
1988–1990Mayor expansión a nuevas rutas en Alemania2 controladores / 190 km
1991Puesta en servicio del resto de la línea de alta velocidad Hannover–Würzburg, la línea de alta velocidad Mannheim–Stuttgart y rutas adicionales10 controladores / 488 km
1992Apertura de la línea de alta velocidad Madrid-Sevilla en España8 controladores / 480 km
1992Primer tramo de la ruta Wien–Salzburg en Austria1 controlador / 30 km
1995Puesta en servicio de la línea Cercanías C5 de Madrid2 controladores / 45 km
1998Puesta en servicio de la línea de alta velocidad Hannover–Berlín y ampliación de la línea Núremberg–Würzburg, junto con enclavamientos electrónicos.6 controladores
1999Puesta en servicio del proyecto piloto CIR ELKE en la línea Offenburg–Basilea, con software de sistema CE14 controladores
2001Puesta en servicio del proyecto piloto CIR ELKE en Achern1 controlador
2002Puesta en servicio de la línea de alta velocidad Colonia–Fráncfort usando software de sistema CE24 controladores
2003Puesta en servicio de las mejoras en la línea Colonia–Düren(–Aquisgrán) (LZB con software CE2)1 controlador / 40 km
2004Puesta en servicio de las mejoras en la línea Hamburgo–Berlín (LZB con software de sistema CE2)5 controladores
2004Puesta en servicio de las mejoras en la S-Bahn de Múnich (software CE2 y bloques más cortos)1 controlador
2006Puesta en servicio de las mejoras en la línea Berlín–Halle/Leipzig donde LZB (CE2) y ETCS se combinan por primera vez.4 controladores
2006Puesta en servicio de la línea de alta velocidad Núremberg–Múnich (LZB con software de sistema CE2 con extensión de desvío)2 controladores
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Equipamiento de vía

Bucles de cable

Bucle de cable

El centro de control LZB se comunica con el tren mediante bucles de cable conductor. Los bucles pueden ser tan cortos como 50 metros, como se usan en la entrada y salida de la vía controlada por LZB, o tan largos como 12,7 km. Cuando los bucles superan 100 m se cruzan cada 100 m. En el cruce, el ángulo de fase de la señal cambia 180°, reduciendo la interferencia eléctrica entre la vía y el tren, así como la radiación a larga distancia de la señal. El tren detecta este cruce y lo utiliza para ayudar a determinar su posición. Los bucles más largos generalmente se alimentan desde el centro y no desde un extremo.

Un inconveniente de los bucles muy largos es que cualquier rotura del cable deshabilitará la transmisión LZB para toda la sección, hasta 12,7 km. Por ello, las instalaciones LZB más nuevas, incluidas todas las líneas de alta velocidad, dividen los bucles de cable en cables físicos de 300 m. Cada cable se alimenta desde un repetidor y todos los cables de una sección transmitirán la misma información.

Configuración de cable de bucle corto.

Centro de línea LZB (controlador central)

El núcleo del centro de línea LZB, o controlador central, consiste en un sistema informático 2-de-3, con dos ordenadores conectados a las salidas y otro adicional en reserva.[5] Cada ordenador tiene su propia fuente de alimentación y está en su propio bastidor.[5] Los tres ordenadores reciben y procesan entradas e intercambian sus salidas y resultados intermedios importantes. Si uno no coincide, se desactiva y el ordenador en reserva ocupa su lugar.

Los ordenadores están programados con información fija de la ruta como límites de velocidad, pendientes y la ubicación de límites de bloque, desvíos y señales. Están conectados por LAN o por cables al sistema de enclavamiento, del que reciben indicaciones de posición de agujas, aspectos de señales y ocupación de circuitos de vía o contadores de ejes. Por último, los ordenadores del centro de línea se comunican con los trenes controlados mediante los bucles de cable descritos anteriormente.

Otros equipos

Señal de inicio de LZB
Señal que indica un nuevo bloque (virtual) de LZB

Repetidores: conectan secciones individuales de bucle de 300 m con los enlaces principales de comunicación, reforzando la señal del centro de línea y enviando las respuestas del vehículo.

Bucles fijos: normalmente de unos 50 m de longitud, se colocan en los extremos de la sección controlada. Transmiten telegramas fijos que permiten a los trenes entrantes recibir una dirección.

Armarios de aislamiento: un enlace largo de comunicación consistirá en múltiples cables individuales conectados en “armarios de aislamiento”, que sirven para evitar que la tensión de baja frecuencia acoplada desde la catenaria se acumule en el cable.

Señales: indican los límites de bloque LZB (si no están en una señal) y la entrada y salida del área controlada por LZB.

Equipamiento del vehículo

La palanca del AFB (control de crucero) en la cabina de un tren ICE 1, con límites máximos de velocidad predefinidos en km/h (Vsoll) señalados a la derecha. Cuando opera en vía con LZB, el sistema AFB mantiene automáticamente la velocidad máxima definida por dicha palanca, así como la reducción automática de velocidad y el frenado del tren si es necesario.

El equipamiento a bordo en el diseño original del LZB80 consistía en:[5]

Ordenadores: el equipo a bordo se centraba en un sistema informático 2-de-3. El diseño original del LZB 80 utilizaba microprocesadores 8085 programados en lenguaje ensamblador. Los programas estaban dirigidos por interrupciones, generadas por un reloj de 70 ms, los receptores y transmisores de vía, la interfaz serie y también dentro del propio programa. Las interrupciones disparaban programas de comparación y salida. El equipamiento periférico se organizaba en torno a los ordenadores, con todas las interfaces separadas eléctricamente y todas las masas unidas al bastidor del armario, que estaba unido al chasis del vehículo.

Fuente de alimentación redundante: los ordenadores y el equipamiento periférico se alimentaban mediante una fuente redundante basada en dos transformadores de tensión idénticos. Cada uno podía suministrar la potencia necesaria para todo el equipamiento. Normalmente se conmutaban de forma alterna, pero si uno fallaba el otro asumía la carga. Las baterías a bordo también podían suministrar alimentación temporal.

Odómetro: la velocidad del vehículo y la distancia recorrida se miden en dos canales independientes mediante dos generadores de impulsos montados en ejes diferentes. Cada uno se enlaza a una unidad con microcontrolador separada, usada para corregir inexactitudes. La lógica central interroga a ambas unidades y a un acelerómetro, compara los valores y comprueba su plausibilidad.

Receptor: dos pares de antenas receptoras alimentan amplificadores selectivos y autorregulados, cuya salida se lleva a un demodulador y luego a un transformador serie-paralelo. Los telegramas recibidos se envían byte a byte al ordenador de lógica central. Los receptores también indican puntos de transición y si la señal está presente.

Transmisor: los dos ordenadores que emiten alimentan transformadores serie-paralelo. Tras la conversión se comparan, y solo se permite la transmisión si son idénticos. En realidad solo se transmite una señal, con el transmisor emitiendo dos señales a 56 kHz con un desfase de 90° en el ángulo de fase.

Conexión con el freno de emergencia: los ordenadores están conectados al freno mediante un relé. Una orden del ordenador o la pérdida de corriente libera el aire de la tubería de freno, aplicando el freno de emergencia.

Conexión del avisador Indusi: el avisador acústico para el maquinista también se conecta mediante un relé.

Interfaz serie: se utiliza una interfaz serie para conectar el resto de componentes, incluyendo las entradas del maquinista, la unidad de visualización, el registrador y el control automático de tracción y frenado (AFB) con los ordenadores. Los telegramas se transmiten cíclicamente tanto desde como hacia los ordenadores.

Unidad de entrada del maquinista: el maquinista introduce datos del tren como el tipo de frenado (viajeros/mercancías), potencia de frenado, velocidad máxima del tren y longitud del tren en la unidad de interfaz. Luego se muestra al maquinista para verificar que es correcto.

Pantalla modular de cabina (MFA): la pantalla modular muestra las velocidades y distancias relevantes tal como se describe en la visión general.

Control automático de tracción/freno: cuando el maquinista lo habilita, la unidad AFB conduce el tren siguiendo la velocidad permitida. Cuando no opera en una línea equipada con LZB, es decir, bajo Indusi, el AFB actúa principalmente como un “control de crucero”, conduciendo según la velocidad establecida por el maquinista.

El equipamiento en trenes más modernos es similar, aunque los detalles pueden variar. Por ejemplo, algunos vehículos usan radar en lugar de acelerómetros para ayudar al odómetro. El número de antenas puede variar según el vehículo. Por último, algunos vehículos más nuevos usan una interfaz hombre-máquina (MMI) en pantalla completa generada por ordenador, en lugar de los diales separados de la “pantalla modular de cabina” (MFA).

Explotación

Telegramas

LZB opera intercambiando telegramas entre el controlador central y los trenes. El controlador central transmite un “telegrama de llamada” mediante señalización FSK a 1200 bits por segundo en 36 kHz ± 0,4 kHz. El tren responde con un “telegrama de respuesta” a 600 bits por segundo en 56 kHz ± 0,2 kHz.[7]

Formato del telegrama de llamada

Los telegramas de llamada tienen 83,5 bits:

Secuencia de inicio: sincronización: 5,5 bits, elemento de inicio + código Baker: 3 bits

Dirección: ID de sección: A-E, A1-A3, ubicación: 1-127 o 255-128

Información del vehículo: sentido de marcha: arriba/abajo, tipo de frenado: viajeros/mercancías, número de curva de frenado: 1-10, A-B

Información de frenado: distancia al punto de aplicación de freno: 0 a 1550 m

Distancia nominal XG: 0 a 12775 m, información objetivo, distancia: 0 a 2700 m, velocidad: 0 a 320 km/h

Información de visualización, información de señal: 3 bits, información adicional: 5 bits

Información auxiliar: identidad de grupo: 1-4, indica el tipo de respuesta requerida; identidad de línea: nueva alta velocidad/líneas principales normales, tipo de controlador central: LZB 100/72

Comprobación de redundancia cíclica (CRC): 8 bits

Puede observarse que no hay un campo de “identificación del tren” en el telegrama. En su lugar, el tren se identifica por su posición. Véase Zonas y direccionamiento para más detalles.

Formato del telegrama de respuesta

Hay 4 tipos de telegramas de respuesta, cada uno de 41 bits. El tipo exacto depende de la “identidad de grupo” en el telegrama de llamada.

El tipo más común es el tipo 1, usado para señalar al controlador central la posición y velocidad del tren. Contiene los campos siguientes: {LZB p3}

Secuencia de sincronización e inicio: 6 bits

Identidad de grupo: 1-4, indica el tipo de respuesta

Confirmación de ubicación del vehículo: número de zonas avanzadas = ±0, ±1, ±2

Ubicación dentro de la zona: 0 a 87,5 m (en incrementos de 12,5 m)

Tipo de frenado: viajeros/mercancías

Número de curva de freno: 16 curvas posibles

Velocidad real: 0 a 320 km/h

Información operativa y de diagnóstico: 5 bits

Comprobación de redundancia cíclica (CRC): 7 bits

Los otros telegramas se usan principalmente cuando un tren entra en la sección controlada por LZB. Todos empiezan con la misma secuencia de sincronización e inicio y una “identidad de grupo” para identificar el tipo de telegrama, y terminan con el CRC. Sus campos de datos varían así:

Tipo 2: confirmación de ubicación del vehículo, ubicación dentro de la zona, tipo de frenado, número de curva de freno, velocidad máxima del tren, longitud del tren

Tipo 3: ferrocarril, número de tren

Tipo 4: serie de locomotora/tren, número de serie, longitud del tren

Entrada en LZB, zonas y direccionamiento

Antes de entrar en una sección controlada por LZB, el maquinista debe habilitar el tren introduciendo la información requerida en la Unidad de entrada del maquinista y activando LZB. Al activarlo, se encenderá una luz “B”.

Topología LZB

Una sección controlada de vía se divide en hasta 127 zonas, cada una de 100 m de longitud. Las zonas se numeran consecutivamente, contando hacia arriba desde 1 en un sentido y hacia abajo desde 255 en el sentido contrario.

Cuando un tren entra en una sección controlada por LZB, normalmente pasa por un bucle fijo que transmite un telegrama de “cambio de identificación de sección” (BKW). Este telegrama indica al tren el número de identificación de sección y la zona inicial, bien 1 o bien 255. El tren envía un acuse de recibo. En ese momento se activan las indicaciones LZB, incluida la luz “Ü” para indicar que LZB está funcionando.

A partir de ese punto, la ubicación del tren se utiliza para identificarlo. Cuando el tren entra en una nueva zona envía un telegrama de respuesta con el campo de “confirmación de ubicación del vehículo” indicando que ha avanzado a una zona nueva. El controlador central usará entonces la nueva zona al dirigirse al tren en el futuro. Así, la dirección del tren aumentará o disminuirá gradualmente, según el sentido de marcha, a medida que recorre la vía. El tren identifica que ha entrado en una zona nueva detectando el punto de transposición del cable en el bucle o cuando ha recorrido 100 m.[5] Un tren puede no detectar hasta 3 puntos de transposición y aun así permanecer bajo control LZB.

El procedimiento de entrada se repite cuando el tren pasa de una sección controlada a otra. El tren recibe un nuevo telegrama de “cambio de identificación de sección” y obtiene una nueva dirección.

Hasta que el tren conoce su dirección, ignorará cualquier telegrama recibido. Por ello, si un tren no entra correctamente en una sección controlada, no estará bajo control LZB hasta la siguiente sección.

Señalización de velocidad

La principal tarea de LZB es señalar al tren la velocidad y la distancia que tiene permitido recorrer. Para ello transmite periódicamente telegramas de llamada a cada tren entre una y cinco veces por segundo, dependiendo del número de trenes presentes. Cuatro campos del telegrama de llamada son especialmente relevantes:

  • Distancia objetivo.
  • Velocidad objetivo.
  • Distancia nominal de parada, conocida como «XG» (véase más abajo).
  • Distancia hasta el punto de aplicación del frenado.

La velocidad objetivo y su ubicación se utilizan para mostrar al maquinista la velocidad objetivo y la distancia. La velocidad permitida del tren se calcula usando la curva de frenado del tren, que puede variar según el tipo de tren, y la ubicación XG, que es la distancia desde el inicio de la zona de 100 m que se usa para direccionar al tren. Si el tren se aproxima a una señal en rojo o al comienzo de un bloque ocupado, la ubicación coincidirá con la ubicación de la señal o el límite del bloque. El equipo embarcado calculará la velocidad permitida en cada punto de forma que el tren, desacelerando con la desaceleración indicada por su curva de frenado, se detenga antes del punto de parada.

Un tren tendrá una curva de frenado parabólica como sigue:

donde:

  • decel = desaceleración
  • dist = distancia desde el comienzo de la zona de 100 m

Cuando un tren se aproxima a una restricción de velocidad, el centro de control transmitirá un paquete con una ubicación XG ajustada a un punto antes de la restricción de velocidad de tal manera que un tren, desacelerando según su curva de frenado, llegue a la velocidad correcta al inicio de la restricción. Esto, así como la desaceleración hasta velocidad cero, se ilustra con la línea verde en la figura «Cálculo de velocidad permitida y supervisada».

Cálculo de velocidad permitida y supervisada

La línea roja de la figura muestra la «velocidad de supervisión», que es la velocidad que, si se supera, hace que el tren aplique automáticamente el freno de emergencia. Cuando circula a velocidad constante, esta es 8,75 km/h por encima de la velocidad permitida para un frenado de emergencia transitorio (hasta que se reduzca la velocidad) o 13,75 km/h por encima de la velocidad permitida para un frenado de emergencia continuo. Al aproximarse a un punto de detención, la velocidad de supervisión sigue una curva de frenado similar a la velocidad permitida, pero con una desaceleración mayor, que la lleva a cero en el punto de detención. Al aproximarse a una restricción de velocidad, la curva de frenado de la velocidad de supervisión se interseca con el punto de restricción a 8,75 km/h por encima de la velocidad constante.

Frenado de servicio máximo del ICE y deceleración controlada por LZB

Las tasas de desaceleración son más conservadoras con LZB que con la señalización alemana convencional. Una curva de frenado típica de un tren de viajeros podría tener una desaceleración de «velocidad permitida» de 0,5 m/s2 y una desaceleración de «velocidad de supervisión» de 0,71 m/s2, un 42% mayor que la desaceleración para la velocidad permitida, pero menor que la 0,76 m/s2 requerida para detenerse desde 140 km/h en 1000 m usada en la señalización convencional. El ICE3, que tiene una desaceleración de frenado en servicio completo de 1,1 m/s2 por debajo de 160 km/h, bajando a 0,65 m/s2 a 300 km/h, tiene una desaceleración de velocidad objetivo LZB de solo 0,68 m/s2 hasta 120 km/h, 0,55 m/s2 entre 120 and, y 0,5 m/s2 a velocidades más altas.[8]

Entre la velocidad permitida y la velocidad de supervisión hay una velocidad de aviso, normalmente 5 km/h por encima de la velocidad permitida. Si el tren supera esa velocidad, LZB hará parpadear la luz «G» en el display del tren y sonará una bocina.

Salida de LZB

Aproximadamente 1700 m antes del final de la sección controlada por LZB, el controlador central enviará un telegrama para anunciar el fin del control LZB. El tren hará parpadear la luz «ENDE», que el maquinista debe reconocer en un plazo de 10 segundos. El display normalmente dará la distancia y la velocidad objetivo al final de la sección controlada, lo cual dependerá de la señal en ese punto.

Cuando el tren alcanza el final del control LZB, las luces «Ü» y «ENDE» se apagan y el sistema convencional Indusi (o PZB) se hace cargo de la protección automática del tren.

Modos especiales de operación

Condiciones especiales no cubiertas por el sistema LZB completo o fallos pueden hacer que LZB entre en uno de los modos especiales de operación.

Paso al carril de sentido contrario

Cuando un tren se aproxima a un paso (crossover) hacia una vía normalmente de sentido contrario, el display hará parpadear la luz «E/40». El maquinista confirma la indicación y la velocidad permitida desciende siguiendo la curva de frenado hasta 40 km/h. Cuando se alcanza la zona del paso, los displays se apagan y el maquinista puede atravesar el paso a 40 km/h.

Señal de marcha a la vista

Los sistemas de señalización alemanes tienen una señal de «marcha a la vista» que consiste en 3 luces blancas formando un triángulo con una luz en la parte superior. Esta señal, denominada «Zs 101», se coloca junto a una señal fija de línea y, cuando está encendida, permite al maquinista rebasar una señal fija en rojo o defectuosa y circular a la vista hasta el final del enclavamiento a no más de 40 km/h.

Al aproximarse a una señal de este tipo en territorio LZB, la luz «E/40» permanecerá encendida hasta 250 m antes de la señal; entonces la «E/40» se apagará y «V40» parpadeará. La señal «V40» indica la posibilidad de circular a la vista.

Fallo de transmisión

Si se interrumpe el intercambio de datos, falla el sistema de medición de distancia del tren, o el tren no detecta 4 o más puntos de transposición del cable, el sistema LZB entrará en estado de fallo. Encenderá el indicador «Stör» y luego hará parpadear «Ü». El maquinista debe reconocer las indicaciones en un plazo de 10 segundos. El maquinista debe reducir la velocidad del tren a no más de 85 km/h o menos; la velocidad exacta depende del sistema de señalización de respaldo existente.

Extensiones

CIR ELKE-I

CIR-ELKE es una mejora del sistema LZB básico. Utiliza la misma interfaz física y los mismos paquetes que el LZB estándar, pero actualiza su software, añadiendo capacidades y modificando algunos procedimientos. Está diseñado para aumentar la capacidad de la línea hasta un 40% y acortar aún más los tiempos de viaje. El nombre es una abreviatura del título del proyecto en inglés/alemán «Computer Integrated Railroading - Erhöhung der Leistungsfähigkeit im Kernnetz der Eisenbahn» (Ferrocarril Integrado por Ordenador - Aumento de la capacidad en la red ferroviaria principal). Al ser una extensión de LZB, también se denomina LZB-CIR-ELKE, abreviado además como LZB-CE.

CIR-ELKE incluye las siguientes mejoras:

  • Bloques más cortos - Los bloques CIR-ELKE pueden ser tan cortos como 300 m, o incluso más cortos para sistemas S-Bahn. El sistema Munich S-Bahn tiene bloques tan cortos como 50 m al inicio del andén, lo que permite que un tren entre en el andén mientras otro está saliendo y lo hace capaz de operar 30 trenes por hora.
  • Cambios de velocidad en cualquier ubicación - El sistema LZB estándar requería que las restricciones de velocidad empezaran en los límites de bloque. Con CIR-ELKE, las restricciones pueden empezar en cualquier punto, como en un desvío. Esto significa que un tren no tiene que reducir la velocidad tan pronto, aumentando la velocidad media.
  • Cambios en la evaluación de telegramas - Para aumentar la seguridad en un sistema con intervalos más cortos entre trenes, CIR-ELKE envía telegramas idénticos dos veces. El tren solo actuará sobre un telegrama si recibe dos telegramas válidos idénticos. Para compensar el aumento en el número de telegramas, CIR-ELKE envía telegramas a trenes detenidos con menor frecuencia.

CIR ELKE-II

El sistema LZB original fue diseñado para velocidades permitidas de hasta 280 km/h y pendientes de hasta 1,25%. La línea de alta velocidad Cologne–Frankfurt high-speed rail line fue diseñada para operar a 300 km/h y tiene pendientes del 4%; por lo tanto, necesitó una nueva versión de LZB, y se desarrolló CIR ELKE-II para esta línea.

CIR ELKE-II tiene las siguientes características:

  • Velocidad máxima de 300 km/h.
  • Soporte para curvas de frenado con desaceleraciones mayores y curvas que tienen en cuenta el perfil real de altitud de la distancia por delante en lugar de asumir la máxima pendiente descendente de la sección. Esto hace que la operación en pendientes del 4% sea viable.
  • Soporte para distancias objetivo de hasta 35000 m hasta un punto de parada o restricción de velocidad. Si no existe tal punto dentro de esa distancia, el sistema mostrará una distancia objetivo de 13000 m y una velocidad objetivo igual a la velocidad de la línea.
  • Soporte para habilitar el Eddy current brake de los trenes ICE3. Por defecto, el freno de corrientes parásitas está habilitado solo para frenado de emergencia. Con CE2 es posible habilitarlo también para frenado de servicio.
  • Cambios de tensión o fase de señalización.
  • Señales acústicas de aviso 8 segundos antes del punto de frenado, o 4 segundos para el Munich S-Bahn, en lugar de 1000 m antes o con una diferencia de velocidad de 30 km/h como se hacía anteriormente.

Averías

El sistema LZB ha sido bastante seguro y fiable; tanto que no ha habido colisiones en líneas equipadas con LZB debido a un fallo del sistema LZB. Sin embargo, ha habido algunas averías que podrían haber derivado potencialmente en accidentes. Son:

  • El 29 de junio de 1991, tras una perturbación, el maquinista llevaba el sistema LZB desconectado y rebasó una señal de parada con dos trenes en el túnel en Jühnde en la línea de alta velocidad Hanover-Würzburg.
  • El 29 de junio de 2001, hubo un casi accidente grave en el paso de Oschatz en la línea ferroviaria Leipzig-Dresden. El paso estaba configurado a vía desviada con un límite de 100 km/h, pero el sistema LZB mostró un límite de 180 km/h. El maquinista del ICE 1652 reconoció la señal de desvío y consiguió reducir a 170 km/h antes del cruce, y el tren no descarriló. Se sospechó que la causa fue un error de software en el ordenador LZB.
  • Un casi accidente similar ocurrió el 17 de noviembre de 2001 en Bienenbüttel en la línea Hamburg-Hanover. Para rebasar un tren de mercancías averiado, un ICE pasó a la vía contraria y atravesó un paso a 185 km/h por una zona de paso calificada para 80 km/h. Se sospechó que la causa fue la ejecución defectuosa de un cambio en el sistema de enclavamiento donde la velocidad del paso se incrementó de 60 to. Sin esa restricción, el sistema LZB siguió mostrando la velocidad de paso por línea recta de 200 km/h en el display en cabina. El maquinista aplicó el freno al reconocer las luces de la señal lateral configuradas a desvío y el tren no descarriló.
  • El 9 de abril de 2002 en la línea de alta velocidad Hanover-Berlin high-speed rail line, un fallo en el ordenador del centro de línea LZB detuvo cuatro trenes controlados por LZB con dos trenes en cada sentido detenidos en el mismo bloque de señalización (Teilblockmodus, modo de bloque dividido). Cuando se reinició el ordenador, señaló 0 km/h a los trenes de delante y 160 km/h a los trenes que seguían. Sin embargo, los maquinistas de los trenes que seguían no avanzaron: uno vio el tren delante y el otro volvió a comprobar con el centro de operaciones, que le había advertido antes de la salida, por lo que se evitaron dos posibles colisiones. Como consecuencia de este incidente, los dos operadores principales de trenes de línea principal (DB Cargo y DB Passenger Transport) emitieron una instrucción a sus maquinistas para que fueran especialmente cautelosos durante periodos de fallo LZB cuando el sistema está funcionando en modo de bloque dividido. La causa resultó ser un error de software.

Líneas equipadas

DB (Alemania)

Líneas equipadas con Linienzugbeeinflussung (rojo) y ETCS (azul) en Alemania (a diciembre de 2020)

Las siguientes líneas de Deutsche Bahn están equipadas con LZB, permitiendo velocidades superiores a 160 km/h (siempre que la vía sea adecuada en general):

Nota: Las cursivas indican la ubicación física de un centro de control LZB.

ÖBB (Austria)

La Westbahn (ViennaSalzburg) está equipada con LZB en tres secciones:

RENFE (España)

  • Madrid - Córdoba - Sevilla (9 centros / 480 km), en servicio desde 1992. Desde 2004, el término Madrid Atocha también está equipado con LZB. En noviembre de 2005 se abrió un ramal a Toledo (20 km).
  • Línea C5 de Cercanías Madrid desde Humanes vía Madrid Atocha hasta Móstoles-El Soto, en servicio desde 1995. Tiene 45 km de longitud con dos centros LZB y 76 vehículos de la serie 446.
  • Toda la red de Euskotren con la excepción de los tranvías Euskotren Tranbia.

Reino Unido

Una versión modificada de LZB está instalada en la línea principal de Chiltern como Chiltern ATP.[9]

Usos fuera de la red principal

Además de ferrocarriles de línea principal, versiones del sistema LZB también se usan en cercanías (S-Bahn) y metro.

Düsseldorf, Duisburg, Krefeld, Mülheim an der Ruhr

Los túneles de los sistemas Düsseldorf y Duisburg Stadtbahn (metro ligero), y algunos túneles del Essen Stadtbahn alrededor del área de Mülheim an der Ruhr están equipados con LZB.

Viena (Wien)

Con la excepción de la línea U6, todo el Vienna U-Bahn está equipado con LZB desde que se construyó por primera vez e incluye la capacidad de conducción automática con el operador supervisando el tren.

Múnich

El Munich U-Bahn se construyó con control LZB. Durante las operaciones regulares diurnas, los trenes se conducen automáticamente y el operador simplemente arranca el tren. Las señales fijas permanecen apagadas durante ese tiempo.

Por las noches desde las 9:00 p.m. hasta el final del servicio y los domingos, los operadores conducen los trenes manualmente según las señales fijas para mantenerse en práctica. Hay planes para automatizar el posicionamiento y la inversión de trenes vacíos.

El Munich S-Bahn utiliza LZB en su sección de túnel principal Stammstrecke.

Núremberg

La línea U3 del Nuremberg U-Bahn usa LZB para operación totalmente automática (sin maquinista). El sistema fue desarrollado conjuntamente por Siemens y VAG Núremberg y es el primer sistema donde trenes sin maquinista y trenes convencionales comparten un tramo de línea. Los trenes existentes de la línea U2, conducidos de forma convencional, comparten un segmento con los trenes automáticos de la U3. Actualmente, un empleado aún acompaña a los trenes automáticos, pero más tarde los trenes viajarán sin acompañamiento.

Tras varios años de retrasos, la prueba final de tres meses se completó con éxito el 20 de abril de 2008, y se concedió la licencia de operación el 30 de abril de 2008. Pocos días después, los trenes sin maquinista empezaron a operar con pasajeros, primero los domingos y festivos, luego entre semana en horas punta, y finalmente después de la hora punta de la mañana, que tiene una secuencia apretada de trenes U2. La ceremonia oficial de inauguración de la línea U3 se celebró el 14 de junio de 2008 en presencia del primer ministro de Baviera y el Ministro Federal de Transportes; la operación regular comenzó con el cambio de horario el 15 de junio de 2008. El metro de Núremberg planea convertir la U2 a operación automática en aproximadamente un año.

Londres

El Docklands Light Railway en el este de Londres usa la tecnología SelTrac derivada de LZB para operar trenes automáticos. Los trenes van acompañados por un empleado que cierra las puertas y da la señal de salida, pero luego se dedica principalmente a la atención al cliente y al control de billetes. En caso de fallo, el tren puede conducirse manualmente por el personal a bordo.

Véase también

Referencias

Enlaces externos

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