sistemas de control ferroviario
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Sistemas
de Control
en Transporte
Ferroviario.
Ana Canelas García.
Año 2009
Sistemas de Control en Transporte Ferroviario.
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ÍNDICE:
INTRODUCCIÓN. ……………………………………………………………………………………… pág 2.
SISTEMAS DE COMUNICACIÓN. ………………………………………………………………… pág 7.
SEÑALES LUMINOSAS. ………………………………………………………………… pág 7.
SEÑALES FIJAS. …………………………………………………………………………… pág 9.
SISTEMAS DE CONTROL DE VELOCIDAD. …………………………………………………… pág 10.
BLOQUEO TELEFÓNICO ……………………………………………………………… pág 11.
BLOQUEO ELÉCTRICO MANUAL …………………………………………………… pág 11.
BLOQUEO AUTOMÁTICO ……………………………………………………………… pág 12.
CON ASFA ………………………………………………………………………… pág 12.
CON EBICAB ………………………………………………………………………… pág 13.
FUTURO DE LOS SISTEMAS DE CONTROL FERROVIARIO. ………………… pág 15.
BIBLIOGRAFÍA. ……………………………………………………………………………………… pág 17.
Sistemas de Control en Transporte Ferroviario.
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INTRODUCCIÓN.
El transporte ferroviario se caracteriza por que el movimiento se realiza sobre
raíles. Debido a esto, este tipo de transporte tiene asociada una infraestructura
compuesta por:
• Vías férreas.
• Estaciones ferroviarias.
• Viaductos y túneles.
• Catenaria de electrificación.
• Desvíos y Cruzamientos.
• Pasos a nivel.
• Control de flujo de vehículos.
Vías férreas:
El convoy se desplaza por los raíles que conforman la vía férrea. Tenemos varias
clasificaciones de vías férreas:
• En función del ancho de vía, pueden ser de vía estrecha o de vía ancha.
• En función de la alimentación del motor que mueve la locomotora,
podemos ver vías electrificadas o no electrificadas
• En función del número de vías, podemos tener vías simples o vías
dobles. Me quedo con esta última clasificación, ya que dependiendo del
tipo de vía las acciones de control a aplicar serán diferentes.
Vía única, a lo largo del trazado se dispone de una vía para la circulación en ambos sentidos.
Figura 1: Vía única.
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Vía doble, se dispone de dos vías que discurren en paralelo para la circulación en ambos sentidos. De este modo, cada vía se destina a la circulación en un sentido.
Figura 2: Vía doble.
Estaciones ferroviarias:
Son las terminales de carga y descarga de mercancías y pasajeros. Dentro de la
infraestructura de la que se compone la estación se puede destacar el gran número de
vías por las que se puede transitar.
Figura 3: Estación.
Puentes y Túneles:
Debido a la orografía de algunas zonas, se producen en el trazado una serie de
desniveles. Las locomotoras deben circular por vías con pendientes poco
pronunciadas, eso es, se deben evitar pendientes elevadas en el trazado de las vías.
Con esta finalidad de salvar los desniveles del terreno se construyen viaductos y
túneles.
Catenaria de electrificación:
Las catenarias de electrificación proporcionan la alimentación a las locomotoras
eléctricas. La infraestructura eléctrica consiste a groso modo en la captación de
energía eléctrica de la red general, la transformación en corriente continua que luego
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discurre por la catenaria. De la catenaria, la locomotora recoge la energía de la
catenaria para alimentar sus motores.
Desvíos y Cruzamientos:
El trazado de las diferentes líneas de ferrocarril hace necesario que dos vías puedan
cruzarse o conectarse entre sí sin perder la continuidad de las líneas. Los sistemas de
agujas son aparatos de vía que garantizan la realización de cambios de vía y
cruzamientos de vía con seguridad. La forma en la que actúan las agujas en su
movimiento se indica en las siguientes figuras. (En verde tenemos la dirección de
movimiento, en azul la posición de un eje del tren y en rojo la posición de las agujas).
Figura 4: Movimiento en la dirección AB. Figura 5: Movimiento en la dirección AC.
Todo desvío y todo cruzamiento disponen al menos de un juego de agujas.
Los desvíos permiten que una vía principal se desdoble en dos (o dos vías se fusionen en una), de manera que el tren al llegar al punto de desdoble, toma la dirección correcta debido que las agujas del cambio al moverse lo encaminan.
Figura 6: Desvío.
Los cruzamientos son necesarios en los puntos en los que se cruzan dos vías al mismo nivel.
Figura 7: Cruzamiento.
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Pasos a nivel:
Son fruto de la intersección de una o varias vías ferroviarias con una carretera al mismo nivel. En ellos se permite la circulación por el mismo tramo de trenes, peatones y vehículos.
Figura 8: Paso a nivel.
Figura 9: Paso a nivel.
Control de flujo de vehículos:
Para poder compaginar todos los elementos de la red ferroviaria se necesita algún tipo
de dispositivo (o protocolo) que controle que el funcionamiento de la red es seguro.
Los objetivos principales del control son:
Lograr la máxima seguridad en la marcha.
Utilizar la red de la manera más eficiente.
Garantizar la confianza en la red.
Es decir, debemos asegurarnos de que la probabilidad de colisión sea la más baja
posible. Para ello, debemos minimizar los sucesos que pueden desembocar en la
colisión o en el descarrilamiento de los convoyes.
Teniendo en cuenta estos objetivos, en el transporte ferroviario, podemos realizar las
siguientes acciones de control:
• En tramos de vía entre estaciones:
o En vías simples, se debe controlar la velocidad de los trenes que circulan
en la misma dirección para que no se produzcan colisiones por alcance
y se debe controlar también la posición de los todos convoyes y sus
accesos a los distintos tramos de la vía con el fin de evitar colisiones
frontales.
o En vías dobles, se debe controlar la velocidad de trenes consecutivos
para evitar los choques por alcance.
• En las inmediaciones de las estaciones se debe controlar la entrada del convoy
a la estación, el acceso a cada vía, así como la salida del convoy hacia la vía
exterior a la estación.
• En todo caso hay que controlar el acceso a cada tramo de vía y la velocidad de
circulación por dicho tramo.
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Realmente lo que se debe controlar en cada momento es la posición, la velocidad
(incluyendo el sentido de circulación) de todos los convoyes presentes en el sistema
ferroviario y los movimientos de las agujas que permiten la correcta circulación de
dichos convoyes.
El control se realiza mediante información que se proporciona al maquinista para que
actúe sobre el convoy, de manera que se pueda responder adecuadamente a cualquier
fenómeno inesperado que se produzca en la red.
Modos de control del flujo de trenes:
→ Sistemas de comunicación.
Son sistemas de control que informan al maquinista del tren el estado
de disponibilidad de la vía que tienen por delante y sus características. Es decir,
les informan de si deben parar o no, la velocidad a la que deben circular por esa
vía o cualquier otro tipo de información. Dentro de este tipo de sistemas
podemos englobar:
� Señales luminosas o semáforos.
� Señales fijas: de velocidad, de proximidad de peligros, etc…
→ Sistemas de control de velocidad.
Son dispositivos que regulan el tránsito de los convoyes de manera que
nos se produzcan colisiones entre ellos.
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SISTEMAS DE COMUNICACIÓN.
Son sistemas de control que informan al maquinista del tren el estado de
disponibilidad de la vía que tienen por delante y sus características. Es decir, les
informan de si deben parar o no, la velocidad a la que deben circular por esa vía o
cualquier otro tipo de información. Dentro de este tipo de sistemas podemos
englobar:
� Señales luminosas o semáforos.
� Señales fijas: de velocidad, de proximidad de peligros, etc…
Señales luminosas o semáforos:
Son las señales luminosas que indican las condiciones de circulación del siguiente
tramo de vía a través de un código de colores.
El código de colores utilizado es el siguiente:
La señal en verde indica que la vía en la que se va a entrar se encuentra libre y se
podrá circular a velocidad máxima, si no se indica lo contrario.
Figura 10: Semáforo Verde.
La señal en amarillo es un aviso de parada. Es decir, indica que se debe parar al final
del tramo de vía en la que se va a entrar.
Figura 11: Semáforo Amarillo.
La señal en rojo indica una parada. Se debe detener el tren sin rebasar esta señal.
Figura 12: Semáforo Rojo.
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La señal en amarillo y verde indica anuncio de precaución. Al paso por las agujas
siguientes a esta señal, se debe circular a una velocidad limitada indicada.
Figura 13: Semáforo Amarillo y Verde.
La señal en rojo y blanco indica rebase autorizado, informa al maquinista de que debe
detenerse ante la señal, y que reanudar la marcha, circulando con marcha de
maniobras, hasta el punto de estacionamiento. El blanco puede ser a destellos lo que
indica que no es necesario detenerse ante ella. Esta señal se encuentra en la entrada
de una estación, o en el interior de la misma. En el interior nos indica continuar la
marcha de maniobras hasta la señal siguiente o el piquete de la vía de
estacionamiento.
Figura 14: Semáforo en Rojo y Blanco.
La señal en blanco indica movimiento autorizado, indica al maquinista, dentro de una
estación (solo la vamos a encontrar allí, nunca en plena vía), que circule en marcha de
maniobras hasta la señal siguiente, atendiendo a lo que esta indique.
Figura 15: Semáforo en Blanco.
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Señales de velocidad:
Anuncian e imponen restricciones en la velocidad de los trenes por circunstancias
particulares de la vía o de las instalaciones, con carácter permanente o temporal.
En cuanto a las formas y colores:
Señal de forma redonda informa de la proximidad de una limitación de
velocidad.
Señal de forma de rombo informa que entras en la zona de velocidad limitada.
Señal de forma cuadrada informa del fin de limitación de velocidad.
Figura 16: Señales fijas de velocidad.
El color del fondo, si éste es blanco, quiere decir que se trata de una señal de carácter
permanente mientras que si tenemos fondo amarillo indica que la limitación de
velocidad es temporal por obras.
También se pueden encontrar otro tipo de señales que indican la proximidad a un
desvío, la cercanía a una estación… etc.
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SISTEMAS DE CONTROL DE VELOCIDAD.
Disponemos de dos modos de control en función del tramo que queremos gestionar:
Enclavamientos: Son los sistemas que regulan el tráfico en una estación.
Bloqueos: Son los sistemas que regulan el tráfico entre estaciones consecutivas.
Ambos sistemas consisten en la definición de una serie de incompatibilidades
entre los distintos dispositivos de apertura de señales, movimiento de aguja y
otros dispositivos auxiliares, de manera que no puedan accionarse si ello
supone un peligro. Es decir, lo que se hace es restringir la apertura de señales y
el movimiento de agujas en función del estado del resto agujas y señales de la
red, y de la ocupación de los distintos tramos de la red. De este modo, evitamos
maniobras peligrosas.
Los sistemas de bloqueo propiamente dichos cumplen la función de cerrar, “bloquear”,
un tramo de línea en el momento en que en él entra un tren para evitar que otro
convoy pueda invadirlo y provocar un accidente.
Actualmente, en las líneas españolas conviven distintos equipos de control prueba de
que los sistemas van evolucionando a la par que lo hacen las tecnologías.
De este modo, el bloqueo más común ha sido el bloqueo telefónico, siendo utilizado
en muchas líneas y tramos de la red. Más tarde llegaría el control de bloqueo eléctrico
manual (BEM) solamente utilizado en una línea actualmente. Para luego dar paso a la
implantación del bloqueo automático que es el más utilizado en la actualidad,
combinado con diversos sistemas de seguridad.
Para supervisar las acciones de control existen centros de control que supervisan los
movimientos y la situación de cada tren. En un principio todo esto se realizaba por
medio de mensajes telefónicos al personal encargado de la señalización en cada punto,
para pasar a que en la actualidad todo esté controlado por computadoras (control con
telemando o sistemas CTC Control de tráfico centralizado), pudiendo pasar a
funcionamiento manual cuando se produce alguna avería o anomalía en el sistema.
El sistema con telemando o CTC se apoya en tecnologías de seguridad como por
ejemplo los sistemas ASFA (Anuncio de Señales y Frenado Automático), los sistemas
ATP (Automatic Train Protection) y los sistemas ATO (Automatic Train Operation) que
permiten un mejor aprovechamiento de la red.
En las líneas de alta velocidad españolas se emplean sistemas de control de velocidad
de bloqueo automático. Debido a las características de velocidad requeridas, en este
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tipo de líneas el bloqueo automático se combina con sistemas de conducción
automática como el denominado EBICAB.
Bloqueo telefónico →→→→ La función de control se realiza mediante una línea
telefónica convencional que comunica las dos estaciones consecutivas de la línea por
la que circula el tren.
En este tipo de bloqueo se divide la red en tramos iguales a la distancia entre las
estaciones consecutivas y se gestiona el tráfico de manera que en cada tramo tan solo
puede estar circulando un tren en cada momento.
Cuando un tren va a entrar en un tramo determinado, el jefe de la estación situada a la
entrada del mismo llama antes de darle la salida al tren al jefe de la estación siguiente,
y confirma que puede permitir la entrada del tren cuando el tramo de vía al que se
quiere acceder y la estación de destino están libres de circulaciones. El proceso se
refleja en el libro de registro de cada estación y entonces el jefe de estación da la
salida al tren hacía su siguiente destino. Al llegar allí, el jefe de estación (antes de
confirmar que el tramo de vía ha quedado libre) comprueba la integridad del tren, es
decir, que no se hayan cortado unidades para lo que la última va marcada con luces o
placas distintivas.
El proceso es muy seguro si se sigue el protocolo establecido, pero no permite la
circulación a altas velocidades ni mandar trenes muy cercanos unos de otros.
Bloqueo eléctrico manual →→→→ Los tramos siguen siendo iguales a la longitud
entre estaciones. Es decir, como en el bloqueo telefónico, cuando un convoy se
encuentra en el tramo entre dos estaciones se impide que otro convoy lo invada hasta
que el primero llegue a la estación.
La diferencia con el sistema de bloqueo telefónico es que en este caso para confirmar
que el tramo se encuentra disponible se sustituyen las llamadas telefónicas entre los
jefes de estación por señales eléctricas. Cuando un tren entre en una vía entre
estaciones consecutivas, el jefe de estación pulsa un contacto de salida (un botón) que
bloquea eléctricamente la entrada al tramo hasta que a la llegada del tren a la estación
de destino se compruebe que todos los elementos del convoy han abandonado el
tramo. Entonces, se pulsa el contacto de llegada (otro botón) que libera
eléctricamente el acceso a la vía.
En la actualidad solamente existe este tipo de bloqueo entre las estaciones de Magaz,
Burgos y Miranda de Ebro.
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Bloqueo automático →→→→ Se divide la red en tramos (denominados cantones) de
longitud máxima igual a la longitud de parada del tren más lento que circula por esa
red en condiciones extremas y con carga máxima. La distancia mínima entre convoyes
consecutivos es de un tramo. Esto permite aumentar la velocidad sin aumentar los
riesgos de colisión.
En cada punto de división de cantones encontramos juegos de semáforos que indican
al maquinista el estado del cantón en el que quiere entrar y si puede circular o debe
parar el convoy.
Este sistema funciona de forma que cuando un tren entra en un cantón, al paso de las
ruedas de su primer eje se cortocircuita un sistema eléctrico que pone el semáforo de
entrada a ese cantón en rojo y la secuencia rojo, amarillo y verde en los semáforos de
los tramos anteriores en orden inverso.
Figura 17: Sistema de bloqueo automático.
En este sistema, si bien se elimina el factor humano en cuanto a la emisión de
información sobre la disponibilidad del tramo. La información al maquinista se realiza
señalización luminosa y sigue existiendo el factor humano en lo que se refiere a la
toma de decisión por parte del maquinista de hacer caso de las señales que prohíben
el paso. De este modo, se pueden producir accidentes debidos a que el maquinista,
por el motivo que sea, hace caso omiso de las señales interpuestas.
Comparado con el sistema de bloqueo telefónico, se aumenta la capacidad de la vía
reduciendo la distancia entre trenes. Ya que si antes tomábamos como tramo la
distancia completa entre estaciones, ahora lo dividimos en tramos más pequeños y por
cada tramo puede circular un convoy, así que se aumenta la frecuencia.
Bloqueo automático con ASFA→→→→ En cuanto a la división en cantones es la
misma que en bloqueo automático. Pero ahora, el sistema ASFA Anuncio de Señales y
Frenado Automático asegura la eficacia del sistema de bloqueo automático.
El ASFA consta de un sistema de balizas en la vía (equipos de vía) y antenas en los
trenes (equipos de vehículo) que permiten el intercambio de información acerca de las
condiciones de circulación de tren y del estado de los distintos cantones de la vía, o sea
del estado de las señales que el tren va a encontrarse a su paso. El equipo del vehículo
ESTACIÓN
DE SALIDA
ESTACIÓN
DE LLEGADA
Tren 1 Tren 2
Cantón 1 Cantón 2 Cantón 3 Cantón 5 Cantón 4
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emite la posición actual del tren, velocidad, características de frenado y otras
informaciones al sistema central para su posterior tratamiento y realimentación del
sistema.
De este modo, el sistema va anunciando al maquinista mediante señales acústicas el
estado de las señales que se va a encontrar y en caso de que el maquinista realizara
maniobras contradictorias con las condiciones de circulación del tren y el estado de las
señales, el sistema ejecuta el frenado de emergencia del convoy.
En la figura 17 se muestra un ejemplo de control con este tipo de bloqueo.
Figura 18: Control con bloqueo automático combinado con sistema de seguridad ASFA.
Como se muestra en la figura, el tren precedente (tren 1) al entrar su primer eje en un
tramo (el tramo 4), pone el semáforo de ese tramo en rojo. El tren que viene detrás al
entrar en el tramo 1 ve el semáforo en verde que le indica que puede circular
libremente, al entrar en el tramo 2 es avisado de que el siguiente semáforo que
encontrará estará en rojo y deberá detenerse antes de rebasarlo. De este modo, se
avisa con tiempo al maquinista de que deba detenerse y en caso de que no lo haga,
aun tenemos un cantón completo (cantón 3) para accionar sus sistemas de freno en el
punto de entrada del cantón y pararlo antes de que invada el cantón que está ocupado
por el convoy numero 1. Cuando el último eje del convoy 1 abandone el tramo 4, se
desbloquea la entrada al tramo 3 poniendo el semáforo correspondiente en amarillo.
La conjugación de ambos sistemas, bloqueo automático y ASFA permite circulaciones
de hasta 200 kilómetros por hora.
Sin embargo, este sistema no tiene en cuenta la diferencia de distancias de frenado
que puede haber entre un tipo de locomotoras y otras, bien por la tecnología de
construcción de la misma o por el nivel de carga que arrastra.
Sistema de bloqueo automático con ATP y ATO (o EBICAB) →→→→ Con el bloqueo automático con ATP (Automatic Train Protection) además de anunciar
las señales y producir el frenado automático, se intercambian información respecto a
la velocidad de la circulación, sobre la que lleva el tren en cada momento y sobre la
que debe llevar en el siguiente punto de control.
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El intercambio de información se consigue mediante la colocación de balizas en tierra
con codificadores de señal o comunicaciones en serie con enclavamiento electrónico, y
por equipos informáticos a bordo del tren. La transmisión de datos se realiza entre las
balizas pasivas en tierra (entre 2 y 4 por señal) y la antena instalada en los bajos del
tren, que también suministra energía a la baliza al pasar. El acoplamiento entre la
baliza y el equipo de a bordo es inductivo.
En contraste con ASFA, la cantidad de información transmitida es mucho mayor.
De este modo, al conocer las características de circulación de cada convoy (velocidad,
carga, curva de frenado…) se puede reducir la distancia entre convoyes y aumentar la
velocidad de circulación a velocidades superiores a los 200 kilómetros por hora (es
decir, se puede utilizar en alta velocidad). Consiguiendo un sistema de señalización con
supervisión semicontinua de velocidad, por medio de la comunicación vía-tren de
información
Si a esto le añadimos el sistema ATO (Automatic Train Operation), que hace que en la
circulación normal del convoy no se requiera que el maquinista realice ningún tipo de
operación (salvo algunas básicas como apertura y cierre de puertas, arranque, etc)
podemos obtener un aumento de la capacidad del sistema en torno al 50%.
Esta unión de sistemas es el sistema EBICAB que se utiliza en las líneas de alta
velocidad españolas.
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FUTURO DE LOS SISTEMAS DE CONTROL
FERROVIARIO.
Dentro del contexto europeo existen al menos 15 sistemas de control diferentes e
incompatibles (en algunos casos). Debido a esto, desde le unión europea se está
trabajando en la creación de un sistema común a toda la comunidad europea.
El sistema propuesto por Europa es el sistema ERTMS (Sistema de gestión del tráfico
ferroviario Europeo). Dentro de este sistema, el protocolo a seguir es el protocolo ETCS
(Sistema de control ferroviario europeo).
Este sistema ya se encuentra implantado en algunas líneas europeas. Pueden darse 3
niveles de implantación:
Nivel 1:
Un sistema de radiobalizas transmite al panel de control del maquinista
información sobre la señalización de la vía y datos del trayecto en puntos fijos. No
interfiere con el sistema nacional de señalización.
Figura 19: ECTS nivel 1.
Sistemas de Control en Transporte Ferroviario.
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Nivel 2:
El tren informa periódicamente de su posición en espacios regulares al centro
de control. Desde el centro de control se le indica al maquinista el permiso para la
circulación por la vía, así como, información sobre la vía y la velocidad mediante
tecnología GSM-R.
Figura 20: ECTS nivel 2.
Nivel 3:
Es el nivel al que se quiere llegar, aun no está implantado en ninguna vía.
Consistiría en un control mediante posicionamiento exacto de cada tren en la vía
conociendo datos de velocidad, eso supondría un aumento en la capacidad de la vía.
También supondría un ahorro ya que se eliminan las señales verticales en la red.
Figura 21: ECTS nivel 3.
Sistemas de Control en Transporte Ferroviario.
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BIBLIOGRAFÍA.
El camino del tren. 150 años de Infraestructura ferroviaria. Ed. Fundación
de los ferrocarriles españoles.
Páginas web consultadas.
hhttp://www.todotrenes.com/
ttp://ferrocarriles.wikia.com/wiki/Sistemas_de_control_de_trenes
http://www.adif.es/es_ES/infraestructuras/circulacion/circulacion.shtml
http://www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERALES/FERR
OCARRILES/Estructura_ferr/
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_Control_Ferroviario_Europeo
http://ferrocarriles.wikia.com/wiki/EBICAB
http://www.ffe.es/
http://www.proyectosfindecarrera.com/definicion/ControlTraficoCentralizadoCTC.htm
http://www.sr2.soton.ac.uk/krripresentations/muttram3.pdf
http://www.altavelocidad.org/tecnica/360-el-asfa-digital-entra-en-servicio-comercial-
en-modo-bco
http://usuarios.lycos.es/historiaferrocarril/futuro.htm
Sistemas de Control en Transporte Ferroviario.
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CONCLUSIONES:
Al realizar el trabajo, me he encontrado con un aluvión de información sobre control
ferroviario presente en la web. Sin embargo, unir y dar forma común a la información
me ha resultado una tarea muy complicada. Unos de los motivos es que encontraba
información sobre dispositivos denominados por una serie de siglas y cuando ya había
entendido la base de su funcionamiento me encontraba con que ese sistema se
correspondía con otro denominado por otra serie de siglas. En fin, una locura de
acrónimos que he unificado como he podido. Y gracias a esto, he entendido la
iniciativa europea de unificar el sistema de control, porque son muchos los tipos de
control que se encuentran presentes en la red española y por lo tanto, aun mas, a nivel
europeo.
Personalmente, me ha resultado un tema muy interesante en lo que se refiere a los
conocimientos básicos sobre control ferroviario que he obtenido en la realización de
este trabajo.