Pulzní kódová signalizace kabiny - Pulse code cab signaling

SEPTA zobrazení signálu v kabině pro 4-stranný PRR systém využívající aspekty pozičního světla

Pulzní kódová signalizace kabiny je forma signalizace v kabině technologie vyvinutá ve Spojených státech Spojovací spínač a signál společnost pro Pennsylvania železnice ve 20. letech 20. století. Čtyřstupňový systém široce přijímaný PRR a jeho nástupními železnicemi se stal dominantním signalizačním systémem železničních kabin v Severní Americe, přičemž verze této technologie jsou také přijaty v Evropě a systémy rychlé přepravy. Na svém domovském území na bývalého nástupce PRR Conrail tratích ve vlastnictví a na železnicích provozovaných pod NORAC Rulebook je známý jednoduše jako Signalizační systém kabiny nebo CSS.

Dějiny

Pulzní kód CSS anténa namontovaná pod pilot z SRNJ dieselová lokomotiva

V roce 1922 Mezistátní obchodní komise vydal rozhodnutí požadující, aby vlaky byly vybaveny technologií automatického zastavení vlaků, pokud by měly být provozovány rychlostí 80 mph nebo vyšší. Pennsylvania Railroad se to rozhodla využít jako příležitost k implementaci signalizační technologie, která by mohla zlepšit jak bezpečnost, tak provozní účinnost nepřetržitým zobrazováním signálu v kabině lokomotivy. Úkol byl přidělen společnosti Union Switch and Signal corporation, preferovanému dodavateli signálu PRR.

První zkušební instalace [1] mezi Sunbury a Lewistown, PA v roce 1923 použil stopy jako induktivní smyčka spojená s přijímačem lokomotivy. Systém měl dva 60 Hz signály. Signál „traťového“ snímání zlomení byl přiváděn dolů po jedné kolejnici směrem k přicházejícímu vlaku a prošel jeho koly a vrátil se do druhé kolejnice. Snímač těsně před koly by sčítal blížící se proud z jedné strany s vratným proudem na druhé straně. Externě vrácený signál „smyčky“ byl přiváděn do a ze středního odbočky rezistoru na každém konci kolejového obvodu. Snímač by shrnul blížící se proud na každé straně, jak se přenášel kolem na vzdálený konec dráhy. Tento signál byl posunut o 90 stupňů od druhého. Signály byly aplikovány jeden nebo oba nepřetržitě, aby poskytly přístupové nebo jasné aspekty, zatímco žádný signál nebyl omezujícím aspektem. Zkušební zařízení eliminovalo signály na vedlejší koleji a vlaky se spoléhaly pouze na signály z kabiny.

Pro jeho další instalaci[1] na Severní střed čára mezi Baltimore, MD a Harrisburg, PA v roce 1926 (1927?), PRR testovala další variantu signálů z kabiny, která upustila signál smyčky a přepnula na 100 Hz pro signál trati. Stěžejní změnou bylo, že nyní by se objevila výše Omezení pouze jako nosná a 1,25 až 3 Hz pulzování on-off by bylo použito jako kód k vyjádření aspektů. Samotná přítomnost nosiče neměla smysl, žádné pulzování by stále znamenalo omezující aspekt. Tento nový systém umožňoval čtyři aspekty signálu: Omezující; Přístup; Najíždění (další signál v) Střední (rychlost); a jasné. Zpočátku systém signalizace kabiny fungoval pouze jako forma automatické zastavení vlaku kde by inženýr musel uznat jakýkoli pokles signálu z kabiny do přísnějšího hlediska, aby se zabránilo automatickému zabrzdění brzd. Později byly osobní motory modernizovány kontrola rychlosti který vynucoval rychlost pravidel spojenou s každým signálem z kabiny (Clear = No Restriction, přibližovací médium = 45 mph, nájezd = 30 mph, omezení = 20 mph).

V průběhu času nainstaloval PRR signály kabiny na většinu svého východního systému z Pittsburghu do Filadelfie, New Yorku do Washingtonu. Tento systém poté zdědil Conrail a Amtrak a různé dojíždějící agentury působící na bývalém území PRR, jako je SEPTA a New Jersey Transit. Protože všechny vlaky jezdící na návěstním stanovišti kabiny musely být vybaveny návěstidly kabiny, většina lokomotiv výše uvedených silnic byla vybavena návěstidlem kabiny. Kvůli účinku vzájemného propojení se čtyřstranný signalizační systém kabiny PRR stal de facto standardem a téměř všechna nová signalizační zařízení kabiny byla tohoto nebo kompatibilního typu.

Technický přehled

Elektromechanická jednotka generátoru pulzních kódů US&S generující 180ppm pro signalizační systém v kabině

Základní operace

Signály kabiny pulzního kódu fungují vysíláním měřených pulzů podél existujícího střídavého proudu kolejový obvod pracující u vybraného nosná frekvence. Impulzy jsou detekovány indukcí pomocí senzoru visícího několik palců nad kolejnicí před přední sadou kol. Kódy se měří v pulzech za minutu a pro systém PRR se 4 aspekty se nastaví na 180 ppm pro Clear, 120 ppm pro přibližovací médium, 75 ppm pro přibližovací a 0 pro omezující. Frekvence pulzů jsou voleny tak, aby se zabránilo tomu, že by jedna frekvence byla násobkem jiné, což by vedlo k tomu, že odražené harmonické budou působit falešně.[2]

Systém je bezpečné v tom, že nedostatek kódu by zobrazil omezující signál. Kódy by se do vlaku přenášely z limitu bloku před ním. Tímto způsobem, pokud by byla rozbitá kolejnice nebo do vlaku vstoupil jiný vlak, by se žádné kódy nedostaly k blížícímu se vlaku a signál z kabiny by znovu zobrazil Omezení. Vlaky s nedostatečným počtem náprav nezkratují veškerý signální proud v kabině, takže následující vlaky mohou obdržet nesprávný aspekt. Musí být poskytnuty vlaky tohoto typu absolutní blok ochrana dozadu.

Kde DC a 25 Hz AC elektrizace současně existuje standardní 100 Hz frekvence změněna na 91 Hz (další dostupná nastavená frekvence M-G). Tím se zabrání rovnoměrným harmonickým vytvořeným stejnosměrným trakčním proudem zpětné kolejnice kompenzujícím sinusovou vlnu střídavého proudu ve stejné kolejnici.[3]

Vylepšení pro vyšší rychlosti

70 let poté, co byly zavedeny signály kabiny s pulzním kódem, bylo zjištěno, že čtyřstupňová konstrukce je nedostatečná pro rychlosti, které se neprojevovaly, když byl systém navržen. Dva nejnaléhavější problémy byly používání vysokorychlostní výhybky, který umožňoval vlakům jet odlišnou trasou rychleji, než je obvyklé 30 nebo 45 mph pokryté stávajícími návěstidly kabiny. Zavedení společnosti Amtrak Acela Express Služba s maximální rychlostí 135 mph až 150 mph by také překročila možnosti staršího signalizačního systému a jeho konstrukční rychlosti 125 mph.

Abychom problém vyřešili a vyhnuli se úplnému přestavbě signalizačního systému, narušili provoz při nižší rychlosti, přerušili zpětnou kompatibilitu se stávajícími signály z kabiny nebo se příliš spoléhali na lidského operátora, byl pro použití na severovýchodním koridoru společnosti Amtrak vyvinut systém překryvného pulzního kódu . Při provozu s jinou nosnou frekvencí 250 Hz lze do vlaku odesílat další pulzní kódy, aniž by docházelo k rušení starších 100 Hz kódů. Pečlivým návrhem překryvných kódů by mohla být zachována zpětná kompatibilita, takže jakýkoli vlak, který není schopen detekovat nové kódy, by nikdy nedostal signál příznivější, než by jinak detekoval. Kromě použití 250 Hz kódů byl od společnosti začleněn 5. kód, 270ppm rychlá přeprava a Long Island Rail Road.

Mapování kódů na rychlosti je následující:

100 Hz kód250 Hz kódAspekt signálu kabinyRychlost signálu kabinyPoznámky
180180Průhledná150 mphLegacy Units get Clear (125 mph)
180---Průhledná125 mphOriginální systémový kód PRR
270270Průhledná100 mphPoužívá se pro signalizaci s vysokou hustotou.
270---Rychlost kabiny60 mphPoužívá se pro signalizaci s vysokou hustotou. Kompatibilní se systémem LIRR ASC
120120Rychlost kabiny80 mphPoužívá se pro většinu vysokorychlostní výhybky. Legacy Units get Approach Medium.
120---Přístup střední45 mphOriginální systémový kód PRR
75---Přístup30 mphOriginální systémový kód PRR
0---Omezující20 mphOriginální systémový kód PRR. Failsafe state

Vlaky se schopností získat kódy 250 Hz získají vylepšené rychlosti na traťových úsecích s rychlostí vyšší než 125 mil za hodinu a na vysokorychlostní výhybce 80 mil za hodinu. Vlaky, aniž byste jednoduše jeli nižší rychlostí. Kód 270 stran za minutu porušuje zpětnou kompatibilitu se systémem se 4 kódy, ale používá se pouze kolem New York Penn Station jako součást upgradu signalizace s vysokou hustotou. Kód 270ppm a rychlost 60 mph byly vybrány tak, aby byly kompatibilní se signály kabiny instalovanými na vlacích Long Island Rail Road, které také používají stanici Penn.

Zobrazovací jednotka kabiny

Signály z kabiny jsou lokomotivě předávány pomocí zobrazovací jednotky z kabiny. Nejdříve CDU sestávala z miniaturních signálů typu viditelného podél trati, podsvícených žárovkami. Ty lze nalézt v barevných i pozičních variantách světla v závislosti na nativním signalizačním systému železnice. Moderní jednotky CDU v osobních vlacích jsou často integrovány s rychloměr, protože signály z kabiny nyní slouží funkci regulace rychlosti. Ve vlacích vybavených automatické řízení vlaku Selhání funkce pro správné potvrzení omezující změny signálu z kabiny má za následek „zabrzdění brzdy“, stejně jako nedodržení limitu rychlosti signálu z kabiny.

Používání

Aktuální vedení využívající 100 Hz 4kanálový signální systém PRR kabiny

Signální kabina Siemens 9-Aspect ADU spolu s ACSES Zobrazit. Tato jednotka aktuálně zobrazuje OBMEDZENÍ.

Související severoamerické systémy pulzního kódu

  • Long Island Rail Road Automatická regulace rychlosti: LIRR byla dceřinou společností PRR a přijala podobný systém. LIRR používala standardní signály z kabiny PRR, dokud je nekoupila Městský úřad pro dopravu v roce 1968, kdy byla mírně upravena na ASC systémy používané dodnes. ASC využívá dva další kódy, 270 a 420 ppm, a nahrazuje signalizaci v kabině zobrazením rychlosti v kabině. Dodatečné kódy se používají k zobrazení rychlostí 50/60 a 60/70 mph, které se používají ke zpomalení vlaků pro zatáčky, výhybky s vyšší rychlostí a krátké signální bloky.
  • Chicago, Burlington a Quincy Automatická signalizace kabiny: CB&Q dojíždějící linka na Aurora, Illinois používaly stejnou technologii jako Pensylvánie, jen s odlišnými pravidly a indikacemi na trase, aby se přizpůsobily svému částečně směrovanému signalizačnímu systému. Zůstává v provozu dodnes.
  • Union Pacific Automatická signalizace kabiny: Společnost Union Pacific implementovala technologii typu PRR na velké části své hlavní trati mezi Chicagem a Wyomingem a na několika dalších tratích svého systému v posledních letech. Stejně jako u signálů z kabiny CB&Q funguje systém na stejných principech jako systém PRR, ale používá odlišná pravidla s částečně traťovými signály na trase a nosičem 60 Hz, což je do jisté míry nekompatibilní se systémy 100 Hz.
  • Skalní ostrov Metra Automatické řízení vlaku: Další systém signalizace kabiny založený na PRR, pozůstatek z Rock Islandu. Systém je v provozu v okrese Metra Rock Island mezi Modrým ostrovem a Joliet.
  • Linky rychlé dopravy: Různá vedení rychlé přepravy postavená nebo předsignalizovaná v 90. letech 20. století nebo před ní využívají signální technologii kabiny pulzního kódu pro ruční automatický provoz vlaku schémata. Systémy rychlé přepravy jsou obvykle zabezpečené proti selhání s kódem 0 vyžadujícím úplné zastavení. Celá řada pulzních kódů se také používá k zajištění maximální podrobnosti ovládání rychlosti. Některé příklady zahrnují PATCO Speedline ve Filadelfii SEPTA Route 100, Baltimorské metro a Miami-Dade Metrorail. Technologie pulzního kódu na linkách rychlé přepravy byla obecně nahrazena audio-frekvenčními signály kabiny.
  • MTA Staten Island železnice Automatická regulace rychlosti: Hybrid systémů PRR / LIRR a výkonového kmitočtu kabiny Rapid Transit. ATC aktivuje provozní brzdění v reakci na nadměrné rychlosti. Jako příkazy rychlosti se používají čísla 75-120-180-270. Nulový kód se používá spíše k zastavení než k omezení, což je 50PPM. 420 se používá jako západka. Dispečeři mohou povolit vlaky zastavené nulovým kódem, aby se přiblížily k určitým blokovacím signálům ruční aktivací kódu 50 ppm pro přiblížení.

Evropské systémy pulzního kódu

  • Kodex RS4 je starší signalizační systém pro kabinu používaný v Itálii. Systém využívá kódy 0, 75, 120, 180 a 270 ppm pomocí proudu 50 Hz.
  • ALSN (Continuous Automatic Train Signaling) je starší systém používaný v zemích bývalého Sovětského svazu (Ruská federace, Ukrajina, Bělorusko, Lotyšsko, Litva, Estonsko). Systém využívá pulzy při 0, 25, 50 a 75 ppm. Rozšíření v automatickém vlakovém systému ALS-ARS kódují rychlostí 75, 125, 175, 225, 275 ppm. Některé z kódových sazeb používají nerovnoměrné doby trvání pulzu.
  • Kontinuální automatický výstražný systém je systém signalizace kabiny v Irsku. Systém využívá kódy 0, 50, 120 a 180 ppm pomocí nosného proudu 50 Hz. U některých jsou použity další kódy rychlá přeprava řádky.
  • Automatický treinbeïnvloeding je holandský signalizační systém v kabině. Využívá kódy 0, 75, 96, 120, 180 a 220 ppm, doplněné systémem indukčního zastavení vlaku pro rychlosti pod 25 mph.
  • Londýnské metro Victoria linie k implementaci použilo signály kabiny pulzního kódu dodávané USA a USA Automatický provoz vlaku systém do roku 2012, kdy byl nahrazen CBTC. Použité kódy byly 420, 270, 180 a 120 ppm.[4]

Reference

  1. ^ A b Allison, L.R. (Červenec 1951). „Moderní systém signalizace kabiny a řízení vlaků pro železnice“. USA a USA Transakce AIEE. 70 (1): 232–239.
  2. ^ Pierro, Jr., Joseph J. (13. března 1984). „Patent US4437056 - Sada pro testování signálu kabiny pro automatické testování snímacích cívek a kontrolu zesilovače signalizačního zařízení kabiny“.
  3. ^ Aspray, William (červenec 1991). „Edwin L. Harder, orální historie vedená v roce 1991 Williamem Asprayem, IEEE History Center, Hoboken, NJ, USA“. Engineering & Technology History Wiki (ethw.org). Citováno 25. srpna 2015.
  4. ^ „Automatický provoz vlaku na lince Victoria“. Tubeprune.