Импульсно-кодовая сигнализация кабины

Индикация сигналов кабины SEPTA для 4-ракурсной системы PRR с использованием габаритных огней.

Импульсно-кодовая сигнализация в кабине - это форма технологии сигнализации в кабине, разработанная в Соединенных Штатах корпорацией Union Switch and Signal для Пенсильванской железной дороги в 1920-х годах. 4-аспектная система, широко принятая PRR и ее преемниками на железных дорогах, стала доминирующей системой сигнализации в железнодорожных кабинах в Северной Америке, причем версии этой технологии также применяются в Европе и системах скоростного транспорта. На своей территории на линиях, принадлежащих бывшему преемнику PRR, Conrail и на железных дорогах, работающих в соответствии со сводом правил NORAC, она известна просто как Cab Signaling System или CSS .

История

установленная под пилотом тепловоза SRNJ Антенна CSS с импульсным кодом ,

В 1922 году Комиссия по торговле между штатами издала постановление, требующее, чтобы поезда были оснащены технологией автоматической остановки поездов, если они должны были двигаться со скоростью 80 миль в час или выше. Пенсильванская железная дорога решила использовать это как возможность внедрить технологию сигнализации, которая могла бы повысить как безопасность, так и эксплуатационную эффективность за счет непрерывного отображения сигнала в кабине локомотива. Задача была поручена корпорации Union Switch and Signal, предпочтительному поставщику сигналов PRR.

Первая тестовая установка Между Санбери и Льюистауном, штат Пенсильвания, в 1923 году рельсы использовались в качестве индуктивной петли, соединенной с приемником локомотива. В системе было два сигнала частотой 60 Гц. Сигнал «пути», чувствительный к обрыву, подавался по одному рельсу в сторону приближающегося поезда, проходил через его колеса и возвращался на другой рельс. Датчик прямо перед колесами будет суммировать приближающийся ток с одной стороны с обратным током с другой. Возвращенный извне сигнал «петли» подавался на средний отвод резистора и выходил из него на каждом конце рельсовой цепи. Датчик будет суммировать приближающийся ток с каждой стороны, пока он движется к дальнему концу дорожки. Этот сигнал был смещен на 90 градусов относительно другого. Сигналы подавались один или оба непрерывно, чтобы дать аспекты Приближения или Ясности, в то время как ни один сигнал не был Ограничивающим аспектом. Тестовая установка устранила сигналы придорожных блокировок, и поезда полагались исключительно на сигналы кабины.

Для следующей установки на северной центральной линии между Балтимором, штат Мэриленд , и Гаррисбергом, штат Пенсильвания, в 1926 году (1927?) PRR протестировала другой вариант сигналов кабины, который отключал сигнал контура и переключался на 100 Гц для путевого сигнала. Ключевым изменением было то, что теперь оно будет отображаться выше Ограничения просто как несущая, а его импульсы включения-выключения частотой от 1,25 до 3 Гц будут использоваться в качестве кода для передачи аспектов. Само по себе присутствие носителя не имело значения, отсутствие пульсации все равно означало бы ограничивающий аспект. Эта новая система допускала четыре аспекта сигнала: ограничение; Подход; Подход (следующий сигнал) Средний (скорость); и Ясно. Первоначально система сигнализации в кабине действовала только как своего рода автоматическая остановка поезда , когда инженеру приходилось распознавать любое снижение сигнала кабины до более ограничительного аспекта, чтобы предотвратить автоматическое срабатывание тормозов. Позже пассажирские двигатели были модернизированы с помощью контроля скорости , который обеспечил соблюдение установленных правил скорости, связанных с каждым сигналом кабины (ясно = без ограничений, средний подход = 45 миль в час, подход = 30 миль в час, ограничение = 20 миль в час).

Со временем PRR установила сигналы такси на большей части своей восточной системы от Питтсбурга до Филадельфии, от Нью-Йорка до Вашингтона. Затем эту систему унаследовали Conrail и Amtrak , а также различные пригородные агентства, работающие на бывшей территории PRR, такие как SEPTA и New Jersey Transit . Поскольку все поезда, курсирующие по кабинной сигнальной территории, должны были быть оборудованы кабинными сигналами, большинство локомотивов вышеупомянутых дорог были оборудованы кабинным сигнальным оборудованием. Благодаря эффекту совместимости, 4-сторонняя сигнальная система PRR в кабине стала стандартом де-факто, и почти все новые установки сигнализации в кабине относятся к этому типу или совместимому типу.

Технический обзор

Электромеханический генератор импульсного кода US&S, генерирующий 180 импульсов в минуту для системы сигнализации кабины.

Основная операция

Сигналы кабины с импульсным кодом работают путем отправки дозированных импульсов по существующей рельсовой цепи переменного тока, работающей на выбранной несущей частоте . Импульсы обнаруживаются с помощью индукционного датчика, подвешенного в нескольких дюймах над рельсом перед ведущими колесами. Коды измеряются в импульсах в минуту, а для 4-аспектной системы PRR установлены на уровне 180 частей на миллион для ясности, 120 частей на миллион для среднего подхода, 75 частей на миллион для подхода и 0 для ограничения. Частота импульсов выбрана так, чтобы одна частота не была кратной другой, что приводило бы к отраженным гармоникам, вызывающим ложные показания.

Система отказоустойчива , поскольку при отсутствии кода отображается сигнал ограничения. Коды будут передаваться в поезд с границы квартала перед ним. Таким образом, если рельс был сломан или на блок въехал другой поезд, никакие коды не дойдут до приближающегося поезда, и сигнал кабины снова отобразит «Ограничение». Поезда с недостаточным количеством осей не будут закорачивать (см.: Шунтирование (электрическое) ) весь сигнальный ток кабины, чтобы следующие поезда могли получить неверный вид. Поездам этого типа должна быть обеспечена абсолютная блокировка сзади.

постоянным током и переменным током 25 Гц электрификация Там, где сосуществуют , стандартная частота 100 Гц изменяется на 91⅔ Гц (следующая доступная частота, установленная MG). Это позволяет избежать даже гармоник, создаваемых постоянным тяговым током обратной шины, компенсирующим возвратную синусоидальную волну переменного тока в той же самой шине.

Улучшения для более высоких скоростей

Спустя 70 лет после того, как были введены сигналы кабины с импульсным кодом, 4-скоростная конструкция оказалась недостаточной для скоростей, не предусмотренных при проектировании системы. Двумя наиболее насущными проблемами было использование высокоскоростных стрелочных переводов , которые позволяли поездам двигаться по расходящемуся маршруту быстрее, чем обычные 30 или 45 миль в час, покрытые существующими сигналами кабины. Внедрение услуги Amtrak Acela Express с максимальной скоростью от 135 до 150 миль в час также превысит возможности устаревшей системы сигнализации и ее расчетную скорость 125 миль в час.

Чтобы решить эту проблему и избежать полной перестройки системы сигнализации, ухудшения обслуживания на более низких скоростях, нарушения обратной совместимости с существующими сигналами кабины или слишком высокой зависимости от человека-оператора, была разработана система наложения импульсных кодов для использования на Северо-восточном коридоре компании Amtrak. . Работая с другой несущей частотой 250 Гц, дополнительные импульсные коды можно было отправлять в поезд, не создавая помех устаревшим кодам с частотой 100 Гц. Тщательно разрабатывая наложенные коды, можно было обеспечить обратную совместимость, так что любой поезд, неспособный обнаружить новые коды, никогда не получил бы более благоприятный сигнал, чем если бы он был обнаружен в противном случае. В дополнение к использованию кодов с частотой 250 Гц, был включен пятый код со скоростью 270 частей в минуту для использования в скоростном транспорте и на железной дороге Лонг-Айленда.

Сопоставление кодов со скоростями выглядит следующим образом:

Код 100 Гц	Код 250 Гц	Сигнал кабины	Скорость сигнала кабины	Примечания
180	180	Прозрачный	150 миль в час	Устаревшие подразделения очищаются (125 миль в час)
180	—	Прозрачный	125 миль в час	Исходный системный код PRR
270	270	Прозрачный	100 миль в час	Используется для передачи сигналов высокой плотности.
270	—	Скорость кабины	60 миль в час	Используется для передачи сигналов высокой плотности. Совместимость с системой LIRR ASC.
120	120	Скорость кабины	80 миль в час	Используется для большинства высокоскоростных стрелочных переводов . Устаревшие подразделения получают средний подход.
120	—	Подход Средний	45 миль в час	Исходный системный код PRR
75	75	Подход Средний	30 миль в час	Используется для передачи сигналов высокой плотности. Унаследованные подразделения получают подход
75	—	Подход	30 миль в час	Исходный системный код PRR
0	—	Ограничение	20 миль в час	Исходный системный код PRR. Безопасное состояние

Поезда, способные получать коды 250 Гц, получают повышенную скорость на участках пути со скоростью более 125 миль в час и на высокоскоростных стрелочных переводах со скоростью 80 миль в час. Поезда без него просто движутся на более низких скоростях. Код 270 стр/мин нарушает обратную совместимость с 4-кодовой системой, но используется только на Пенсильванском вокзале Нью-Йорка как часть модернизации системы сигнализации высокой плотности. Код 270 страниц в минуту и ​​скорость 60 миль в час были выбраны для совместимости с сигналами кабины, установленными в поездах железной дороги Лонг-Айленда, которые также используют Penn Station.

Дисплей в кабине

Сигналы кабины подаются на локомотив с помощью блока индикации сигналов кабины. Самые ранние CDU состояли из миниатюрных сигналов, видимых вдоль пути, с задней подсветкой лампочек. Их можно найти как в цветном, так и в позиционном освещении, в зависимости от местной системы сигнализации железной дороги. Современные CDU в пассажирских поездах часто интегрируются со спидометром , поскольку сигналы кабины теперь выполняют функцию контроля скорости. В поездах, оснащенных функцией автоматического управления поездом, неспособность должным образом подтвердить ограничительное изменение сигнала кабины приводит к «штрафному торможению», равно как и несоблюдение ограничения скорости по сигналу кабины.

Использование

Линии тока с использованием 4-ракурсной сигнальной системы кабины PRR 100 Гц.

ADU Siemens 9-Aspect Cab Signal вместе с дисплеем ACSES . В настоящее время этот блок отображает ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫЙ аспект.

• Основная линия Amtrak - от Милл-Ривер до Спрингфилда.
• Основная линия Amtrak — от Нью-Хейвена до Бостона
• Основная линия Amtrak - от Нью-Йорка до Хоффманс
• Основная линия Amtrak - от Нью-Йорка до Нью-Рошель.
• Основная линия Amtrak — от Нью-Йорка до Филадельфии.
• Основная линия Amtrak - от Филадельфии до Гаррисберга.
• Основная линия Amtrak - от Филадельфии до Вашингтона.
• Конрейл Лихай Лайн
• Подразделение CSX Berkshire (без обходных путей)
• Подразделение CSX в Бостоне (без обходных путей)
• Подразделение CSX Landover
• Подразделение CSX RF&P (ранее использовало систему RF&P CSS при частоте 60 Гц)
• NJT Все линии (кроме Принстонского отделения)
• MBTA Все линии (без обочин)
• метро - Северный Линия Гудзон (без обочин)
• метро-Северный Линия Гарлем (без обочин)
• Метро - Северная линия Нью-Хейвена (без обочин)
• Metro-North Филиал New Canaan (без обочин)
• Metro-North Филиал Danbury (без обочин)
• Метро-Северная южная ярусная линия (без обочин)
• Норфолк-Южный Линия Питтсбург (без обочин)
• Линия дороги Южного порта Норфолка
• Южная линия Конемо в Норфолке (без обочин)
• Линия Норфолка Южного Моррисвилля (без обочин)
• Норфолк, Южная линия Форт-Уэйна ( от Конвея-Ярда до Альянса, Огайо , без обочин)
• Линия Норфолка Южного Кливленда (Альянс, Огайо, до Кливленда, Огайо , без объездов)
• SEPTA Основная линия (от центра города до Дойлстауна; к северу от перекрестка Уэйн нет объездов)
• Линия аэропорта SEPTA
• СЕПТА Восточная линия Честнат-Хилл (без обочин)
• SEPTA Западная линия Честнат-Хилл (без обочин)
• SEPTA Cynwyd Line (без обочин)
• SEPTA Fox Chase Line (без обочин)
• SEPTA Линия Манаюнк/Норристаун (без обочин)
• SEPTA Media/Wawa Line
• SEPTA Warminster Line (без обочин)
• SEPTA West Trenton Line (без обочин)

Соответствующие системы импульсного кода Северной Америки

• железной дороги Лонг-Айленда Автоматическое регулирование скорости : LIRR была дочерней компанией PRR и приняла аналогичную систему. LIRR использовал стандартные сигналы кабины PRR до тех пор, пока его не купило Столичное транспортное управление в 1968 году, когда он был немного модифицирован в системы ASC, используемые по сей день. ASC использует два дополнительных кода, 270 и 420 частей в минуту, и заменяет индикатор сигнала в кабине индикатором скорости в кабине. Дополнительные коды используются для отображения скоростей 50/60 и 60/70 миль в час, которые используются для замедления поездов на поворотах, на поворотах с более высокой скоростью и на коротких светофорах.
• в Чикаго, Берлингтоне и Куинси Автоматическая сигнализация такси CB&Q : на пригородной линии до Авроры, штат Иллинойс, использовалась та же технология, что и в Пенсильвании, только с другими правилами и указателями на обочине, чтобы соответствовать их системе сигнализации, частично основанной на маршруте. Он остается на службе и по сей день.
• Автоматическая сигнализация в кабине Union Pacific . В последние годы компания Union Pacific внедрила технологию типа PRR на большей части своей основной линии между Чикаго и Вайомингом, а также на нескольких других линиях своей системы. Как и в случае с сигналами кабины CB&Q, система работает по тем же принципам, что и система PRR, но использует другие правила с частично основанными на маршруте придорожными сигналами и несущей частотой 60 Гц, что делает ее несколько несовместимой с системами 100 Гц.
• Metra Rock Island Автоматическое управление поездом : еще одна система сигнализации кабины на базе PRR, оставшаяся от Рок-Айленда. Система находится в эксплуатации в районе Метра-Рок-Айленд между Блю-Айлендом и Джолиет.
• Линии скоростного транспорта: различные линии скоростного транспорта, построенные или переоборудованные в 1990-е годы или ранее, используют технологию импульсно-кодовой сигнализации кабины как для ручных, так и для управления поездами автоматических схем . Системы скоростного транспорта обычно отказоустойчивы с кодом 0, требующим полной остановки. Кроме того, используется полный диапазон импульсных кодов для обеспечения максимальной детализации управления скоростью. Некоторые примеры включают скоростную линию PATCO в Филадельфии, маршрут SEPTA Route 100 , метро Балтимора и метрополитен Майами-Дейд . Технология импульсного кода на линиях скоростного транспорта обычно вытесняется аудиочастотными сигналами такси.
• железной дороги MTA Staten Island Автоматическое управление скоростью : гибрид систем PRR / LIRR и кода кабины Rapid Transit. Система УВД применяет рабочее торможение в ответ на превышение скорости. 75-120-180-270 используются в качестве команд скорости. Нулевой код используется для остановки, а не для ограничения, что составляет 50 PPM. 420 используется как защелка. Диспетчеры могут разрешить поездам, остановленным с нулевым кодом, приближаться к определенным сигналам блокировки, вручную активируя код закрытия на 50 частей на миллион.

Европейские системы импульсного кода

• RS4 Codici — это устаревшая система сигнализации в кабине, используемая в Италии. Система использует коды 0, 75, 120, 180 и 270 ppm с использованием тока частотой 50 Гц.
• Система непрерывного автоматического оповещения — это системы сигнализации кабин в Ирландии. Система использует коды 0, 50, 120 и 180 ppm с использованием несущего тока 50 Гц. Дополнительные коды используются на некоторых линиях скоростного транспорта .
• Automatische treinbeïnvloeding — голландская система сигнализации для такси. Он использует коды 0, 75, 96, 120, 180 и 220 ppm с несущей частотой 75 Гц, дополненные индуктивной системой остановки поезда на скорости менее 25 миль в час.
• лондонского метрополитена Линия Виктория использовала поставляемые US&S сигналы кабины с импульсным кодом для реализации своей системы автоматического управления поездами до 2012 года, когда она была заменена CBTC . Использовались коды 420, 270, 180 и 120 частей на миллион.
• АЛСН (непрерывная автоматическая сигнализация поездов) — это устаревшая система, используемая в странах бывшего СССР (Российская Федерация, Украина, Беларусь, Латвия, Литва, Эстония и т. д.). Все линии, оснащенные системой автоматической блокировки в странах бывшего СССР, оснащены АЛСН, некоторые из них без путевых сигналов. С 1990-х годов также оборудуются станционные пути и подъездные участки на некоторых линиях постанционной блочной системы («полуавтоматические блоки»). В отличие от других систем, упомянутых ранее, ALSN использует код подсчета импульсов, а не равномерный импульс с определенной частотой. Существует 3 кода: «красно-желтый» (одиночные импульсы, разделенные длинными промежутками), «желтый» (серия из 2 импульсов с одним коротким промежутком внутри серии) и «зеленый» (серия из 3 импульсов с двумя короткими промежутками внутри серии). серии), при этом точная длина импульсов и длинные промежутки могут существенно различаться, образуя различную длину кодового цикла (обычно 1,6 с или 1,86 с), которая не имеет сигнального значения, но используется в целях безопасности. и для подсчета кварталов в поезде. Несущие частоты: 50 Гц при использовании электрической тяги постоянного тока 3 кВ или без электрической тяги, и 25 Гц (или иногда 75 Гц - старый стандарт) на линиях с электрической тягой переменного тока 25 кВ 50 Гц.