Linienzugbeeinflussung (o LZB ) es un sistema de señalización de cabina y protección de trenes que se utiliza en líneas ferroviarias alemanas y austriacas seleccionadas , así como en el AVE y algunas líneas ferroviarias de cercanías en España . El sistema era obligatorio cuando se permitía a los trenes superar velocidades de 160 km / h (99 mph) en Alemania y 220 km / h (140 mph) en España. También se utiliza en algunas líneas ferroviarias más lentas y de tránsito rápido urbano para aumentar la capacidad. El alemán Linienzugbeeinflussung se traduce en control continuo del tren , literalmente: influencia del tren lineal . También es llamadolinienförmige Zugbeeinflussung .
LZB está obsoleto y será reemplazado por el Sistema Europeo de Control de Trenes (ETCS) entre 2023 y 2030. La Agencia de Ferrocarriles de la Unión Europea (ERA) lo menciona como un sistema de protección de trenes de Clase B en el Control Nacional de Trenes (NTC). [1] La conducción de automóviles en su mayoría tiene que reemplazar la lógica de control clásica de las unidades a bordo (OBU) de ETCS con una interfaz común de conductor y máquina (DMI). [2] Debido a que los trenes de alto rendimiento a menudo no se desechan ni se reutilizan en líneas de segundo orden, se desarrollaron Módulos de Transmisión Específica (STM) especiales para LZB para un mayor soporte de la instalación de LZB. [3]
Descripción general
En Alemania, la distancia estándar entre una señal distante y su señal doméstica es de 1000 metros (3300 pies). En un tren con frenos fuertes, esta es la distancia de frenado de 160 km / h. En la década de 1960, Alemania evaluó varias opciones para aumentar la velocidad, incluido el aumento de la distancia entre las señales distantes y domésticas y la señalización de la cabina. Aumentar la distancia entre el hogar y las señales distantes disminuiría la capacidad. Agregar otro aspecto haría que las señales fueran 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 velocidades más altas. Para superar estos problemas, Alemania optó por desarrollar la señalización continua de la cabina.
El sistema de señalización de la cabina LZB se demostró por primera vez en 1965, lo que permitió a los trenes diarios en la Exposición Internacional de Transporte de Múnich correr a 200 km / h. El sistema se desarrolló aún más a lo largo de la década de 1970, luego se lanzó en varias líneas en Alemania a principios de la década de 1980 y en las líneas de alta velocidad alemanas, españolas y austriacas en la década de 1990 con trenes que circulaban hasta 300 km / h (190 mph). Mientras tanto, se incorporaron capacidades adicionales al sistema.
LZB consta de equipos tanto en la línea como en los trenes. Un segmento de vía de 30 a 40 km está controlado por un centro de control LZB. [4] La computadora del centro de control recibe información sobre bloques ocupados de circuitos de vía o contadores de ejes y rutas bloqueadas de enclavamientos. Está programado con la configuración de la pista, incluida la ubicación de puntos, desvíos, pendientes y límites de velocidad en las curvas. Con esto, tiene suficiente información para calcular cuánto 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 se cruzan cada 100 m. El centro de control envía paquetes de datos, conocidos como telegramas, al vehículo que le dan su autoridad de movimiento (hasta dónde puede avanzar y a qué velocidad) y el vehículo envía paquetes de datos que indican su configuración, capacidad de frenado, velocidad y posición.
La computadora a bordo del tren procesa los paquetes y muestra la siguiente información al conductor:
- Velocidad actual : derivada localmente del equipo sensor de velocidad; se muestra con un velocímetro estándar
- Velocidad permitida : velocidad máxima permitida ahora; se muestra con una línea roja o un triángulo en la parte exterior del velocímetro
- Velocidad objetivo : velocidad máxima a una cierta distancia; se muestra con números LED en la parte inferior del velocímetro
- Distancia objetivo : distancia para la velocidad objetivo; se muestra con barras LED que muestran hasta 4000 m, con números para distancias más largas
Si hay una gran distancia libre frente al tren, el conductor verá la velocidad objetivo y la velocidad permitida igual a la velocidad máxima de la línea, mostrando la distancia la distancia máxima, entre 4 km y 13,2 km dependiendo de la unidad, tren, y línea.
A medida que el tren se acerca a una restricción de velocidad, como una de una curva o un desvío, LZB sonará un timbre y mostrará la distancia y la velocidad de la restricción. A medida que el tren continúa, la distancia objetivo disminuirá. A medida que el tren se acerca a la restricción de velocidad, la velocidad permitida comenzará a disminuir y terminará en la velocidad objetivo en la restricción. En ese momento, la pantalla cambiará al siguiente objetivo.
El sistema LZB trata una señal roja o el comienzo de un bloque que contiene un tren como una restricción de velocidad de velocidad 0. El conductor verá la misma secuencia al acercarse a una restricción de velocidad, excepto que la velocidad objetivo es 0.
LZB incluye protección automática de trenes . Si el conductor excede la velocidad permitida más un margen, LZB activará el timbre y una luz de exceso de velocidad. Si el conductor no reduce la velocidad del tren, 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 conducción y frenado), que permite al conductor dejar que la computadora conduzca el tren en piloto automático, conduciendo automáticamente a la velocidad máxima permitida actualmente por el LZB. En este modo, el conductor solo monitorea el tren y observa si hay obstáculos inesperados en las vías.
Por último, el sistema de vehículos LZB incluye el sistema de protección de trenes convencional Indusi (o PZB) para su uso en líneas que no están equipadas con LZB.
Historia
Elección de la señalización de la cabina
En la década de 1960, los ferrocarriles alemanes querían aumentar la velocidad de algunas de sus líneas ferroviarias. Un problema al hacerlo es la señalización. Las señales alemanas están colocadas demasiado cerca para permitir que los trenes de alta velocidad se detengan entre ellas, y las señales pueden ser difíciles de ver para los conductores de trenes a altas velocidades.
Alemania utiliza señales distantes colocadas a 1000 m (3300 pies) antes de la señal principal. Los trenes con frenos convencionales, que desaceleran a 0,76 m / s 2 (2,5 pies / s 2 ), pueden detenerse desde 140 km / h (87 mph) en esa distancia. Los trenes con frenos fuertes, que generalmente incluyen frenos de vía electromagnéticos , que desaceleran a 1 m / s 2 (3.3 pies / s 2 ) pueden detenerse desde 160 km / h (99 mph) y pueden viajar a esa velocidad. Sin embargo, incluso con frenos fuertes y la misma desaceleración, un tren que viaje a 200 km / h (120 mph) requeriría 1,543 m (5,062 pies) para detenerse, excediendo la distancia de señalización. Además, a medida que la energía disipada a una aceleración determinada aumenta con la velocidad, las velocidades más altas pueden requerir desaceleraciones más bajas para evitar el sobrecalentamiento de los frenos, lo que aumenta aún más la distancia.
Una posibilidad para aumentar la velocidad sería aumentar la distancia entre la señal principal y la distante. Pero esto requeriría bloques más largos, lo que disminuiría la capacidad de la línea para trenes más lentos. Otra solución sería introducir señalización de múltiples aspectos. Un tren que viaja a 200 km / h (120 mph) vería una señal de "lento a 160" en el primer bloque y luego una señal de parada en el segundo bloque.
La introducción de la señalización de múltiples aspectos requeriría una reelaboración sustancial de las líneas existentes, ya que sería necesario agregar señales distantes adicionales en bloques largos y reelaborar las señales en los más cortos. Además, no resolvería el otro problema con la operación a alta velocidad, la dificultad de ver las señales cuando un tren pasa rápidamente, especialmente en condiciones marginales como lluvia, nieve y niebla.
La señalización de la cabina resuelve estos problemas. Para las líneas existentes, se puede agregar al sistema de señalización existente con pocas modificaciones, si es que hay alguna, en el sistema existente. Llevar las señales al interior de la cabina facilita que el conductor las vea. Además de estos, el sistema de señalización de cabina LZB tiene otras ventajas:
- El conductor se da cuenta de inmediato de los cambios de señalización.
- Esto permite que un conductor deje de reducir la velocidad si mejora una señal al final de un bloque, ahorrando energía y tiempo.
- También permite que el centro de control señale instantáneamente la parada en caso de condiciones peligrosas, como un descarrilamiento o una avalancha.
- El conductor puede "ver" electrónicamente una gran distancia (hasta 13 km) por la vía, lo que le permite conducir el tren con mayor suavidad.
- Un tren que sigue a un tren más lento puede "ver" el tren más lento con mucha anticipación, deslizándose o usando el frenado regenerativo para reducir la velocidad y, por lo tanto, ahorrar energía.
- Puede señalar una variedad de velocidades. (Las señales alemanas convencionales en la década de 1960 solo podían indicar 40 o 60 km / h (25 o 37 mph) para desvíos. Las señales alemanas convencionales modernas pueden señalar cualquier incremento de 10 km / h (6.2 mph), pero LZB puede indicar incrementos aún más finos. )
- Permite dividir la pista en una gran cantidad de bloques pequeños si es necesario para aumentar la capacidad.
- Permite un sistema de protección automática de trenes más capaz .
- Habilita el sistema AFB Automatic Train Operation .
Dadas todas estas ventajas, en la década de 1960 los ferrocarriles alemanes optaron por la señalización de cabina LZB en lugar de aumentar el espaciado de la señal o agregar aspectos.
Desarrollo
El primer sistema prototipo fue desarrollado por los Ferrocarriles Federales Alemanes en conjunto con Siemens y probado en 1963. Se instaló en locomotoras Clase 103 y se presentó en 1965 con recorridos de 200 km / h (120 mph) en trenes para la Exposición Internacional de Múnich. A partir de esto, Siemens desarrolló el sistema LZB 100 y lo introdujo en las líneas Munich-Augsburg-Donauwörth y Hanover-Celle-Uelzen, todas en locomotoras de la Clase 103. [5] El sistema se superpuso al sistema de señales existente. Todos los trenes obedecerían las señales estándar, pero los trenes equipados con LZB podrían correr más rápido de lo normal siempre que la vía estuviera despejada por delante a una distancia suficiente. El LZB 100 podría mostrar hasta 5 km (3,1 millas) por adelantado.
Las instalaciones originales eran todas lógicas cableadas. Sin embargo, a medida que avanzaba la década de 1970, Standard Elektrik Lorenz (SEL) desarrolló los controladores centrales LZB L72 basados en computadora y equipó otras líneas con ellos.
A fines de la década de 1970, con el desarrollo de los microprocesadores, las 2 de 3 computadoras se podían aplicar a los equipos de a bordo. Siemens y SEL desarrollaron conjuntamente el sistema de a bordo LZB 80 y equiparon todas las locomotoras y trenes que viajan a más de 160 km / h (99 mph) más algunas locomotoras de transporte pesado. En 1991, Alemania reemplazó todo el equipo LZB 100 por LZB 80 / L 72. [4] [5]
Cuando Alemania construyó sus líneas de alta velocidad, comenzando con el segmento Fulda-Würzburg que comenzó a operar en 1988, incorporó LZB a las líneas. Las líneas se dividieron en bloques de aproximadamente 1,5 a 2,5 km (0,93 a 1,55 millas) de largo, pero en lugar de tener una señal para cada bloque, solo hay señales fijas en los conmutadores y estaciones, con aproximadamente 7 km (4,3 millas) entre ellos. Si no hubiera tren en toda la distancia, la señal de entrada sería verde. Si el primer bloque estuviera ocupado, sería rojo como de costumbre. De lo contrario, si el primer bloque estuviera libre y se acercara un tren LZB, la señal estaría oscura y el tren seguiría solo las indicaciones de LZB.
El sistema se ha extendido a otros países. Los españoles equiparon su primera línea de alta velocidad, que operaba a 300 km / h (190 mph), con LZB. Se inauguró en 1992 y conecta Madrid , Córdoba y Sevilla . En 1987, los ferrocarriles austriacos introdujeron LZB en sus sistemas, y con el cambio de horario del 23 de mayo de 1993 introdujeron los trenes EuroCity que circulaban a 200 km / h (120 mph) en una sección de 25 km (16 millas) de largo de Westbahn entre Linz y Wels .
Siemens continuó desarrollando el sistema, con "Computer Integrated Railroading", o "CIR ELKE", equipo de línea en 1999. Esto permitió bloques más cortos y restricciones de velocidad para que los interruptores comenzaran en el interruptor en lugar de en un límite de bloque. Consulte CIR ELKE a continuación para obtener más detalles.
Cronograma de desarrollo
Fecha | Descripción | Centros de control / Longitud |
---|---|---|
1963 | Pruebas en la línea Forchheim-Bamberg | |
1965 | Viajes de presentación de 200 km / h en la línea Múnich-Augsburgo instalados en locomotoras de la clase 103 [6] | |
1974-1976 | Pruebas operativas en la línea Bremen-Hamburgo | 3 controladores / 90 km o 56 mi |
1976 | Ampliación de la prueba a la línea Hamm-Gütersloh . | |
1978-1980 | Proyecto piloto de S-Bahn en Madrid ( RENFE ) | 1 controlador / 28 km o 17 mi |
1980-1985 | Comienzan las operaciones en algunas líneas de Deutschen Bundesbahn (DB) | 7 controladores / 309 km o 192 mi |
1987 | Comienzan las operaciones de las nuevas líneas de alta velocidad Fulda – Würzburg y Mannheim – Hockenheim | 4 controladores / 125 km o 78 mi |
1987 | Los Ferrocarriles Federales de Austria decide introducir LZB | |
1988-1990 | Mayor expansión a nuevas rutas en Alemania | 2 controladores / 190 km o 120 mi |
1991 | Puesta en marcha del resto del tren de alta velocidad Hanover-Würzburg , el tren de alta velocidad Mannheim-Stuttgart y rutas adicionales | 10 controladores / 488 km o 303 mi |
1992 | Inauguración de la línea de alta velocidad Madrid-Sevilla en España | 8 controladores / 480 km o 300 mi |
1992 | Primer tramo de la ruta Viena-Salzburgo en Austria | 1 controlador / 30 km o 19 mi |
1995 | Puesta en marcha de la Madrid C5 Cercanías (tren suburbano) line | 2 controladores / 45 km o 28 mi |
1998 | Puesta en servicio del ferrocarril de alta velocidad Hannover-Berlín y ampliación del ferrocarril Nuremberg-Würzburg , junto con enclavamientos electrónicos. | 6 controladores |
1999 | Puesta en servicio del proyecto piloto CIR ELKE en la línea Offenburg-Basel , con el software del sistema CE1 | 4 controladores |
2001 | Puesta en servicio del proyecto piloto CIR ELKE en Achern | 1 controlador |
2002 | Puesta en servicio de la línea ferroviaria de alta velocidad Colonia-Frankfurt mediante el software del sistema CE2 | 4 controladores |
2003 | Puesta en servicio de las mejoras de la línea ferroviaria Colonia – Düren (–Aquisgrán) (LZB con CE2-Software) | 1 controlador / 40 km o 25 mi |
2004 | Puesta en servicio de las actualizaciones de la línea Hamburgo-Berlín (LZB con software de sistema CE2) | 5 controladores |
2004 | Puesta en servicio de las actualizaciones del Munich S-Bahn utilizando (software CE2 y bloques más cortos) | 1 controlador |
2006 | Puesta en servicio de las mejoras de la línea Berlín-Halle / Leipzig , donde LZB (CE2) y ETCS se combinan por primera vez. | 4 controladores |
2006 | Puesta en servicio del ferrocarril de alta velocidad Nuremberg-Munich (LZB con software de sistema CE2 con extensión de desvío) | 2 controladores |
Equipo de línea
Bucles de cable
El centro de control LZB se comunica con el tren mediante bucles de cables conductores. Los bucles pueden ser tan cortos como 50 metros de largo, como se usa en la entrada y salida de la pista controlada por LZB, o hasta 12,7 km (7,9 mi). Cuando los bucles miden más de 100 m (328 pies), se cruzan cada 100 m (328 pies). En el cruce, el ángulo de fase de la señal se cambia en 180 °, lo que reduce la interferencia eléctrica entre la vía y el tren, así como la radiación de la señal a larga distancia. El tren detecta este cruce y lo utiliza para ayudar a determinar su posición. Los bucles más largos generalmente se alimentan desde el medio en lugar de un final.
Una desventaja de los bucles muy largos es que cualquier rotura del cable desactivará la transmisión LZB para toda la sección, hasta 12,7 km (7,9 mi). Por lo tanto, las instalaciones de LZB más nuevas, incluidas todas las líneas de alta velocidad, dividen los bucles de cable en cables físicos de 300 m (984 pies). Cada cable se alimenta desde un repetidor y todos los cables de una sección transmitirán la misma información.
Centro de ruta LZB (controlador central)
El núcleo del centro de ruta LZB, o controlador central, consiste en un sistema informático 2 de 3 con dos ordenadores conectados a las salidas y un extra para el modo de espera. Cada computadora tiene su propia fuente de alimentación y está en su propio marco. [5] Las 3 computadoras reciben y procesan entradas e intercambian sus salidas y resultados intermedios importantes. Si uno no está de acuerdo, se desactiva y la computadora en espera ocupa su lugar.
Las computadoras están programadas con información fija de la ruta, como límites de velocidad, pendientes y la ubicación de los límites de los bloques, interruptores y señales. Están conectados por LAN o cables al sistema de enclavamiento desde el cual reciben indicaciones de posiciones de interruptores, indicaciones de señales y circuito de vía o ocupación del contador de ejes. Finalmente, las computadoras del centro de ruta se comunican con los trenes controlados a través de los bucles de cable descritos anteriormente.
Otro equipo
- Repetidores : Los repetidores conectan secciones individuales de bucle de 300 m (984 pies) de largo a los enlaces de comunicación primarios, fortaleciendo la señal del centro de ruta y enviando las respuestas del vehículo.
- Bucles fijos : los bucles fijos, normalmente de unos 50 m (164 pies) de largo, se colocan en los extremos de la sección controlada. Transmiten telegramas fijos que permiten ingresar a los trenes para recibir una dirección.
- Isolation cabinets: A long communication link will consist of multiple individual cables connected in "isolation cabinets" which serve to prevent the low-frequency voltage which is coupled from the catenary from accumulating on the cable.
- Signs: Signs indicate the LZB block boundaries (if not at a signal) and the entrance and exit from the LZB controlled area.
Equipamiento del vehículo
The vehicle equipment in the original LZB80 designed consisted of:[5]
- Computers: The on-board equipment centred around a 2-of-3 computer system. The original LZB 80 design used 8085 microprocessors programmed in assembly language. The programs were interrupt driven, with interrupts generated by a 70 ms clock, the track receivers and transmitters, the serial interface, and also within the program itself. Interrupts triggered comparison and output programs. Peripheral equipment was arranged around the computers with all interfaces electrically separated and all grounds tied to the cabinet frame which was tied to the vehicle chassis.
- Redundant power supply: The computers and peripheral equipment were supplied with a redundant power supply based on two identical voltage transformers. Each was capable of supplying the power necessary for all of the equipment. They were normally alternately switched, but if one failed the other would take over. On-board batteries could also supply temporary power.
- Odometry: The vehicle speed and distance traveled is measured on two independent channels by two pulse generators mounted on different axles. Each is linked to a separate micro-controller based unit used to correct any inaccuracies. The central logic polls the two units as well as an accelerometer, compares the values and checks for plausibility.
- Receiver: Two pairs of receiving antennas are each fed to selective, self-regulating amplifiers whose output is fed to a demodulator and then a serial-parallel transformer. The received telegrams are then fed byte by byte to the central logic computer. The receivers also indicate transition points and whether the signal is present.
- Transmitter: The 2 out putting computers feed serial-parallel transformers. They are compared after conversion, and transmission is only allowed if they are identical. Only one signal is actually transmitted, with the transmitter transmitting the two signals at 56 kHz with the signals displaced by a 90° phase angle.
- Emergency brake connection: The computers are connected to the brake via a relay. A computer command or loss of current will release the air from the brake pipe applying the emergency brake.
- Indusi horn connection: The horn signalling the driver is also connected by a relay.
- Serial interface: A serial interface is used to connect the rest of the components, including the driver inputs, display unit, logger, and the automatic drive and brake control (AFB) to the computers. Telegrams are transmitted cyclically both from and to the computers.
- Driver input unit: The driver inputs train related data such as the type of braking (passenger/freight), braking potential, maximum train speed, and train length on the driver interface unit. This is then displayed to the driver to verify that it is correct.
- Modular cab display (MFA): The modular cab display shows the relevant speeds and distances to the driver as described in the overview.
- Automatic drive/brake control: When enabled by the driver, the automatic drive/brake control unit (AFB) will drive the train following the permitted speed. When not operating on an LZB equipped line, i.e. under Indusi operation, the AFB acts mainly as a "cruise control", driving according to the speed set by the driver.
The equipment in newer trains is similar, although the details may vary. For example, some vehicles use radar rather than accelerometers to aid in their odometry. The number of antennas may vary by vehicle. Finally, some newer vehicles use a full-screen computer generated "Man-machine interface" (MMI) display rather than the separate dials of the "Modular cab display" (MFA).
Operación
Telegrams
LZB operates by exchanging telegrams between the central controller and the trains. The central controller transmits a "call telegram" using Frequency-shift keying (FSK) signalling at 1200 bits per second on a 36 kHz ± 0.4 kHz. The train replies with a "response telegram" at 600 bits per second at 56 kHz ± 0.2 kHz.[7]
Call telegram format
Call telegrams are 83.5 bits long:
- Start sequence: Synchronization: 5.5 bits, Start element + baker code: 3 bits
- Address: Section ID: A-E, A1-A3, Location: 1-127 or 255-128
- Vehicle information: Travel direction: up/down, Braking type: passenger/freight, Brake curve number: 1-10, A-B
- Braking information: Distance to brake application: 0–1,550 m (0–5,085 ft)
- Nominal distance XG: 0–12,775 m (0–41,913 ft), Target information, Distance: 0–2,700 m (0–8,858 ft), Speed: 0–320 km/h (0–199 mph)
- Display information, Signal information: 3 bits, Additional information: 5 bits
- Auxiliary information: Group identity: 1-4 - Indicates response type required, Line identity: new high-speed/normal main lines, Central controller type: LZB 100/72
- Cyclic redundancy check (CRC): 8 bits
One might note that there is no "train identification" field in the telegram. Instead, a train is identified by position. See Zones and Addressing for more details.
Response telegram format
There are 4 types of response telegrams, each 41 bits long. The exact type of telegram a train sends depends on the "Group identity" in the call telegram.
The most common type of telegram is type 1, which is used to signal a train's position and speed to the central controller. It contains the following fields: {LZB p3}
- Synchronization and start sequence: 6 bits
- Group identity: 1-4 - Indicates response type
- Vehicle location acknowledgement: number of zones advanced = ±0, ±1, ±2
- Location within zone: 0–87.5 m (0–287 ft) (in 12.5 m or 41 ft increments)
- Braking type: passenger/freight
- Brake curve number: 16 possible brake curves
- Actual speed: 0–320 km/h (0–199 mph)
- Operational and disgnostic information: 5 bits
- Cyclic redundancy check (CRC): 7 bits
The other telegrams are used primarily when a train enters the LZB controlled section. They all start with the same synchronization and start sequence and a "group identity" to identify the telegram type, and end with the CRC. Their data fields vary as follows:
- Type 2: Vehicle location acknowledgement, location within zone, braking type, brake curve number, maximum train speed, train length
- Type 3: Railway, train number
- Type 4: Locomotive/train series, serial number, train length
Entry into LZB, zones and addressing
Before entering an LZB controlled section the driver must enable the train by entering the required information on the Driver Input Unit and enabling LZB. When enabled the train will light a "B" light.
A controlled section of track is divided into up to 127 zones, each 100 m (328 ft) long. The zones are consecutively numbered, counting up from 1 in one direction and down from 255 in the opposite.
When a train enters a LZB controlled section of track, it will normally pass over a fixed loop that transmits a "change of section identification" (BKW) telegram. This telegram indicates to the train the section identification number as well as the starting zone, either 1 or 255. The train sends back an acknowledgement telegram. At that time the LZB indications are switched on, including the "Ü" light to indicate that LZB is running.
From that point on the train's location is used to identify a train. When a train enters a new zone it sends a response telegram with the "vehicle location acknowledgement" filed indicating that it has advanced into a new zone. The central controller will then use the new zone when addressing the train in the future. Thus a trains address will gradually increase or decrease, depending on its direction, as it travels along the track. A train identifies that it has entered a new zone by either detecting the cable transposition point in the cable or when it has traveled 100 metres (328 ft).[5] A train can miss detecting up to 3 transposition points and still remain under LZB control.
The procedure for entering LZB controlled track is repeated when a train transitions from one controlled section to another. The train receives a new "change of section identification" telegram and gets a new address.
Until the train knows its address it will ignore any telegrams received. Thus, if a train doesn't properly enter into the controlled section it won't be under LZB control until the next section.
Speed signalling
The main task of LZB is signalling to the train the speed and distance it is allowed to travel. It does this by transmitting periodic call telegrams to each train one to five times per second, depending on the number of trains present. Four fields in the call telegram are particularly relevant:
- Target distance.
- Target speed.
- Nominal stopping distance, known as "XG" (See below).
- Distance to brake application point.
The target speed and location are used to display the target speed and distance to the driver. The train's permitted speed is calculated using the trains braking curve, which can vary by train type, and the XG location, which is the distance from the start of the 100 m (328 ft) zone that is used to address the train. If the train is approaching a red signal or the beginning of an occupied block the location will match the location of the signal or block boundary. The on-board equipment will calculate the permitted speed at any point so that the train, decelerating at the deceleration indicated by its braking curve, will stop by the stopping point.
A train will have a parabolic braking curve as follows:
where:
- decel = deceleration
- dist = distance from beginning of 100 m (328 ft) zone
Where a train is approaching a speed restriction the control center will transmit a packet with an XG location set to a point behind the speed restriction such that a train, decelerating based on its braking curve, will arrive at the correct speed at the start of the speed restriction. This, as well as deceleration to zero speed, is illustrated with the green line in the "Permitted and supervised speed calculation" figure.
The red line in the figure shows the "monitoring speed", which is the speed which, if exceeded, the train will automatically apply the emergency brakes. When running at constant speed this is 8.75 km/h (5.44 mph) above the permitted speed for transited emergency braking (until speed is reduced) or 13.75 km/h (8.54 mph) above the permitted speed for continuous emergency braking. When approaching a stopping point, the monitoring speed follows a braking curve similar to the permitted speed, but with a higher deceleration, that will bring it to zero at the stopping point. When approaching a speed restriction, the monitoring speed braking curve intersects the speed restriction point at 8.75 km/h (5.44 mph) above the constant speed.
Deceleration rates are more conservative with LZB than with conventional German signalling. A typical passenger train braking curve might have a "permitted speed" deceleration of 0.5 m/s2 (1.6 ft/s2) and a "monitoring speed" deceleration of 0.71 m/s2 (2.3 ft/s2) 42% higher than the deceleration for the permitted speed, but lower than the 0.76 m/s2 (2.5 ft/s2) required to stop from 140 km/h (87 mph) in 1,000 m (3,281 ft) used in conventional signaling. The ICE3, which has a full service braking deceleration of 1.1 m/s2 (3.6 ft/s2) below 160 km/h (99 mph), dropping to 0.65 m/s2 (2.1 ft/s2) by 300 km/h (190 mph), has a LZB target speed deceleration of only 0.68 m/s2 (2.2 ft/s2) to 120 km/h (75 mph), 0.55 m/s2 (1.8 ft/s2) between 120 and 170 km/h (75 and 106 mph), and 0.5 m/s2 (1.6 ft/s2) at higher speeds.[8]
In between the permitted speed and monitoring speed is a warning speed, normally 5 km/h (3.1 mph) above the permitted speed. If the train exceeds that speed LZB will flash the "G" light on the train's display and sound a horn.
Leaving LZB
About 1,700 m (5,577 ft) before the end of the LZB controlled section the central controller will send a telegram to announce the end of LZB control. The train will flash the "ENDE" light which the driver must acknowledge within 10 seconds. The display will normally give the distance and target speed at the end of the controlled section, which will depend on the signal at that point.
When the train reaches the end of LZB control the "Ü" and "ENDE" lights go off and the conventional Indusi (or PZB) system takes over automatic train protection.
Special operating modes
Special conditions not covered by the full LZB system or failures can put LZB into one of the special operating modes.
Crossover to opposite track
As a train approaches a crossover to a normally opposite direction track the display will flash the "E/40" light. The driver confirms the indication and the permitted speed drops following the braking curve to 40 km/h (25 mph). When the crossover section is reached the displays are switched off and the driver can proceed through the crossover at 40 km/h (25 mph).
Drive by sight signal
German signalling systems have a "drive by sight" signal that consists of 3 white lights forming a triangle with one light at the top. This signal, labeled "Zs 101", is placed with a fixed line side signal and, when lighted, permits the driver to pass a fixed red or defective signal and drive by sight to the end of the interlocking no faster than 40 km/h (25 mph).
When approaching such a signal in LZB territory the "E/40" light will be lit until 250 m (820 ft) before the signal, then the "E/40" will go dark and "V40" will flash. The "V40" signal indicates the ability to drive by sight.
Transmission failure
If data exchange is interrupted, the trains distance measurement system fails, or the train fails to detect 4 or more cable transposition points the LZB system will go into a failure state. It will light the "Stör" indicator and then flash "Ü". The driver must acknowledge the indications within 10 seconds. The driver must slow the train to no more than 85 km/h (53 mph) or lower; the exact speed depends on the backup signalling system in place.
Extensiones
CIR ELKE-I
CIR-ELKE is an improvement on the basic LZB system. It uses the same physical interface and packets as standard LZB but upgrades its software, adding capabilities and modifying some procedures. It is designed to increase line capacity by up to 40% and to further shorten travel times. The name is an abbreviation of the English/German project title Computer Integrated Railroading - Erhöhung der Leistungsfähigkeit im Kernnetz der Eisenbahn (Computer Integrated Railroading - Increase Capacity in the Core Railway Network). Being an extension of LZB it is also called LZB-CIR-ELKE further abbreviated into LZB-CE.
CIR-ELKE includes the following improvements:
- Shorter blocks - CIR-ELKE blocks can be as short as 300 metres (984 ft), or even shorter for S-Bahn systems. The Munich S-Bahn system has blocks as short as 50 metres (164 ft) at the beginning of the platform, allowing a train to pull into the platform as another is leaving and making it capable of running 30 trains per hour.
- Speed changes at any location - The standard LZB system required that speed restrictions start at block boundaries. With CIR-ELKE speed restrictions can start at any point, such as at a turnout. This means a train doesn't have to slow down as soon, increasing average speeds.
- Telegram evaluation changes - In order to increase safety on a system with shorter intervals between trains CIR-ELKE sends identical telegrams twice. The train will only act on a telegram if it receives two identical valid telegrams. In order to compensate for the increase in the number of telegrams CIR-ELKE sends telegrams to non-moving trains less frequently.
CIR ELKE-II
The original LZB system was designed for permitted speeds up to 280 km/h (170 mph) and gradients up to 1.25%. The Cologne–Frankfurt high-speed rail line was designed for 300 km/h (190 mph) operation and has 4% gradients; thus, it needed a new version of LZB, and CIR ELKE-II was developed for this line.
CIR ELKE-II has the following features:
- Maximum speed of 300 km/h (190 mph).
- Support for braking curves with higher decelerations and curves taking into account the actual altitude profile of the distance ahead instead of assuming the maximum down slope of the section. This makes operation on 4% gradients practical.
- Support for target distances of up to 35,000 m (114,829 ft) to a stopping or speed restriction point. If there is no such point within that distance the system will display a target distance of 13,000 m (42,651 ft) and a target speed of the line speed.
- Support for enabling the Eddy current brake of the ICE3 trains. By default, the eddy current brake is enabled for emergency braking only. With CE2 it is possible to enable it for service braking, too.
- Signalling voltage or phase changes.
- Audible warning signals 8 seconds before the point of braking, or 4 seconds for the Munich S-Bahn, instead of 1,000 m (3,281 ft) before or with a 30 km/h (19 mph) speed difference done previously.
Averías
The LZB system has been quite safe and reliable; so much so that there have been no collisions on LZB equipped lines because of the failure of the LZB system. However, there have been some malfunctions that could have potentially resulted in accidents. They are:
- On 29 June 1991, after a disturbance, the train driver had the LZB system off and passed a stop signal with two trains in the tunnel at Jühnde on the Hanover-Würzburg high-speed line.
- On 29 June 2001, there was nearly a serious accident at the Oschatz crossover on the Leipzig-Dresden railway line. The crossover was set to diverging with a 100 km/h (62 mph) speed limit but the LZB system displayed a 180 km/h (112 mph) limit. The driver of ICE 1652 recognized the diverging signal and managed to slow down to 170 km/h (106 mph) before the crossing and the train did not derail. A software error in the LZB computer was suspected as the cause.
- A similar near-accident occurred on 17 November 2001 in Bienenbüttel on the Hamburg-Hanover rail line. In order to pass a failed freight train an ICE train crossed over to the opposite track going 185 km/h (115 mph) through a crossover that was rated at 80 km/h (50 mph). The suspected cause was the faulty execution of a change to the interlocking system where the crossover speed was increased from 60 to 80 km/h (37 to 50 mph). Without that speed restriction the LZB system did continue to show the 200 km/h (120 mph) pass-through line speed on the in-cab display - the train driver applied the brakes on recognizing the line-side signal lights set to diverge and the train did not derail.
- On 9 April 2002 on the Hanover-Berlin high-speed rail line, a fault in the LZB line centre computer brought four LZB controlled trains to a stop with two trains in each line direction being halted in the same signalling block (Teilblockmodus - divided block control). When the computer was rebooted it signaled 0 km/h (0 mph) to the trains in front and 160 km/h (99 mph) to the following trains. The drivers of the following trains did not proceed however - one driver saw the train in front of him and the other driver double-checked with the operations center which had warned him prior to departure, so two possible collisions were averted. As a consequence of this incident, the two mainline train operators (DB Cargo and DB Passenger Transport) issued an instruction to their drivers to be especially cautious during periods of LZB outage when the system is running in divided block mode. The cause turned out to be a software error.
Líneas equipadas
DB (Germany)
The following lines of Deutsche Bahn are equipped with LZB, allowing for speeds in excess of 160 km/h (providing the general suitability of the track):
- Augsburg - Dinkelscherben - Ulm (km 7.3 - km 28.5)
- Berlin - Nauen - Glöwen - Wittenberge - Hagenow Land - Rothenburgsort - Hamburg (km 16.5 - km 273.1)
- Bremen - Hamburg (km 253.9 - km 320.1)
- Dortmund - Hamm (Westf) - Bielefeld (except for the station of Hamm)
- Frankfurt am Main - Gelnhausen - Fulda (km 24.8 - km 40.3)
- Hannover - Stadthagen - Minden (km 4.4 - km 53.4)
- Hannover - Celle - Uelzen - Lüneburg - Hamburg (km 4.0 - km 166.5)
- Hannover - Göttingen - Kassel-Wilhelmshöhe - Fulda - Würzburg (km 4.2 - km 325.6)
- Karlsruhe - Achern - Offenburg - Kenzingen - Leutersberg - Weil am Rhein - Basel Bad. Bf. (km 102.2 - km 270.6)
- Köln - Aachen (km 1,9 - km 41,8)
- Köln - Düsseldorf - Duisburg (km 6.7 - km 37.3 and km 40.1 - km 62.2; Düsseldorf main station is not equipped)
- Köln - Troisdorf - Montabaur - Limburg a.d. Lahn - Frankfurt am Main (km 8.7 - km 172.6)
- Leipzig - Wurzen - Dresden (km 3.6 - km 59.5)
- Lengerich (Westf) - Münster (Westf)
- Lehrte - Stendal - Berlin-Spandau
- Mannheim - Karlsruhe
- Mannheim - Vaihingen an der Enz - Stuttgart (km 2.1 - km 99.5)
- München - Augsburg - Donauwörth (km 9,2 - km 56.3 and km 2.7 - km 39.8; Augsburg main station is not equipped)
- Nürnberg - Allersberg - Kinding - Ingolstadt-Nord (ABS: km 97.9 - km 91.6; NBS: km 9.0 - km 88.7)
- Nürnberg - Neustadt an der Aisch - Würzburg (km 34.8 - km 62.7)
- Osnabrück - Bremen (km 139.7 - km 232.0)
- Paderborn - Lippstadt - Soest - Hamm (Westf) (Strecke 1760: km 125.2 - km 180.8; Strecke 2930: km 111.5 - km 135.6)
- Zeppelinheim bei Frankfurt/Main - Mannheim
Note: italics indicate the physical location of an LZB control center.
ÖBB (Austria)
The West railway (Vienna–Salzburg) is equipped with LZB in three sections:
- St. Pölten–Ybbs an der Donau (km 62.4–km 108.6)
- Amstetten–St. Valentin (km 125.9–km 165.0)
- Linz–Attnang-Puchheim (km 190.5–km 241.6)
RENFE (Spain)
- Madrid - Córdoba - Sevilla (9 Centers / 480 km), operational since 1992. Since 2004, the terminus Madrid Atocha is also equipped with LZB. In November 2005, a branch line to Toledo was opened. (20 km).
- Cercanías Madrid line C5 from Humanes over Madrid Atocha to Móstoles-El Soto, operational since 1995. It is 45 km long with two LZB centres and 76 Series 446 vehicles.
- All of Eusko Trenbideak – Ferrocarriles Vascos network with the exception of the Euskotren Tranbia tramways.
Usos no principales
In addition to mainline railways, versions of the LZB system are also used in suburban (S-Bahn) railways and subways.
Dusseldorf, Duisburg, Krefeld, Mülheim an der Ruhr
Tunnels in the Düsseldorf and Duisburg Stadtbahn (light rail) systems, and some tunnels of the Essen Stadtbahn around the Mülheim an der Ruhr area are equipped with LZB.
Vienna (Wien)
With the exception of line 6, the entire Vienna U-Bahn is equipped with LZB since it was first built and includes the capability of automatic driving with the operator monitoring the train.
Munich
The Munich U-Bahn was built with LZB control. During regular daytime operations the trains are automatically driven with the operator simply starting the train. Stationary signals remain dark during that time.
In the evenings from 9:00 p.m. until end of service and on Sundays the operators drive the trains manually according to the stationary signals in order to remain in practice. There are plans to automate the placement and reversal of empty trains.
The Munich S-Bahn uses LZB on its core mainline tunnel section (Stammstrecke).
Nuremberg
The Nuremberg U-Bahn U3 line uses LZB for fully automatic (driverless) operation. The system was jointly developed by Siemens and VAG Nuremberg and is the first system where driverless trains and conventional trains share a section of line. The existing, conventionally driven U2 line trains shares a segment with the automatic U3 line trains. Currently, an employee still accompanies the automatically driven trains, but later the trains will travel unaccompanied.
After several years of delays, the final three-month test run was successfully completed on April 20, 2008, and the operating licence granted on April 30, 2008. A few days later the driverless trains started operating with passengers, first on Sundays and public holidays, then weekdays at peak hours, and finally after the morning rush hour which has a tight sequence of U2 trains. The official opening ceremony for the U3 line was held on June 14, 2008 in the presence of the Bavarian Prime Minister and Federal Minister of Transport, the regular operation began with the schedule change on 15 June 2008. The Nuremberg U-bahn plans to convert U2 to automatic operation in about a year.
London
The Docklands Light Railway in east London uses the SelTrac technology which was derived from LZB to run automated trains. The trains are accompanied by an employee who closes the doors and signals the train to start, but then is mainly dedicated to customer service and ticket control. In case of failure the train can be driven manually by the on train staff.
Ver también
- Automatic Train Protection
- Train protection system
- European Train Control System
Referencias
- ^ "LIST OF CLASS B SYSTEMS" (PDF, 234 kB). European Union Agency for Railways. 2016-06-01. Retrieved 2017-04-04.
- ^ "New Approach for ETCS Onboard Units Based on Open Source Principles" (PDF; 553 MB). UIC, the worldwide railway organisation. 2011-03-01. Retrieved 2017-04-04.
- ^ "Implementing the European Train Control System ETCS - Opportunities for European Rail Corridors" (PDF). UIC, the worldwide railway organisation. 2003-12-31. Archived from the original (PDF; 1,6 MB) on 2014-04-21. Retrieved 2017-04-04.
- ^ a b Signalling System for German High Speed Lines, by H. Uebel, Standard Elektrik Lorenz A.G., Stuttgart, Germany, presentedin the "1989 International Conference on Main Line Railway Electrification", p 36-39.
- ^ a b c d e Continuous Automatic Train Control and Cab Signalling with the LZB 80, by H. Sporleder, Siemens, AG, published in the "1989 International Conference on Main Line Railway Electrification", p 40-46.
- ^ Der ICE – ein Produkt des Systemverbundes Bahn. In: Deutsche Bahn AG: (http://www.db.de/site/shared/de/dateianhaenge/publikationen__broschueren/bahntech/bahntech200601.pdf) bahntech, Nr. 1/06], S. 24 f.
- ^ Directive 96/48/EC, Interoperability of the trans-European high speed rail system, Draft Technical Specification for Interoperability, Part 3, annexes to the TSI, "Control-Command and Signalling" Sub-System, 19.05.2006.
- ^ "The Linear Eddy-Current Brake of the ICE 3" by Dr.-Ing. Wolf-Dieter Meler-Credner and Dipl.-Ing. Johannes Gräber, published in Railway Technical Review (RTR), April, 2003