ES2246079T3 - Sistema de control y comunicacion para trenes ferroviarios. - Google Patents
Sistema de control y comunicacion para trenes ferroviarios.Info
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Abstract
El sistema comprende dos líneas de transmisión bidireccional (4, 5) que se extienden paralelas y separadas entre sí a lo largo del tren (1);una unidad de control que funciona como unidad principal (6) instalada en el motor principal (2) se conecta con las líneas de transmisión (4, 5) y con los sistemas de control de los frenos (7) del tren (1);una serie de unidades de control esclavas (9) cada una de las cuales está instalada sobre un coche o vagón respectivo (3) y se conecta a ambas líneas de transmisión a unidades de válvula solenoide (11) asociadas con los dispositivos neumáticos de accionamiento del freno (12) y a dispositivos sensores (10) asociados con el coche o vagón (3).La unidad de control principal (6) y las unidades de control esclavas (9) se disponen para comunicarse entre sí por medio de las líneas de transmisión (4, 5) de acuerdo con un protocolo en serie predeterminado. La unidad de control principal (6) se dispone para transmitir señales de gobierno del freno a las unidades de control esclavas y para recibir y adquirir información o señales de estado que vienen de las unidades de control esclavas (9) por medio de al menos una de las líneas de transmisión (4, 5).
Description
Sistema de control y comunicación para trenes
ferroviarios.
La presente invención se refiere a un sistema de
control y comunicación para trenes, del tipo que se define en el
preámbulo de la reivindicación 1, en particular para trenes de los
que se denominan de alta composición, es decir, de los que
comprenden un gran número de coches o vagones.
Ventajosamente, un control de freno de tren se
activa de forma neumática, y en caso de trenes con un gran número de
coches o vagones puede dar lugar a problemas debido tanto a la
limitada velocidad de propagación de la información de freno
requerida a lo largo del denominado conducto general (una velocidad
que no debe ser menor de 250 m/s y que es, sin embargo, normalmente
menor de 300 m/s), y sobre todo debido a la lenta velocidad con la
que se recuperan los depósitos auxiliares de los coches o vagones
individuales a través del conducto general durante el frenado.
Estos problemas indican que para trenes muy
largos en movimiento sobre pistas caracterizadas por inclinaciones
insignificantes, el frenado se hace prácticamente ingobernable,
hasta el punto de reducir la velocidad operativa a valores
incompatibles con los requisitos de un óptimo uso de las líneas.
En caso de trenes con un gran número de coches o
vagones, se hace con frecuencia necesario tener que recurrir a
locomotoras o máquinas suplementarias acopladas entre sí en la parte
delantera del tren, o en posiciones intermedias y/o en la cola. Esta
disposición incluye en cada caso la adopción de disposiciones que
aseguren la sincronización operativa de las diversas locomotoras o
máquinas, tanto durante la fase de conducción como durante la fase
de desplazamiento por inercia, así como también durante una frenada
impuesta (frenada de los motores diesel o eléctricos de las
máquinas). El sincronismo operativo entre diversos motores alejados
unos de otros se consigue normalmente mediante supervisión humana de
cada máquina de tracción: el conductor de cada máquina auxiliar
comunica, normalmente mediante radio o por teléfono, con el
conductor de la locomotora delantera (máquina principal), y recibe
instrucciones adecuadas sobre las maniobras a realizar. Esta
disposición conlleva ineficiencias de trabajo, pérdidas de tiempo, y
errores potenciales de maniobrabilidad fácilmente imaginables.
Solamente para ciertos trenes determinados,
generalmente los adaptados para servicios a pasajeros, se ha
propuesto el uso de sistemas de control remoto cableados, para
coordinar automáticamente la actuación de las diversas locomotoras o
máquinas de un tren.
En tiempos muy recientes, se ha probado con
aplicaciones experimentales en las que se recurre a sistemas de
comunicación a lo largo del tren con el uso de los llamados buses,
tales como el bus CAN. Un sistema de esta clase, del tipo que se ha
definido inicialmente, se encuentra descrito en SONDER E.:
"Elektrische/elektronische Brems-Abfrage für
Guterzuge", Zeitschrift für Eisenbahnwesen und Verkehrstechnik,
Die Eisenbahntechnik + Glasers Annalen, Georg Siemens
Verlagsbuchhandlung, Berlín, Alemania, vol. 119, núm. 11/12, 1
Noviembre 1995 (1995-11-01), páginas
505-509, 512, XP000546707 ISSN:
0941-0589.
El objeto de la presente invención consiste en
proporcionar un sistema perfeccionado de control y comunicación para
un tren, que comprenda al menos una máquina principal y una
pluralidad de coches o vagones.
Este y otros objetos han sido logrados, de
acuerdo con la invención, mediante un sistema de control y
comunicación cuyas características más sobresalientes se encuentran
definidas en la reivindicación 1 que sigue.
Características y ventajas adicionales de la
invención se pondrán de manifiesto a partir de la descripción
detallada que sigue, realizada únicamente a título de ejemplo no
limitativo, con referencia a los dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es una representación esquemática de
un tren dotado de un sistema de control y comunicación conforme a la
invención, mostrado en forma de diagrama de bloques;
La figura 2 muestra la aplicación de un sistema
de control y comunicación conforme a la invención, a un tren que
incluye una locomotora o máquina principal y al menos una locomotora
o máquina auxiliar;
y
y
La figura 3 es un diagrama simplificado de un
tren provisto de un sistema conforme a la invención, en el que se ha
representado una estrategia operativa en relación con una condición
de fallo.
En la figura 1, la referencia numérica 1 indica
en general un tren que comprende una máquina principal o delantera
2, y una pluralidad de coches o vagones 3.
La máquina 2 es, por ejemplo, una locomotora
eléctrica, o puede ser una locomotora con motor diesel. Los coches o
vagones 3 pueden ser vagones para el transporte de mercancías o
coches para el transporte de pasajeros.
El tren 1 de la figura 1, se ha dotado de un
sistema de control y comunicación que comprende una primera y una
segunda líneas 4 y 5 de transmisión bidireccional, las cuales se
extienden paralelamente, y separadas, cada una de la otra a lo largo
de todo el tren, a través de los diversos coches o vagones 3.
Las líneas 4 y 5 están constituidas
convenientemente, por ejemplo, por líneas con dos cables del tipo de
par trenzado. Cada una de las líneas comprende secciones o porciones
respectivas que se extienden a través de la máquina y de cada uno de
los coches, y que están interconectadas conjuntamente entre la
máquina y el coche adyacente a la misma, así como también entre los
coches individuales, por medio de piezas 4a y 5a de
acoplamiento.
Ventajosamente, las líneas 4 y 5 se extienden por
el interior de la máquina y de cada uno de los coches, en relación
de separadas cada una de la otra, y de igual modo, las porciones de
acoplamiento 4a y 5a están separadas una de la otra a efectos de
evitar, en la medida de lo posible, interrupciones accidentales de
ambas líneas en la misma sección.
Como resultará evidente de forma más clara en lo
que sigue, las líneas 4 y 5 están capacitadas para permitir la
transmisión de energía eléctrica a efectos de suministro de potencia
a lo largo del tren, así como también señales de control y señales
de información o de estado de tipo serie con la técnica conocida
como de onda progresiva.
El sistema de control y comunicación comprende
una unidad principal 6 de control instalada en la máquina 2 y dotada
de un par de puertos 6a y 6b bidireccionales de entrada/salida,
conectados respectivamente a la línea 4 y a la línea 5.
La unidad principal 6 de control se ha formado
convenientemente utilizando tecnología de microprocesador, y se ha
conectado al dispositivo 7 de control de freno del tren, instalado
en la máquina.
En la máquina 2, entre las líneas 4 y 5, se ha
conectado un dispositivo de alimentación 8, operable para
suministrar a estas líneas las corrientes eléctricas necesarias para
alimentar los dispositivos eléctricos y electrónicos instalados en
los coches o vagones 3, sobre los que se expondrán más detalles en
lo que sigue. El dispositivo 8 de alimentación puede estar
incorporado en la unidad 6 de control.
En cada coche o vagón 3 se ha instalado una
unidad esclava 9 de control, dotada de un par de puertos 9a, 9b
bidireccionales de entrada/salida, conectados respectivamente a las
líneas 4 y 5 de transmisión.
Cada unidad esclava 9 de control, está formada
utilizando, por ejemplo, tecnología de microprocesador, y está
capacitada para recibir la alimentación eléctrica necesaria para su
funcionamiento, así como también señales de control y/o señales de
estado o de información, a través de las líneas 4 y 5.
A la unidad 9 de control de cada coche o vagón 3,
se han conectado dispositivos sensores, indicados en general con 10,
operables para proporcionar señales eléctricas indicativas de las
condiciones o estados de los dispositivos de a bordo, tales como,
por ejemplo, válvulas de solenoide del sistema de freno, y/o señales
indicativas de los valores adoptados por determinados parámetros de
monitorización tal como la presión de freno neumático, el peso que
actúa sobre la suspensión, etc.
La unidad 9 de control de cada coche o vagón 3
está conectada también a dispositivos 11 actuadores
electromagnéticos tales como, por ejemplo, conjuntos de válvula de
solenoide, que controlan la alimentación y descarga de aire
comprimido a los cilindros 12 de freno asociados al coche o
vagón.
De manera en sí conocida, el tren incluye un
sistema de freno neumático que posee un conducto neumático 13 que se
extiende a lo largo del tren completo. A bordo de cada coche o vagón
3 se ha conectado, en general, un distribuidor 14 de control de
freno neumático, conectado al conducto general 13, y operable para
controlar el suministro de aire a presión desde (al menos) un
depósito 15 auxiliar de a bordo, hasta los cilindros 12 de frenado
del coche o vagón.
A bordo de la máquina 2, la presión del conducto
general 13 está regulada adecuadamente por medio de un dispositivo
electroneumático 17 asociado al dispositivo 7 de control, tomando
aire comprimido desde dispositivos de suministro neumático de tipo
en sí conocido y que no se han representado.
A título de ejemplo, el conducto general 13 se
mantiene en condiciones normales a una presión de 5 bares.
En sistemas de freno neumático convencionales, la
información de comando de freno está representada por una reducción
de la presión del conducto general 13, por ejemplo desde 5 hasta 3,5
bares, a continuación de lo cual, los distribuidores 14 de los
coches o vagones individuales ocasionan el suministro de aire a
presión desde los depósitos 15 asociados hasta los cilindros 12 de
freno. En tales sistemas convencionales, durante el frenado, la
presión en el conducto general 13 se hace retornar al valor nominal
mediante el suministro de aire a presión a los depósitos 15 de los
coches o vagones 3 a través de los distribuidores 14 asociados.
Con el sistema de control y comunicación conforme
a la invención, la información de comando de freno ya no se
transmite nominalmente con medios neumáticos a través del conducto
general 13, sino a través de medios eléctricos, por medio de señales
tipo serie para el control del freno, cuya unidad principal 6 de
control de la máquina 2 transmite a las unidades esclavas 9 de
control de los coches o vagones individuales por medio de una de las
líneas 4 y 5 de transmisión. A continuación de la recepción de las
señales de comando de freno, las unidades esclavas 9 de control de
los coches o vagones 3 individuales, controlan las unidades 11 de
válvula de solenoide de tal modo que estas últimas provocan el paso
requerido de aire a presión desde el depósito 15 hasta los cilindros
12 de freno, evitando los distribuidores 14.
De este modo, el sistema de control y
comunicación conforme a la invención, obvia los problemas de los
sistemas de la técnica anterior en relación con la propagación, por
parte de los medios neumáticos, de la información para controlar el
freno. Esto es particularmente conveniente para trenes muy largos, o
para trenes que comprendan un gran número de coches o vagones.
Tras el frenado, en la fase posterior de
liberación de freno, el suministro de aire a presión a los depósitos
15 de los coches o vagones 3 está, no obstante, asegurado por medio
del conducto general 13.
La presencia de un distribuidor 14 a bordo de
cada coche o vagón, permite no obstante el suministro de información
de comando de freno por los medios neumáticos a través de una
reducción controlada de la presión en el conducto general 13 de una
manera completamente convencional en caso de que el sistema
electrónico de control y comunicación asociado a las líneas 4 y 5 se
encontrara en una condición de fallo o rotura que pueda ser
rectificada de forma inmediata.
En el sistema de control y comunicación, la
unidad principal 6 de control de a bordo en la máquina 2, está
dispuesta ventajosamente para enviar señales de prioridad a las
unidades esclavas 9 de control de los coches o vagones 3
individuales, para el control del freno, utilizando una de las dos
líneas 4 ó 5 de comunicación, y periódicamente para recibir desde
cada una de dichas unidades esclavas de control, información o
señales de estado a través de la otra de dichas líneas.
El sistema posee redundancia intrínseca merced a
la presencia de dos líneas de comunicación a lo largo de todo el
tren.
Ventajosamente, la unidad principal 6 de control
se encuentra dispuesta de modo que detecta y determina la
localización de posibles interrupciones que puedan ocurrir en una de
las líneas 4, 5 de comunicación. La ocurrencia de una interrupción y
su localización a lo largo del tren, puede ser detectada, por
ejemplo, por el hecho de que la unidad principal 6 de control deje
de recibir la información o las señales de estado desde las unidades
9 de control de los coches o vagones 3 situados corriente abajo de
la interrupción.
En caso de interrupción de una línea 4 ó 5, la
unidad principal 6 de control está dispuesta de modo que hace uso de
la línea que esté aún activa para suministrar señales prioritarias
de control de freno a las unidades esclavas 9 de control de los
diversos coches o vagones. En una situación de este tipo, la unidad
6 de control puede suspender la adquisición de señales información o
de estado desde las diversas unidades esclavas 9, o en su caso el
intercambio de esa información puede no obstante continuar por la
única línea superviviente, en este caso con un comportamiento global
del sistema parcialmente degradado.
El tren ferroviario 1 puede incluir, así como
también la máquina principal o delantera 2, al menos una máquina
auxiliar adicional, tal como la indicada con 2' en la figura 2.
Ventajosamente, la, o cada, máquina auxiliar 2' está también
atravesada por las líneas 4 y 5 de transmisión, y también está
provista de una unidad 6' de control conectada a estas líneas.
Esta unidad está dispuesta convenientemente de
modo que está capacitada para funcionar como una unidad principal
según se ha descrito en lo que antecede, o como una unidad esclavo.
Esto se hace a efectos de permitir el uso de las diversas máquinas,
ya sea como máquinas principales o ya sea como máquinas auxiliares.
Ventajosamente, esto mismo puede ser cierto para la unidad 6 de la
máquina principal 2.
Esta disposición permite el suministro de señales
de sincronización a la unidad 6' de control de la, o de cada,
máquina auxiliar 2' por medio de la unidad principal 6 de control de
la máquina delantera 2 por medio de las líneas 4 y 5 de transmisión.
Esto hace que sea posible conseguir un sincronismo operativo
adecuado entre las diversas máquinas del tren, evitando las
desventajas indicadas anteriormente.
A la unidad 6 de control de la, o de cada,
máquina auxiliar 2', están conectados ventajosamente sensores o
transductores 110', para proporcionar información o señales de
estado previstas para ser transmitidas a la unidad principal 6 de
control de la máquina delantera 2 a través de una u otra de las
líneas 4 y 5 de transmisión, para verificación de la realimentación
por medio de la unidad principal 6 de control de sincronización de
las diversas operaciones.
Ventajosamente, las unidades esclavas 9, 6' de
control asociadas a los coches o vagones 3 y las posibles máquinas
auxiliares 2', están dispuestas de modo que están capacitadas para
adquirir y transmitir señales desde una u otra de las líneas 4, 5 de
transmisión, de igual modo. Tales unidades de control están además
capacitadas, cuando reciben una señal de comando de transferencia
específica desde la unidad principal 6 de control, para transferir
las señales de comando o las señales de información recibidas por
una línea 4 ó 5, a la otra línea 5 ó 4.
La unidad principal 6 de control está además
pre-situada ventajosamente para detectar una posible
condición en la que las líneas 4 y 5 de transmisión estén
interrumpidas, cada una de ellas entre diferentes pares de unidades
esclavas de control, tal como la condición ilustrada a título de
ejemplo en la figura 3, en la que las dos interrupciones han sido
indicadas con I1 e I2. Con la detección de una condición de ese
tipo, la unidad principal 6 de control envía las citadas señales de
comando de transferencia a al menos dos unidades esclavas de control
entre las que existe una interrupción de alguna de las líneas 4, 5
de transmisión.
En el ejemplo de la figura 3, las señales de
comando de transferencia son transmitidas (por ejemplo) a las
unidades 9 de control para el primer y el segundo coche 3 a
continuación de la máquina, entre los que ha ocurrido la
interrupción I1. De este modo, todas las unidades esclavas 9 y
posiblemente 6', de control, del tren, están sin embargo en
condiciones de comunicar con la unidad principal 6 de control a
través de una línea 16 de transmisión provisional indicada mediante
líneas discontinuas en la figura 3, que comprende porciones de ambas
líneas 4 y 5 de transmisión, y las unidades 9 ó 6' de control
esclavo a las que han de ser enviadas las señales de comando de
transferencia.
Con el sistema que se ha descrito en lo que
antecede, se puede asegurar siempre una mínima operatividad esencial
del sistema de comunicación y control, salvo en el caso de muy baja
probabilidad de interrupción simultánea de ambas líneas 4 y 5 entre
dos coches o vagones consecutivos.
En funcionamiento de emergencia, en una condición
del tipo que se ha representado como ejemplo en la figura 3, las
líneas 16 de transmisión provisional pueden ser utilizadas para el
suministro de señales de comando de freno solamente, o para el
suministro de tales señales y de señales de información o de estado,
en este último caso con una degradación parcial del rendimiento del
sistema.
Durante el funcionamiento en la condición de
emergencia del tipo que se muestra en la figura 3, la línea 6'
provisional es, no obstante, utilizable para la propagación de la
alimentación eléctrica a las diferentes unidades esclavas 9 y 6' de
control.
El sistema descrito está también capacitado para
operar en trenes en los que uno o más coches o vagones o máquinas
auxiliares estén dotados de una única línea de transmisión.
Claims (9)
1. Un sistema de comunicación y control para un
tren ferroviario (1) que comprende al menos una máquina principal
(2) y una pluralidad de coches o vagones (3), comprendiendo el
sistema:
una primera y segunda líneas (4, 5) de
transmisión bidireccional, que se extienden paralelamente y
separadas una de otra a lo largo del tren (1);
una unidad de control que opera como unidad (6)
principal instalada en la citada máquina principal (2), y conectada,
en la citada máquina principal, a ambas líneas (4, 5) de transmisión
citadas y a sistemas o dispositivos (7) de control de freno del tren
(1);
una pluralidad de unidades esclavas (9) de
control, cada una de las cuales está instalada en un coche o vagón
(3) respectivo, y que se ha conectado, en el coche o vagón
respectivo, a ambas líneas (4, 5) de transmisión citadas, a unidades
(11) de válvula de solenoide asociadas a actuadores (12) de freno
neumático, así como también a dispositivos sensores (10) asociados
al coche o vagón (3);
estando unidad principal (6) de control y la
unidad esclava (9) de control dispuestas para comunicar cada una
con la otra a través de las citadas líneas (4, 5) de transmisión de
acuerdo con un protocolo serie predeterminado;
estando la unidad principal (6) de control
dispuesta para transmitir a la unidad esclava (9) de control,
señales de comando de freno de tipo serie, y para recibir y adquirir
señales de información o de estado, asimismo de tipo serie, desde
las citadas unidades esclavas (9) de control, por medio de al menos
una de dichas líneas (4, 5) de transmisión;
estando el sistema caracterizado porque
las unidades esclavas (9) de control están dispuestas de modo que
adquieren y transmiten señales por una u otra de dichas líneas (4,
5) de transmisión de la misma manera, y son además operables, cuando
reciben una señal de comando de transferencia, para transferir a la
otra línea (5, 4) de transmisión señales recibidas por una línea (4,
5); estando la unidad principal (6) de control dispuesta para
detectar una condición en la que las líneas (4, 5) de transmisión
citadas estén ambas interrumpidas, cada una entre diferentes pares
de unidades esclavas (9) de control, y en tal caso, enviar señales
de comando de transferencia a al menos dos unidades esclavas (9) de
control desde aquellas en las que exista una interrupción (I1, I2)
de una de las citadas líneas (4, 5) de transmisión, de tal modo que
todas las unidades esclavas (9) de control están capacitadas para
comunicar con las unidades (6) de control principal a través de una
línea (16) de transmisión provisional que comprende porciones de
ambas líneas (4, 5) de transmisión citadas y las unidades esclavas
de control a las que se han enviado las citadas señales de comando
de transferencia.
2. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1
para un tren ferroviario (1) que comprende una máquina (2) principal
o delantera y al menos una máquina (2') adicional auxiliar, estando
el sistema caracterizado porque la citada máquina auxiliar
(2') está también provista de una unidad de control capacitada para
actuar como unidad esclavo (6') conectada a las citadas líneas (4,
5) de transmisión, y dispuesta para recibir señales de
sincronización procedentes de la unidad (6) de control de la máquina
delantera (2), y para transmitir señales de información o de estado
a la unidad (6) de control de la máquina (2) delantera a través de
al menos una de las citadas líneas (4, 5) de transmisión.
3. Un sistema de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad
principal (6) de control está dispuesta para transmitir señales de
control de freno a las unidades esclavas (9, 6') de control a través
de una de las citadas líneas (4, 5) de transmisión, y para recibir
señales de información procedentes de las citadas unidades de
control (9, 6) a través de la otra (5, 4) de dichas líneas de
transmisión.
4. Un sistema de acuerdo con cualquier
reivindicación anterior, caracterizado porque la unidad de
control que opera como unidad principal (6) está dispuesta de modo
que detecta y determina la localización a lo largo del tren (1) de
la posición de un fallo de una de las citadas líneas (4, 5) de
transmisión.
5. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado porque la unidad principal (6) de control está
dispuesta, en caso de fallo de una de las citadas líneas (4, 5) de
transmisión, para transmitir al menos las señales de control de
freno y las posibles señales de sincronización para una o más
máquinas auxiliares (2'), por la otra de dichas líneas (5, 4) de
transmisión.
6. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las citadas
líneas (4, 5) de transmisión están conectadas además a dispositivos
(8) de alimentación de potencia eléctrica que pueden ser activados
en al menos una máquina (2) para distribuir esta potencia hasta la
unidad esclava (9, 6') de control.
7. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque las unidades esclavas (9, 6') de control
están dispuestas de modo que permiten el paso de potencia eléctrica
desde una línea (4, 5) de transmisión hasta la otra a la que están
conectadas, de tal modo que cuando reciben la citada señal de
comando de transferencia, cuando ambas líneas (4, 5) de transmisión
citadas están interrumpidas, cada una de ellas entre diferentes
pares de unidades esclavas de control, todas las unidades esclavas
de control citadas pueden ser alimentadas con potencia eléctrica
propagada a través de la citada línea (16) de transmisión
provisional.
8. Un sistema de acuerdo con cualquiera
reivindicación anterior, caracterizado porque las citadas
líneas (4, 5) de transmisión son líneas cableadas dobles de onda
progresiva, operables para transmitir potencia eléctrica y señales
de tipo serie simultáneamente.
9. Un sistema de acuerdo con cualquier
reivindicación anterior, caracterizado porque está capacitado
para operar en trenes que comprenden uno o más vehículos (3, 2)
dotados de una única línea de transmisión.
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