Sistema ATP INDUSI/PZB Máster en Ingeniería del Transporte Terrestre y Logística

Asignatura: Señalización y Comunicación Ferroviaria

Profesor:

Alumno:

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SISTEMA ATP INDUSI/PZB

1. INTRODUCCIÓN

El Indusi es un sistema ATP (Automatic Train Control) desarrollado por la empresa

alemana Siemens en 1934. Indusi es un acrónimo del alemán “INDUktive

SIgnalsicherung” (Protección inductiva de la señal) o bien, según otras fuentes,

“INDUktive ZugSIcherung” (Protección inductiva del tren). Hay incluso quien señala

que la “si” son las iniciales de la empresa creadora, SIemens.

Prototipo Indusi en una locomotora de vapor alemana; Mayo de 1930

El sistema PZB es una evolución del Indusi. Las siglas PZB proceden del alemán

“Punktförmige ZugBeeinflussung” (Control puntual del tren), en contraposición al

sistema LZB; del alemán “LinienZugBeeinflussung” (Control lineal del tren).

Se deduce pues, que el sistema Indusi/PZB es un sistema de control con supervisión

discreta (puntual), utilizándose en líneas con velocidades inferiores a 160 Km/h. El

LZB, también alemán, es un sistema con supervisión continua y se emplea en líneas

con velocidades superiores a 160 Km/h.

Ambos sistemas se utilizan principalmente en Alemania y Austria, aunque no

exclusivamente. El sistema PZB también se emplea en Rumanía, Israel, Croacia,

Eslovenia y una línea en Canadá. Por otras parte, el sistema LZB se ha usado en España

en dos líneas: en la línea del AVE Madrid-Sevilla y en la línea de cercanías C5 de

Madrid (Humanes - Móstoles el Soto).

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2. CONSTITUCIÓN

La idea inicial y fundamental del sistema Indusi (hoy PZB) era evitar, bajo

prácticamente cualquier circunstancia, que un tren sobrepasara un semáforo rojo.

Para ello, se utilizan los siguientes elementos.

EQUIPAMIENTO DE VÍA

En la vía se instalan, a la derecha del carril derecho, los llamados imanes de vía o

balizas Indusi, que son unos imanes industriales que contienen un circuito resonante a

distintas frecuencias (500, 1000 y 2000 Hz), el cual puede estar encendido o apagado.

Cabe destacar que, en lo que se refiere a equipamiento de vía, este sistema ha

permanecido con pocos cambios desde su nacimiento en 1934, excepto la introducción

de la frecuencia de 500 Hz.

Baliza Indusi en la estación de Berlín-Hauptbahnhof; Septiembre de 2011

Un imán de vía o baliza Indusi consta internamente de una bobina con núcleo de

material ferromagnético, un condensador y un contacto de cortocircuito, como puede

apreciarse en la imagen siguiente.

Imán de vía

L2 = Bobina (con núcleo de hierro)

C2 = Condensador

S = Contacto de cortocircuito

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El contacto S está normalmente abierto. Al cerrarse, se produce un cortocircuito que

impide resonar al circuito. Esto es útil para señales donde no es necesaria la influencia

de la baliza, por ejemplo para indicar “Vía libre”.

En principio, los imanes de vía no necesitan alimentación eléctrica, ya que la extraen

por inducción del propio tren. Esto era útil en los orígenes del sistema, donde se

utilizaban principalmente semáforos mecánicos. En algunos casos el contacto S es

activado por un relé, requiriéndose en este caso alimentación eléctrica adicional

(balizas electromagnéticas).

EQUIPAMIENTO DE A BORDO

El equipamiento de a bordo consta de un imán de locomotora o captador Indusi,

situado en la parte derecha de la misma, normalmente en el primer bogie. Este imán

emite constantemente campos magnéticos a las mismas frecuencias mencionadas

anteriormente (500, 1000 y 2000 Hz).

Captador Indusi en una locomotora alemana en Meiningen; Septiembre de 2010

Un imán de locomotora o captador Indusi consta internamente de una bobina con

núcleo de material ferromagnético, un condensador, un generador trifrecuencia de

corriente alterna y un relé de impulsos, como se observa en la imagen siguiente:

Imán de locomotora

G = Generador trifrecuencia (c.a.)

L1 = Bobina (con núcleo de hierro)

C1 = Condensador

R = Relé de impulsos

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Cabe destacar que los generadores de corriente alterna eran inicialmente rotativos;

posteriormente se sustituyó por un generador a base de transistores. Mientras algunos

fabricantes utilizaban un generador para cada frecuencia (por ejemplo Siemens), otros

utilizaban un único generador electrónico que emitía las tres frecuencias

simultáneamente (por ejemplo SEL/Alcatel).

El relé de impulsos es un relé biestable que detecta cambios en el circuito oscilante,

activando otros procesos adicionales como el control de velocidad, indicadores

luminosos, etc. En equipos modernos, se ha sustituido por dispositivos electrónicos, los

cuales controlan de forma eficaz las fluctuaciones de corriente y las comunican al

sistema de control (que hoy en día suelen ser sistemas informáticos).

Al contrario que el equipamiento de vía, el equipamiento de a bordo ha sufrido

bastantes cambios desde su desarrollo inicial. Algunos de estos estándares son los

siguientes: I 34, I 54, I 60, I 60R, PZ 80, PZB 90. La “I” significa Indusi; “PZ/PZB” son las

siglas de Punktförmige Zugbeeinflussung (control puntual del tren) y las dos cifras

numéricas indican el año de implantación. Las últimas versiones incorporan nuevas

funcionalidades como supervisión relativamente compleja de la curva de frenado.

Adicionalmente también ha habido distintas versiones de software, siendo las más

importantes la 1.6 y la 2.0 (asociadas al PZB 90).

Como dijimos, el PZB es una evolución del Indusi, cuyo principal objetivo fue unificar

todos los sitemas Indusi de la Alemania Occidental con los que habían ido surgiendo en

la Alemania Oriental, como el Indusi 60 Icreta entre otros.

3. FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento está basado en la interacción entre los dos imanes vistos

anteriormente. Ver el esquema siguiente:

LOCOMOTORA

VÍA

Imán de locomotora Imán de vía

PRINCIPIO

DE TRANMISIÓN

DEL INDUSI/PZB

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Si el circuito de la vía está cerrado, no puede resonar y el imán quedará inactivo. Es la

posición utilizada cuando las señales indican “Vía libre”. Si el interruptor está abierto,

resonará cuando pase el imán de la locomotora en la propia frecuencia del circuito

pasivo (es decir el instalado en la señalización lateral), con lo que extraerá energía del

imán de la locomotora y disminuirá el voltaje de la bobina de la locomotora en un 80-

90%. Esta disminución del voltaje es medida y da lugar a las acciones que se hayan

programado (por ejemplo, señales ópticas en cabina, activación del freno de

emergencia).

Las tres frecuencias se utilizan de la forma siguiente: a 1000 Hz se realiza la supervisión

de la señal avanzada, a 500 Hz se supervisa la velocidad dependiendo del tipo de tren,

y a 2000 Hz se detecta la señal principal. El maquinista introduce determinados

parámetros del tren, como tipo de tren y características de frenado.

A continuación analizamos en detalle cómo influye en el tren/sistema la detección de

cada uno de imanes de vía que se va encontrando la locomotora:

IMÁN DE 1000 Hz

Este imán está ubicado, como ya hemos comentado, junto con la señal avanzada (señal

distante o de aviso), normalmente a 1000 metros antes de la señal principal y a 1200

metros del “punto de peligro” protegido por la señal principal. Si el imán de 1000 Hz es

detectado, el conductor tiene 4 segundos para pulsar el botón de “supervisión Indusi”

(“Indusi wachsam” en alemán). Si el conductor no pulsa dicho botón, se activa una

señal acústica y sigue un frenado forzoso.

Botones de una locomotora con sistema Indusi (botón “Indusi wachsam” a la derecha)

A continuación, se debe comenzar a frenar el tren y reducir su velocidad a un cierto

nivel en un tiempo preestablecido (siguiendo una curva de supervisión de velocidad).

Estos valores dependen del tipo de tren y son los siguientes:

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Tren clase O (“Obere Klasse”, clase superior, tren rápido de pasajeros): de 165

Km/h (160 Km/h antes del PZB90) a 85 Km/h en 23 segundos.

Tren clase M (“Mittlere Klasse”, clase media): de 125 Km/h a 75 Km/h en 29

segundos.

Tren clase U (“Untere Klasse”, clase baja): de 105 Km/h a 55 Km/h en 38 segundos.

De ahora en adelante nos centraremos en el tren de clase “O”.

Al pulsar el conductor el mencionado botón de “supervisión Indusi” (“Indusi

wachsam”), se activan en la consola de la locomotora los siguientes indicadores

luminosos:

El indicador amarillo “1000 Hz prüfen” (“supervisar 1000 Hz”) se enciende y el

indicador azul “85” comienza a parpadear, indicando que se debe reducir la velocidad

a 85 Km/h en un plazo de 23 segundos. Cabe destacar que inicialmente el indicador

“85” está encendido, lo cual nos indica que el sistema Indusi está activo y el tipo de

tren fijado a clase “O”. En la imagen siguiente, observamos cómo son en la realidad

estos avisadores luminosos:

Avisadores luminosos de una locomotora con sistema Indusi/PZB (PZB 90)

Indicadores luminosos

antes de pulsar el botón

Indicadores luminosos

después de pulsar el botón

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Una vez transcurridos esos 23 segundos, puede ocurrir lo siguiente:

El tren lleva una velocidad superior a 85 Km/h: en este caso se activará un frenado

forzoso.

El tren ha reducido su velocidad hasta los 85 Km/h: el tren sigue reduciendo su

velocidad hasta los 65 Km/h. En caso de que el imán de 500 Hz esté inactivo

(debido a un cambio de estado de la señal principal), el tren seguirá circulando a 85

Km/h.

La supervisión de velocidad del imán de 1000 Hz (ver curva) se prolonga durante 1250

metros en el sistema PZB 90, al contrario que en versiones previas del Indusi, donde la

supervisión sólo se producía en los primeros 700 metros a partir del imán de 1000 Hz.

Debido a determinadas circunstancias (p.ej. cambio de la señal a “Libre”) el conductor

puede pulsar la tecla “sin supervisión Indusi” (“Indusi frei” en alemán), a los 700

metros.

IMÁN DE 500 Hz

Este imán está situado entre la señal avanzada (ubicada junto al imán de 1000 Hz) y la

señal principal, normalmente a unos 250 metros de la señal principal o 450 metros del

punto de peligro (por lo tanto a unos 750 m del imán de 1000 Hz). La velocidad es

chequeada de nuevo respecto a un límite todavía más bajo, y su principal objetivo es

que si el maquinista no ha frenado suficientemente o incluso se le ha olvidado frenar,

el tren nunca sobrepase la señal principal.

Al igual que en el imán de 1000 Hz, estos nuevos límites también dependen del tipo de

tren:

Supervisión de velocidad del imán de 1000 Hz (Tren tipo O)

posible

liberación de

la supervisión

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Tren clase O: de 65 Km/h a 45 Km/h en 153 metros.

Tren clase M: de 50 Km/h a 35 Km/h en 153 metros.

Tren clase U: de 40 Km/h a 25 Km/h en 38 segundos.

Al pasar por el imán de 500 Hz, los indicadores luminosos toman el siguiente aspecto:

El indicador rojo “500 Hz prüfen” (“supervisar 500 Hz”) se enciende y el indicador azul

“85” comienza a parpadear, indicando que se debe reducir la velocidad a 65 Km/h en

un plazo de 153 metros. En caso de que al llegar al imán de 500 Hz, el tren lleve una

velocidad superior a 65 Km/h se produce un frenado forzoso.

La supervisión de velocidad del imán de 500 Hz (ver curva) se prolonga 250 metros a

partir del mismo.

IMÁN DE 2000 Hz

Este imán está justo al lado de la señal principal y a unos 200 m del punto de peligro

(por tanto a unos 250 m del imán de 500 Hz y a unos 1000 m del imán de 1000Hz).

Supervisión de velocidad del imán de 500 Hz

(Tren tipo O)

Ubicación usual de los distintos imanes de vía

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Se trata en realidad de una “Fahrsperre” (barrera de trayecto), la cual activa siempre

un frenado forzoso. Esto provoca que, incluso un tren que haya sobrepasado la señal

principal, sea detenido en un espacio relativamente corto llamado “Durchrutschweg”

(tramo de deslizamiento), que suele ser de unos 50 metros como máximo.

Por diversas circunstancias, el conductor puede recibir la orden por parte del jefe de

circulación de sobrepasar la señal de “Parada”. En este caso debe pulsar la tecla

“Indusi Befehl” (“Orden Indusi”) con lo que se activa el luminoso “Befehl 40” y se emite

una señal acústica continua, quedando la velocidad máxima limitada a 40 Km/h. De

esta forma, se evita un frenado forzoso. Obviamente, todos los imanes son ignorados.

CURVAS DE SUPERVISIÓN DE LA VELOCIDAD

Anteriormente hemos visto las curvas de supervisión de velocidad (o curvas de

frenado) para cada uno de los imanes de 1000 y 500 Hz. Sin embargo, para

comprender mejor el funcionamiento de este sistema, es necesario analizar las curvas

completas.

En primer lugar, veamos una curva simplificada pero muy fácil de entender del sistema

PZB 90:

Se observan todos los puntos característicos mencionados anteriormente. Se deduce

de los valores, que se trata de una curva para un tren del tipo “O”.

dentro de 23 seg

por debajo de 85 km/h

65 km/h en el imán de 500 Hz,

después de 153 metros 45 km/h

Frenado forzoso

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Seguidamente, veamos una curva detallada. También del sistema PZB 90 y para un

tren del tipo “O”:

Se puede observar en la curva, que la supervisión del imán de 1000 Hz se prolonga

durante 1250 metros.

VELOCIDAD RESTRICTIVA Y VELOCIDAD DE CAMBIO

La velocidad restrictiva (modo restrictivo) y la velocidad de cambio (velocidad de

conmutación) son dos nuevos conceptos introducidos por el PZB 90 (ver curva

anterior) para mejorar la seguridad global del sistema.

La “velocidad restrictiva” (Vü2) y la velocidad de cambio (Vum) dependen del tipo de

tren y del imán que en ese momento esté supervisando. Para el tipo de tren “O” son

las siguientes.

Imán de 1000 Hz:

o Vü2 = constante 45 Km/h

o Vum = constante 10 Km/h

Imán de 500 Hz:

o Vü2 = de 45 Km/h a 25 Km/h en 153 metros

o Vum = de 30 Km/h a 10 Km/h en 153 metros

Programa de funcionamiento del PZB 90 Tren tipo O

Distancia de frenado [m]

Velo

cid

ad

[km

/h]

Tecla “sin

sup. Indusi”

Control de supervisión

Curva de frenado del imán de 1000 Hz

Supervisión de velocidad hasta 1250 m

Curva de frenado del imán de 500 Hz

Supervisión de velocidad restrictiva (Vü2)

Velocidad de cambio (Vum)

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Si un tren, al pasar por el imán de 1000 Hz, circula durante más de 15 segundos a una

velocidad menor a la velocidad de cambio Vum (10 Km/h), pasa a ser supervisado por

la velocidad restrictiva Vü2 (45 Km/h), entendiendo el sistema que va a pararse. Por lo

tanto, un tren que sufre una parada entre la señal avanzada y la señal principal queda

sujeto a esa velocidad restrictiva.

Para un tren que se ha parado justo delante de la señal principal, esto supone una

importante medida de seguridad. Tras reanudar la marcha, seguirá sujeto a dicha

velocidad restrictiva de 45 Km/h durante 250 m hasta que termine la supervisión de

1250 m del imán de 1000 Hz (supuesta una distancia exacta de 1000 m entre el imán

de 1000 Hz y la señal principal; ver curva anterior). Esto evitará que el tren pueda

acelerar en exceso los primeros metros de la reanudación de la marcha, con el

consiguiente riesgo de colisión.

También si el tren pasa por el imán de 500 Hz a una la velocidad inferior a la de cambio

(10 Km/h tras 153 metros), el tren es conmutado a una nueva velocidad restrictiva aún

más baja (25 Km/h tras 153 metros).

4. CONCLUSIÓN

El sistema Indusi/PZB fue diseñado para evitar, bajo prácticamente cualquier

circunstancia, que un tren sobrepasara un semáforo rojo. Actúa en segundo plano, lo

que significa que no ofrece al maquinista ninguna indicación relativa al aspecto de las

señales, sino que se limita a indicar que el tren está supervisado. De esa forma se

fuerza al maquinista a conducir con atención.

Aunque es un sistema bastante seguro (sobre todo después de que el PZB 90

introdujera los nuevos conceptos de velocidad restrictiva y velocidad de cambio), se

trata de un sistema de supervisión puntual o discreta. Todo ello ha traído consigo el

descubrimiento de agujeros de seguridad a raíz de algunos accidentes.

Es por lo que, en la actualidad, se prefieren cada vez más sistemas de supervisión

continua como el LZB (Linienzugbeeinflussung; Control lineal del tren) o el ERTMS

(European Rail Traffic Management System).

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5. BIBLIOGRAFÍA

Sistemas ATP de ferrocarriles de medias y largas distancias. Tema 2 de la asignatura

“Señalización y Comunicación Ferroviaria”. Autor: Nicolás Ruiz. En español.

Ferropedia. Enciclopedia colaborativa del ferrocarril. En español.

www.ferropedia.es/wiki/PZB

German Railways Signals. Señales del ferrocarril alemán. En inglés.

www.sh1.org/eisenbahn/rindusi.htm

Alles über Stellwerke. Todo sobre enclavamientos. En alemán.

www.stellwerke.de/grund/seite1_8.html

Informationen und Diskussionsbeiträge zum Schienenverkehr. Artículos de discusión e

información sobre el tráfico ferroviario. Autor: Marco Wegener. En alemán.

www.marco-wegener.de/technik/index.htm

¿Cómo funcionan los trenes? Blog personal. Autor: Yagolo. En español.

comofuncionanlostrenes.blogspot.com.es/2012_12_01_archive.html

Punkförmige Zugbeeinflussung. Sistema de control puntual PZB. Wikipedia en inglés.

en.wikipedia.org/wiki/Punktförmige_Zugbeeinflussung

Punkförmige Zugbeeinflussung. Sistema de control puntual PZB. Wikipedia en alemán.

de.wikipedia.org/wiki/Punktförmige_Zugbeeinflussung

Indusi. Sistema de control puntual Indusi. Wikipedia en alemán.

de.wikipedia.org/wiki/Indusi