نظام متشابك

في أنظمة إشارات السكك الحديدية ، يُعرف نظام التعشيق بأنه مجموعة من أجهزة الإشارات التي تمنع تداخل حركة القطارات عبر شبكة من المسارات، مثل التقاطعات أو المعابر. في أمريكا الشمالية، يُشار أحيانًا إلى مجموعة أجهزة الإشارات والمسارات المتشابكة معًا باسم " محطة التعشيق" أو ببساطة " التعشيق ". ويُستخدم مصطلح "التعشيق" أحيانًا للإشارة إلى مجموعة من مفاتيح السكك الحديدية التي تسمح للقطارات بالانتقال من مسار إلى آخر. صُمم نظام التعشيق بحيث يستحيل عرض إشارة المرور إلا بعد التأكد من سلامة المسار المراد استخدامه.

نظام التعشيق هو إجراء أمان مصمم لمنع تغيير الإشارات والمحولات (المفاتيح) بتسلسل غير صحيح. على سبيل المثال، يمنع نظام التعشيق تغيير الإشارة للدلالة على مسار متفرع ما لم يتم تغيير المحولات المقابلة أولاً. في أمريكا الشمالية، يُعرّف نظام التعشيق رسميًا في السكك الحديدية بأنه: " ترتيب للإشارات وأجهزة الإشارة مترابطة بحيث يجب أن تتوالى حركاتها بتسلسل صحيح ". ^{[ 1 ]}

يتكون نظام التعشيق الأدنى من الإشارات ، ولكنه عادةً ما يشمل أجهزة إضافية، مثل نقاط التحويل وأقفال نقاط التحويل (المفاتيح) وأجهزة إخراج القطارات عن القضبان ، وقد يشمل أيضًا معابر على مستوى الأرض وجسورًا متحركة. تتضمن بعض المبادئ الأساسية للتعشيق ما يلي:

• لا يجوز تشغيل الإشارات للسماح بحركة القطارات المتعارضة في نفس الوقت على المسار المحدد.
• يجب ضبط المفاتيح والأجهزة الأخرى الموجودة على المسار بشكل صحيح (في موضعها) قبل أن تسمح الإشارة بدخول حركة القطارات إلى ذلك المسار.
• بمجرد تحديد مسار القطار وإعطاء إشارة له بالمرور عبر هذا المسار، يتم قفل جميع المحولات والأجهزة المتحركة الأخرى في المسار في مكانها حتى يتم إيقاف تشغيلها.
  • يمر القطار خارج الجزء المتأثر من المسار، أو
  • يتم سحب إشارة المرور وقد مر وقت كافٍ لضمان حصول القطار القادم على المسار على فرصة للتوقف قبل تجاوز الإشارة.

نظام التعشيق في السكك الحديدية بريطاني الأصل، حيث مُنحت براءات اختراع عديدة. في يونيو 1856، حصل جون ساكسبي على أول براءة اختراع لمفاتيح التعشيق والإشارات. ^{[ 2 ] [ 3 ] : 23-24.} في عام 1868، مُنح ساكسبي (من شركة ساكسبي وفارمر) ^{[ 4 ]} براءة اختراع لما يُعرف اليوم في أمريكا الشمالية باسم نظام القفل الأولي . ^{[ 5 ] [ 6 ]} حقق نظام القفل الأولي نجاحًا كبيرًا، لدرجة أنه بحلول عام 1873، استُخدم 13000 ذراع قفل ميكانيكي في خط سكة حديد لندن والشمال الغربي وحده. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

أُجريت أول تجربة للتعشيق الميكانيكي في الولايات المتحدة عام 1875، على يد جيه إم توسي وويليام بوكانان، في تقاطع سبويتن دويفل بمدينة نيويورك ، على خط سكة حديد نيويورك المركزية ونهر هدسون (NYC&HRR). ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} في ذلك الوقت، كان توسي يشغل منصب المشرف العام، وبوكانان منصب مشرف الآلات في خط سكة حديد نيويورك المركزية ونهر هدسون. أسس توسي وبوكانان شركة توسي وبوكانان للتعشيق والمفاتيح والإشارات في هاريسبرج، بنسلفانيا عام 1878. وكانت أولى عمليات التركيب المهمة لآليتهم على مفاتيح وإشارات شركة سكة حديد مانهاتن المرتفعة وشركة سكة حديد نيويورك المرتفعة في الفترة 1877-1878. ^{[ 6 ]} بالمقارنة مع تصميم ساكسبي، كانت آلية التعشيق التي ابتكرها توسي وبوكانان أكثر تعقيدًا وأقل تطورًا، ولذلك لم تُطبّق على نطاق واسع. ^{[ 8 ]} اشترت شركة Union Switch & Signal شركتهم في عام 1882. ^{[ 8 ]}

مع تقدم التكنولوجيا، سعت صناعة إشارات السكك الحديدية إلى دمج هذه التقنيات الجديدة في أنظمة التعشيق لزيادة سرعة تحديد المسارات وعدد الأجهزة التي يتم التحكم بها من نقطة واحدة، وتوسيع المسافة بين الأجهزة المتحكم بها ونقطة التحكم. تمثل التحدي الذي واجه صناعة الإشارات في تحقيق نفس مستوى السلامة والموثوقية المتأصل في الأنظمة الميكانيكية البحتة. تم تركيب نظام تعشيق هيدروليكي هوائي تجريبي ^{[ 9 ]} عند تقاطع خط سكة حديد فيلادلفيا وريدينغ وخط سكة حديد ليهاي فالي في باوند بروك، نيو جيرسي، عام 1884. ^{[ 6 ] [ 7 ]} وبحلول عام 1891، كان هناك 18 محطة هيدروليكية هوائية، موزعة على ستة خطوط سكك حديدية، تشغل ما مجموعه 482 ذراعًا. ^{[ 6 ]} عملت هذه المنشآت، ولكن كان هناك عيوب خطيرة في التصميم، ولم يتحقق سوى القليل من توفير العمالة.

انتقل مخترعو النظام الهيدروليكي الهوائي إلى النظام الكهروهوائي عام 1891، وقد تم تركيب هذا النظام، الذي يُنسب الفضل فيه إلى شركة يونيون سويتش آند سيجنال، لأول مرة على خط سكة حديد شيكاغو ونورثرن باسيفيك عند جسره المتحرك فوق نهر شيكاغو . ^{[ 7 ]} وبحلول عام 1900، كان هناك 54 محطة تعشيق كهروهوائية، تتحكم في 1864 ذراع تعشيق، قيد الاستخدام على 13 خط سكة حديد في أمريكا الشمالية. وظل هذا النوع من الأنظمة أحد النظامين المتنافسين الفعالين في المستقبل، على الرغم من عيبه المتمثل في الحاجة إلى معدات إضافية للاستخدام لمرة واحدة وتطلب صيانة مكثفة. ^{[ 7 ]}

أصبحت أنظمة التعشيق التي تستخدم المحركات الكهربائية لتحريك المفاتيح والإشارات قابلة للتطبيق في عام 1894، عندما قامت شركة سيمنز في النمسا بتركيب أول نظام تعشيق من هذا النوع في بريروف (الواقعة حاليًا في جمهورية التشيك). ^{[ 10 ]} كما تم تركيب نظام تعشيق آخر من هذا النوع في ويست إند بالقرب من برلين عام 1896. ^{[ 11 ]} وفي أمريكا الشمالية، كان أول تركيب لنظام تعشيق باستخدام آلات تحويل كهربائية في أو كلير، ويسكونسن، على خط سكة حديد شيكاغو، سانت بول، مينيابوليس وأوماها عام 1901، من قِبل شركة جنرال ريلواي سيجنال (GRS، وهي الآن وحدة تابعة لشركة ألستوم ، ومقرها في ليفالوا-بيريه ، بالقرب من باريس). ^{[ 7 ]} وبحلول عام 1913، تم تركيب هذا النوع من الأنظمة على 83 خط سكة حديد في 35 ولاية أمريكية ومقاطعة كندية، في 440 محطة تعشيق باستخدام 21370 ذراعًا. ^{[ 6 ]}

يمكن تصنيف أنظمة التعشيق إلى ميكانيكية، أو كهربائية (كهروميكانيكية أو تعتمد على المرحلات )، أو إلكترونية/ تعتمد على الكمبيوتر .

نظام التعشيق الميكانيكي

في أنظمة التعشيق الميكانيكية، يُصنع سرير تعشيق يتكون من قضبان فولاذية تشكل شبكة. تُوصل الروافع التي تُشغل المفاتيح ، أو أجهزة تحويل المسارات ، أو الإشارات، أو غيرها من الأجهزة بالقضبان الممتدة في اتجاه واحد. صُممت القضبان بحيث إذا تعارضت الوظيفة التي يتحكم بها رافعة معينة مع تلك التي يتحكم بها رافعة أخرى، يحدث تداخل ميكانيكي في التعشيق المتقاطع بين القضيبين، مما يمنع بدوره حركة الرافعة المتعارضة.

في المصانع الميكانيكية البحتة، تُشغّل الروافع أجهزة الحقل، مثل الإشارات، مباشرةً عبر وصلة ميكانيكية من قضبان أو أسلاك. يبلغ ارتفاع الروافع مستوى الكتف تقريبًا لأنها يجب أن توفر قوة ميكانيكية للمشغل. وقد تم تطبيق قفل متقاطع للروافع بحيث لا يمكن للرافعة الإضافية أن تُبطل القفل (قفل مزلاج أولي).

تم تركيب أول نظام تعشيق ميكانيكي في عام 1843 عند تقاطع بريكلايرز آرمز في إنجلترا. ^{[ 12 ] : 7}

نظام التعشيق المرحلي

تتألف أنظمة التعشيق الكهربائية بالكامل (والتي تُعرف أحيانًا بالأنظمة الكهربائية بالكامل ) من دوائر معقدة تتكون من مرحلات مُرتبة وفقًا لمنطق المرحلات ، والتي تحدد حالة أو موضع كل جهاز إشارة. عند تشغيل الأجهزة، يؤدي تغيير موضعها إلى فتح بعض الدوائر التي تُغلق الأجهزة الأخرى التي قد تتعارض مع الموضع الجديد. وبالمثل، تُغلق دوائر أخرى عندما تصبح الأجهزة التي تتحكم بها آمنة للتشغيل. تميل المعدات المستخدمة في إشارات السكك الحديدية إلى أن تكون باهظة الثمن نظرًا لطبيعتها المتخصصة وتصميمها المقاوم للأعطال .

يمكن تشغيل أنظمة التعشيق التي تعمل بالدوائر الكهربائية فقط محليًا أو عن بُعد، حيث تُستبدل الأذرع الميكانيكية الكبيرة للأنظمة السابقة بأزرار أو مفاتيح أو مفاتيح تبديل على لوحة أو واجهة فيديو. كما يمكن تصميم نظام التعشيق هذا ليعمل دون مشغل بشري. تُسمى هذه الترتيبات بأنظمة التعشيق التلقائية ، حيث يحدد اقتراب القطار مساره تلقائيًا، شريطة عدم وجود حركات متعارضة جارية.

قامت شركة GRS بتصنيع أول نظام تعشيق كامل يعمل بالمرحلات في عام 1929. وتم تركيبه في لينكولن، نبراسكا، على خط سكة حديد شيكاغو، بيرلينجتون وكوينسي . ^{[ 12 ] : 18}

كان نظام التعشيق بين المدخل والمخرج (NX) هو الاسم التجاري الأصلي للجيل الأول من أنظمة التحكم المروري المركزي (CTC) القائمة على المرحلات، والتي قدمتها شركة GRS عام 1936 ^{[ 13 ]} (ممثلة في أوروبا من قبل شركة Metropolitan-Vickers ). وقد أتاح ظهور تقنية التعشيق الكهربائي بالكامل إجراءات أكثر آلية لتحديد المسارات، بدلاً من قيام المشغل بتحديد كل جزء من المسار يدويًا. يسمح نظام NX للمشغل، عند النظر إلى مخطط تقاطع معقد، بالضغط ببساطة على زر في مسار المدخل المعروف وزر آخر في مسار المخرج المطلوب. وتتولى الدوائر المنطقية جميع الإجراءات اللازمة لإصدار الأوامر لنظام التعشيق القائم على المرحلات لضبط الإشارات وتفعيل المفاتيح بالتسلسل الصحيح، حسب الحاجة لتوفير مسار صالح عبر نظام التعشيق. تم تركيب أول نظام NX عام 1937 في برونزويك على خطوط تشيشاير في المملكة المتحدة. كان أول تركيب في الولايات المتحدة على خط سكة حديد نيويورك المركزي (NYCRR) في جيرارد جانكشن، أوهايو في عام 1937. ^{[ 12 ] : 18} وكان هناك تركيب آخر على خط NYCRR الرئيسي بين يوتيكا، نيويورك وروتشستر ، نيويورك ، وتلا ذلك سريعًا ثلاثة تركيبات على خط شارع فولتون التابع لشبكة مترو أنفاق مدينة نيويورك في عام 1948. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

تم تطبيق أنظمة أخرى من طراز NX من قبل مزودي إشارات السكك الحديدية الآخرين. على سبيل المثال، كان "يونيون روت" (UR) هو الاسم التجاري لنظام الدخول والخروج الذي زودته به شركة "يونيون سويتش آند سيجنال" (US&S)، والذي تم طرحه في عام 1951. ^{[ 16 ]} كانت أنظمة NX، بمنطق التحكم المكلف الذي سبق تقنية الحالة الصلبة، تُستخدم عادةً في المناطق الطرفية الأكثر ازدحامًا أو تعقيدًا، حيث يمكنها زيادة السعة وتقليل متطلبات الموظفين. وفي خطوة شائعة في أوروبا، تم دمج إشارات منطقة بأكملها في صندوق إشارات طاقة كبير واحد ، مع لوحة تحكم في منطقة المشغل، وما يُعادل مقسم هاتف في الطوابق السفلية، يجمع بين منطق التعشيق الحيوي القائم على المرحلات ومنطق التحكم غير الحيوي في مكان واحد. وتشمل هذه المخططات المتقدمة أيضًا تقنيات وصف القطارات وتتبعها. وبعيدًا عن المحطات الطرفية المعقدة، ظلت أنظمة التحكم بذراع الوحدة شائعة حتى ثمانينيات القرن العشرين، عندما بدأت أنظمة التعشيق والتحكم ذات الحالة الصلبة تحل محل أنظمة المرحلات القديمة بجميع أنواعها.

نظام التعشيق الإلكتروني

تعتمد أنظمة التعشيق الحديثة (المثبتة منذ أواخر ثمانينيات القرن الماضي) عمومًا على تقنية الحالة الصلبة ، حيث تُستبدل الشبكات السلكية للمرحلات ببرمجيات منطقية تعمل على أجهزة تحكم متخصصة. ^{[ 3 ] : 84} إن تنفيذ هذه البرمجيات المنطقية، بدلًا من الدوائر السلكية، يُسهّل بشكل كبير إمكانية إجراء التعديلات عند الحاجة عن طريق إعادة البرمجة بدلًا من إعادة التوصيل. في العديد من التطبيقات، تُخزّن هذه البرمجيات المنطقية الحيوية كبرامج ثابتة أو في ذاكرة قراءة فقط (ROM) يصعب تعديلها، وذلك لمقاومة التعديلات غير الآمنة وتلبية متطلبات اختبارات السلامة التنظيمية. مع تطور تقنية العرض، أصبح بالإمكان تحديث الأجهزة المادية السلكية بوحدات عرض مرئية (شاشات حاسوب)، مما سمح بعرض التغييرات في المعدات الميدانية على مُشغّل الإشارة دون أي تعديلات على الأجهزة.

" نظام التعشيق ذو الحالة الصلبة " (SSI) هو الاسم التجاري المستخدم في مجال أعمال الجيل الأول من أنظمة التعشيق القائمة على المعالجات الدقيقة ، والتي طُوّرت في ثمانينيات القرن الماضي من قِبل شركة السكك الحديدية البريطانية ، وشركة GEC-General Signal، وشركة Westinghouse Signals Ltd في المملكة المتحدة. أما أنظمة التعشيق القائمة على المعالجات من الجيل الثاني فتُعرف باسم " نظام التعشيق الحاسوبي" (CBI)، ^{[ 17 ]} ومن أمثلتها: VPI (علامة تجارية لشركة General Railway Signal ، وهي الآن Alstom)، و MicroLok (علامة تجارية لشركة Union Switch & Signal ، وهي الآن Hitachi Rail STS )، و Westlock و Westrace (علامتان تجاريتان لشركة Invensys Rail ، وهي الآن Siemens)، و Smartlock ^{[ 18 ]} (علامة تجارية لشركة Alstom )، و EBI Lock (علامة تجارية لشركة Bombardier ).

قفل كهربائي

"مجموعة من قفل كهربائي واحد أو أكثر أو دوائر تحكم يتم من خلالها تأمين الأذرع في آلة التعشيق، أو المفاتيح أو الأجهزة الأخرى التي يتم تشغيلها فيما يتعلق بالإشارة والتعشيق، ضد التشغيل في ظل ظروف معينة." ^{[ 19 ]}

قفل الأقسام

"القفل الكهربائي فعال أثناء وجود القطار في قسم معين من المسار، وهو مصمم لمنع التلاعب بالرافعات التي من شأنها أن تعرض القطار للخطر أثناء وجوده داخل ذلك القسم." ^{[ 19 ]}

قفل المسار

"يتم تفعيل القفل الكهربائي عندما يمر القطار بإشارة، وهو مصمم لمنع التلاعب بالرافعات التي من شأنها أن تعرض القطار للخطر أثناء وجوده ضمن حدود المسار المحدد." ^{[ 19 ]}

قفل المسار القطاعي

"قفل المسار بحيث يقوم القطار، عند إخلاء كل قسم من المسار، بتحرير القفل الذي يؤثر على ذلك القسم." ^{[ 19 ]}

قفل الاقتراب

"القفل الكهربائي فعال أثناء اقتراب القطار من إشارة تم ضبطها للسماح له بالمضي قدماً، وهو مصمم لمنع التلاعب بالرافعات أو الأجهزة التي من شأنها أن تعرض ذلك القطار للخطر." ^{[ 19 ]}

قفل العصا

"قفل كهربائي يسري مفعوله عند ضبط إشارة مرور القطار، ويتم تحريره بواسطة قطار عابر، وهو مصمم لمنع التلاعب بالرافعات التي من شأنها أن تعرض القطار القادم للخطر." ^{[ 19 ]}

قفل المؤشر

"قفل كهربائي مصمم لمنع أي تلاعب بالأذرع من شأنه أن يؤدي إلى حالة غير آمنة في حالة فشل الإشارة أو المفتاح أو أي جهاز تشغيل آخر في القيام بحركة تتوافق مع حركة ذراع التشغيل؛ أو مصمم مباشرة لمنع تشغيل جهاز واحد في حالة فشل جهاز آخر، يتم تشغيله أولاً، في القيام بالحركة المطلوبة." ^{[ 19 ]}

تحقق من قفل المرور أو قفل حركة المرور

"نظام قفل كهربائي يُلزم المشغلين في محطتين متجاورتين بالتعاون، بحيث يمنع تفعيل إشارات متعارضة تتحكم في نفس المسار في الوقت نفسه. إضافةً إلى ذلك، بعد أن يُفعّل القطار إشارة معينة ويقبلها، يمنع نظام القفل التحققي تفعيل إشارة معاكسة في محطة التعشيق المجاورة حتى يمر القطار عبر تلك المحطة." ^{[ 19 ]}

تسمح أنظمة التعشيق للقطارات بالانتقال من مسار إلى آخر باستخدام مفتاح تحويل ومجموعة من المحولات. تُعرّف مصطلحات السكك الحديدية أنواع التعشيق التالية بأنها إما كاملة أو غير كاملة، وذلك حسب حركة القطارات المتاحة. على الرغم من أن جداول المواعيد لا تُحدد عادةً نوع التعشيق، ولا تُعرّف كتيبات القواعد المصطلحات، إلا أن المصطلحات الواردة أدناه متفق عليها عمومًا بين طواقم النظام ومسؤولي القواعد.

تعشيق كامل

يسمح هذا النظام بالحركة المستمرة من أي مسار على أحد جانبي نظام التعشيق إلى أي مسار على الجانب المقابل دون الحاجة إلى حركة عكسية ضمن حدود نظام التعشيق. وينطبق هذا حتى في حال اختلاف عدد المسارات على الجانبين المتقابلين، أو في حال احتواء نظام التعشيق على عدة جوانب.

تشابكات غير مكتملة

لا تسمح بمثل هذه الحركات المذكورة أعلاه. قد تكون الحركات في نظام تعشيق غير مكتمل محدودة، وقد تتطلب حتى حركات عكسية للوصول إلى المسار المطلوب.

• كالفيرت، جيه بي "مبادئ التعشيق".
• التشابك (مقالة نيوزيلندية عام 1927 بقلم أ.س. هندرسون)
• Kleinstadt.zip "نسخة كاملة مجانية من نظام تعشيق يعتمد على مبادئ الترحيل الألمانية" (اللغات الإنجليزية والألمانية والهولندية والفرنسية)
• مدير قسم الهندسة العلمية والتكنولوجية، مجموعة مشاريع ويست ميدلاندز "التعشيق الميكانيكي".