إشارات الكابينة برمز النبض

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
شاشة عرض إشارات كابينة SEPTA لنظام PRR ذي الجوانب الأربعة باستخدام جوانب ضوء الموضع

نظام إشارات الكابينة النبضي هو شكل من أشكال تقنية إشارات الكابينة ، طُوِّر في الولايات المتحدة الأمريكية من قِبَل شركة يونيون سويتش آند سيجنال لصالح سكة حديد بنسلفانيا في عشرينيات القرن الماضي. وقد أصبح هذا النظام رباعي الجوانب، الذي اعتمدته سكة حديد بنسلفانيا والسكك الحديدية التي خلفتها على نطاق واسع، النظامَ السائد لإشارات الكابينة في أمريكا الشمالية، كما اعتُمدت نسخٌ منه في أوروبا وأنظمة النقل السريع. أما في موطنه الأصلي، على خطوط شركة كونريل، التي كانت تُعدّ خليفةً لسكة حديد بنسلفانيا، وعلى خطوط السكك الحديدية العاملة بموجب قواعد نوراك، فيُعرف ببساطة باسم نظام إشارات الكابينة ( CSS) .

تاريخ

هوائي CSS ذو رمز النبض مثبت أسفل قمرة قيادة قاطرة ديزل SRNJ

في عام ١٩٢٢، أصدرت لجنة التجارة بين الولايات قرارًا يلزم بتجهيز القطارات بتقنية التوقف التلقائي إذا كانت ستسير بسرعة ٨٠  ميلاً في الساعة أو أكثر. قررت شركة سكك حديد بنسلفانيا استغلال هذه الفرصة لتطبيق تقنية إشارات من شأنها تحسين السلامة وكفاءة التشغيل من خلال عرض إشارة مستمرة في كابينة القيادة. أُسندت المهمة إلى شركة يونيون سويتش آند سيجنال، المورد المفضل للإشارات لدى شركة سكك حديد بنسلفانيا.

استُخدمت أول تجربة تركيب [ 1 ] بين سانبري وليويستاون ، بنسلفانيا، عام 1923، حيث استُخدمت القضبان كحلقة حثية موصولة بجهاز استقبال القاطرة. احتوى النظام على  إشارتين بتردد 60 هرتز. تُغذى إشارة "المسار" المُستشعرة للفرامل عبر أحد القضبان باتجاه القطار القادم، وتعبر عجلاته، ثم تعود عبر القضيب الآخر. يقوم جهاز الالتقاط، الموجود أمام العجلات مباشرةً، بجمع التيار القادم من أحد الجانبين مع التيار العائد من الجانب الآخر. تُغذى إشارة "الحلقة" العائدة خارجيًا إلى نقطة التوصيل الوسطى لمقاوم موصول بكل طرف من دائرة المسار، ثم تُخرج منها. يقوم جهاز الالتقاط بجمع التيار القادم من كل جانب أثناء مروره إلى الطرف الآخر من المسار. كانت هذه الإشارة مُزاحة بمقدار 90 درجة عن الأخرى. تُطبق إحدى الإشارتين أو كلتاهما بشكل مستمر لإعطاء إشارة اقتراب أو إشارة مرور، بينما يُعتبر عدم وجود إشارة إشارة تقييد. ألغت تجربة التركيب إشارات الكتل الجانبية، واعتمدت القطارات كليًا على إشارات الكابينة.

في تركيبها التالي، [ 1 ] على خط نورثرن سنترال بين بالتيمور، ماريلاند، وهاريسبرج ، بنسلفانيا، عام 1926 (أو 1927؟)، اختبرت شركة بنسلفانيا للسكك الحديدية (PRR) نسخةً أخرى من إشارات الكابينة، حيث تم الاستغناء عن إشارة الحلقة والتحول إلى تردد 100  هرتز لإشارة المسار. كان التغيير الجوهري هو أن الإشارة الجديدة ستظهر فوق مستوى التقييد كإشارة حاملة فقط،  وسيتم استخدام نبضات تشغيل وإيقاف بتردد يتراوح بين 1.25 و3 هرتز كرمز للتعبير عن جوانب الإشارة. لم يكن وجود الإشارة الحاملة وحده ذا دلالة، فعدم وجود نبضات كان يعني أن الإشارة مقيدة. سمح هذا النظام الجديد بأربعة جوانب للإشارة: التقييد؛ الاقتراب؛ الاقتراب (الإشارة التالية عند) متوسط ​​(السرعة)؛ والخلو. في البداية، كان نظام إشارات الكابينة يعمل فقط كشكل من أشكال التوقف التلقائي للقطار، حيث كان على السائق تأكيد أي انخفاض في إشارة الكابينة إلى مستوى تقييد أعلى لمنع المكابح من العمل تلقائيًا. وفي وقت لاحق، تم تحديث محركات الركاب بنظام التحكم في السرعة الذي فرض السرعة المحددة في دليل القواعد المرتبطة بكل إشارة من إشارات الكابينة (الطريق واضح = لا قيود، الاقتراب متوسط ​​= 45  ميلاً في الساعة، الاقتراب = 30  ميلاً في الساعة، التقييد = 20  ميلاً في الساعة).

بمرور الوقت، قامت شركة بنسلفانيا للسكك الحديدية (PRR) بتركيب إشارات الكابينة على معظم خطوطها الشرقية، من بيتسبرغ إلى فيلادلفيا، ومن نيويورك إلى واشنطن. ثم ورثت هذا النظام شركتا كونريل وأمتراك ، بالإضافة إلى العديد من هيئات النقل العام العاملة على أراضي PRR السابقة، مثل SEPTA ونيوجيرسي ترانزيت . ولأن جميع القطارات العاملة في مناطق إشارات الكابينة كانت مُلزمة بالتجهيز بها، فقد زُوّدت معظم قاطرات الخطوط المذكورة بمعدات إشارات الكابينة. وبسبب تأثير التوافق التشغيلي، أصبح نظام إشارات الكابينة رباعي الجوانب الخاص بشركة PRR معيارًا فعليًا، وأصبحت جميع تركيبات إشارات الكابينة الجديدة تقريبًا من هذا النوع أو من نوع متوافق معه.

نظرة عامة فنية

وحدة توليد رمز النبض الكهروميكانيكية من شركة US&S تولد 180 جزءًا في المليون لنظام إشارات الكابينة

التشغيل الأساسي

تعمل إشارات كابينة القطار بنظام النبضات عن طريق إرسال نبضات مُقاسة عبر دائرة مسار التيار المتردد الموجودة، والتي تعمل بتردد حامل مُختار . يتم الكشف عن هذه النبضات بالحث بواسطة مستشعر مُعلق على بُعد بضعة سنتيمترات فوق السكة قبل مجموعة العجلات الأمامية. تُقاس النبضات بالنبضات في الدقيقة، وبالنسبة لنظام PRR رباعي الجوانب، تُضبط على 180 نبضة في الدقيقة للإشارة الواضحة، و120 نبضة في الدقيقة لإشارة الاقتراب المتوسطة، و75 نبضة في الدقيقة لإشارة الاقتراب، و0 لإشارة التقييد. تم اختيار معدلات النبضات لتجنب أن يكون أي معدل مُضاعفًا لمعدل آخر، مما قد يؤدي إلى انعكاسات توافقية تُسبب إشارات خاطئة. [ 2 ]

يتميز النظام بخاصية الأمان التام ، حيث يُظهر غياب الرمز إشارة تقييد. تُرسل الرموز إلى القطار من حدّ السكة أمامه. وبهذه الطريقة، في حال انقطاع السكة أو دخول قطار آخر إلى السكة، لن تصل أي رموز إلى القطار القادم، وستُظهر إشارة التقييد على شاشة الكابينة مرة أخرى. القطارات ذات عدد المحاور غير الكافي لن تُسبب قصرًا كهربائيًا (انظر: التحويلة الكهربائية ) في تيار إشارة الكابينة بالكامل، مما قد يؤدي إلى تلقي القطارات اللاحقة إشارة خاطئة. يجب توفير حماية كاملة للسكك الحديدية من الخلف لهذا النوع من القطارات .

في حال وجود تيار مستمر وتيار متردد بتردد 25  هرتز ، يتم تغيير التردد القياسي البالغ 100 هرتز إلى 91 ± 2/3 هرتز (تردد مجموعة المقياس الأصغر التالي المتاح). هذا يمنع حدوث التوافقيات الزوجية الناتجة عن تيار الجر المستمر في سكة العودة، والذي يعاكس موجة التيار المتردد الجيبية العائدة في نفس السكة. [ 3 ] 

تحسينات لزيادة السرعات

بعد مرور سبعين عامًا على إدخال إشارات الكابينة ذات الشفرة النبضية، تبيّن أن تصميم السرعات الأربع غير كافٍ للسرعات التي لم تكن متوقعة عند تصميم النظام. تمثلت المشكلتان الأكثر إلحاحًا في استخدام محولات عالية السرعة ، مما سمح للقطارات باتخاذ مسار متفرع بسرعة تتجاوز السرعة المعتادة البالغة 30 أو 45  ميلًا في الساعة التي تغطيها إشارات الكابينة الحالية. كما أن إطلاق خدمة "أسيلا إكسبريس" التابعة لشركة "أمتراك"، بسرعاتها القصوى التي تتراوح بين 135  و160  ميلًا في الساعة، سيتجاوز أيضًا قدرات نظام الإشارات القديم وسرعته  التصميمية البالغة 125 ميلًا في الساعة.

لحل المشكلة وتجنب إعادة بناء نظام الإشارات بالكامل، الأمر الذي قد يُعيق الخدمة عند السرعات المنخفضة، أو يُخلّ بالتوافق مع إشارات الكابينة الحالية، أو يُحمّل المشغل البشري مسؤولية كبيرة، تم ابتكار نظام رموز نبضية مُركّبة للاستخدام على خط أمتراك الشمالي الشرقي. من خلال التشغيل بتردد حامل مختلف يبلغ 250  هرتز، يُمكن إرسال رموز نبضية إضافية إلى القطار دون التداخل مع  الرموز القديمة بتردد 100 هرتز. وبفضل التصميم الدقيق للرموز المُركّبة، يُمكن الحفاظ على التوافق مع الأنظمة السابقة، بحيث لا يتلقى أي قطار غير قادر على اكتشاف الرموز الجديدة إشارة أفضل مما كان سيكتشفه في الظروف العادية. إضافةً إلى استخدام  رموز 250 هرتز، تم دمج رمز خامس بتردد 270 جزءًا في المليون، مُستعار من أنظمة النقل السريع وسكك حديد لونغ آيلاند.

يتم ربط الرموز بالسرعات على النحو التالي:

 رمز 100 هرتز رمز 250 هرتزجانب إشارة الكابينةسرعة إشارة الكابينةملحوظات
180180كلير 160160  ميلاً في الساعةالوحدات القديمة تجتاز الطريق (125  ميلاً في الساعة)
180—كلير 125125  ميلاً في الساعةرمز نظام PRR الأصلي
270270مسح 100100  ميل في الساعةيستخدم للإشارات عالية الكثافة.
270—سرعة الكابينة 6060  ميلاً في الساعةيُستخدم للإشارات عالية الكثافة. متوافق مع نظام LIRR ASC
120120سرعة الكابينة 8080  ميلاً في الساعةتُستخدم في معظم نقاط التحويل عالية السرعة . تحصل الوحدات القديمة على وحدة الاقتراب المتوسطة.
120—شركة Approach المحدودة45  ميلاً في الساعةرمز نظام PRR الأصلي
7575نهج متوسط30  ميلاً في الساعةتُستخدم للإشارات عالية الكثافة. الوحدات القديمة تحصل على تقنية Approach
75—يقترب30  ميلاً في الساعةرمز نظام PRR الأصلي
0—التقييد20  ميلاً في الساعةرمز نظام PRR الأصلي. حالة الأمان

القطارات المجهزة بنظام إشارات 250  هرتز تحصل على سرعات أعلى على أجزاء من السكة الحديدية التي تتجاوز سرعتها 125  ميلاً في الساعة، وعلى  نقاط التحويل عالية السرعة التي تصل سرعتها إلى 80 ميلاً في الساعة. أما القطارات غير المجهزة بهذا النظام، فتسير بسرعات أقل. صحيح أن نظام إشارات 270 هرتز لا يتوافق مع نظام الإشارات الرباعي، إلا أنه يُستخدم فقط حول محطة بنسلفانيا في نيويورك كجزء من مشروع تطوير نظام إشارات عالي الكثافة.  وقد تم اختيار نظام إشارات 270 هرتز وسرعة 60 ميلاً في الساعة ليتوافقا مع إشارات الكابينة المثبتة على قطارات خط سكة حديد لونغ آيلاند التي تستخدم محطة بنسلفانيا أيضاً.

وحدة عرض الكابينة

تُعرض إشارات الكابينة للقاطرة عبر وحدة عرض إشارات الكابينة. كانت وحدات عرض إشارات الكابينة الأولى عبارة عن إشارات مصغرة مرئية على طول السكة، مضاءة من الخلف بمصابيح كهربائية. وكانت هذه الإشارات متوفرة بنوعين: إشارات ملونة وإشارات تحديد المواقع، وذلك حسب نظام الإشارات المعتمد في السكك الحديدية. أما وحدات عرض إشارات الكابينة الحديثة في قطارات الركاب، فغالبًا ما تُدمج مع عداد السرعة ، حيث تُستخدم إشارات الكابينة الآن للتحكم في السرعة. في القطارات المجهزة بنظام التحكم الآلي ، يؤدي عدم الاستجابة بشكل صحيح لتغيير إشارة الكابينة إلى تطبيق فرملة جزائية، وكذلك عدم الالتزام بحد السرعة المحدد بإشارة الكابينة.

الاستخدام

الخطوط الحالية تستخدم نظام إشارات كابينة PRR بتردد 100 هرتز وأربعة جوانب

وحدة إشارات الكابينة من سيمنز ذات 9 جوانب مع شاشة ACSES . تعرض هذه الوحدة حاليًا جانبًا مقيدًا.
  • نظام التحكم الآلي في سرعة قطارات لونغ آيلاند : كانت شركة لونغ آيلاند للسكك الحديدية (LIRR) تابعة لشركة بنسلفانيا للسكك الحديدية (PRR)، وقد اعتمدت نظامًا مشابهًا. استخدمت LIRR إشارات كابينة PRR القياسية حتى استحوذت عليها هيئة النقل الحضري ( MTA) عام 1968، حيث تم تعديلها بشكل طفيف إلى أنظمة ASC المستخدمة حتى يومنا هذا. يستخدم نظام ASC رمزين إضافيين، 270 و420 جزءًا في المليون، ويستبدل شاشة عرض الإشارات داخل الكابينة بشاشة عرض السرعة. تُستخدم الرموز الإضافية لعرض سرعات 50/60 و60/70 ميلًا في الساعة، والتي تُستخدم لإبطاء القطارات عند المنعطفات، ومحولات السرعة العالية، ومقاطع الإشارات القصيرة.
  • نظام الإشارات الآلية لكابينة القيادة في شيكاغو، بيرلينجتون وكوينسي : استخدم خط قطارات الركاب التابع لشركة CB&Qإلى أورورا، إلينوي، نفس التقنية المستخدمة في خط بنسلفانيا، ولكن مع قواعد وإشارات جانبية مختلفة لتتوافق مع نظام الإشارات الخاص بهم الذي يعتمد جزئيًا على المسار. ولا يزال هذا النظام قيد الخدمة حتى يومنا هذا.
  • نظام الإشارات الأوتوماتيكية لكابينة القيادة التابع لشركة يونيون باسيفيك : قامت شركة يونيون باسيفيك بتطبيق تقنية مشابهة لتقنية شركة بنسلفانيا للسكك الحديدية (PRR) على جزء كبير من خطها الرئيسي بين شيكاغو ووايومنغ، بالإضافة إلى عدة خطوط أخرى ضمن شبكتها في السنوات الأخيرة. وكما هو الحال مع إشارات كابينة القيادة التابعة لشركة شيكاغو، تشيشاير، وكوينسي، يعمل هذا النظام وفقًا لنفس مبادئ نظام PRR، ولكنه يستخدم قواعد مختلفة مع إشارات جانبية تعتمد جزئيًا على المسار وتردد حامل 60 هرتز، مما يجعله غير متوافق إلى حد ما مع أنظمة 100 هرتز.
  • نظام التحكم الآلي بالقطارات في مترو روك آيلاند : نظام إشارات كابينة آخر متبقٍ من خط سكة حديد بنسلفانيا (PRR) في روك آيلاند. ويعمل هذا النظام حاليًا على خط مترو روك آيلاند ديستريكت بين بلو آيلاند وجوليت.
  • خطوط النقل السريع: تستخدم العديد من خطوط النقل السريع التي بُنيت أو أُعيد تجهيزها في التسعينيات أو قبلها تقنية إشارات الكابينة النبضية لتشغيل القطارات يدويًا أو آليًا . تتميز أنظمة النقل السريع عادةً بنظام أمان ضد الأعطال، حيث يُشير الرمز 0 إلى توقف كامل. كما تُستخدم جميع رموز النبضات لتوفير أقصى دقة في التحكم بالسرعة. ومن الأمثلة على ذلك خط PATCO Speedline في فيلادلفيا، وخط SEPTA رقم 100 ، ومترو بالتيمور ، ومترو ميامي-ديد . وقد حلت إشارات الكابينة الصوتية محل تقنية النبضات في خطوط النقل السريع بشكل عام.
  • نظام التحكم الآلي في سرعة قطارات جزيرة ستاتن التابع لهيئة النقل الحضري : نظام هجين يجمع بين أنظمة PRR/LIRR ونظام التحكم في تردد الطاقة في كابينة القيادة لقطارات النقل السريع. يقوم النظام بتطبيق كبح الخدمة عند تجاوز السرعة المحددة. تُستخدم رموز السرعة 75 و120 و180 و270. يُستخدم الرمز صفر للتوقف بدلاً من التقييد (50 جزءًا في المليون). يُستخدم الرمز 420 لإيقاف القطار مؤقتًا. يمكن لموظفي التحكم السماح للقطارات المتوقفة بالرمز صفر بالاقتراب من إشارات التعشيق المحددة عن طريق تفعيل رمز الاقتراب (50 جزءًا في المليون) يدويًا.

أنظمة الترميز النبضي الأوروبية

  • نظام RS4 Codici هو نظام إشارات الكابينة القديم المستخدم في إيطاليا. يستخدم النظام رموزًا بترددات 0 و75 و120 و180 و270 جزءًا في المليون باستخدام تيار بتردد 50 هرتز.
  • نظام الإنذار التلقائي المستمر هو نظام الإشارات المستخدم في كابينة القيادة في أيرلندا. يستخدم هذا النظام رموزًا بترددات 0 و50 و120 و180 جزءًا في المليون، وذلك باستخدام تيار حامل بتردد 50 هرتز. وتُستخدم رموز إضافية في بعضخطوط النقل السريع .
  • نظام الإشارات التلقائي للقطارات هو نظام الإشارات في كابينة القيادة الهولندي . وهو يستخدم رموزًا بترددات 0 و75 و96 و120 و180 و220 جزءًا في المليون باستخدام موجة حاملة بتردد 75 هرتز، ويكمله نظام إيقاف القطار الاستقرائي للسرعات التي تقل عن 25 ميلاً في الساعة.
  • استخدم خط فيكتوريا في مترو أنفاق لندن إشارات كابينة تعمل بنظام النبضات الرقمية من شركة US&S لتطبيق نظام تشغيل القطارات الآلي حتى عام 2012، عندما تم استبداله بنظام CBTC . وكانت الشفرات المستخدمة هي 420 و270 و180 و120 نبضة في الدقيقة.
  • نظام ALSN (نظام الإشارات الآلية المستمرة للقطارات) هو نظام قديم كان يُستخدم في دول الاتحاد السوفيتي السابق (روسيا، أوكرانيا، بيلاروسيا، لاتفيا، ليتوانيا، إستونيا، وغيرها). جميع الخطوط المجهزة بنظام الإشارات الآلية في هذه الدول مزودة بنظام ALSN، بعضها بدون إشارات جانبية. ومنذ تسعينيات القرن الماضي، تم تجهيز مسارات المحطات وأجزاء الاقتراب منها في بعض خطوط نظام الإشارات شبه الآلية. وعلى عكس الأنظمة الأخرى المذكورة سابقًا، يستخدم نظام ALSN رمز عد النبضات بدلًا من النبضات المنتظمة بمعدلات محددة. توجد ثلاثة رموز: "أحمر-أصفر" (نبضات مفردة تفصل بينها فجوات طويلة)، و"أصفر" (سلسلة من نبضتين مع فجوة قصيرة واحدة داخل السلسلة)، و"أخضر" (سلسلة من ثلاث نبضات مع فجوتين قصيرتين داخل السلسلة). قد يختلف طول النبضات والفجوات الطويلة اختلافًا كبيرًا لتشكيل أطوال دورات رموز مختلفة (عادةً 1.6 ثانية أو 1.86 ثانية)، وهي لا تحمل أي دلالة إشارة، ولكنها تُستخدم لأغراض السلامة ولحساب عدد القطارات في كل دورة. ترددات الموجة الحاملة هي: 50 هرتز عند استخدام جر كهربائي بتيار مستمر 3 كيلوفولت أو بدون جر كهربائي، و25 هرتز (أو أحيانًا 75 هرتز - وهو معيار قديم) على الخطوط ذات الجر الكهربائي بتيار متردد 50 هرتز وجهد 25 كيلوفولت.

مراجع

  1. 1 2 أليسون، إل آر (يوليو 1951). "نظام حديث لإشارات الكابينة والتحكم في القطارات للسكك الحديدية". معاملات يو إس آند إس التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 70 (1): 232-239 .
  2. ↑ بييرو الابن، جوزيف جيه (13 مارس 1984). "براءة اختراع US4437056 - مجموعة اختبار إشارة الكابينة لاختبار ملفات الالتقاط تلقائيًا وفحص مكبر صوت معدات إشارة الكابينة" .
  3. ↑ أسبري، ويليام (يوليو 1991). "إدوين ل. هاردر، تاريخ شفوي أجراه ويليام أسبري عام 1991، مركز تاريخ معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، هوبوكين، نيوجيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية" . موسوعة تاريخ الهندسة والتكنولوجيا (ethw.org) . تاريخ الاطلاع: 25 أغسطس 2015 .