ITRM20130666A1 - Sistema di blocco automatico a correnti codificate senza l'uso di giunti isolati e compatibile con l'attuale sottosistema di bordo installato sui veicoli ferroviari - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO:

“SISTEMA DI BLOCCO AUTOMATICO A CORRENTI CODIFICATE SENZA L’USO DI GIUNTI ISOLATI E COMPATIBILE CON L’ATTUALE SOTTOSISTEMA DI BORDO INSTALLATO SUI VEICOLI FERROVIARI”, a nome di GIUSEPPE FAZIO codice fiscale FZAGPP51 R19F839Z, di nazionalità italiana, nato a Napoli il 19-10-1951 residente in via Vega n. 7, 00012 Guidonia Montecelio (Roma) e di DANIELE SACERDOTI codice fiscale SCRDNL59B13H501C, di nazionalità italiana, nato a ROMA 1113/02/1959 residente in via dell’elettronica n.20, 00144 Roma. Inventori designati: GIUSEPPE FAZIO codice fiscale FZAGPP51 R19F839Z, di nazionalità italiana, nato a Napoli il 19-10-1951 residente in via Vega n. 7, 00012 Guidonia Montecelio (Roma) e di DANIELE SACERDOTI codice fiscale SCRDNL59B13H501C, di nazionalità italiana, nato a ROMA ili 3/02/1 959 residente in via dell’elettronica n.20, 00144 Roma.

DESCRIZIONE

L'invenzione oggetto di brevetto è da inquadrarsi nell’ambito degli “attrezzaggi” elettrici di terra utili per il controllo del traffico ferroviario in primis e dello stato della linea in secundis. In particolare l’invenzione potrà essere utilizzata per identificare la presenza di rotabili in una tratta ferroviaria, per trasmettere in modo continuo i segnali a bordo treno (RSC) e per verificare la continuità /stato fisico delle rotaie, il tutto in modo compatibile con gli’ attuali sistema Bacc (sistema per il blocco automatico a correnti codificate) in uso in Italia e altre parti del mondo (Vedi documento RFI di specifica dei requisiti di sistema SCMT -codifica: RFI TC.PATC SR CM 0B M 93 E a altre analoghe). Il sistema attuale come noto è caratterizzato dalla suddivisione dei binari in tratte isolate. Con il termine Circuito di Binario CdB si intende tradizionalmente indicare la tratta di binario elettricamente attrezzata delimitata da giunti isolati a monte e a valle all’interno della quale può’ essere identificata la presenza di un rotabile. Come di seguito meglio descritto grazie alla separazione elettrica tra i C.d.B. ed il posizionamento di generatori e sensori di corrente si instaurano al passaggio del treno sui binari delie correnti utili alla rilevamento della presenza del treno nel C.d.B relativo. All’interno delle tratte si trovano generatori di segnali codificati. La presenza del treno sulla tratta chiude il circuito permettendo il passaggio di correnti codificate che sono rilevate da apparati bordo treno, mentre il medesimo corto imposto dagli assi del treno impedisce ai segnali di essere captati da appositi rilevatori all’estremità opposta della tratta (circuito di binario) segnalando così agli apparati di terra la presenza del convoglio. Al fine di ottemperare i primi due dei tre obiettivi i sistemi Bacc attualmente in uso si trovano oggi collocati su circa 5000 Km della rete ferroviaria italiana mentre il terzo obiettivo non viene ad oggi indirizzato.

In relazione ai primi due obiettivi i sistemi attualmente adottati non sono completamente soddisfacenti ed uno dei principali problemi che li caratterizza è la necessità di utilizzare giunti isolati per separare i vari circuiti di binario. La presenza di detti giunti è, infatti, una delle cause più frequenti della rottura di binari e questo, oltre a comportare un pesante impegno economico per la loro manutenzione, può generare situazioni potenzialmente pericolose.

La sostituzione della tecnica delle correnti codificate con altre tecnologie è in molti casi improponibile (viene invece fatto per le moderne tratte sviluppate ex. novo dove spesso si usano comunicazioni terra treno via etere senza utilizzare le correnti codificate per lo scopo) in quanto comporterebbe modifiche non solo aH’infrastruttura ma anche a tutti i veicoli circolanti oggi attrezzati per “dialogare” con i sistemi Bacc di terra .

Il sistema proposto si prefigge di dare una risposta alle problematiche indicate in modo del tutto “trasparente” nei confronti dei sistemi montati sui veicoli.

Per spiegare l’invenzione e rappresentarne la sua facile inseribilità nel contesto attualmente in campo consideriamo un binario attrezzato con il blocco automatico a correnti codificate in modo tradizionale, rappresentato in figura 1 dove: lungo il binario attrezzato in modo tradizionale T, gli elementi 01, 02,.. sono i diversi rilevatori di tensione tradizionali, gli elementi 03, .. sono i diversi generatori di tensione tradizionali, X i giunti di isolamento tra le varie sezioni (circuiti di binario) in cui la linea è suddivisa. I generatori e i rilevatori sono connessi al sistema di segnalamento ferroviario (in Italia SCMT) il cui collegamento non è indicato in modo esplicito nei disegni. Il sistema di segnalamento invia ai generatori segnali da ripetere tramite Correnti Codificate al treno.

Nel funzionamento tradizionale quando il treno avanza ed occupa sezioni successive della linea, superato il punto di isolamento X l'insieme costituito dai suoi assi / ruote, cortocircuita le rotaie nel punto di contatto delle ruote eliminando la tensione impressa dal generatore. Nella figura 1 il treno che avanza nella direzione della freccia ed una volta superato il rilevatore 01 elimina ai suoi morsetti la tensione impressa dal generatore 03. Questa assenza di tensione generata dal cortocircuito creato dal treno è usata per segnalare al sistema centrale l'occupazione della tratta medesima.

I cortocircuito imposto al generatore 03 fa’ si che scorra una corrente che deve essere rilevata da apposito sensore posto sotto treno avanti al primo assale che impone il corto. Essendo la corrente imposta dal generatore 03 codificata, è possibile trasmettere al treno alcuni codici/comandi relativi alla sua marcia.

Le tratte ferroviarie sono oggi divise in ‘'successivi” circuiti in cui si realizza il processo indicato e che sono tra loro galvanicamente isolati con appositi giunti (della cui problematicità si è sopra indicato).

A superamento di questo schema, l'idea base del sistema che si intende brevettare e’ quella di separare elettricamente diverse tratte di binario non già tramite l'isolamento galvanico ma tramite punti di “cortocircuito”. Detti punti di corto circuito tra le rotate sono creati da interruttori posti sul binario. La apetura e chiusura opportunamente orchestrata degli interruttori crea sui binari circuiti elettricamente individuabili che non sono rigidamente fissi (come nelle situazioni precedenti) che individuano C.d.B. Nel caso della presenza dei rotabili all’interno dei C.d.B. sopra definiti il passaggio di correnti in circuiti elettrici occupanti parte del circuiti dei C.d.B (ottenuti tra generatore e asse del treno) permettono di localizzare la presenza del treno nel C.d.B. stesso.

Allo stesso modo dell'isolamento, il corto circuito non permette, il passaggio dei segnali (presenza di tensioni) a valle e a monte dello stesso permettendo la identificazione di tratte diverse dove circolano correnti del sistema Baco con codici differenti tra i vari circuiti. Questo concetto permette di eliminare i problematici giunti isolati.

La presenza del veicolo può essere rilevata con rilevatori di corrente analoghi a quelli oggi montati sui veicoli e posizionati su opportuni punti della rotaia. In assenza di veicoli i rilevatori rivelano le correnti imposte dai cortocircuiti, e quindi permettono sia una reale verifica del codice trasmesso, sia la verifica di eventuali alterazioni dei parametri elettrici della rotaia che possono indicare problemi alla medesima. La presenza del veicolo nella tratta è rilevata quando il rivelatore non riceve più il codice, a causa della presenza di un convoglio tra rilevatore e generatore, le correnti imposte dal generatore sono cortocircuitate da uno o piu’ degli assi indicando l'avvenuta occupazione della tratta (0,1 - 0,2 ohm l’impedenza tipica di cortocircuito tra le rotaie imposta da un assale). La trasmissione del segnale a bordo treno rimane inoltre invariata con l'unica accortezza di dover generare una corrente tale che la sua ripartizione dal generatore verso un apposito corto di blocco segnale a valle e verso la parte del binario a monte dove si sta avvicinando il veicolo sia sufficiente per essere apprezzata dal rivelatore del sottosistema di bordo (2,7A per i 50 Hz, 1 ,7A per i 178Hz attuali specifiche per la corrente tipica).

I principali vantaggi del sistema / ritrovato di cui si andrà a precisare il funzionamento di seguito sono quelli del superamento delle problematiche legate alla presenza dei giunti, la inseribilità semplice nel contesto ferroviario attuale, la sicurezza, la utilizzabilità per la verifica della integrità delle rotaie il costo contenuto.

ESEMPIO / MODALITÀ’ DI FUNZIONAMENTO DEL NUOVO

SISTEMA

Per meglio comprendere il funzionamento consideriamo un binario attrezzato in conformità ai nuovi innovativi dettami, rappresentato in figura 2 dove: lungo Binario attrezzato in modo innovativo N , gli elementi 07, 08,.. sono i sensori rilevatori delle correnti codificate del nuovo sistema, gli elementi 04, 05, 06.. sono i generatori di tensione del nuovo sistema ognuno dei quali ha associato un interruttore 09,10,1 1 in parallelo. I sensori e generatori sono connessi alla rete di segnalamento.

L'attrezzaggio di cui vediamo uno “spaccato” si ripete su tutte le successive tratte di binano da tenere sotto il controllo.

Quando il treno avanza nella direzione della freccia ed occupa sezioni successive della linea.

Supponiamo all'istante iniziale che il generatore 04, sia spento e l'interruttore posto in parallelo sia aperto, il generatore 05, sia attivo con i corretti codici e l'interruttore ad esso associato sia aperto, mentre il generatore 06, sia spento e l'interruttore ad esso associato sia chiuso.

Il veicolo, procedendo nella sua marcia come indicato dalla freccia, crea 6 un corto circuito nel loop individuato dal generatore 05, il primo assale del veicolo medesimo e le rotaie tra loro interposte. Come nel caso tradizionale la corrente generata dall’generatore 05 è rivelata dal sensore posto sotto il veicolo davanti al primo asse e permettendo la corretta ricezione dei codici nella cabina del rotabile. La presenza del cortocircuito a valle del generatore 05, imposto dall'interruttore chiuso vicino al generatore 06, delimita verso valle la tratta identificata tra i corti a monte e a valle del generatore e non annulla la corrente verso il veicolo, impone solo una maggiore erogazione da parte del generatore 05.

Quando il treno supera il sensore rilevatore di corrente 07 il corto circuito generato dal veicolo a valle dello stesso inibirà al sensore la ricezione del segnale generato dal generatore 05 informando il sistema dell'occupazione della tratta corrispondente. A questo punto la logica di controllo attiverà, infatti, il generatore 06, aprendo l'interruttore ad esso associato e spegnerà il generatore 05, non piu’ utile, lasciando aperto l'interruttore associato e, per vietare comunque la propagazione del segnale su tratte seguenti chiuderà l'interruttore associato al generatore seguente il generatore 06, e non riportato in figura 2, tenuto spento. La chiusura degli interruttori a valle e a monte serve per impedire che il codice generato dal generatore 06 si propaghi nella linea (a monte questo è comunque garantito anche dalla presenza dei rotabile cui corrispondono i corti generati dal complesso asse / ruote), individuando la tratta singola non come nel caso tradizionale con quattro elementi di isolamento bensì’ da due “corti”.

Al fine di garantire un corretto funzionamento, considerando i parametri elettrici sia tipici che limite delle rotaie si dovrà porre attenzione a realizzare gli interruttori di cortocircuito con una bassa impedenza nello stato di on, in modo da garantire la corretta separazione ,dei circuiti di binario adiacenti. Questo procedimento continua all'avanzare del convoglio nelle varie sezioni di blocco della linea identificate dalla presenza dei vari generatori, interruttori e sensori.

Secondo questa modalità di funzionamento i generatori entreranno in funzione in sequenza non appena il treno superi il sensore di corrente posto a monte del precedente generatore mentre le singole tratte di interesse saranno identificate dai “corti”pilotati a monte e a valle del rilevatore.

Essendo i corti imposti da interruttori gestiti dal sistema e non fissi quali quelli imposti dai giunti isolati è possibile variare in funzione dell'utilizzo il numero e la lunghezza delle sezioni.

Ovviamente altri tipi di implementazione sono possibili ad esempio quello di associare al sistema per la parte di rivelazione dell'occupazione dei sistemi conta assi, circuiti di binario ad audiofrequenza o similari. Anche la topologia indicata è del tutto indicativa, ad esempio la posizione degli interruttori non è necessario che sia vicino ad un generatore ma potrebbe essere a metà tra due generatori, analogamente si possono pensare implementazioni con numerosità e disposizione differenti dei sensori di corrente.

Una delle disposizioni più interessanti potrebbe essere quella di associare ad ogni interruttore / generatore due sensori di campo magnetico uno leggermente a monte ed uno leggermente a valle e non solo uno al centro della tratta identificato da due interruttori (come riportato in figura). Questa disposizione, nel caso di applicazione a tratte dove era già istallato un sistema Bacc tradizionale, permetterebbe di adoperare solo i cavi già esistenti senza installarne di nuovi. Questa topologia permetterebbe anche di spegnere il generatore, non all’avvicinarsi del treno, come sopra descritto, ma al momento del suo superamento in quanto immediatamente recepito dai sensori limitrofi ed anche dal sensore precedente il generatore/interruttore seguente, che quando non rileva più il segnale proveniente dal generatore precedente può immediatamente aprire l'interruttore ed attivare il generatore con il codice appropriato per il circuito di binario che lo precede.

Il sistema è installabile anche solo su brevi tratti di una linea permettendo la convivenza di tratti con giunti isolati a quelli configurati secondo i dettami del presente brevetto in modo da permettere una migrazione tra i due sistemi graduale senza grandi investimenti iniziali (al limite intervenendo sui tratti in cui sìa necessario un intervento di manutenzione a causa della rottura di un giunto). Il sistema proposto dà la possibilità di monitorare in modo continuo alcuni parametri del tratto di linea permettendo tra l'altro il controllo diretto dell'integrità dei segnali trasmessi al treno (e della linea stessa) facilitando il raggiungimento del livello necessario di integrità di sicurezza.

POSSIBILI MODALITÀ’ DI APPLICAZIONE

Il sistema come proposto non richiede necessariamente alcun altro elemento per poter gestire la circolazione nei due sensi sullo stesso.

Onde risparmiare corrente in attesa del passaggio di un convoglio ma con l’obiettivo di una continua verifica dell’occupazione e dell’integrità delle rotaie il sistema può essere mantenuto nella seguente configurazione (o altre similari): chiusi in modo alternato gli interruttori di corto circuito; attivi i generatori in corrispondenza degli interruttori aperti caratterizzati dalla emissione di impulsi con un duty cycle molto basso atto ha verificare esclusivamente la presenza di veicoli nel tratto di loro copertura, tramite gli adiacenti sensori Ax riportati in figura 2. Questo accorgimento permetterebbe di controllare la presenza di veicoli lungo la linea e la integrità della struttura con un minimo di dissipazione, attivando tutta la struttura per generare le opportune correnti codificate solo in un prefissato intervallo di sezioni limitrofe alla zona in cui transita il convoglio.

Nelle tratte in stato di attesa, cioè quelle in cui al posto dei normali codici vengono emessi solo gli impulsi atti a rilevare la presenza dei rotabili, è opportuno scambiare in modo ciclico gli interruttori chiusi e i generatori attivi per tenere sotto controllo tutti i tratti coinvolti, e non solo la metà, come è facilmente desumibile dall'osservazione dello schema in figura 2, salvo differente disposizione degli elementi costituenti il sistema. Durante questo periodo di controllo treno non previsto, l'uso di segnali differenti dai classici codici garantisce comunque l'assenza di codici abilitanti il movimento.

Sempre in questo stato di attesa, può essere consigliabile di accorpare più sezioni (apertura di più interruttori adiacenti).

Considerando le modalità di controllo della presenza dei veicoli nelle sezioni di blocco lontano da quelle in cui si ha la certezza della loro presenza, modalità a basso consumo esposta nel precedente paragrafo, appare evidente che vengono automaticamente acquisite altre informazioni che possono essere sfruttate anche per una diagnostica remota della tratta stessa.

Ovviamente se una rottura di una rotaia implica l’interruzione del circuito ove passano gli impulsi essa può’ essere immediatamente rilevata.

Considerando la recente evoluzione dei mezzi di analisi, risulta peraltro abbastanza semplice misurare i parametri elettrici del circuito coinvolto e verificare se le loro variazioni possano essere compatibili con le variazioni climatiche presenti e, suggerire un controllo ove si possano presumere rotture / lesioni delle rotaie che non implichino la totale interruzione del passaggio di corrente.

La componente del ritrovato innovativo in grado di generare segnali differenti dai classici durante il non passaggio del treno per testare le caratteristiche della linea può’ essere applicato anche nelle tratte tradizionali caratterizzate dalla presenza dei giunti isolanti anche se il risultato di rilevamento anomalia fisica della linea dovrà essere confinato alla tratta isolata di interesse, salvo l'utilizzo di impulsi appositi atti a caratterizzare le capacità associate ai tradizionali giunti isolati al fine di un analisi dello stato dei medesimi.

Ovviamente topologie, configurazioni, modalità di funzionamento diverse con l'introduzione di elementi ulteriori sono possibili facendo comunque riferimento alla tecnologia descritta.

APPLICAZIONE IN CASO DI PREESISTENZA DEL SISTEMA TRADIZIONALE

Il sistema così come sviluppato nel presente trovato è del tutto compatibile con quello attuale in quanto i campi magnetici generati davanti al treno sono del tutto equivalenti a quelli attuali, tanto che un osservatore sul treno non ha alcuna possibilità di distinguere se sta operando in uno o nell’altro dei due sistemi.

Su una stessa linea ferroviaria possono inoltre convivere alcune tratte funzionanti in modo tradizionale con sezioni funzionanti senza giunti isolanti come previsto nel presente trovato, ciò permette la migrazione verso questo sistema in modo graduale semmai intervenendo solo quando avviene la rottura di uno dei giunti isolati.

ASPETTI DI UTILIZZABILITÀ’ LEGATI ALLA SICUREZZA

Il sistema presentato è stato pensato appositamente per rispondere ai requisiti di sicurezza richiesti in ambito ferroviario, vediamo insieme le ragioni.

Essendo la rivelazione dell'occupazione delle tratte aH'avanzamento del treno gestito da sensori di corrente, che al limite possono essere dello stesso tipo di quei montati a bordo, è presente nel ritrovato innovativo la rilettura di ciò che effettivamente legge il convoglio e quindi una minore probabilità che per qualsivoglia ragione al veicolo arrivino segnali differenti da quelli inviati.

Inoltre l'alternarsi continuo tra interruttori aperti e chiusi e generatori attivi e non, opportunamente riletti dagli appositi sensori, fa' si di avere un sistema che intrinsecamente si comporti nel modo più facilmente testabile e quindi sicuro.

CONCLUSIONI

Abbiamo presentato un sistema di Blocco Automatico a Correnti Codificate che si basa sulla separazione tra le varie sezioni di binario non tramite giunti isolati ma tramite cortocircuiti creati in sezioni fisse di fronte al treno che ha le seguenti caratteristiche:

□ Non presenta alcune problematiche che pesano fortemente sugli attuali sistemi in relazione alla presenza dei giunti isolati che indeboliscono fortemente la rotaia causando alti costi di manutenzione.

□ Permette la possibilità di rilevare rotture meccaniche dall'analisi dei parametri elettrici delle rotaie.

□ È assolutamente equivalente a quello attuale in relazione al modo di comunicazione dei codici a bordo.

□ Presenta una rilettura dei codici generati che si traduce pure in un semplificato sistema per raggiungere un livello di integrità in sicurezza necessario per le applicazioni ferroviarie.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI “SISTEMA DI BLOCCO AUTOMATICO A CORRENTI CODIFICATE SENZA L’USO DI GIUNTI ISOLATI E COMPATIBILE CON L’ATTUALE SOTTOSISTEMA DI BORDOINST ALLATO SUI VEICOLI FERROVIARI’’ 1. Sistema di Blocco automatico a correnti codificate senza uso di giunti isolati (BACCRC) compatibile con gli attrezzaggi bordo treno a correnti codificate in essere per la ripetizione continua dei segnali caratterizzato dalla presenza di generatori di corrente codificata (fìg.2 04-05-06) utili per le comunicazioni terra treno tramite rotaia secondo i protocolli utilizzati in Italia e altri paesi (riferimento SCMT - codifica: RFI TC.PATC SR CM 0B M 93 E per l’Italia e simili in altri paesi), da sequenza di interruttori (fig. 2 09-10-11) a bassa impedenza per le frequenze tipiche degli apparati di blocco automatico a correnti codificate posti sui binari per separare elettricamente diverse tratte di rotaia e da sensori di corrente usati principalmente per rilevare la presenza dei rotabili.
2. 2. Sistema costituito come da rivendicazione precedente, con una logica di spostamento dei cortocircuiti, imposti dagli interruttori sulle rotaie, in sincrono con l'avanzamento dei veicoli al passaggio dei singoli "circuiti di binario" che si vanno ad definire con apertura e chiusura degli interruttori evitando la mancanza di segnale sui sensori posti davanti agli attuali veicoli ferroviari per captare le correnti codificate.
3. 3. Sistema costituito come da rivendicazioni precedenti, ma con due o piu' rivelatori di corrente (fig. 2 07-08), posti tra i generatori / interruttori successivi al fine di rendere piu' precisa la localizzazione dei treni e ottimizzare con il loro posizionamento la lunghezza dei cablaggi (si possono ad es. porre due sensori una decina di metri a monte e a valle del generatore anziché’ uno a metà strada tra i generatori) (fig.2 04-05-06-09-10-11)
4. 4. Sistema costituito dal sistema come nei punti precedenti ma con i generatori realizzati in modo da emettere anche impulsi con basso Duty cycle o di ampiezza ridotta (fig.2 04-05-06), in modo da economizzare energia nella verifica della presenza di veicoli inaspettati lungo linea, quando non si è costretti alla emissione delle correnti codificate che sono valide solo se maggiori di un definito valore minimo.
5. 5. Sistema costituito come da rivendicazioni precedenti con l'aggiunto di moduli di integrazione con altri sistemi di controllo circolazione ferroviari quali contaassi, circuiti ad audiofrequenza, etc. usati per la rivelazione della presenza treni.
6. 6. Sistema costituito come da rivendicazioni precedenti, dotato di Sistema di misuradi captazione dei campi magnetici generati dalle correnti codificate imposte nelle rotaie in grado di effettuare il confronto con i segnali imposti dai generatori, per verificare la integrità dei codici trasmessi, la presenza di campi disturbanti e rilevare possibili rotture o situazioni anomale delle rotaie con sicurezza SIL4.Con particolare riferimento a codici errati che il veicolo potrebbe leggere in caso di rottura di alcuni punti di ritorno di massa (chiamato generalmente problema del terzo binario)
7. 7. Sistema costituito come da rivendicazioni precedenti con gli elementi generatori, (fig.2 04-05-06), interruttori (fig. 2 09-10-11), trasduttori (fig.2 07-08) posti con topologia differenti sulle rotaie come la presenza di un numero maggiore di interruttori tra i generatori.