Een ATB systeem is volgens de gangbare definitie "een systeem waarbij door middel van cabineseinen aan de metrobestuurder of machinist doorlopend de toegestane snelheid kenbaar wordt gemaakt, de werkelijke snelheid doorlopend wordt gecontroleerd en bij overschrijding van de toegestane snelheid automatisch hetzij de werkelijke snelheid ten minste wordt teruggebracht tot de toegestane waarde, hetzij de trein tot stilstand wordt gebracht"
Waarom
ATB systemen moeten voorkomen dat door een fout van de machinist een trein verder of harder rijdt dan is toegestaan. Rijdt de trein verder dan is toegestaan, denk aan het voorbijrijden van een rood, stoptonen sein, dan dreigt een aanrijding met een andere trein, of een ontsporing omdat de beweegbare elementen van de rijweg, wissels, beweegbare bruggen etc., niet inde juiste stand liggen of vergrendeld zijn. Rijdt de trein te hard, dan dreigt opsporing en zou, bij het naderen van een stoptonen sein, de remweg te lang kunnen zijn om op tijd te stoppen.
Wat doen ATB systemen
ATB systemen doe drie dingen, al of niet in combinatie. Ze herhalen de informatie seinen geven in de cabine, grijpen in als zich een onveilige situatie voordoet en bewaken de snelheid van de trein.
Cabinesignalering
Om de veiligheid te borgen moet een sein, of seinbeeld, aan drie eisen voldoen:
Het moet tijdig en duidelijk aan de machinist getoond worden, c.q. zichtbaar zijn.
Het moet niet kunnen worden verward met een ander seinbeeld of andere informatie.
De machinist moet het seinbeeld begrijpen en weten hoe moet worden gehandeld om er opvolging aan te geven.
In de begintijd van de spoorwegen was de snelheid van de treinen laag, de locomotieven, of eigenlijk de ketels en de voorbouw waren kort. Het idee dat een machinist een sein over het hoofd zou kunnen zien werd onwaarschijnlijk geacht, maar daar kwam snel verandering in. Ongevallen volgden en er werd gezocht naar manieren om een machinist te waarschuwen dat hij een voorsein of hoofdsein naderde dat dat een onveilig seinbeeld toonde, of dat hij het dat stopteken genegeerd had. Natuurlijk was er ook altijd al het risico dat door slechte zichtomstandigheden, bij nacht en ontij zoals mist, de machinist het sein niet, of niet op tijd zag.
Het principe van de herhaling van het seinbeeld in de cabine, door het laten afgaan van de stoomfluit, door knalseinen op het spoor te leggen die door de trein tot ontploffing werden gebracht etc. was geboren. Dat prille begin in de tweede helft van de 19e eeuw, leidde tot serieuze invoering van systemen op grotere schaal net na het begin van de twintigste eeuw en werd in de dertiger jaren een volwassen systeem dat op verschillende spoorwegnetwerken standaard werd. Naarmate de techniek zich verder ontwikkelde kon meer informatie in de cabine op betere manieren worden getoond en rond de jaren vijftig was met name in de Verenigde Staten Cab Signalling standaard geworden en werden ook in Europa, zoals bijvoorbeeld in Nederland, daarmee proeven gedaan.
Toen de maximum snelheid van treinen zo hoog werd, laten we zeggen boven de 160 km/h, dat men er niet meer op kon vertrouwen dat de lichtseinen langs de baan nog op tijd konden worden waargenomen en geïnterpreteerd, was cabinesignalering een noodzaak geworden en vandaag de dag zien we dat de seinen langs de baan kunnen en worden vervangen door cabineseinen. Dat gebeurde al eerder bij metro en rapid transit systemen waar de zichtomstandigheden van nature al slecht zijn. Een bijkomend voordeel van cabinesignalering is natuurlijk dat er langs de baan minder apparatuur nodig is. Dat bespaart investerings- en onderhoudskosten en betekent ook dat er minder langs de baan gewerkt hoeft te worden, goed dus voor de persoonlijke veiligheid van het onderhoudspersoneel. En tenslotte maakt het weg kunnen laten van buitenseinen het wat makkelijker om blokverdichting toe te passen zodat treinen wat dichter op elkaar kunnen rijden, als snelheid en remvermogen dat toelaten.
Remingeep
Natuurlijk is het mooi dat we een machinist kunnen waarschuwen dat een onveilig sein wordt genaderd of voorbijgereden is, maar als daarop niet, of niet adequaat gereageerd wordt, zouden we graag die trein willen stoppen voordat het zgn gevaarpunt bereikt wordt. Daarvoor moeten we dus buiten de machinist om de rem kunnen bedienen. Dat kon pas vanaf het moment dat de locomotief en later de gehele trein, werd voorzien van remsystemen die na activering automatisch de remmen laten aanslaan. De uitvinding en introductie van de vacuüm rem en later de druklucht remsystemen, zoals de Westinghouse rem boden die mogelijkheid. Op allerlei manieren werd en wordt nog steeds als gevaar dreigt een kraan of een klep in de remleiding geopend en een (snel-)remming ingezet, op dezelfde manier als de dodemansystemen dat doen als de machinist onwel of “handelingsonbekwaam” wordt.
Hoe werken ATB Systemen
Baan trein communicatie
Wanneer men op een trein wil controleren of voldaan wordt aan de opdrachten die de seinen aan de machinist geven, moet eerst een verbinding worden gemaakt tussen de beveiligingsapparatuur langs de baan en de rijdende trein. Dan kunnen deze opdrachten op de trein worden overgebracht.
Mechanisch en Optisch
Bij de eerste pogingen om een dergelijke verbinding tot stand te brengen gebruikte men mechanische systemen, bijvoorbeeld door een hefboompje in of naast het spoor dat bij de onveilige stand van het sein in aanraking moest komen met een ander hefboompje op een ten onrechte passerende locomotief, waardoor dan een snelremming zou worden ingezet.
Voorbeelden van dergelijke systemen zijn bekend als Trip Cock (London Underground) en Mechanische Fahrsperre (S-Bahn Berlin)
De mechanische systemen kwamen op hoofdspoorwegen niet tot grote ontwikkeling of toepassing omdat ze niet voldoende bedrijfszeker bleken te zijn. Gedurende korte tijd is nog geëxperimenteerd met optische systemen, waarbij een lichtbundel van de locomotief via een spiegelsysteem gekoppeld aan het sein een signaal werd teruggekaatst op een foto-elektrische cel op de lok. Al spoedig bleek echter dat dergelijke gevoelige apparatuur in het spoorwegbedrijf te kwetsbaar was.
Elektrische Systemen
De mechanische en de optische systemen werden al spoedig achterhaald door de vandaag de dag nog toegepaste elektrische systemen. Hierbij strijkt een kontaktborstel onder aan de locomotief over een sleepstuk in de baan ter plaatse van een sein. Het sleepstuk staat onder positieve of negatieve spanning, afhankelijk van de stand van het sein. Dergelijke systemen zijn op grote schaal in Frankrijk en België in gebruik. Ze hebben als nadeel dat de apparatuur kwetsbaar is en de goede werking kan worden beinvloed door sneeuw en ijs.
Inductieve Systemen
Een volgende fase kwam omstreeks 1930, met de uitvinding van de inductieve systemen. Hierbij beweegt een magneetspoel aan de trein op enige afstand boven een elektromagneet of een permanente magneet in de baan ter hoogte van het sein. De magneet in de baan is afgestemd op een bepaalde frequentie, welke frequentie wordt geïnduceerd in de spoel onder aan de trein. Systemen volgens dit principe zijn op grote schaal in gebruik in Duitsland, Engeland, Zwitserland en Amerika.
Beide systemen, de elektrische en de inductieve met behulp van spoelen in de baan, hebben gemeen dat het intermitterende systemen zijn. Dit wil zeggen dat alleen op bepaalde punten langs de baan informatie op de trein wordt overgedragen, in het algemeen alleen daar waar seinen staan.
Daarnaast is in de USA een inductief systeem tot ontwikkeling gekomen waarbij continu, dus ononderbroken, informatie vanaf de baan op de trein wordt overgedragen, en waarbij de trein zijn toestemming om te rijden ook ononderbroken vanuit de baan moet ontvangen. Bij dit continue systeem worden de opdrachten die door de beveiligingsapparatuur aan de seinen worden gegeven bovendien via de rails uitgezonden in de richting van de aankomende trein. Op de trein zijn twee opneemspoelen gemonteerd die inductief de informatie uit het spoor opnemen. Door nu in de rails niet een continue maar een pulserende stroom te zenden, kunnen verschillende berichten worden overgedragen eenvoudig door de code, het aantal impulsen per minuut, te laten variëren. Systemen volgens dit principe van continue informatie-overdracht zijn dus tot ontwikkeling gekomen in Amerika, maar werden nadien ook toegepast in Rusland en Japan (de nieuwe Tokaïdolijn) en in enkele metrosystemen (Stockholm, Londen, Milaan en Rome).
Kabellussen
Naast de systemen met informatie-overdracht via de rails, wordt in de laatste jaren in Duitsland ook geëxperimenteerd met een systeem waarbij de informatie wordt overgedragen via een in het spoor gelegde kabel. Zo kan men een groter aantal informaties over-dragen dan bij een railsysteem mogelijk is.
Intermitterend vs Continu
Een globale vergelijking van de intermitterende en continue systemen, wijst uit dat een continu systeem principieel een belangrijk hogere graad van veiligheid zal bieden dan een intermitterend systeem. Immers: bij een continu systeem moet de trein zijn machtiging om te rijden uit het spoor ontvangen. Het wegvallen van die machtiging betekent onmiddellijk een opdracht om te remmen, die niet genegeerd kan worden. Bij een intermitterend systeem blijft bij de afwezigheid van informatie de machtiging om te rijden behouden. Wordt dus een remopdracht door storing van de apparatuur niet gegeven, of niet ontvangen, dan kan de trein ten onrechte toch doorrijden. Een ander punt dat uit veiligheidsoogpunt van groot belang is, is dat wanneer na het passeren van een ‘veilig’ sein het volgende sein, om welke reden dan ook, op ‘stop’ gezet wordt, het continue systeem de bijbehorende remopdracht alsnog direct aan de trein doorgeeft. Bij een intermitterend systeem, dat tussen twee seinen in normaal geen enkele informatie doorgeeft, blijft de toestemming om met volle snelheid door te rijden gehandhaafd.
Het omgekeerde van deze situatie, het ‘veilig’ gaan tonen van een sein nadat de trein dit sein reeds gepasseerd is, toont een plezierig facet van een continu systeem. De remopdracht die door het voorbijgereden sein gegeven is, wordt door het continue systeem onmiddellijk herroepen en de machinist mag het remmen staken en de snelheid van de trein weer verhogen, óók al kan hij het volgende sein nog niet persoonlijk waarnemen. Bij het intermitterende systeem wordt de remopdracht niet herroepen en zet onder bepaalde omstandigheden de trein zijn remming voort. Ook al kan de machinist de verbetering van het volgende sein met eigen ogen waarnemen, zijn machine kan dat nog niet.
Theeg en Vlasenko (Railway Signalling&interlocking, Eurail Press, hoofdstuk 8) komen op basis van een vergelijkbare indeling tot een classificatie in 5 groepen ATB systemen:
The train protection systems which are applied among the railways can be classified roughly into five groups according to their functions and the type of transmission (figure 8.11):1. Systems with intermittent transmission and without braking supervision.2. Systems with intermittent transmission at low data volume and with braking supervision.3. Systems with continuous transmission of signal aspects by coded track circuits. As the boundary between systems with and without braking supervision is fluent, 3a and 3b are classified into the same group here.4. Systems with intermittent transmission at high data volume and dynamic speed supervision.5. Systems with continuous transmission at high data volume and dynamic speed supervision.There is a tendency for the former systems the be the older ones and the latter the more advanced.
Links:
Intermittent and Continuous ATP Systems, W.J. Coenraad, 2013 update (engels)
Intermittent and Continous ATP ePub
(en) The Great Western Railway Automatic Train Control (historisch)
laatste wijziging: 18 april 2023