LAS TECNICAS DE TELECOMUNICACION EN LOS FERROCARRILES Por ALFREDO GRAU NAVARRO Doctor Ingeniero de Telecomunicación. Licenciado eiz Ciencias Económrcas. Ex profesor de la Escuela Técnica Superior de Ingenieroa de Te'.'ecomunicación. Ingeniero Jefe del S~~~depaI'ta?71ento de Mercancias de la Renfe.

Para el selecto grupo de lectores a quienes va dirigido nuestro «Boletín del Instituto de Tngenieros Civiles de España», no constituye novedad la gran difusión e importancia que tiene la aplicación de estas téccnicas en tan diversos campos de la actividad humana, bien sea ésta considerada de forma individual o colectiva. En cambio sí puede ser de interés para algunos, aun dentro de los reducidos límites que puede tener este escrito, conocer la trascendencia de su más concreta aplicación al ferrocarril donde ha llegado a constituir hoy día el medio más indispensable para mantener su eficiencia económica compatible con el actual progreso de la vida de las colectividades. Estas técnicas han progresado tan rápidamente que han permitido pasar, de su carácter auxiliar, al de formar parte esencial del propio equipo sin las cuales ya no puede concebirse al ferrocarril en su estado actual de perfeccionamiento, no sólo en su complejidad técnica, sino también en la no menos compleja capacidad de gestión de la explotación (1 ). La motivación de la necesidad de impulsar al máximo la explotación económica de los ferroca(1) A título de ejemplo se citan algunas cifras correspondientes a la red automática de telecomnnicación de los Ferrocarriles Federales Alemanes (DB) : 2.000 centrales telefónicas de todas dimensiones que permiten comunicar entre sí a más de 100.000 puestos telefónicos. 720 teletipos y 960 aparatos registradores. 22.000 altavoces y 3.750 transmisores y receptores de radio. 2.000 bandas de frecuencias portadoras y 800 bandas para telegrafía. Cables coaxiales de utilización múltiple con sistemas de hasta 300 canales. Una red de enlaces radio por microondas con frecuencia de 7Gc/s (A = 4 cms.). Por otra parte puede indicarse en cuanto a conjuntos eleotrónicos de gestión que hace dos años el número de centros de cálculo automático en funcionamiento en las diversas administraciones excedía la cifra de 200. La preponderancia y el desarrollo industrial de esta actividad puede observarse también en cuanto a la dedicación profesional. En nuestro país, la reciente matriculación de alumnos en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación (curso 1965-66) ha alcanzado el segundo lugar entre todas las demás escuelas de ingenieros y de haberse podido admitir todas las solicitudes el número de alumnos de esta especialidad habría sido el más elevado. Se explica lo que se viene llamando la invasión de los ingenieros de telecomunicación en las administraciones ferroviarias.

rriles con el empleo cada vez en mayor grado de las técnicas de telecomunicación, puede encontrarse en las especiales características que concurren en lesta actividad como son, entre otras, la rigidez de su estructura económica; la elevada capacidad de la red viaria frente a los coeficientes de utilización; el elevado volumen de inversión capital y su baja rentabilidad; las exigencias de tiempo y calidad de transporte compatibles con la mayor seguridad de funcionamiento; la dimensión geográfica; el desarrollo de los otros sistemas de transporte en competencia; etc. En unos casos es la seguridad de la circulació~~ la que reclama el empleo de estas técnicas:

- comunicaciones en sus diversas formas; - dispositivos de señalización automática para y por el paso de los trenes; - control automático de la velocidad del tren y parada automática por repetición de señales en la cabina de conducción de la locomotora; - accionamiento automático de barreras en pasos a nivel; - detección de cajas de grasa calientes en el material en marcha; - detección deidefectos de la vía: - pesado electrónico de vagones en marcha n efectos de no rebasar las limitaciones de carga; - puestos de mando de la circulación, etc. En otros que precisa guridad en mercancías

casos es la estrategia del transporte la comunicaciones de alta velocidad y sela gestion centralizada del tráfico de (2):

- sistemas automáticos de reconocimiento 21 paso def material remolcado; - distribución y encaminamiento del material vacío; - estadísticas de control de utilización del material y prospección del desarrollo diario del tráfico; - automatización del funcionamiento de las estaciones de clasificación: (2) Para dar idea de la complejidad de esta gestión se expone el organigrama establecido por la Unión Internacional de Ferrocarriles.

- automatización de la manutención de mercancías en estaciones itnportantes y en estaciones de transbordo. Todo ella con el empleo de centros electrOnicos de cálculo para:

- determinación de marchas tipo de las locomotoras según perfiles de vía y carga remolcada; - establecimiento de itinerarios; - y en definitiva, hasta la automatización de la dirección estratégica del tráfico.

Sin exponer más que una relación reducida de asuntos de los de mayor interés. ello es suficiente para conocer que la telecomunicación estcí presente en todo ámbito de la empresa ferroviaria, Y si grande es su importancia en lo referente a sus aplicaciones técnicas propiamente dichas, lo es más todavía en las posibilidades que ofrece a los grupos de gestión, pues, la dimensión económica de estas empresas no permite una fácil descentralización de sus funciones y obliga a desarrollar organizaciones especiales muy complejas en su delimitación y estructuración orgánica.

La gestión económica también necesita hacer uso de centros de cálculo:

- determinación de los precios de coste; - estableciminto de presupuestos y control de gastos e ingresos; - determinación de los límites tarifarios; - decisiones sobre inversión de capital; - organización de la reserva automática de billetes, etc. También se encuentran presentes estas técnicas de telecomunicación en aspectos como la sonorización de estaciones y trenes y en aplicaciones de la televisión para diversos usos.

En cuanto a telecomunicaciones en sentido más estricto, las exigencias impuestas por el desarrollo del transporte hizo necesario afrontar un doble problema. De una parte el considerable incremento en el volumen de comunicaciones. De otra, el que éstas se efectuasen cada vez en mejores condiciones de calidad, seguridad y rapidez bajo ciertas prioridades imperativas. Era necesario, en consonancia, desarrollar estas redes especiales para el servicio ferroviario. lo cual se hizo posible mediante:

- el empleo de cables coaxiales que permiten

Dispositivo sobre vagón de un sistema de inducción electromagnética para identificación de vagones. (Con la cortesía de N. V. Philips Gloeilampenfabriken y Spoorweg Sein Industrie N. V.)

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disponer de una capacidad de tráfico prácticamente ilimitada; máxime cuando se transmite la información por impulsos de corriente con distinta modulación en amplitud, en frecuencia o en fase; - los enlaces por microondas, sin necesidad de líneas físicas, bien para el establecimiento de comunicaciones masivas o en otras aplicaciones como el telemando de locomotoras de maniobras; - la especialización de circuitos telefónicos selectivos destinados a la circulación que permiten una llamada selectiva de los puestos, mantener el secreto de la conversación e identificar a los puestos que llaman. Para ello se dispone de una nueva técnica que emplea un generador de impulsos de prospección (metrónomo) emitiendo continuamente series cíclicas de impulsos a frecuencia de unos mil ciclos por segundo; - la utilización de la propia línea de contacto de la tracción eléctrica para establecer comunicaciones entre puntos fijos o entre trenes de marcha. En principio se trataba de obtener una comunicación entre la locomotora de cabeza y la de cola en los casos de doble tracción, pero se preveía el objeto final: la transmisión (de señales o de impulsos de mando y de regulación entre puntos fijos y locomotoras. o dicho de otra forma, la conducción de trenes a distancia. Esta aplicación presenta ventajas considerables respecto de los enlaces radio (principalmente en líneas que atraviesan largos túneles) pues el acoplamiento a través del pantógrafo es más ventajoso y seguro que por inducción mediante antenas. El hilo de contacto se presta igualmente satisfactorio para la transmisión de informaciones y de la palabra con el empleo de ondas portadoras. Pero no es menos interesante otro aspecto de estas aplicaciones cual es el económico:

- la automatización general de la red telefónica con el inherente control también automático de su correcto funcionamiento y del nivel de la calidad de conmutación. Como nota interesante se puede indicar también que en la necesidad de internacionalizar la automatización de la red telefónica, no sólo se está llevando a cabo la interconexión de las diversas redes de las administraciones europeas, sino que incluso se ha intercalado en algunas centrales la traducción simultánea o sucesiva para que la conversación pueda escucharse en cualesquiera de los idiomas adoptados: - el desarrollo de la red telegráfica con el empleo de teletipos rápidos. El incremento de la velocidad de transmisión de 50 a 75 baudios quedaba lejos de ser suficiente para todas las necesidades de las administraciones ferroviarias, ya que en muchos casos, como por ejemplo, en las comunicaciones dedicadas a la gestión centralizada del tráfico de mercancías y para la reserva automática de plazas de viajeros, en tráfico nacional e inter-

nacional, era necesario disponer de más altas velocidades. Estas han llegado ya hasta 1.800 baudios empleando la modulación de frecuencia. Ha sido muy notable la expansión que ha iexperimentado el empleo de la red telegráfica con teletipos que constituyen además el enlace óptimo para el envío de información a los equipos electrónicos, pero ello ha necesitado un elevado grado de perfeccionamiento en la calidad de la transmisión a fin de evitar errores en el mensaje recibido. No requiere la misma calidad el envío de un telegrama a una persona, que puede discernir ciertos errores, que el envío de datos a un ordenador que, como máquina, actúa rígidamente frente a lo que recibe. Ello explica que si bien puede ser admisible el coeficiente de errores del orden de lo-" a lo-', como ocurre en una red inormal de cualquier administración para ,el caso de telegramas, no es suficiente para satisfacer las exigencias prácticas de funcionamiento de los equipos de tratamiento de datos donde este coeficiente no debe ser inferior a lo-' y en algunos casos menor todavía. En el caso de transmisión de datos empleando el código número 2 del CCTT, este problema se hace particularmente difícil de resolver a causa de la propia construcción del código. el cual no posee ninguna redundancia ni propiedad adecuada sobre la que se pueda establecer la corrección de errores, tanto si éstos corresponden ,al comportamiento de los equipos o de las líneas en juego o a otras causas como las que tienen lugar con la tracción eléctrica, etc. Aparte de la frecuente comprobación de funcionamiento de las partes componentes, se acababa por repetir tres veces el mismo mensaje y se aceptaba el más probable. pero !esto no era suficiente y dio lugar al desarrollo de dos procedimientos de corrección automática de errores con el empleo de (códigos cíclicos en los cuales no interviene ningún agente, cosa que es muy necesaria en una explotación ferroviaria. En el llamado de protección de errores por grupo de redundancia, simultáneamente a la transmisión en línea, o a la recepción de las señales que vienen de la línea, se aplica el mensaje a un registro desfasado formando una serie de caracteres correspondientes, pero distintos de los caracteres telegráficos del mensajle, que se unen a los datos del mensaje y que no aparecen ni en la cinta perforada ni en la impresión por página. Estos dos grupos de redundancia formados independientemente el uno del otro, tanto en el lado emisor como en el receptor, son comparados y si no aparecen coincidentes es que ha tenido lugar un error en la transmisión y se provoca automáticamente la repetición. La disposición del registro desfasado y de su circuito de adición queda definido por un polinomio generador de la forma P ( ~ ) = x ' ~ + x ' ~ + x ~ + l que implica un registro de 12 células y que es su-

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D E VAGONES POR EL PROCEDIMI Ef4TO DE

ficiente para proteger un mensaje de unos 500 momentos de información. Pero comparando el coste de la memoria con las exigencias del volumen de transmisión a efectuar, aquella se viene ajustando a una capacidad real de 42 caracteres. En el otro procedimiento denominado por eco o retroacción se hace uso de un enlace telegráfico bilateral para devolver hacia el puesto emisor la modulación recibida en el puesto receptor. El emisor retiene en memoria lo emitido que compara con lo devuelto. Mientras no aparece contraste indicativo de error se continúa la transmisión sin interrupción. Sólo cuando aparece la diferencia el puesto emisor detiene el paso de la cinta perforada, envía una señal de anulación (y repite los caracteres retenidos en la memoria reanudándose la transmisión cuando la recepción empieza a ser correcta. En este caso la capacidad de la memoria viene determinada por el volumen de transmisión correspondiente al tiempo de ida y vuelta.

Antes de pasar de las telecomunicaciones a los equipos de tratamiento de datos, cuyas dos partes

IHDUCUON M A G N E T I C b E 5 T h T l C A

constituyen el conjunto ideal para la explotación óptima de una red ferroviaria, se hace una consideración especial al puente que permite el juego combinado de ambas y que es la conmutación en sus dos concepciones generales: la conmutación de mensajes, llamada a veces sistema de registro y de transmisión, y el sistema de conn~utaciónde circuitos. La función fundamental del órgano de conmutación de mensajes es de recibirlos, registrarlcis. tratarlos y retransmitirlos según su orden de 112gada y de preferencia. La del elemento de conmutación de circuitos es establecer las comunicaciones en tiempo real lcon sus tres inherentes problemas de tiempo: el intervalo entre los hechos, el tiempo de respuestas y la duración del ciclo. Con cualquier sistema de conmutación, la uni3n de los programas de telecomunicaciones y de tratamiento de la información es un proceso aleatorio continuo que constituye un problema complejo, por ello se trató de utilizar como órgano de conmutación una calculadora de tipo comercial, pero el resultado no fue satisfactorio por su elevado coste y bajo rendimiento, ya que la máquina se utilizaba principalmente para el establecimiento da comunicaciones y no como centro de mando o

de reunión de datos. Se logró después la máquina de tratamiento de las con~unicacionesque permite el mando centralizado, las conversiones de código y de velocidad, la edición y el cambio de formato, la salida directa sobre otras calculadoras, etc, y que si bien sus órganos fundamentales son análogos a los de la calculadora clásica, se diferencia de esta principalmente por el elevado número de entradas y salidas que posee. La extraordinaria importancia práctica que lleva consigo la instalación de conmutación electrónica de las telecomunicaciones se debe a que con su impresionante agilidad constituye el enlace global de todos los dominios de la explotación ferroviaria. Y si se asocia a los sistemas de identificación de vagones, de lo que se habla más adelante, este conjunto hace posible la automatización completa de la uti1lzac;ón y de la distribución del material móvil. Una extraordinaria palanca del progreso.

Cuanto s'e acaba de exponer puede ser suficiente para comprender cómo las técnicas de telecomunicación están presentes en todos los aspectos de la explotac~6nferroviaria y cuanto han contribuido a su progreso técnico y económico, pero se conr sidera conveniente exponer más en detaile una de las principales aplicaciones, cual es, la automatización de la distr,ibucióndel material móvil de una red porque ello comprende por demás la suma de los dlstmtos ,perfeccionamientos en esta materia y que al menos hasta el presente pueden considerarse como una superación en magnitud y en trascendencia. Como este probllema exige previamente el conocimiento de la situación y condiciones del material, se inicia la exposición de los procedimientos de identificación automrítica ,de vagones que, relacionados al azar, se denominan: de luz visible o infrarroja, de campos magnéticos estáticos, de campos de inducción electromagnética, de radiación isotópica y de reflexión ide micro-ondas o de ultrasonidos. El primer problema que surge es que sobrle los vagones de mercancías no {existeninguna fuente de energía y el empleo de una línea de conducción desde la locomotora pasando por cada vagón llevaría consigo un gasto y una complicación difícil de justificar, por lo cual se decidió que el conjunto emisor-receptor estuviese situado junto a la vía y qulesólo se ;aplicase a cada vagón su propia numeración o marca codificada, compuesta de doce cifras o letras. En todos los procedi~~ientos se hace una emisión sobre el espacio por donde ha de pasar el vagón que se refleja en éste al pasar y se vuelve a recoger una vez modulado por la marca del vagón. Todo el proceso de envío al centro de cálculo, su tratamiento y el envío a los puntos donde sea necesaria o pedida la información vieri'e después.

En el procedimiento que emplea la luz visible o infrarroja es la fuente de radiación de una de estas clases la que envía un haz de exploración sobre la marca del vagón, que al reflejarse, y mediante un espejo, pasa al receptor, consistente en un detector fotosensitivo; después pasa al equipo decodificador que lo transforma en una señal de impulsos modulados y a través de una línea de telecomunicación se envía al equipo de tratainiento de datos. Cuando se emplean campos magnéticos estáticos el campo magnético producido por imanes permanentes se sitúa entre los dos carriles de la vía y la marca del vagón formada por pequeños imanes permanentes y dispuestos en número y situaclón de acuerdo con un código binario, se coloca en el centro de la parte inferior del chasis de éste, de forma que al (pasar la marca frente al imán se induce una corriente que se envía al equipo decodificador y se prosigue el envío de la señal de forma análoga al caso anterior. (Véase esquema.) En el caso de emplear campos electromagnéticos se dispone de un transm~sorde radio con la antena o bobina transmisora entre los dos carriles, y debajo del chasis del vagón se coloca la marca de éste que consiste en un circuito electrónico codificado pasivo, el cual, al pasar frente a la antena, modula la señal de radio que es recogida por otra antena y enviada también al equipo de tratamiento de datos. Cuando se emplea la radiación isotópica se coloca el isotopo radioactivo también entre los carriles y orientado en su radiación hacia un receptor. La marca del vagón, colocada en la parte inferior del chasis como prolongación de una cara lateral, consta de una placa qule presenta ranuras y barras que sirven para la identificación según un código binario. Al interceptar esta placa el haz de radiación se modifica la radiación P" del isotopo en otra radiación ib' correspondiente a la marca del vagón que se envía como en los casos anteriores. Cuando se emplean las micro-ondas o los ultrasonidos, salvo la diferente fuente de emisión y recepción, el procedimiento es en todo análogo al caso de emplear radiaciones luminosas. No todas las fuentes citadas tienen la misma facilidad de salvar las dificultades que pueden provocar las vibraciones, suciedad, la niebla, el humo, la nleve, el hielo, etc., en las condiciones en que pueden presentarse en la realidad, lo cual puede hacer preferible uno u otro procedimiento. Pero cualesquiera que sea el procedimiento adecuado, no sólo entre los citados, sino en cualesquiera de sus diferentes variantes, el interés esencial de la identificación automática de los vagones reside en el establecin~ientode un centro nacional de tratamiento de la información capaz de atender toda la extensión geográfica del ferrocarr'il. Es necesario, pues, enlazar una calculadora de encaminamiento ia la red de telecomunicación,

ORGANIGRAMME GENERAL DU TRAFIC-MARCHANDISES.

con lo que mediante un tipo de mensaje normalizado se den a la calculadora instrucciones sobre el destino de éste, sobre su edición, la selección de informaciones, la llamada selectiva a las estaciones y otras instrucciones de cálculo. También habrá de actuar con las tarifas iy con los dispositivos de pesado electrónico. La estación de la cual parte una expedición que da a conocer al equipo de tratamiento de datos las informaciones pertinentes de: expedidor, destinatario, estación de destino, naturaleza y peso de la mercancía, etc., permite al centro guardar memoria de ello y suministrar información aquienes pueda interesar: servicios comerciales, destinatario, etc., sobre la hora, tren, etc., en que va pasando por cada estación que tenga instalado dispositivo de lectura de numeración de vagones y al mismo tiempo irá corrigiendo ,sobre la memoria el punto de situación nuevo y cursando los preavisos correspondientes. Al ponerse el vagón a disposición del destlna-

tario para descargue se podrán igualmente determinar las tasas por estacionamiento, alquiler, etc. y en cuanto quede disponible el vagón, la central dará órdenes de encaminamiento como material vacío para dirigirlo hacia una nueva carga.

Las limitaciones de espacio impuestas a este artículo para dar cabida en el presente número a los no menos interesantes trabajos de otros compañeros, no han permitido comentar otros aspectos interesantes por su novedad técnica o por su transcendencia práctica, como son la conducción automática de trenes, el niando centralizado de la circulación y otras aplicaciones de cálculo y control. Ello no obstante, si lo expuesto resulta satisfactorio al lector, habremos conseguido nuestro deseo.