SIMULADOR FUNCIONAL EN PC DE UN ENCLAVAMIENTO FERROVIARIO ADAPTADO A LA NORMATIVA EUROPEA Autor: Hermoso Muñoz, Pablo. Directores: González Arechavala, Yolanda. Montes Ponce de León, Fernando. Entidad Colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO Este proyecto realiza un simulador de enclavamiento ferroviario Europeo aplicable a España, usando como referencia las especificaciones realizadas por el grupo de trabajo INESS. La aplicación, programada en JAVA, permite diseñar el enclavamiento de cualquier estación que desee el operador y probar su funcionamiento.

Un enclavamiento es el dispositivo que controla los elementos de la vía, es decir, señales y agujas, y que permite a los trenes circular con seguridad, autorizando o denegando el movimiento por las zonas que controla.

Planteamiento. El desarrollo de un enclavamiento común para la Unión Europea viene dado por las necesidades de mejorar la competitividad de la industria ferroviaria respecto a otros medios de transportes y países. Para ello, entre 2008 y 2012 se ha desarrollado el proyecto INESS (INtegrated European Signalling System) con el fin de realizar un borrador con las directrices para poder realizar un enclavamiento común para toda la unión Europea para resolver las carencias en la infraestructura y la interoperabilidad existente entre redes y sistemas. (INESS 2008)

La elaboración de estas directrices ha sido posible al disponer de una operativa muy similar en los diferentes países gracias al sistema común para la circulación de los trenes: ERTMS (European Railway Traffic Management System) que permite a los trenes circular por las vías de cualquier país de Europa que tenga implantado dicho sistema tanto en el tren como en la vía (infraestructura). El ERTMS surge con el objetivo de realizar un sistema de ferrocarril común para Europa, comenzando los grupos de trabajo en los años 90 y dando en abril del 2000 las primeras especificaciones del ERTMS y consolidándose el proyecto entre los años 2005 y 2008, y se siguen actualizando las especificaciones

Finalizado el grupo de trabajo INESS, este proyecto ha tomado como referencia esas directrices para realizar el simulador de un euroenclavamiento aplicable en España, pues se sigue necesitando cumplir con las normas de circulación ferroviaria Española.

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Estado de la técnica. Los resultados realizados por el grupo de trabajo INESS son demasiado recientes para que la industria ferroviaria haya diseñado simuladores de enclavamiento de acuerdo con las directrices para cumplir con los requisitos legales de cada país.

Sin embargo, hay una gran experiencia en el desarrollo de estos simuladores, y cada red dispone de los suyos con el fin de realizar las necesarias labores de formación, antes de utilizar los sistemas reales, pues la seguridad y confort de viaje de los viajeros dependen de la correcta operación de los enclavamientos pues, el enclavamiento es el elemento responsable de garantizar la operación segura del movimiento de los trenes.

Ejemplos de estos simuladores son TRESIM, Metro de Madrid… desarrollados para compañías operadoras y otros de uso lúdico o didáctico como SimSig, NXSYS

Objeto del proyecto. Este proyecto tiene como objeto el estudio y análisis de las directrices dadas por el grupo de trabajo de INESS y cómo éstas se pueden incorporar al enclavamiento ferroviario español con el fin de desarrollar un simulador funcional en PC de un enclavamiento adaptado a la normativa europea en España siguiendo lo más posible las especificaciones INESS.

Asimismo, el programa permite al usuario crear el diseño del enclavamiento que se va a simular, generar automáticamente las tablas que permiten generar automáticamente las tablas de movimientos o rutas, enclavar las rutas de manera segura de acorde con las directrices y, por último, simular el uso de un enclavamiento mediante el establecimiento de las rutas y simulando el paso de los trenes, todo de acuerdo con las especificaciones realizadas tras el estudio de las directrices europeas.

Metodología. La primera etapa de la realización del proyecto ha sido un profundo análisis de las dos normativas de referencia a la hora de elaborar el enclavamiento. Primero se ha estudiado el Reglamento General de Circulación de RENFE, en especial los títulos I, II III y VI: Generalidades, Señales e Instalación de seguridad, circulación y maniobras de señales y también los enclavamientos. Lo mismo se ha realizado con la “Norma 03.432.800 sobre Explotación y Seguridad de Enclavamientos Eléctrico” y con el capítulo 10 del Manual de Circulación de RENFE “Enclavamientos”.

Finalizada la lectura y la comprensión de este documento, se ha analizado y estudiado la documentación de los requisitos de INESS, junto con un diccionario de términos

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técnicos realizado por el grupo INESS con el fin de no dar cabida a ninguna malinterpretación en los términos cuando éstos se traducen.

La segunda etapa del proyecto es la especificación de requisitos una vez estudiados en profundidad los documentos necesarios para cumplir con las leyes nacionales en lo que se refiere a la circulación de trenes. Al elaborar las especificaciones se ha tenido en cuenta que este simulador de enclavamiento va más enfocado al mundo académico, realizando algunas simplificaciones en la simulación sin afectar al núcleo principal del enclavamiento, con el objetivo de ayudar a comprender mejor el funcionamiento de un euroenclavamiento y cómo impacta sobre este la adaptación a unas normas de circulación y control común

La especificación de los requisitos del euroenclavamiento se realizó mediante la unión de los dos documentos, incorporando aquellos elementos que son nuevos según lo especificado en INESS y en aquellos apartados que están descritos a alto nivel, añadiendo la especificación española para que puedan cumplir con la normativa nacional. Por ejemplo, en las directrices INESS sólo se indican los diferentes estados que pueden tomar las señales, pero no cómo se han de representar en el enclavamiento, pues eso depende del país en el que se implemente. Por otra parte, no todos los requisitos son aplicables al sistema ferroviario español y, por tanto, tal como indica la directiva INESS, no se han implementado en este trabajo.

Finalizada la especificación de requisitos y el modelo lógico de datos, se procede a la programación en JAVA, realizando los tres módulos recogidos en la especificación de requisitos:

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Entorno de diseño gráfico donde el usuario creará el enclavamiento que se va a controlar: la estación, la playa de vías, los apartaderos y los bloqueos.

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Módulo generador de tablas. En él están consideradas especialmente las reglas definidas por el proyecto INESS y el responsable de garantizar la seguridad de los movimientos de los trenes.

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Módulo de simulación. Con él se puede comprobar el correcto funcionamiento del enclavamiento y por ello que las tablas generadas sean correctas. En definitiva, este módulo permite controlar el enclavamiento como se haría en la realidad en una estación, cochera o depósito.

Resultados. Se muestran en orden las capturas de los módulos desarrollados. La Ilustración 1 muestra cómo el usuario ha introducido el diseño de una estación semejante a la que se encuentra en Valencia. Para ello seleccionan los elementos de la parte de la izquierda de la imagen y, acto seguido, se pincha en el tablero donde se colocará dicho elemento. III

Ilustración 1: Módulo de diseño gráfico

La Ilustración 2 muestra el resultado de la generación de las seis tablas del enclavamiento del diseño que ha introducido el usuario. El usuario en este momento valida que la información sea correcta, pero puede simplificar durante el proceso el número rutas en las que se realizan los cálculos.

Ilustración 2: resultado del módulo de generación automática de tablas.

Finalmente, la Ilustración 3 muestra el módulo de simulación con el enclavamiento que se ha introducido y generado las tablas. Para poder acceder a esta pantalla, el diseño introducido ha sido validado y no contiene errores. Se disponen de dos modos de simulación: automática y paso a paso. La ilustración muestra un itinerario establecido con un tren pasando por éste desde el bloqueo hasta el final de la vía 2, en la modalidad de disolución normal. El funcionamiento es el definido en la especificación de requisitos, que recoge las especificaciones españolas y europeas del enclavamiento.

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Ilustración 3: Módulo de Simulación con la estación diseñada en el módulo de Diseño Gráfico.

Conclusiones. El simulador, objeto de este proyecto permite el análisis, estudio e implementación de las directrices europeas junto con los requisitos nacionales. Tras la experiencia en este proyecto en el diseño de un simulador, se puede concluir que es una tarea ardua implementar las directrices europeas para poder hacer realidad el euroenclavamiento. La ambigüedad de algunos puntos, como el aspecto que deben de tomar las señales y el control del movimiento de los trenes, dificulta realizar un euroenclavamiento común para toda la Unión Europea. El diseño por capas que tiene el sistema de circulación Europeo ya permite utilizar trenes transfronterizos equipados con un único sistema de conducción, ERTMS, para que puedan pasar sin ningún tipo de obstáculo entre cada país, diluyendo las ventajas de disponer de un euroenclavamiento que precisa de adaptaciones a cada país con operativas reconocidas y consolidadas. Es tarea de los diferentes gestores de infraestructura decidir si renuncian a esas diferencias para tener un único sistema común. Además el estudio de las directrices INESS permite comprobar que los diferentes procedimientos que se realizan en los principales ferrocarriles europeos que conforman el núcleo de las directrices del grupo INESS son muy similares, demostrando que, pese a que cada país había desarrollado su particular sistema de gestión de red ferroviaria, hay unos principios básicos que se hallan en todos los ferrocarriles, y estos están siempre relacionados con los altos niveles de seguridad que se le exige a esta industria. Referencias. Objetivos INESS. . Especificaciones INESS y Diccionario de términos. Norma 03.432.800 sobre Explotación y Seguridad de Enclavamientos Eléctrico. Oficina Técnica de la dirección de Transportes de RENFE. España, 1982. Manual de Circulación. RENFE, España. Reglamento General de Circulación. RENFE. España, 2006.

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PC Railway interlocking simulator following the European Directives Author: Hermoso Muñoz, Pablo. This project presents the design and development of an interlocking simulating tool that follow the European directives made by the INESS team applied to the Spanish railroad system. This tool is based in JAVA, thus allowing the user to design and test the interlocking system of any station in a straightforward and intuitive way.

It is referred as interlocking, as the device that controls the different elements of a rail path that allow safe train travel such as signals and powered points. In general terms, these systems, depending on the situation, authorise or interdict a train’s movement within their range of action.

Proposal. The development of a standardized interlocking system for the whole European Union, is motivated by the need of making rail transport more cost effective and competitive against other modes of transport modes and technologies from other countries. In order to achieve this, between 2008 and 2012 a work group named INESS project defined and developed core specifications for a common and standardised interlocking that would enable to improve the interoperability between networks and systems of the different countries of the EU.

The implementation of an interlocking system that can be used in any European country is possible as there is common an European Rail Traffic Management System, named ERTMS. The system enables trains to travel safely through any European rail path that has integrated without the need of any course interruption, changing driver o having multiple systems on board, and thus reducing the railway’s operative costs.

Progress made with the ERMTS system encouraged the INESS project to take off in 2008 with the intention of achieving a definite homogeneity in the European rail systems, The INESS Project has defined the specifications for a novel procedure in the development of interlockings with all the necessary additional interfaces/consoles: voltage sag ride-through capabilities, rail elements and the ETCS requirements. The latter corresponds to the part of the ERMTS normative that specifies how trains are allowed to travel.

Thus, this project has as its main objective the design of an eurointerlocking following the specifications that resulted from the work of the INESS. This eurointerlocking will be then, adapted to the Spanish railroad system making no distinction amongst conventional or high speed railroads.

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State of the art. The railway industry has not yet developed an interlocking simulator which complies with both national regulations and European directives, as INESS team deliverables are very recent.

Nonetheless, the railway industry has a long experience in developing simulators, having each railway system its own simulator. The usage of simulators is extensive amongst signalling staff who undertake thorough training as the operation of rail control systems have a direct impact on the railway operation, comfort and safety of the passengers. In fact, the interlocking is the cornerstone of the railway network systems guaranteeing that all train movements are done safely.

TRESIM is an example of existing interlocking simulators developed specific railway networks. Another example is Madrid’s Metro that also uses this type of simulators. Additionally, there are other simulators developed for ludic and educational purposes, such as SimSig and NXSYS.

Project objective. The project objective is to develop a PC interlocking simulator that complies with the Spanish regulations following, whenever possible, the European directives that resulted from the INESS work group. This work requires a deep study and analyses of the Spanish national rail normative, “Norma de RENFE 0.423.800 sobre la explotación y seguridad de los enclavamientos eléctricos” and the INESS deliverables of the directives.

The interlocking simulated takes into account the ERTMS system and the five basic field elements: track vacancy proving system, powered points, signals, line block and route locking. However, level crossings, gauge changers, moveable bridges, etc. will not be controlled. Moreover, the simulator allows the user to create the design of the train station that will be simulated and test it by establishing different routes and simulating the movement of the trains through the locked routes. The system will generate autonomously the tables that guarantee the safety of all locked routes in the simulator. The operation of the simulator follows the requirements specified in the project memory after the study of the European directives.

Methodology. The project has been developed in three main phases. The first one was a deep analysis of the directives and regulations which have to be taken into account for the interlocking. In so, firstly the Spanish regulation was studied: Chapters I to IV of the “Reglamento General de Circulación de RENFE”, the “”Norma 03.432.800 sobre Explotación y Seguridad de Enclavamientos Eléctrico” and the 10th chapter from the VII

“Manual de Circulación de RENFE:Enclavamientos”. Following this, the INESS directives and deliverables where studied and analysed using a dictionary developed by the INESS workgroup in order to avoid any misunderstanding of the terms used.

The second phase was the software requirements specification. It is not sufficient to follow the European directives from INESS as the interlocking must comply with the Spanish regulation. Also the requirements specifications take into account the academic purposes of the simulator and hence, simplifying some functions that does not affect the core functionality of the interlocking. This has been carried out in order to enhance the understanding of the eurointerlocking operation and how the usage of common rules impacts the control and management of the railway traffic.

The specification joins the European directives and the Spanish regulations in order to adapt it to the Spanish network. The interlocking follows the requirements from the European directives wherever possible. The Spanish regulations are when the directives describe the requirement on general terms. For example, the European directives only determine the different states that the signalling system has to be implemented but does not specify the aspect that the signals have to show in the interlocking system as the aspects vary depending on the country the interlocking is implemented. Also, not all European directives are applicable to the Spanish railway network, and thus not implemented on the program as stated by the European directive.

The third phase is the coding in JAVA, and SQL for the database access, in the three main modules following the software requirements specifications. The modules are:  

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Graphical Design module: allows the user to create the interlocking that afterwards will be simulated by placing on a canvas the TVP sections, points and signals Table generation module: is the one that provides all the constraints and specifications that the interlocking must bear in order it to be feasible. This module allows the simulation module to establish different possible routes guaranteeing the safety of all of them. Simulation module: allows the user to set to work on the interlocking designed and thus to validate the interlocking. The user can establish different possible routes, by selecting a valid sequence of signals that appear in the screen previously used in the design stage, and simulate the movement of trains in the locked routes.

Outcomes. The following figures show the screenshots of the different modules, in the same order as previously described. The Figure 1 shows how in the Design Module the user has introduced the layout of a station by selecting the different track elements on the left hand side of the screen and then clicking on the right pane the position where it will be placed. VIII

Figure 1: Design module.

The Figure 2 shows the outcomes of the Table Generation module. The program has produced the six tables for the station design showed on Figure 1. Once validated the tables, the user may proceed with the simulation module.

Figure 2: Table Generation module.

Lastly, Figure 3 shows the simulation module. It can only be accessed if the interlocking design introduced by the user is error free and validated by him or her. The user can establish different routes, the program will lock them if all safety constraints are satisfied, and a train will move on a locked route automatically or step by step, in other words jumping from on TPV section to the next one

Figure 3: Simulation module.

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The Figure 3 shows a locked route with a train entering the station to the platform 2 from the block section. The operation of the module is according to the software specifications, which take into account the European and Spanish directives and regulations. Conclusion and further thoughts. This interlocking simulator enables the analysis, study and understanding of how the European directives can be implemented in a country in order to comply with national regulations. The process is arduous as the ambiguity of some chapters of the European directives, for example that referred to the aspect of the signals and how the trains move in the system makes the construction of an unique interlocking for all the countries of the European Union complicated. Despite these difficulties, it was possible to fully implement a simulator which is capable of designing the management of a rail interlocking system using Spanish and European regulations. The actual design in layers of the traffic management system enables cross-border trains equipped with a single system, ERTMS, to travel through different countries without any restriction other that the fact that the ERTMS system must be also implemented on the rail track This makes less attractive the advantages of an euro-interlocking, specially when the interlocking needs to adapt to the operative and regulations of the country where it is installed. Besides, the study of the INESS directives reveals that the different procedures used in the main railway networks of Europe are very similar, sharing many common principles very oftenly related with safety. Therefore, the implementation of a novel European interlocking system is only truly advantageous if all the peculiarities of each country’s systems are set aside. This project proves that it is technically possible to implement a universal standard adapted to a particular normative. However, we draw the conclusion that if the eurointerlocking standard must be conceived with enough flexibility as to be adapted to each country, its cost will increase greatly and the outcome will be only slightly better that the existing system.

Reference. ObjectivesINESS. . Software Requirement Specification INESS and Dictionary. Spanish railway regulations: Norma 03.432.800 sobre Explotación y Seguridad de Enclavamientos Eléctrico. Oficina Técnica de la dirección de Transportes de RENFE. España, 1982. Manual de Circulación. RENFE, España. Reglamento General de Circulación. RENFE. España, 2006.

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