Jaarlijks stappen wereldwijd tot 10 spoorwegsystemen geheel of gedeeltelijk over op op communicatie gebaseerde treinbesturing (CBTC). Vorig jaar was men bijvoorbeeld getuige van de eerste ingebruikname in de geschiedenis van Australië van het CBTC-gebaseerde signaleringssysteem van de volgende generatie op de twee meest belaste lijnen van de Melbourne Metro. Het BART-project maakt indruk met zijn grootschalige doelstelling om tegen 2030 het volledige systeem (131,5 mijl) over te schakelen op CBTC. CBTC wordt een elegante voortzetting van de geschiedenis van meervoudige spoorwegnetwerken, waarvan sommige hun oorsprong vinden in de 19e eeuw.

De voorzienbare bestemming van een dergelijke geschiedenis komt meestal uit bij GoA4. Welnu, de toekomst is zonder overdrijving aan CBTC, maar er is nog steeds geen eenduidige standaard voor de communicatie van CBTC-apparatuur en het is niet zeker dat die er ooit zal komen. Deze kwestie staat volop ter discussie omdat uniforme vereisten aan de ene kant leveranciersonafhankelijk ontwerp en onderhoud van het CBTC-systeem bevorderen, maar aan de andere kant standaardisatie de evolutie vertraagt.

De uitdaging van compatibiliteit, uitwisselbaarheid en interoperabiliteit is veel groter dan het lijkt en de oplossing heeft grote invloed op zowel CapEx als OpEx. Dit moet worden aangepakt tijdens de hele levenscyclus van het CBTC-systeem. De invoering van CBTC is nu dus een gezamenlijke verantwoordelijkheid van spoorwegautoriteiten en leveranciers om alle mogelijke compatibiliteitsaspecten in overweging te nemen om veilig en betrouwbaar vervoer te garanderen en het potentieel voor verdere netwerkontwikkeling te versterken.

Kernaspecten van CBTC-compatibiliteit

Meestal is CBTC een “bovenliggend niveau” van het signaleringssysteem. Veel spoorwegautoriteiten hebben besloten om conventioneel te laten als terugvalsysteem voor signalering, wat het veiligheidsniveau verhoogt. Koppelingen zijn cruciaal om de baanvakken onder conventionele en digitale signaleringssystemen te verbinden voor doorgaand gebruik en om systeemoverdracht mogelijk te maken tijdens inbedrijfstellingsprocedures. Bovendien kan CBTC ATP-, ATO- en ATS-subsystemen omvatten, wat het aansluitingsoppervlak vergroot.

Factoren die het bereik voor compatibiliteit bepalen:

Legacy signalering op de weg

Het is geen raketwetenschap om het oude relaisgebaseerde systeem te verbinden met het moderne microprocessorgebaseerde systeem als je vaardige signaleringstechnici hebt om schematische diagrammen te maken. De hoofdbrekens komen met de verbinding van oudere nieuwe microprocessorgebaseerde systemen via verouderde protocollen. Hier worden engineering resources nog belangrijker om systemen correct te simuleren en bij te werken. Deze upgrades vereisen vaak extra speciale transmissiemodules voor interfacing met oudere systemen, wat het systeem vaak ingewikkelder maakt.

CBTC-levering voor dispatching

Een CBTC-product met dispatchingfunctionaliteit suggereert een uiterst robuuste communicatie met de baanapparatuur en real-time gegevensoverdracht. De ervaring leert dat dergelijk “meerlaags” werk duurzame ontwikkeling en ondersteuning vereist. Tussenkomst van de HAL (tussenlaag) kan nodig zijn voor compatibiliteit, optimalisatie van het processorgebruik of het oplossen van geheugenproblemen – er is genoeg om mee om te gaan. Uitgebreide expertise in de ontwikkeling van spoorwegsystemen is hier vereist om een onberispelijke end-to-end supervisie te garanderen.

Interoperabiliteit voor systeemcomponenten

Omdat CBTC eerst een concept is, voorziet het niet in verplichte producten of leveranciers. De markt zit vol met incompatibele gepatenteerde producten die niet standaard uitwisselbaar zijn. Bij het ontwerpen van apparatuur kunnen sommige spoorgerelateerde eigenaardigheden na verloop van tijd ook zorgen voor incompatibiliteit.

Compatibiliteit voor onderdelen van CBTC-apparatuur: risico’s voor de toekomst

Zoals alle spoorwegsignaleringssystemen is het op CBTC gebaseerde systeem bedoeld voor tientallen jaren, wat er onvermijdelijk toe zal leiden dat sommige standaarden verouderd raken, zelfs binnen systemen van één leverancier. PLC’s, hun onderdelen en interfaces worden na verloop van tijd allemaal verouderde producten en veroorzaken compatibiliteitsproblemen. Met het onderhoudsproces en de toevoeging van nieuwe componenten kunnen legacyproducten zich onvoorspelbaar gaan gedragen. Het lijkt erop dat ze eenvoudig vervangen kunnen worden, maar weet u zeker dat u deze legacies over 20-30 jaar nog op de markt vindt? Het is moeilijk te voorspellen hoe pijnloos het CBTC-onderhoud op zo’n termijn zal zijn, en ook om de vraag naar deze verouderde systemen op de spoorwegmarkt te berekenen omdat ze vaak plotseling moeten worden vervangen.

Laten we voor nu een SD-kaart nemen. Deze standaard staat bovenaan: wijdverspreid en wereldwijd gebruikt, maar wie kan zijn positie over 20 jaar raden? Dit is precies wat er is gebeurd met PCMCIA – een wijdverspreide standaard voor geheugenkaarten die begin jaren ’00 werd gebruikt voor laptops en PLC’s. Vandaag de dag is deze standaard uit het straatbeeld verdwenen. Vandaag de dag voldoet het niet meer aan de eisen voor moderne digitale systemen, omdat het er niet compatibel mee is. Er is nauwelijks een kant-en-klare vervangende kaart op de markt te vinden, die maatwerk vereist om te voldoen aan complexe systemen, zoals spoorwegsignalering. In dit geval ontkom je er niet aan om verschillende leveranciers in te schakelen.

Natuurlijk zullen de huidige topstandaarden worden vervangen door nieuwe en efficiëntere standaarden. Het lot van legacy technologieën en hun gedrag onder moderne standaarden is een raadsel. Het beste wat hier gedaan kan worden is het ontwikkelen van toekomstgerichte strategieën voor CBTC-onderhoud met een groot aandeel aanpassingsactiviteiten.

Updates, simulatie en testen van CBTC

CBTC is een flexibel systeem dat is ontworpen om zich aan te passen aan de omstandigheden, behoeften en normen van een specifieke spoorweg. Elke infrastructurele upgrade, zoals het toevoegen van een nieuw knooppunt, voorziet het systeem van nieuwe functionaliteit die ook incompatibiliteitsrisico’s met zich meebrengt. Hetzelfde geldt voor upgrades van apparatuur, zoals het wijzigen van de configuratie van de besturingseenheid of het toevoegen van een krachtigere processor. Meerdere systeemupdates zijn dus onvermijdelijk, zowel voor als na ingebruikname – gedurende de hele levenscyclus. Het betreft zowel hardware- als softwarecomponenten van vergrendeling, ATP, dispatchingproducten, enzovoort, door middel van een modulair ontwerp. Na elke update moet worden gevalideerd dat een module de functionaliteit van de andere modules niet heeft beïnvloed. Elke kleine afwijking, zoals een verlenging van de responstijd, is hier kritisch.

Dit is waar spoorwegmaatschappijen in de nabije toekomst waarschijnlijk mee te maken zullen krijgen. Geavanceerde simulatietechnologieën worden dus van vitaal belang om elk interlockingscenario onder nieuwe systeemconfiguraties te valideren. Samen met verbeteringen voor signaleringstools is het de moeite waard om toekomstgerichte strategieën te ontwikkelen voor voortdurende compatibiliteitstesten om de juiste werking van het systeem te garanderen.

Voorspellend onderhoud van CBTC – bescherming tegen toekomstige uitdagingen

Over het algemeen komen compatibiliteitsproblemen aan het licht voor of vlak na systeemupgrades, maar soms begeeft een component het tijdens bedrijf, waardoor het risico op een signaleringsstoring toeneemt. Dit is een reden te meer om voorspellend onderhoud te implementeren bij spoorwegen.

Voorspellend onderhoud is een geavanceerde aanpak voor geavanceerde industriële systemen, die gebaseerd is op de detectie van de allereerste tekenen van een op handen zijnde storing, lang voordat deze zich voordoet. Met deze techniek kunnen alleen relevante onderhoudsactiviteiten worden gepland. Ten eerste kan het met succes worden toegepast op spoorwegovergangen. Door de overweg uit te rusten voor continue gegevensverwerving en -overdracht en deze gegevens door de analysetool te sturen, kan een storing nauwkeurig worden voorspeld, waardoor wachtrijen en gevaarlijke situaties op overwegen kunnen worden voorkomen. Ten tweede kunnen wegcontrollers dienovereenkomstig worden uitgerust. Ondanks diagnostiek aan boord moet je gevoeligere gegevens leveren om nauwkeurige voorspellingen te kunnen doen.

De complexiteit van CBTC kan ook de PLC-gegevensverwerving en -opslag compliceren, waardoor extra ingebouwd geheugen nodig is. Er is echter niets bijzonders aan het bouwen van analysemodellen voor dergelijke gevallen – het is alleen een kwestie van de relevante gegevensverzameling en de tijd die nodig is voor het trainen van neurale netwerken. Het is redelijk om aan te nemen dat IoT- en AI-technologieën de komende 20 jaar op grotere schaal zullen worden toegepast in de spoorwegindustrie.

Samenvattend over CBTC-interoperabiliteit

• CBTC-implementatie en -onderhoud zijn onlosmakelijk verbonden met het aanpakken van compatibiliteitsproblemen en aanpassingsbehoeften. Het is volledig in orde, maar vereist robuuste strategieën om deze uitdagingen aan te gaan.
• Na verloop van tijd zal een meerderheid van de CBTC-systeemcomponenten legacy worden en zullen de compatibiliteitsproblemen naar de nieuwe cyclus gaan.
• Eén enkele standaard voor CBTC-componenten kan het interoperabiliteitsprobleem gedeeltelijk oplossen, maar het onderhoud ervan nauwelijks vereenvoudigen.
• Interoperabiliteit en compatibiliteit zijn vandaag de dag alomtegenwoordig in spoorwegsignaleringssystemen. Het belangrijkste bij het streven naar compatibiliteit is om betrouwbare technische ondersteuning in te schakelen om de uiteindelijke veiligheid en prestaties van de ontwikkelde oplossingen voor spoorsignalering te garanderen.

Verder lezen:

• RailTech Europe ’24: Een nieuw signaleringssysteem voor de metro van New York City
• Alstom verkoopt Noord-Amerikaanse conventionele signaleringsactiviteiten aan Knorr-Bremse
• Siemens Mobility gaat Kopenhagen S-bane tegen 2033 upgraden met ATO
• Cybersecurity voor spoorwegsystemen – hoe te handhaven in het digitale tijdperk