S.l.dr.ing Maria Claudia SURUGIU Absolvent Florin BĂDĂU București 2018 UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” DIN BUCUREȘTI FACULTATEA TRANSPORTURI… [615426]

UNIVERSITATEA „ POLITEHNICA ” DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA TRANSPORTURI

Departamentul Telecomenzi și Electronică în Transporturi

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator științific
S.l.dr.ing Maria Claudia SURUGIU Absolvent: [anonimizat]
2018

UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA TRANSPORTURI

Departamentul Telecomenzi și Electronică în Transporturi

Sistem de semnalizare pentru
transport ul feroviar urban

Coordonator științific
S.l.dr.ing Maria Claudia SURUGIU Absolvent: [anonimizat]
2018

Cuprins

INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 1
CAPITOLUL 1. TIPURI DE SISTEME DE SEMNALIZARE PENTRU LINII
URBANE DE CALE FERAT Ă ………………………….. ………………………….. …………………………. 4
1.1 INSTALAȚIA DE AUTOSTO P (INDUSI) ………………………….. ………………………….. ………. 4
1.2 CONTROLUL TRENULUI BA ZAT PE COMUNICAȚII (CBTC) ………………………….. ………… 9
1.3 CONTROLUL TRENULUI PR IN CIRCUITE DE CALE CODATE ………………………….. ……….. 12
CAPITOLUL 2. SISTEMUL DE SEMNALIZ ARE AL METROULUI DIN
BUCUREȘTI (CITYFLO 3 50) ………………………….. ………………………….. ………………………… 15
2.1 PREZENTAREA SISTEMULU I ………………………….. ………………………….. …………………… 15
2.1.1 Sub-sistemul ATP ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 17
2.1.2 Sub-sistemul ATO ………………………….. ………………………….. ………………………….. 17
2.2 ECHIPAMENTUL DIN CALE ………………………….. ………………………….. …………………….. 18
2.2.1 Circuitul de cale în audiofrecvență TI 21 – M………………………….. …………………. 18
2.2.2 Telegrama ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 20
2.2.3 Balize le ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 20
2.3 TRENURILE DE METROU ………………………….. ………………………….. ……………………….. 22
CAPITOLUL 3. PROIECTARE SISTEM DE SEMNALIZARE PENTRU
TRANSPORTUL FEROVIAR URBAN ………………………….. ………………………….. ………….. 24
3.1 CRITERII DE PROIECTAR E ………………………….. ………………………….. ……………………… 24
3.2 INSTALAȚIA DE CENTRAL IZARE ………………………….. ………………………….. …………….. 26
3.2.1 Proiectare hardware ………………………….. ………………………….. ………………………… 26
3.2.2 Proiectare software ………………………….. ………………………….. …………………………. 35
3.3 TRENUL DE METROU ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 38
3.3.1 Proiectare hardware ………………………….. ………………………….. ………………………… 38
3.3.2 Descriere software ………………………….. ………………………….. ………………………….. 44
CAPITOLUL 4. CALCULE DE FIABILITA TE ………………………….. ……………………….. 46
CAPITOLUL 5. CALCUL ECONOMIC ………………………….. ………………………….. ……… 49
CONCLUZIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 50
DICȚIONAR EXPLICATIV DE TERMENI ȘI ABREV IERI ………………………….. ………. 52
LISTA FIGURILOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 54

LISTA TABELELOR ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 55
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 56
ANEXA 1 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 59
ANEXA 2 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 60

1 Introducere
Apariția transportului pe calea ferată la începutul secolului XIX a revoluționat domeniul
transporturilor și a amplificat progresul tehnologic și econ omic la nivel mondial. Ca multe
tehnologii aflate la început, calea ferată nu prezenta un grad foarte ridicat de siguranță pentru
utilizatori sau pentru personalul implicat în desfășurarea activității de transport.
Primele linii de cale ferată erau opera te exclusiv pe baza informațiilor disponibile în
câmpul vizual al mecanicului. Aceștia trebuiau să fie deosebit de atenți la potențialele obstacole
prezente în fața trenului și să acționeze în mod corespunzător. Numeroase accidente au dovedit
că pentru a f râna în siguranță, trenurile au nevoie de informații în avans legate de traseul din
fața lor .
Sistemele de semnalizare pentru calea ferată au apărut din nevoia de a spori gradul de
siguranță al acestui mod de transport. Soluțiile implementate au variat de-a lungul timpului,
modernizându -se odată cu apariția de noi tehnologii și ținând cont de evenimentele petrecute
anterior în timpul circulației trenurilor.
Inițial s -a permis circulația trenurilor la intervale fixe de timp, suficiente pentru a
garanta o distanță de siguranță între două trenuri succesive. Vehiculele se defectau însă des, iar
fără o modalitate de a comunica cu cei care autorizau mișcările trenurilor, posibilitatea
producerii de accidente era încă ridicată. Delimitarea trenurilor în timp a condus la împărțirea
traseului de cale ferată în segmente, denumite secțiuni sau blocuri. Fiecare dintre aceste secțiuni
este dotată cu semnale fixe, care permit sau nu accesul trenurilor.
Primele tipuri de semnale fixe folosite au fost s emnalele mecanic e. Acestea sunt
construite sub forma unor catarge de metal dotate în vârf cu o paletă care poate fi așezată într –
un număr limitat de poziții, fiecare corespunzând unei indicații. Controlul asupra semnalului se
realizează prin intermediul unui sistem de sâr me și scripeți. Punctele de control ale semnalelor
comunicau între ele prin intermediul liniilor de telegraf.
Semnalele fixe au fost integrate ulterior în noile instalații de centralizare , a căror rol este
de a comanda semnalele și macazurile din zona stației astfel încât să se evite efectuarea unui
parcurs pentru un tren pe un traseu folosit deja de alt tren. Primele astfel de instalații au fost
realizate cu componente mecanice care făceau imposibil din pu nct de vedere fizic efectuarea
parcurselor incompatibile.
Odată cu extinderea rețelelor de electrificare, instalațiile de centralizare mecanică au
fost înlocuite cu instalații bazate pe relee electromagnetice, proiectate special pentru calea ferată.
Releele sunt aranjate în configurații complexe, care îndeplinesc funcții logice utilizate la
procesarea informației legate de compatibilitatea parcursurilor [1].
Instalațiile de centralizare de generație curentă sunt construite în jurul unor unități de
calcul specializate. Logica de control este implementată la nivel de soft, ceea ce permite o
reconfigurare mult mai facilă a sistemului.
Fiecare țară și -a dezvolta t sistemul de semnalizare pentru calea ferată în regim propriu
sau împrumutând tehnologii din alte state. Creșterea schimburilor comerciale între statele

2 europene și a traficului transfrontalier au accentuat un mare neajuns al sistemelor de
semnalizare naționale : incompatibilitatea între sistemele țărilor vecine . Pentru a remedia
această problemă a fost dezvoltat sistemul ERTMS. Format din două componente, GSM -R și
ETCS, acesta promite să ușureze traficul feroviar între țările europene și este obligatoriu
implementat în toate noile proiecte de semnalizare finanțate de către Uniunea Europeană [2].
Odată cu dezvoltarea centrelor urbane a crescut gradul de congestie d in interiorul lor,
ceea ce a forțat o nouă abordare în domeniul transportu lui de călători . Densitatea ridicată de
clădiri din centrul orașelor și spațiul limitat de la nivelul solului nu au permis construirea unor
linii de cale ferată convenționale. Noile linii urbane au fost de cele mai multe ori îngropate sau
construite pe niște structuri deasupra nivelului solului [3].
Căile ferate urbane ale căror trasee se află în mare parte în subteran poartă, în general,
denumirea de metrou. La nivel mondial există în prezent 180 de orașe care dispun de sisteme
de me trou [4]. Deși principiile de operare și de siguranță a circulației sunt similare, sistemele
de metrou prezintă câteva caracteristici care le diferențiază de sistem ele convenționale de cale
ferată. Cea mai importantă limitare a sistemelor de metrou este lipsa de spațiu în tunele, ceea
ce face amplasarea de-a lungul traseului a semnalelor și a celorlalte echipamente de cale dificilă .
Deoarece acest tip de sisteme est e folosit zilnic de un număr foarte ridicat de călători,
este important ca circulația să se desfășoare într -un mod sigur și la intervale optime de timp.
Aceste cerințe sunt îndeplinite de către s istemele de semnalizare . Ele au fost inițial împrumutate
de la calea ferată , iar prin adaptări au evoluat în sisteme de semnalizare specializate pentru
metrou , dând naștere unui nou set de termeni tehnici .
Sistemele automate pentru protecția trenului (ATP) sunt întâlnite la toate tipurile de
sisteme de cale ferată. Acestea au rolul de a opri trenul dacă acesta nu este condus conform
indicațiilor semnalelor de pe teren, evitându -se astfel accidentele provocat e de neatenția
mecanicilor. Inițial acest tip de sisteme putea doar să avertizeze mecanicul, dar în prezent
acestea acționează direct asupra trenului [5].
Un elem ent specific căilor ferate urbane este sistemul automat de conducere a trenului
(ATO). Acesta preia atribuțiile mecanicului legate de adaptarea vitezei de circulație sub
restricțiile impuse, permițând în general acestuia doar pornirea de pe loc a trenului. Conducerea
automată se face prin preluarea datelor din sistemul ATP existent, motiv pentru care sistemul
ATO este dependent de sistemul ATP. Fiecare sistem de transport prezintă diferite grade de
automatizare și o distribuție diferită a atribuțiilor într e mecanic și sistem.
Aceste două sisteme sunt deseori comasate într -un sistem mai mare care poartă
denumirea de sistem automat pentru controlul trenului (ATC). O componentă suplimentară care
poate fi înglobată în ATC este sistemul automat de supervizare a trenului (ATS). Sistemul ATS
compară mersul trenurilor din teren cu cel din graficul de circulație și generează automat
comenzi de ajustare a vitezei pentru trenuri dacă detectează neconcordanțe [6].
Lucrarea de față are ca temă studierea sistemelor de semnalizare pentru linii urbane de
cale ferată, cu precădere sistemele de metrou. Alegerea temei a fost motivată de relevanța

3 acesteia pentru domeniul de studi i absolvit și din propria mea dorință de a mă familiariza cu
această familie de sisteme de semnalizare.
În cadrul lucrării am proiectat un model de sistem de semnalizare pentru metrou care
îndeplinește toate funcțiile de bază ale unui sistem real. Proiecta rea modelului a ținut cont de
sistemul de semnalizare CITYFLO 350 aflat în funcțiune la Metroul din București pe
Magistralele 1, 2 și 3. Am ales acest sistem ca referință deoarece este un sistem modern, care
corespunde standardelor naționale și internațion ale de siguranță a circulației . Un alt motiv
pentru această alegere este faptul că am efectuat instruirea practică din anul III de studii în
cadrul METROREX S.A. la secția SCB, unde mi -a fost prezentat sistemul de semnalizare
CITYFLO 350 și mi -s-a pus la d ispoziție documentația relevantă sistemului. Astfel, etapa de
documentare în vederea elaborării lucrări i de diplomă mi-a fost ușurată.
Această este structurată cinci capitole după cum urmează:
• Capitolul 1 – Prezentare a trei sisteme de semnalizare pentru traficul feroviar urban
implementate la nivel național sau internațional;
• Capitolul 2 – Descriere a sistemului de semnalizare CITYFLO 350 aflat în funcțiune la
Metroul din București, sistem de referință pentru modelul proiectat;
• Capitolul 3 – Proiectarea unui sistem de semnalizare sub forma unui model care
îndeplinește funcțiile principale ale sistemului descris în capitolul anterior. Un
subcapitol introductiv ilustrează principiile de proiectare ale sistemului. Sistemul este
alcătuit din două componente: i nstalația de centralizare și trenul de metrou. Fiecare
dintre ele este descrisă la nivel funcțional, hardware și software . Modelul proiectat se
distinge prin folosirea unor componente electronice de uz general pentru realizarea
funcțiilor unui sistem real foarte specializat ;
• Capitolul 4 – Calcule de fiabilitate pentru echipamentele proiectate;
• Capitolul 5 – Calculul economic pentru realizarea modelului proiectat.

4 Capitolul 1. Tipuri de s isteme de semnalizare pentru linii
urbane de cale ferată
1.1 Instalația de autostop ( INDUSI )
Având în vedere că sistem ele de transport urbane pe cale ferată sunt foarte asemănătoare
cu cel e feroviar e tradiționale , soluțiile implementate pentru siguranța circulației au fost
„împrumutate” de la calea ferată de suprafață, fiind adaptate pent ru noile condiții de circulație .
În România, odată cu construirea metroul din București, s -a realizat o adaptare a sistemului
automat de control a l vitezei , INDUSI, utilizat de CFR.
Instalația de autostop de tip INDUSI reprezintă un sistem de control al v itezei de tip
discontinuu, verificarea vitezei realizându -se în puncte fixe de pe traseu. Elementele instalației
sunt distribuite între teren și materialul rulant . În term eni actuali, aceasta reprezintă un sistem
ATP.
Locomotiva este dotată cu un echipament care conține un oscilator de audiofrecvență și
un circuit rezonant serie LC. Frecvența de rezonanță a circuitului serie este cea a oscilatorului,
drept pentru care curentul care circulă prin circuit ia valoarea maxim ă. Un amplificator
electronic preia curentul menționat anterior și comandă un releu electronic cu prag , iar mai
departe un releu de impuls , care este atras în stare normal [7]. Bobina montată într -o carcasă,
în afara locomotivei poartă denumire de inductor (Figura 1. a).
Un alt inductor este montat în dreptul fiecărui semnal, în partea dreaptă pe fiecare sens
de circulație. Circuitul rezonant al acestui inductor este calibrat pe aceeași frecvență ca
inductorul locomotivei, dar structura acestuia este de tip derivație. Un contact al semnalului
adiacent , montat în paralel cu circuitul rezonant controlează starea inductorului de cale .
Indicația restrictivă a semnalului implică deschiderea contactului și trecerea inductorului în
starea activă, în timp ce un semnal fără restricții produce trecerea inductorului în starea inact ivă
prin închiderea contactului și scurtcircuitarea circuitului rezonant.
Pe timpul circulației locomotivei între semnale curentul prin inductorul acesteia r ămâne
constant (aproximativ 200 mA) , iar releul de impuls RI este atras. În momentul trecerii pe
deasupra unui inductor activ , inductanța bobinei din interiorul inductorului locomotivei crește,
iar valoare a curentului prin acesta scade pentru o perioadă foarte scurtă de timp , ceea ce duce
la dezexcitarea releului de impuls (Figura 1. b).
Deși t recerea peste un inductor inactiv modifică inductanța bobinei, curentul prin
inductorul locomotivei rămâne constant. Prin efectul de transformator scurtcircuitul din
circuitul rezonant paralel se transferă într -o rezistență, R’, aflată în paralel cu bobina
inductorului locomotivei (Figura 1. c).
Chiar și la o viteza de circulație scăzută, cele două inductoare se suprapun pentru foarte
scurt timp (ex: pentru o viteză de 72 km/h intervalul de suprapunere este de 25 ms) [7].
Deoarece releele obișnuite nu pot reacționa atât de repede, este necesară montarea unui releu
electronic, RE, înaintea releului de impuls , care detectează scăderea bruscă a curentului și

5 memorează acest lucru. Căderea releului RI acționează prin circuite speciale frânele
locomotivei.

Figura 1. Principiul de funcționare al instalației de tip INDUSI [7]

Reatragerea releului RI se face doar de către mecanic prin acționarea unui grup de
butoane. Funcționarea releului este înregistrată pe o bandă care poate fi ulterior consultată la
depou în vederea verificării modului în care au fost efectuate parcursurile de către mecanic.
Utilizarea unei singure frecvențe limitează instalația de pe locomotivă la o singură
informație disponibilă din cale. În practică, se folosesc trei inductoare în aceeași carcasă, fiecare
O
A
+
RE
Tr.
RI
I
C
L
a)
K
O
A
+
RE
Tr.
RI
I-ΔI
C
L+ΔL
l
C1
fix
mobil
b)
K
O
A
+
RE
Tr.
RI
I
C
L+ΔL
l
C1
fix
mobil
R’
c)

6 acordat pe o frecvență diferită. Evident, la bordul locomotivei există trei relee de impuls, care
cad doar în momentul trecerii peste un inductor de cale de aceeași frecvență.
Instalația de pe locomotivă conține un generator de 2030 Hz, iar prin două divizoare de
frecvență montate după acesta sunt generate celelalte două frecvențe de 1015 Hz și 507,5 Hz.
Pentru o exprimare mai simplă, frecvențele se rotunjesc la 2000 Hz, 1000 Hz, respectiv 500 Hz.
Locomotiva este dotată cu doi inductori, fiecare fiind activ doar pentru deplasarea într -un
anumit sens (Figura 2. ).

Figura 2. Schema bloc a instalației INDUSI de pe locomotivă [7]

Oscilator
2030 Hz
Amplificator
intermediar
Amplificator
2030 Hz
Divizor cu
doi
Amplificator
1015 Hz
Divizor cu
doi
Amplificator
507,5 Hz
A
+
RE
Tr.1
RI1
C1
A
+
RE
Tr.2
RI2
C2
A
+
RE
Tr.3
RI3
C3
R1
R2
R3
P1
P1
P1
P2
P2
P2
L1
L2
L3
L1’
L2’
L3’
-24 V
+24 V
Cofretul locomotivei
Bloc
testare
(măsurare
curent
inductori)
Contactor
inversor
de mers
Inductorul 1 al
locomotivei
Inductorul 2 al
locomotivei

7 Modul de funcționare a l instalației de autostop este ilustrat în Figura 3. Odată cu
depășirea unu i semnal prevestitor, aflat pe galben, releul de impuls corespunzător frecvenței
inductorului se dezexcită și activează un releu de timp de 4s, precum și un releu de 20, 26 sau
34 s în funcție de rangul trenului. Simultan, la bordul locomotivei are loc o n otificare a
mecanicului printr -o indicație luminoasă și un semnal auditiv. În decurs de 4 s mecanicul
trebuie să acționeze un buton de „atenție” (controlul vigilenței mecanicului) , caz în care
semnalul auditiv încetează, dar indicația luminoasă rămâne apri nsă. Dacă mecanicul nu
confirmă vigilența în decurs de 4 s, instalația frânează trenul în mod automat [8].
Menținerea indicației luminoase indică faptul că urmează un al doilea control al vitezei,
V2, într -un interval de timp determinat de rangul trenului prin releele de impuls de 20 – 34 s.
Viteza controlată în acest moment este și ea dependentă de rangul trenului. Dacă viteza trenului
se înscrie în limitele impuse de instalație, indicația luminoasă se stinge , iar trenul este condus
corect. Dacă însă viteza trenului este prea mare în momentul t 2, trenul este frânat în mod
automat până la viteza corectă.

Figura 3. Controlul vitezei [7]

Depășire inductorului de 500 Hz, montat la 250 m înaintea semnalului care ordonă
oprirea, duce la dezexcitarea releului de impuls corespunzător și declanșează o nouă verificare
a vitezei. D acă viteza se află sub limitele impuse pentru V 3, iar mecanicul continuă frânarea,
trenul se oprește înaintea semnalului.
V (km/h)
PrX
120

100

80

60

40

20
1000 Hz
2000 Hz
500 Hz
X
Depășire semnal
Control
vigilență
t1=4s
20s – rapid
t2 26s – persoane
34s – marfă
95 km/h
V2 65 km/h
50 km/h

65 km/h
V3 50 km/h
40 km/h

V1
V2
V3
1000 m
250 m
200 m
M
Control
viteză V 2
Control
viteză V 3
Punct de
oprire
Punct de
acoperire

8 Dacă din diferite motive mecanicul nu mai frânează, începând din punctul M, trenul
depășește semnalul și inductorul activ de 2000 Hz . În acel moment, instalația de autostop
intervine și oprește trenul înainte de intrarea în stație.
Din descrierea funcționării instalației de autostop INDUSI, este evident că m odul de
instalare a inductoarelor de cale este determinat de natura semnalelor (mecanice sau luminoase)
de care se leagă acestea :
• 500 Hz – servește la verificarea vitezei V 3 și se instalează la 250 m înaintea unui semnal
care ordonă oprirea;
• 1000 Hz – se instalează în dreptul semnalelor prevestitoare;
• 2000 Hz – se instalea ză în dreptul semnalelor care pot ordona oprirea trenului
Anumite semnale au rol de prevestitor, dar pot oferi și indicații de oprire. Este cazul
semnalelor de bloc, a semnalelor de intrare și a celor de ieșire. Pentru aceste semnale s -a
proiectat un indu ctor de cale care funcționează atât pe 1000 Hz, cât și 2000 Hz . Frecvența
inductorului este selectată de un contact care introduce în circuitul rezonant încă un condensator
[7].
În practică, inductoarele de cale nu se amplasează în dreptul semnalelor, ci la 6 m în
fața acestora. Motivul pentru această distanță este modul în care inductorul este montat pe
locomotivă (el nu e instalat în vârful locomotivei, ci la câți va metrii de prima osie).
Instalația INDUSI utilizată la metrou l din București are același mod de funcționare ca
cel descris anterior. Diferențele dintre instalații sunt reprezentate de valori le unor parametrii
(viteze, distanțe) și a modului de amplasa re a inductorilor de cale. Din limită de spațiu în
tunelele de metrou, inductoarele de cale sunt amplasate în interiorul liniei, pe partea dreaptă a
sensului de circulație.
Având în vedere faptul că sistemul de metrou utilize ază un singur rang de tren pentru
circulație, instalația INDUSI monitorizează o sigură limită de viteză în punctele de măsurare.
Viteza de exploatare fiind inferioară celei de la cale ferată clasică, distanțele de montare a
inductoarelor de cale sunt diferite (Figura 4. ).

Figura 4. Distanța de instalare a inductoarelor de cale la metrou [9]

500 Hz
1000/2000 Hz
90 m
2 – 4 m

9 1.2 Controlul trenului bazat pe comunicații (CBTC)
Odată cu creșterea fluxului de călători, a fost nevoie de dezvoltarea unor soluții care să
sporească capacitatea liniilor de transport. O astfel de soluție o reprezintă controlul trenului
bazat pe comunicații (CBTC). Acest sistem de semnalizare feroviară reușește să elimine un
mare neajuns al sistemelor clasice , bazate pe circuite de cale .
În mod normal, un circuit de cale detectează preze nța trenului pe sectorul de bloc
supravegheat, dar nu poate oferi date legate de poziția exactă a acestuia pe sectorul respectiv.
Astfel, sectoarele de bloc anterioare vor primi ace leași indicații, indiferent dacă trenul se află
la începutul sau la finalul sectorului. Acest principiu de funcționare duce la creșterea distanței
minime între trenuri succesive și implicit la o limitare a numărului de trenuri care pot circula
pe întreaga linie (Figura 5. a). Pentru o detecție mai precisă se pot folosi sectoare de bloc mai
scurte, lucru care implică instalarea de echipament suplimentar și implicit costuri mult mai
ridicate.
Sistemul CBTC nu ma i utilizează sectoare de bloc de lungime fixă, optând pentru
sectoare de bloc dinamice. Circuitele de cale sunt eliminate, detecția trenului făcându -se prin
comunica ția radio permanentă între tren și echipamentul de cale. Deoarece poziția trenului este
cunoscută mult mai precis, acesta nu mai ocupă un întreg sector de bloc și nici nu mai limitează
viteza pe sectorul anterior. Trenul prezintă , în schimb, o amprentă egală cu lungimea acestuia,
plus o marjă de siguranță în față și în spate (Figura 5. b). Curba de frânare este calculată în mod
continuu, trenurile comunicând în permanență cu echipamentele de cale. Acest lucru permite o
apropiere mult mai mare a trenurilor și o creștere a capacității de transport.

Figura 5. Comparație între sectorul de bloc fix (a) și sectorul de bloc dinamic (b) [10]

a)
b)
amprentă

10 La nivel global nu există o standardizare a sistemelor CBTC care să facă posibilă
utilizarea echipamentelor de la diferiți producători [11]. Din acest motiv este dificil de realizat
o prezentare detaliată a tuturor sistemelor de tip CBTC.
Arhitectura generală a sistemului și funcțiile principale ale acestuia sunt însă
reglementa te la nivel internațional [12]. Conform acestor documente structura unui sistem
CBTC se prezintă în felul următor:

Figura 6. Schema bloc a unui sistem CBTC [12]

Blocul CBTC ATS reprezintă echipamentul aflat la o locație centrală (sau în mai multe
locații aflate pe teren), care îndeplinește funcțiile ATS. Printre aceste funcții se numără:
identificarea, monitorizarea și afișarea trenurilor, realizarea manuală și automată a parcurselor
și respectarea programului de operare .
Echipamentul de cale (EC CBTC) este alcătuit dintr -o rețea de controlere instalate la o
locație centrală (sau în mai multe locații aflate pe teren) . Fiecare controler de cale se conectează
la echipamentul CBTC de la bordul trenului folosind rețeaua de comunicații. Există, de
asemenea, posibilitatea de conectare a acestui echipament la instalații de centralizare
electronică (interlocking) externe și la blocul CBTC ATC.
Echipamentul CBTC de la bordul trenului (OB CBTC) conține unul sau mai multe
control ere cu rol de procesare și alte instrumente sau senzori folosiți la determinarea vitezei și
a poziției trenului. Acest bloc dispune de interfețe către subsistemele trenului (ex: afișarea
datelor de mers pentru mecanic) și către echipamentul de cale și CBTC ATC utilizând rețeaua
de comunicații. Echipamentul de bord este responsabil pentru determinarea locației trenului,
pentru implementarea restricțiilor de viteză și pentru alte funcții de bord ATP și ATO.
Rețeaua de comunicații CBTC (RC CBTC) permite comun icația între echipamentele de
cale, între echipamentul de cale și tren și, acolo unde este implementată, între trenuri. Legătura
CBTC ATS
RC CBTC
IL
OB
CBTC
EC CBTC
Subsistemele
trenului
Interfață fizică
Interfață
funcțională

11 de date dintre subsistemele importante ale sistemului CBTC trebuie sa fie bidirecțională, să
dispună de suficientă lățime de ba ndă și să aibă întârzieri cât mai mici. De asemenea, datele
trebuie transmise printr -un protocol de comunicații care să garanteze integritatea acestora.
Instalația de centralizare (IL ) reprezintă un subsistem extern sistemului CBTC, care
îndeplinește func țiile normale ale unei instalații de centralizare bazându -se pe un sistem
secundar de detecție a trenului. Printre aceste funcții se numără verificarea și înzăvorârea
parcursurilor în vederea evitării manevrării macazurilor sub un tren aflat în mișcare și
coliziunilor între trenuri.
Informația care circulă între IL și EC CBTC poate fi încadrată în două categorii:
• Indicații (de la IL către EC CBTC): starea macazurilor, starea fiecărui circuit de cale și
a fiecărui semnal, etc;
• Controale (de la EC CBTC la IL): modificări ale funcțiilor de centralizare și ale
aspectelor semnalelor în funcție de detecția trenurilor de instalația CBTC și de limitele
impuse de autoritatea de mișcare.
Detecția trenului se realizează prin balize instalate de -a lungul traseului, între șine, la
intervale regulate. Trenul citește de pe acestea poziția brută, iar tahometrele de la bordul trenului
corectează distanța în calculatorul de bord. Distanța calculată de tren reprezintă suma dintre
poziția ultimei balize citite și indicația t ahometrului (Figura 7. ).
Transmisia datelor către echipamentul de cale se realizează în prezent prin radio. Puncte
de acces sunt instalate de -a lungul căii de rulare, trenul conectându -se și deconectându -se de la
acestea pe măsură ce intră sau iese din raza de acoperire. Protocolul utilizat pentru această
transmisiune este Ethernet TCP/IP sau UDP/IP, ceea ce oferă un grad de flexibilitate mai mare
și posibilități de extindere [13].

Figura 7. Detecția trenului în sistemul CBTC [13]
Tren
A
100 m
B
200 m
C
300 m
D
400 m
Echipament
de cale
Punct de
acces
Balize
Punct de
acces
Legătură de
comunicații
98,3 cm

12 1.3 Controlul trenului prin circuite de cale codate
Automatizarea conducerii trenurilor implică proiectarea unor sisteme de control în buclă
închisă, al căror rol este de a regla modul de conducere prin compararea parametrilor din teren
cu cei de referință. Aceste funcții sunt îndeplinite de către sistemele ATP. Circuitele de cale
folosite deja în multe sisteme de transport pot fi utilizate pentru a transmite la bo rdul vehiculului
informații utile sistemului ATP [15].
Circuitele de cale tradiționale, atât cele de curent continuu, cât și cele de curent
alternativ , sunt limitate din punct de vedere al informației. Ele raportează starea de liber sau
ocupat a liniei, dar nu pot fi folosite pentru transmisia altor informații, cum ar fi starea
semnalelor de pe traseu sau pentru repetarea indicațiilor luminoase la bordu l trenului.
Perturbațiile curentului de tracțiune au, în ciuda tuturor măsurilor de protecție, o influență
semnificativă asupra circuitelor de cale.
Pentru a ameliora aceste neajunsuri au fost dezvoltate circuitele de cale codate, care
modul ează semnalele de viteză . Acestea asigură o transmisie mai bună în cale, permit
transmisia informațiilor între cale și tren și oferă o protecție mai bună la perturbații [14].
După domeniul de frecvențe, aceste echipamente se clasifică în:
• Circuite de cale de joasă frecvență (25 – 225 Hz);
• Circuite de cale de înaltă frecvență /audiofrecvență (400 – 20 kHz) .
După metoda de transmisie a informației, aceste circuitele de cale se clasifică în:
• Circuite de cale codate:
o De curent continuu;
o De curent alternativ;
• Circuite de cale codate binar.
Primul tip de circuite de cale are ca principiu de funcționare generarea unor impulsuri
de curent continuu sau alternativ de o anumită durată (cod) , corespunzătoare unei comenzi de
viteză [14]. La instalațiile de semnalizare cu relee, starea secțiunii de cale este indicată de
poziția unui releu de cale. Recepționarea codului se face prin intermediul unui releu de recepție
legat la un transformator decodor, care comandă releul de cale. El rămâne atras atât timp cât
secțiunea supravegheată este liberă, indiferent de codul recepționat [16].
Semnalele alternative se folosesc după același principiu, dar la recepție sunt numărate
sinusoidele din impulsuri și din pauze [14]. Trebuie ținut cont de faptul că rata impulsurilor
(câteva impulsuri pe secundă) este mult mai mică decât frecvența semnalului folosit de circuitul
de cale [15].
Circuitele de cale în audiofrecvență funcționează la frecvențe foarte îndepărtate de cele
ale rețelei de alimentare, ceea ce permite o filtrare mult mai ușoară a semnalului util. Captarea
de către tren a informației din șină este mult ușurată de apariția, la frecvențe înalte, a unui câmp
electromagnetic mai puternic în șină [14].
Semnalul din șină este preluat prin intermediul unor bobine de captare, montate în fața
primei osii a trenului, la câțiva cent imetri deasupra fiecărei șine. Câmpul magnetic induce în

13 bobine (denumite și antene) un semnal, care este demodulat și interpretat la bordul trenulu i [15]
(Figura 8. ).

Figura 8. Modul de funcționare al circuitelor de cale codate [15]

Informația destinată trenului este transmisă pr in modificarea frecvenței semnalului
purtător , realizându -se astfel o modulație în frecvență . Acest mod de codare a informației este
ideală pentru sistemele digitale, care au nevoie de două frecvențe pentru a reprezenta posibilele
valori ale unui bit de informație. Modulația realizată de aceste circuite de cale este de tip digitală
de frecvență (FS K), mai precis modulație digitală binară de frecvență (BFSK) [15].
În funcție de natura sistemului de conducere a trenului (automat sau semiautomat)
informația recepționată este folosită direct de tren (ATO) sau este pusă la dispoziția mecanicului,
care trebuie să opereze trenul în conformitate cu acestea (semnalizare la bordul vehiculu lui).
Atenuarea liniei este amplificată la frecvențe înalte grație inductanței liniare și a
capacității dintre șine și dintre șine și balast. Odată cu creșterea distanței, a mplitudinea
semnalelor emise în șină scade relativ repede. Acest lucru permite reutilizarea aceleiași
frecvențe după o distanță de câteva sute de metri fără a per turba semnalele generate de circuitele
de cale vecine. Mai mult, circuitele de cale în audiofrecvență permit scoaterea joantelor izolante
și a bobinelor de joantă, eliminând astfel șocurile generate de trecerea trenului pe deasupra
regiunii de graniță dint re două secțiuni adiacente [14].
Modelul proiectat în cadrul acestei lucrări are ca model de referință un sistem de
semnalizare bazat pe astfel de circuite de cal e. În Capitolul 2 acest sistem este descris în detaliu,
împreună cu un exemplu de circuit de cale în audiofrecvență.
Acest tip de sistem de semnalizare prezintă diferențe substanțiale față de celelalte două
descrise anterior (INDUSI, CBTC). Diferențele dintre sisteme se datorează tehnologiilor și
echipamentelor folosite, conceptul și regulile de siguranță rămânând simila re. Din punct de
vedere al maturității tehnologiei, sistemul de semnalizare INDUSI este cel mai vechi dintre cele
trei, în timp ce sistemul CBTC este cel mai nou. Cantitatea de informații folosită de fiecare
sistem este însă invers proporțională cu vechime a acestuia , ceea ce permite automatizarea
ATP
Generator
de cod
Receptor

Cod transmis
Bobine
captatoare
Interfață tren
– mecanic

14 conducerii trenurilor la sistemele de generație nouă. În tabelul următor am rezumat câteva
diferențe esențiale între sistemele de semnalizare prezentate.

Tabel 1. Comparație a sistemelor de semnalizare pentru căi ferate ur bane
Caracteristică INDUSI CBTC Circuite de cale
codate
Sectoare de bloc Fixe Dinamice Fixe
Semnale Existen te Opționale Opționale
Circuite de cale Existente Inexistente Existente
Joante izolante Existente Inexistente Inexistente
Mediu de comunicare Cabluri Radio Circuite de cale
Sensul comunicării CTC – Tren Sens dublu CTC – Tren
Semnalizare la bord Punctuală Continuă Continuă
Funcții automate ATP ATP, ATO, ATS ATP, ATO, ATS

15 Capitolul 2. Sistemul de semnalizare al metroului din
București (CITYFLO 350)
2.1 Prezentarea sistemului
În anul 2002, Firmei Bombardier Transportation i-a fost încredințat contractul pentru
modernizarea semnalizării pe Magistrala 2 a metroului din București. Acesta a vizat înlocuirea
vechiului sistem de semnalizare cu sistemul CITYFLO 350 și achiziția de material rulant
compatibil cu noua instalație. Doi ani mai târziu, firma a încheiat un contract pentru înlocuirea
semnalizării pe Magistralele 1 și 3 cu același sistem [17].
Structura sistemului CITYFLO 350 imp lementată la metroul din București este ilustrată
în Figura 9.

Figura 9. Arhitectura sistemului de semnalizare CITYFLO 350 [18]
LC
CTC
EBIScreen
AVI
PIS
IPU950
EBILock 950
CBI
FEU
Spre CBI
adiacent
Sistem controler obiecte
Dulap
AFTC
AFTC
EBITrack 300
ATP+ATO
EBICab 800
Cod ATP
Semnal
Macaz

16 Elementele sistemului, împreună cu funcțiile acestora , se prezintă în felul următor [18]:
• Dispeceratul central de trafic (CTC). Reprezintă interfața dintre dispecer și sistemul de
semnalizare, dar nu este un sistem de siguranță. Funcțiile CTC sunt:
o Interfață om -mașină. Oferă o imagine de ansamblu a situației de trafic, a
alarmelor, a in dicațiilor și a comenzilor de la operator;
o Stabilirea traseelor (manual și automat);
o Descriere a trenului;
o Generarea și urmărirea graficelor de circulație;
o Interfață cu sistemul de informare a pasagerilor (PIS) ;
o Interfață cu sistemul de identificare automa tă a vehiculului (AVI).
• Controlul local (LC) este folosit pentru monitorizarea și operare unei anumite zone.
Terminalul de control este instalat de obicei în vecinătatea zonei de responsabilitate a
instalației de centralizare și este responsabil pentru ace sta;
• EBIScreen este un sistem integrat de control și supraveghere format din stațiile de lucru
ale dispecerilor, serverele de aplicație și rețeaua locală de comunicații. Poate fi folosit
ca sistem de control local, care controlează doar o arie limitată;
• Instalația de centralizare electronic ă (CBI) este construit în jurul calculatorului IPU950,
care funcționează pe logica de centralizare . CBI gestionează logica și conexiunile legate
de siguranța dintre semnale, circuite de cale, macazuri, etc. Funcțiile CB I sunt:
o Procesarea comenzilor. Se asigură că acestea pot fi efectuate în condiții de
siguranță și transmite comenzile necesare la obiectele din teren;
o Recepționarea stărilor obiectelor din teren și transmiterea acestora către dispecer.
• Unitatea „Field Engi neering” (FEU) permite realizează o interfață cu unitatea de
procesare a instalației de centralizare și este folosită la întreținerea sistemului. Funcțiile
acesteia sunt:
o Comutarea manuală;
o Software de încărcare;
o Înregistrarea pornire/oprire evenimente;
o Configurație buclă;
o Monitorizare alarme.
• Circuite le de cale în audiofrecvență (AFTC) au rolul de detecție a trenului și de
transmisie a telegramei ATP la bordul trenului. Circuitul de cale conține un transmițător,
un receptor și o secțiune a căii utilizată c a mediu de transmisie;
• Sub-sistemul automat de protecție a trenului ( ATP ) asigură oprirea în condiții de
siguranță a vehiculului, daca nu sunt respectate indicațiile de conducere;
• Sub-sistemul automat de operare a trenului ( ATO ) permite automatizarea conducerii
ramelor de metrou.
Sistemul CITYFLO 350 este un sistem de control automat al trenului (ATC) care
lucrează împreună cu instalația de centralizare pentru a optimiza viteza de circulați e a trenurilor

17 de metrou , a intervalului de succedare și a con sumului de energie, fără a avea nevoie de
intervenții major din partea personalului uman .
Sistemul implementat la metroul din București operează pe principiul „distanță de
parcurs” ( distance to go ). Astfel, viteza curentă este comparată în mod continuu cu profilul
vitezei de către calculatorul de bord. Toate informațiile necesare pentru calcularea profilului
vitezei (viteză țintă, declivitate, etc.) sunt oferite trenului prin intermediul circuitelor de cale
[19].
2.1.1 Sub-sistemul ATP
Este distribuit între echipamentul din cale (circuite de cale) și echipamentul aflat la
bordul trenurilor. Circuitele de cale transmit informația legată de restricțiile impuse asupra
trenului de către instalația de centralizare. Sistemul ATP monitorizează modul în care trenul
este condus și asigură respectarea restricțiilor. Dacă indicațiile de viteză sunt ignorate,
echipamentul de la bordul ramei de metrou frânează vehiculul [20].
Funcțiile sub -sistemului ATP sunt:
• Controlul poziției exacte a trenurilor;
• Controlul și ajustarea vitezei trenurilor pentru fiecare sector de linie;
• Frânarea trenurilor în cazul depășirii vitezei stabilite;
• Controlul sensului de circulație;
• Controlul închiderii și înzăvorârii ușilor și autorizarea pornirii trenurilor;
• Autorizarea deschiderii ușilor.
2.1.2 Sub-sistemul ATO
Acesta permite conducerea automată a trenului, rolul mecanicului fiind redus la
comandarea plecării trenului din s tație și la acționarea ușilor. Datele necesare pentru operarea
automată a trenului sunt preluate de către sub -sistemul ATO de la sub -sistemul ATP [20].
Funcțiile s ub-sistemului ATO sunt:
• Calculul intervalului de timp necesar pentru a ajunge în stația următoare prin comparare
cu graficul de circulație;
• Calculul intervalului de siguranță dintre două trenuri succesive;
• Calculul curbei de viteză;
• Conducerea automată a t renului respectând traiectoria calculată;
• Oprirea la punct fix;
• Comanda de deschidere a ușilor;
• Rebrusarea automată a trenului.

18 2.2 Echipamentul din cale
2.2.1 Circuitul de cale în audiofrecvență TI 21 – M
Pentru detecția trenului și pentru transmisia la bordul vehiculelor a informațiilor legate
de circulație se folosește circuitul de cale în audiofrecvență, tip TI 21 -M. Acest echipament este
proiectat pentru a opera în mediul caracteristic al metroului (mediu bogat în perturbații
electromagnetice), fiind bazat pe circuitul de cale TI 21. Structura acestui circuit de cale este
ilustrată în Figura 10.

Figura 10. Configurația standard a circuitului de cale TI 21 -M [21]

Lungimea circuitelor de cale este cuprinsă între 50 și 350 m, receptor ul și emițătorul
fiecărui circuit aflându -se la maxim 2 km distanță față de secțiunea de cale supravegheată.
Detecția t renului se face prin transmisia unui semnal electric de către emițător. Semnalul
transmis se obține prin modulare în frecvență a unui semnal de cod cu un semnal purtător.
Unitatea de adaptare (MU) permite centralizarea tuturor componentelor active ale
circuitului de cale (emițător, receptor, sursă de alimentare). Tensiunea din circuitul de cale poate
fi reglată prin intermediul unității de adaptare.
Separarea dintre secțiunile de bloc se face prin intermediul unei unități de acord (TU) și
a unui cablu mo ntat în configurație Z (Z bond). Unitatea de acord dispune de o impedanță
scăzută la frecvența circuitului de cale asociat cu aceasta și prin rezonanța cu impedanța cablului
aflat în configurație Z, întins pe o lungime de 5 m, delimitează foarte precis sec torul de bloc.
TU F2
MU
Rx
TU F2

MU
Tx
Releu de cale
Intrare de date seriale
24V DC
50m – 350m
Circuit de cale
Frecvența F2
Sala de
echipament
Echipament
de cale
5m
5m
24V DC
Circuit de
cale
Frecvența
F1
Circuit de
cale
Frecvența
F1
Max. 2 km

19 Semnalul transmis prin șină ajunge la receptor prin intermediul unei a doua unități de
acord. După demodulare, dacă informația recepționată este corectă, sectorul de bloc este
considerat liber.
Fiecare circuit de cale funcționează cu una dintre cele opt frecvențe purtătoare (F1 – F8),
cuprinse în intervalul 5,6 kHz – 8,6 kHz. Pentru delimitarea secțiunilor, circuitele de cale aflate
pe aceeași linie alternează între două frecvențe împerecheate.
Circuit ele de cale dispun de două mo duri de funcționare: detecție tren și transmisie de
date. În primul caz, echipamentul modulează purtătoare cu un semnal dreptunghiular implicit
de 20 Hz (Figura 11. ). Când instalația de centralizare trimite date seriale, circuitul intră în
modul de transmisie și modulează purtătoarea conform informați ei primit e cu o frecvență de
100 Hz (Figura 12. ) [20][21].

Figura 11. Semnalul modulat în modul detecție tren [21]

Figura 12. Semnalul modulat în modul de transmisie date [21]

20 2.2.2 Telegrama
În modul de transmisie de date circuitul de cale trimite informații către tren prin șină.
Informația este transmisă sub forma unei telegrame. Telegr ama are un format bine definit și
conține date legate de [19]:
• Distanța până la țintă;
• Restricții legate de țintă;
• Marcajul circuitului de cale;
• Viteza permisă;
• Viteza țintă;
• Declivitatea țintei;
• Activare ușilor pe partea dreaptă sau stângă.
Pentru a garanta integritatea datelor și protecția față de erori, telegrama conține biți de
corecție a erorilor. Ea este structurată sub forma unui cod ciclic de redundanță ( CRC) pe 63 de
biți, dintre care 29 sunt folosiți pentru informația efectivă [22].
2.2.3 Balizele
Balizele sunt echipamente folosite pentru transferul datelor la bordul trenului, care sunt
montate între cele două șine de cale ferată. În funcție de tipul informaților oferite de balize,
acestea se împart în: balize cu conținut fix și balize cu conținut dinamic.
Balizele cu conținut fix funcționează independent de restul i nstalației de semnalizare și
oferă mereu aceleași informații. Balizele cu conținut dinamic sunt conectate printr -o legătură
de date seriale cu restul instalației, iar informația conținută de acestea se schimbă în funcție de
condițiile de circulație. La met roul din București se folosesc doar balize cu conținut fix.

Figura 13. Schema bloc a balizei [23]
Antene
Stocare
energie
Circuit
rezonant
Controler
Telegramă
implicită
Receptor
Emițător
Logică
Intrare de date seriale
Interfață de programare

21 Balizele sunt folosite la toate nivelurile ETCS pentru a suplimenta sau înlocui semnalele
convenționale. La metroul din București balizele sun t folosite doar pentru oprirea la punct fix.
Ele completează circuitele de cale, care nu pot oferi informații exacte legate de locul unde
trebuie oprit trenul.
Balizele nu dispun de o sursă de alimentare proprie. Ele sunt energizate prin antenă de
un semnal produs de tren la aproprierea acestuia, moment în care, ele răspund cu telegramele
implicite sau cu cele produse de datele de la intrarea serială [23].

22 2.3 Trenurile de metrou
Toate trenurile de generație nouă din București au o lungime de șase vagoane și pot fi
conduse din ambele capete ale vehiculului. Deoarece sistemul ATC controlează deplasarea într –
un singur sens, ambele cabine sunt dotate cu propriul echipament .

Figura 14. Configurația hardware a trenurilor de metrou [20]

Din punct de vedere al echipamentului hardware, trenurile de metrou din București se
prezintă în felul următor [20]:
• MFSD este interfața prin care mecanicul interacționează cu trenul;
• ATP reprezintă părțile componente ale sub -sistemului ATP instalate la bordul trenului.
• ATO/TWC și TWCSIM sunt unități de calculator folosite de sub -sistemul ATO;
• Unitatea pentru viteză și distanță (SDU – Speed and Distance Unit) înregistrează și
transmite pulsațiile tahometrului. Pe baza acestei informații se calculează viteza trenului
și distanța cerută;
• Interfața cu circuitele de cale (CTIU) este montată între bo binele captatoare și
magistrala de sistem. Ea demodulează semnalele primite de la circuitele de cale;
• Unitatea de transmisie a balizei (BTIU/BTU) joacă rolul de interfață dintre antena Gray
și magistrala de sistem.
• Unitatea vitală de intrări și ieșiri dig itale (VDX – Vital Digital I/O Unit) permite
schimbul de informații dintre magistral a de sistem și echipamentul extern;
• Tahometrele sunt dispozitive optice, montate pe axul roților, care monitorizează viteza
de rotație a acestora;
MFSD
ATP
ATO/TWC
TWCSIM
SDU
CTIU
BTM/BTIU
VDX
Tahometre
Bobine
captatoare
Antena Gray
Comunicare serială
Magistrală de sistem

23 • Bobinele captatoare sunt montate în fața trenului, la o mică distanță față de șină. Ele pot
recepționa semnalele în audiofrecvență din șină;
• Antena Gray permite citirea informațiilor de pe balize;
Mai multe moduri de conducere sunt disponibile pentru acest tip de trenuri [20]:
• Modul automat (ATO): sub -sistemul ATO garantează deplasarea în condiții de
siguranță a trenului. El compară în permanență viteza curentă cu cea permis ă și face
ajustările necesare pentru respectarea indicațiilor primite. Rolul mecanicului este limitat
la supravegherea trenului, la închiderea ușilor și la comandarea plecării din stație. Nu
este nevoie de semnale pe teren;
• Modul manual:
o Operare normală ATP: trenurile sunt conduse de mecanic, care respectă
indicațiile primite de la circuitele de cale. Sub -sistemul ATP înștiințează
mecanicul asupra restricțiilor și intervine în momentul nerespectării acestora
prin frânarea trenului. Mecanic ul poate depăși semnalele din cale;
o Echipament ATP defect: mecanicul conduce trenul conform semnalelor de pe
teren, iar echipamentul ATP nu mai supraveghează acțiunile acestuia.

24 Capitolul 3. Proiectare sistem de semnalizare pentru
transport ul feroviar urban
3.1 Criterii de proiectare
În cadrul acestei lucrări de licență am proiectat un model de sistem de semnalizare
pentru căile ferate urbane. Am gândit modelul sub forma unui montaj de laborator care să
ilustreze modul de funcționare al unui sistem real. Sistem ul real folosit ca referință la
proiectarea modelului este sistemul de semnalizare aflat în funcțiune la Metroul din București.
Acesta a fost descris în detaliu în capitolul anterior.
După stabilirea sistemului de referință a fost necesară o simplificare a acestuia prin
selectarea funcțiilor de bază și a componentelor care le îndeplinesc pentru a le transpune în
model. Structura întregului sistem modelat este ilustrat ă în Figura 15.

Figura 15. Schema bloc a modelului

Prin comparație cu arhitectura sistemului de semnalizare implementat la metroul din
București ( Figura 9. ) se pot observa simplificările și adaptările realizate pentru model.
Dispeceratul central (CTC) și postul de control local (LC) au fost înlocuite cu un simplu
element de afișare de tip luminoschemă (LS). Dacă în realitate dispecerilor le sunt puse la
dispoziție mai multe informații legate de circulație, cum ar fi numărul de identificare al trenului
(generat de AVI), modelul proiectat dispune de mai puține capabilități. Luminoschema poate
oferi doar o privire de ansamblu a situației din teren prin indicarea stării de liber sau ocupat a
secțiunilor. Identificarea trenurilor sa u semnalarea eventualelor defecțiuni nu este posibilă.
Blocul de instalației de centralizare (IC) preia multe din funcțiile CBI și ale blocului
EBIScreen. El gestionează întreg sistemul , comandă sau controlează elementele din teren și
asigură desfășurare a circulației în condiții de maximă siguranță . De asemenea, IC este legat ă
LS
IC
Macaz
Tren
Nivel de tensiune

25 direct la LS și generează toate informațiile necesare pentru afișarea imaginii de ansamblu a
circulației. IC preia și funcțiile circuitului de cale generând telegrame sub forma unor nivele de
tensiune la un capăt al secțiunii și citind -o la celălalt capăt.
Macazurile sunt manevrate automat de instalația de centralizare în funcție de
informațiile din teren sau manual de către operator prin intermediul unor elemente de comandă
prezen te pe luminoschemă.
Modelul simulează următoarele funcții ATP:
• Controlul poziției exacte a trenurilor;
• Controlul și ajustarea vitezei trenurilor pentru fiecare sector de linie;
• Controlul sensului de circulație;
• Autorizarea pornirii trenurilor;
• Autorizarea deschiderii ușilor.
Funcțiile ATO păstrate în model sunt:
• Conducerea automată a trenului;
• Oprirea la punct fix;
• Comanda de deschidere a ușilor;
• Rebrusarea automată a trenului.

26 3.2 Instalația de centralizare
3.2.1 Proiectare hardware
După cum am menționat anterior, instalația de centralizare garantează desfășurarea
circulației în condiții de siguranță și gestionează comenzile către trenuri și către elementele din
teren. Este componenta central ă a întregului sistem.
În subcapitolul 2.2 am descris cum la sistemul de semnalizare CITYF LO350 informația
este transmisă la bordul trenului prin intermediul circuitelor de cale sub forma unei telegrame.
Telegrama pentru tren este lungă ca dimensiune și are o structură relativ complexă, motiv pentru
care am ales simplificarea acesteia prin asocierea unui nivel de tensiune cu o anumită comandă.
Transpunerea acestei funcții în model a reprezentat o dificulta te, mai ales în condițiile în care
am dorit păstrarea funcției de detecție a trenului de la circuitele de cale reale.
Implementarea unui circuit de cale tradițional ar fi permis detec tarea prezenței trenului,
dar nu și recepția corectă a comenzilor. Șunt area liniei de către osie ar fi produs același răspuns,
indiferent de comanda transmisă. Astfel, la ocuparea unei secțiuni, trenul nu ar fi putut
interpreta instrucțiunile primite de la instalația de centralizare. Pentru a rezolva această
problemă am proie ctat un divizor de tensiune distribuit între cale și tren (Figura 16. ).

Figura 16. Funcționarea circuitului de cale al modelului

Pe o secțiune liberă , tensiunea recepționată la capătul circuitului de cale (U Rx) va fi egală
cu cea transmisă din capătul opus (E Tx). Șuntarea liniei se face printr -o rezistență, R Rx, aflată la
bordul trenului. În momentul ocupării secțiunii de către tren, rezistența de recepție formează un
RTx
ETx
RTx
ETx
RRx
URx
URx
URx
𝐸𝑇𝑥
𝐸𝑇𝑥∙𝑅𝑅𝑥
𝑅𝑇𝑥+𝑅𝑅𝑥
Secțiune liberă
Secțiune ocupată

27 divizor de tensiune cu rezistența de transmisie, R Tx. Tensiunea recepționată își schimbă valoarea
conform formulei divizorului de tensiune:

𝑈𝑅𝑥=𝐸𝑇𝑥∙𝑅𝑅𝑥
𝑅𝑇𝑥+𝑅𝑅𝑥 (1)

Scăderea tensiunii este interpretată de circuitul de cale ca însemnând ocuparea secțiunii .
Grație divizorului de tensiune, fiecare nivel tensiune transmis va genera un nivel de tensiune
distinct la recepție, iar trenul poate să citească această tensiune pentru a -și ajusta viteza si sensul
de circulație conform indicațiilor furnizate de CE.
Pentru o simplifica arhitectura sistemului, funcțiile circuitelor de cale sunt preluate de
către unitatea centrală de procesare a instalației de centralizare (UCP IC). Ea reprezintă nucleul
întregului sistem și locul unde se culeg datele de pe teren și se generează comenzi pentru trenuri
și elementele din teren.
Folosind metoda de detecție a trenurilor descrisă anterior, UCP IC trebuie să fie capabilă
să genereze diferite nivele de tensiune și să dispună de intrări analogice pentru a le putea citi.
O soluție care a devenit foarte populară în ultimii ani în domeniul electronicii de amatori
o reprezintă platformele de dezvoltare Arduino. Acestea au la bază un microcontroler și dispun
de circuite suplimentare care permit realizarea unui număr foarte ridicat de montaje electronice
într-un mod foarte facil. Un mare avantaj al acestor platforme este posibilitatea de a putea fi
programate utilizând limbaje de programare de nivel înalt. Există numeroase platforme Arduino
disponibile pe piață, fiecare cu performanțe diferite (număr diferit de pini de intrare/ieșire,
posibilitate de comunicare wireless, putere de procesare diferită, etc.).
Plăcile Arduino dispun de pini ce pot fi configurați ca ieșiri de impulsuri modulate în
durată (PWM), ceea ce permite generarea de nivele de tensiune între 0 V și 5 V. Plăcile sunt de
asemenea proiectate cu mai multe intrări de tip analogic.
Dacă pentru fiecare secțiune supravegheată este nevoie de o pereche pin PWM – pin
analogic, atunci este clar că dimensiunea montajului (număr ul secțiunilor de cale) este limitată
de capabilitățile plăcii de dezvoltare (Tabel 2. ).

Tabel 2. Comparație între diverse plăci de dezvoltare Arduino [24]
Denumire Număr de pini PWM Număr de pini
analogici Număr de secțiuni
posibile
Arduino UNO R3 6 6 6
Arduino Leonardo 7 6 6
Arduino Micro 7 12 7
Arduino Nano 6 8 6
Arduino Mega 2560 15 16 15
Arduino Zero 10 6 6
Arduio Due 12 12 12

28 Din comparație se observă că circuitul cel mai extins se poate realiza cu placa de
dezvoltare Arduino Mega 2560. Pentru proiectarea modelul din această lucrare am optat însă
pentru placa Arduino UNO R3. Această versiune este de departe cea mai populară de pe piață
[25], fiind inclusă în majoritatea seturilor de electronică pentru amatori. Alegerea a fost
motivată și din dorința de a crea un model limitat ca dimensiuni, dar cu toate funcțiile dorite.
Alegerea plăcii Arduino UNO R3 restricționează numărul de secțiuni la șase . Totuși,
am dorit să modelez și controlul instalației de centralizare asupra unui macaz, ceea ce a implicat
folosirea unui pin PWM pentru controlul unui servomotor (analogul electromecanismului de
macaz) și scăderea numărului de secțiuni la cinci. Secțiunea cu macaz are însă nevoie de doi
pini analogici de intrare (câte unul pentr u fiecare direcție), astfel încât pinul analogic rămas fără
pereche este folosit în continuare.
Ținând cont de caracteristicile enunțate anterior am proiectat modelul în următoarea
configurație:

Figura 17. Planul monofilar al modelului

Semnalele PWM au forma unor trenuri de impulsuri. Valoarea medie a tensiunii
semnalului PWM este legată direct de durata acestor impulsuri, mai exact de factorului de
umplere (η). Prin varierea acestui parametru se pot obține diferite valori de tensiune. Informația
cea mai importantă pentru acest model este viteza permisă trenului pe o secțiune, motiv pentru
care semnalul PWM generat de placa Arduino conține datele legate de viteza și sensul de
deplasare.
Factorul de umplere este exprimat de obicei ca procent, dar pentru programarea
microcontrolerului de pe placa Arduino acesta trebuie transformat într -un număr cu o lungime
de opt biți, cuprins între 0 și 255 [26]. Relația de c onversie este definită astfel:

𝜂 [𝑏𝑖𝑡]=2,55∙𝜂 [%] (2)

În același timp trebuie stabilită relația de legătură dintre tensiunea de transmisie și
factorul de umplere exprimat ca procent sau ca număr :

𝜂 [%]=20∙𝐸𝑇𝑥 [𝑉] (3)

29 𝜂 [𝑏𝑖𝑡]=51∙𝐸𝑇𝑥 [𝑉] (4)

Pentru a diferenția foarte clar între tensiunile de transmisie și cele de recepție, în cazul
ocupării liniei, am ales să împart intervalul de tensiuni posibile în două subintervale: 5 – 2,6 V
pentru E Tx și 2,5 – 0 V pentru U Rx. Relația dintre aceste două tensiuni poate fi calculată astfel:

𝑈𝑅𝑥𝑀𝐴𝑋 =𝑘∙𝐸𝑇𝑥𝑀𝐴𝑋 (5)
𝑘=𝑈𝑅𝑥𝑀𝐴𝑋
𝐸𝑇𝑥𝑀𝐴𝑋=2,5
5=0,5 (6)

Practic, tensiunea recepționată în momentul ocupării secțiunii scade la jumătate . Din
relațiile (1), (5) și (6) se poate deduce foarte ușor relația dintre cele două rezistențe ca fiind:

𝑅𝑇𝑥=𝑅𝑅𝑥 (7)

Din măsurători de laborator am constatat că tensiunea la recepție poate varia cu ±50 mV
din cauza zgomotului și din cauza impreciziei convertorului analog – numeric. Pentru a asigura
buna funcționare a instalației de centralizare, am considerat această marjă de eroare în definirea
codurilor de viteză. Pentru o protecție suplimentară am introdus încă un interval de separare de
50 mV între codurile adiacente. În tabelul următor sunt prezentate codurile implementate,
alături de parametrii acestora și comenzile definite de acestea. Am notat cu V D vitezele cu
sensul de deplasare de la stația A la stația B și cu V F cele în sens invers.

Tabel 3. Codurile pentru telegrame
ETx [V] η [%] η [biți] URxmin [V] URx [V] URxMax [V] Comandă
4,8 96 245 2,35 2,4 2,45 STOP
4,5 90 230 2,2 2,25 2,3 –
4,2 84 214 2,05 2,1 2,15 VDMAX
3,9 78 199 1,9 1,95 2 VDmin
3,6 72 183 1,75 1,8 1,85 –
3,3 66 168 1,6 1,65 1,7 VFMAX
3 60 153 1,45 1,5 1,55 VFmin
2,7 54 138 1,3 1,35 1,4 –

Citirea semnalelor PWM se realizează mult mai greu decât generarea acestora. Câteva
soluții care pot fi implementate pe plăcile Arduino includ detecția frontului descendent al
semnalului PWM și folosirea întreruperilor externe [27]. Aceste metode sunt folosite pentru a
determina factorul de umplere al semnalului, dar prezintă un dezavantaj în ceea ce privește

30 numărul redus de pini ce pot fi utilizați. Nu pot fi folosiți pini analogici pentru determinarea
factorului de umplere, acest lucru făcându -se doar cu alți pini ce pot genera semnale PWM.
Pentru că viteza trenului este controlată prin nivele de tensiune și pentru a păstra
dimensiunea modelului , am ales o soluție ca re să permită plăcii Arduino să recunoască direct
nivelul de tensiune corespunzător semnalelor PWM.
În acest scop am analizat din punct de vedere spectral semnalele utilizate, ținând cont
că frecvența fundamentală a acestora este de aproximativ 490 Hz [26] (Figura 18. ).

Figura 18. Spectrele de amplitudine ale semnalelor folosite

Din analiză se observă că nivelul de tensiune utilizat la transmisia informației de viteză
este prezent la armonica zero (curent continuu). Componentele de pe restul armonicilor nu sunt
utile și împiedică citirea corectă a tensiunii continue de către pinii analogici ai plăcii Arduino.
Păstrarea componentei de curent continuu se poate face foarte ușor prin implementarea unui
filtru trece – jos (FTJ) [28]. Pentru ace st proiect am ales folosirea unui FTJ de tip RC (Figura
19. ) din cauza accesibilității componentelor și a modului ușor de proiectare.
Am impus fi ltrului următorii parametrii:
• Frecvența de tăiere: f C = 5 Hz;
• Valoare condensatorului: C F = 10 μF.

31

Figura 19. Structura tipică a unui FTJ de tip RC

Ținând cont de ecuația fundamentală a FTJ -ului de tip RC am calculat valoarea
rezistenței filtrului (R F).

𝑓𝑐=1
2𝜋𝑅𝐹𝐶𝐹 (8)
𝑅𝐹=1
2𝜋𝑓𝑐𝐶𝐹=1
2𝜋∙5∙10∙10−6=3,18 𝑘𝛺 (9)

Pentru realizarea practică am fost limitat în alegerea rezistenței de piesele disponibile,
astfel încât am ales rezistența cu valoarea cea mai apropiată de cea calculată: R F = 4,3 kΩ. În
consecință, frecvența de tăiere reală o să difere de cea impusă:

𝑓𝑐𝑅𝑒𝑎𝑙 =1
2𝜋𝑅𝐹𝐶𝐹=1
2𝜋∙4,3∙103∙10∙10−6=3,7 𝐻𝑧 (10)

Caracteristica filtrului proiectat se prezintă astfel:

Figura 20. Caracteristica FTJ -ului proiectat
-60-50-40-30-20-100
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000Câștigul (dB)
Frecvența (Hz)

32 Macazurile sunt manevrate în realitate prin intermediul electromecanismelor de macaz.
Pentru a simula un astfel de echipament în modelul proiectat, am decis să folosesc un
servomotor. Servomotoarele sunt folosite des în modelism și sunt caracterizate prin faptul că
poziția acestora po ate fi controlată foarte precis. Din punct de vedere fizic, un astfel de motor
dispune de trei fire: două pentru alimentare (sursă și masă) și unul pentru comanda poziției [29].
Motorul este manevrat prin aplicarea unui semnal PWM pe firul de comandă. Deoarece pentru
acest model unul dintre pini generatori de semnale PWM ai plăcii Arduino a rămas neutilizat,
se poate implementa în model un singur electromecanism de macaz.
Modelul proiectat dispune de un element de afișare, care permite supravegherea
circulației și controlul asupra macazului din teren. Afișarea este de tip luminoschemă și a fost
inspirată de pupitrele de comandă domino folosite de calea ferată din R omânia [7].
Fiecare secțiune dispune de unul sau două LED -uri pentru indicarea stării acesteia
(ocupată sau liberă). Placa Arduino poate controla cu ușurință acest e componente prin pinii de
intrare/ieșire digitală.
Ținând cont că deja am folosit șase din cei 14 pini digitali ai plăcuței pentru a genera
semnale PWM, sunt disponibili opt pini pentru luminoschemă. După cum se vede în Figura 17. ,
modelul proiectat dispune de patru secțiuni simple, fiecare având asociat un pin digital pentru
afișare și de o secțiune cu macaz, care dispune de câte un pin digital pentru fiecare po ziție a
macazului.
Ultimii doi pini digitali rămași liberi sunt folosiți pentru comanda și controlul poziției
macazului. Comanda se realizează prin intermediul unui buton aflat pe luminoschemă, iar
poziția macazului este indicată printr -un LED. Din cauza epuizării numărului de pini disponibili,
acest LED indică ambele poziții ale macazului după următoarea convenție: LED aprins
înseamnă macaz poziționat pe directă, iar LED stins înseamnă LED poziționat pe abatere.
Aspectul final al luminoschemei este prez entat dedesubt.

Figura 21. Luminoschema proiectului

Caracteristicile electrice ale LED -urilor folosite sunt [30][31]:
• Tensiunea în conducție: V F = 2 V;
• Curentul în conducție: I F = 20 mA.

33 Deoarece unele secțiuni sunt reprezentate de un singur LED, iar unele de două LED -uri
înseriate, rezistențele aferente f iecărei secțiuni se calculează astfel:

𝑅𝐿𝐸𝐷 =𝑉𝐶𝐶−𝑉𝐹
𝐼𝐹=5−2
20∙10−3=150 𝛺 (𝐸24) (11)
𝑅2𝐿𝐸𝐷 =𝑉𝐶𝐶−2𝑉𝐹
𝐼𝐹=5−4
20∙10−3=50 𝛺=51 𝛺 (𝐸24) (12)

Puterile aferente acestor rezistențe sunt:

𝑃𝐿𝐸𝐷 =𝑅𝐿𝐸𝐷∙𝐼𝐹2=150 ∙(20∙10−3)2=60 𝑚𝑊 =100 𝑚𝑊 (𝑝𝑢𝑡𝑒𝑟𝑒 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 ) (13)
𝑃2𝐿𝐸𝐷 =𝑅2𝐿𝐸𝐷∙𝐼𝐹2=51∙(20∙10−3)2=20 𝑚𝑊 =50 𝑚𝑊 (𝑝𝑢𝑡𝑒𝑟𝑒 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 ) (14)

Butonul de schimbare a poziției macazului dispune de o rezistență de tragere în jos cu
o valoare tipică de 10 kΩ.
Structura internă a instalației de centralizare este ilustrată în

Figura 22. Schema bloc a instalației de centralizare

Placa de dezvoltare Arduino Uno R3 poate fi alimentată direct de la rețeaua de
alimentare de 220 V prin intermediul unui alimentator cu următoarele caracteristici [32];
• Diametru interior al mufei de alimentare: 2,1 mm;
• Diametru ext erior al mufei de alimentare: 5,5 mm;
• Tensiune de ieșire: 7 – 12 V (Recomandat 9 V);
• Minusul pe exteriorul mufei, iar plusul pe interiorul mufei.
Am ales această metodă de alimentare deoarece instalația de centralizare este fixă și nu
are nevoie de autono mie.
Schema electrică a întregii instalații de centralizare este atașată în Anex a 1.
LS
UCP CE
FTJ 1
FTJ 2
FTJ 5
…
Macaz
Secțiunile de cale

34 Componente ale instalației reale, despre care nu am vorbit încă, sunt balizele. După cum
am descris în 2.2.3 , acestea sunt folosite pentru oprirea la punct fix, funcție pe care o păstrează
și în modelul proiectat. Am ales să simulez balizele prin intermediul unor etichete RFID.
Identificarea prin Radio Frecvență (RFID) este folosită în aplicații care implică identificarea
unor obiecte la distanță mică. Aceste obiecte sunt echipate cu o etichetă RFID care asigură atât
alimentarea, cât și comunicarea cu cititorul. Etichetele sunt fabricate pe anumite frecvențe,
alegerea lor depinzând de caracteristicile echipamentului de citire sau scriere. Etichetele RFID
pot fi scrise cu informație, dar pentru acest proiect am folosit doar numărul unic de identificare
al etichetei.
Instalația de centralizare proiectată îndeplinește toate funcțiile pe care le -am păstr at de
la instalați a reală Singura excepție este legată de comenzile de deschiderea ale ușilor. Sistemul
real comandă activarea ușilor prin telegramele circuitelor de cale, dar modelul proiectat nu
poate face același lucru deoarece am folosit deja echivalen tul circuitelor de cale pentru a
transmite informația legată de viteză. Am transferat această funcție balizelor, astfel încât
fiecărei etichete RFID utilizate să îi fie asociată deschiderea ușilor pe o anumită parte.

35 3.2.2 Proiectare software

START
Generează STOP pentru
toate secțiunile
Citește fiecare secțiune (Rx)
𝑅𝑥∈[1,45;2,45] ?
Secțiune liberă
Secțiune ocupată
DA
NU
* pentru fiecare secțiune
Se circulă de
la A la B?
Generează viteze
pentru fiecare
secțiune
NU
AC1
ocupată?
Manevrare
macaz pe
plus
Manevrare
macaz pe
minus
DA
DA
NU
Generează viteze
pentru fiecare
secțiune
C1 și A2SI
libere?
Permite
manevrare
macaz
DA
#
$
NU
@

36
Figura 23. Schema logică simplificată a instalației de centralizare

Deoarece o descriere detaliată a programului pe baza căruia operează instalația de
centralizare ar încărca foarte mult schema logică, în Figura 23. am ilustrat o va riantă
simplificată.
Secvențe de cod importante pentru această aplicație sunt :
• detecția ocupării secțiunilor , după ce au fost citiți pinii analogici :

boolean ocupat(float x){
float conversie;
boolean rezultat;
conversie=VCC*x/1023; //conversie în nivel de tensiune
if(conversie<=2.45&&conversie>=1.45){
rezultat=true;
return rezultat; //returnează adevărat dacă secțiunea este ocupat ă
}
else{
rezultat=false;
return rezultat; //returnează fals dac ă secțiunea este liber ă
}
}
#
$
BC1
ocupată?
Așteaptă 1
secundă
DA
Generează STOP
pentru BC1
Circulație de la B la A
@
NU
AC1 sau
AC2
ocupate?
Așteaptă 1
secundă
DA
Generează STOP
pentru AC1 și AC2
Circulație de la A la B
NU

37 • manevrarea automată a macazului pentru circulația de la stația A la stația B:

if(AC1OC==true&&A2SIOC==false){
analogWrite(EM,D); //Manevrare macaz pe plus (directă)
delay(100); //Așteaptă manevrarea macazului
digitalWrite(LEDEM,HIGH); //Semnalizează macaz pe directă
}
if(AC2OC==true&&AC1OC==false&&A2SIOC==false){
analogWrite(EM,A); //Manevrare macaz pe minus (abatere)
delay(100); //Așteaptă manevrarea macazului
digitalWrite(LEDEM,LOW); //Semnalizează macaz pe abatere
}

• generarea vitezelor în funcție de informația de la secțiunile din față:

if(A2SIOC==true){
analogWrite(AC1,STOP); //Prima secțiune ocupată
}
else{
if(C1OC== true){
analogWrite(AC1,VDMIN); //Prima secțiune liberă, a doua ocupată
}
else{
analogWrite(AC1,VDMAX); //Următoarele două secțiuni libere
}
}

38 3.3 Tren ul de metrou
3.3.1 Proiectare hardware
Ram a de metrou reprezintă ce l mai complex element al modelului proiectat .
Complexitatea ridicată este datorată numărului mare de funcții pe care trebuie să le
îndeplinească:
• Conducerea automată a trenului pe baza informațiilor primite de la IC;
• Oprirea la punct fix cu ajutorul balizelor instalate pe teren;
• Deschiderea ușilor pe partea corectă;
• Comanda manuală de închidere a ușilor și de plecare din stație.
În același timp, trenul trebuie să fie autonom din punct de vedere al alimentării, ceea ce
implică înglobarea sursei și a eventualelo r circuite suplimentare într -un singur compartiment.
Asemenea instalației de centralizare , a fost nevoie de o simplificare a arhitecturii
trenurilor prin eliminarea tuturor echipamentelor suplimentare de la bord, cu excepția antenei
Gray și a bobinelor ca ptatoare. Acestea din urmă au fost înlocuite cu elemente care îndeplinesc
funcții similare, dar sunt mult mai ușor de implementat. În Figura 24. este ilustrată str uctura
internă a trenului proiectat.

Figura 24. Schema bloc a trenului de metrou

Ținând cont că balizele sunt modelate sub forma unor etichete RFID, funcțiile antenei
Gray sunt preluate de către un modul de citire RFID. Pentru această aplicație am ales un modul
de citire și scriere a etichetelor RFID foarte popular (RFID -RC5220) , bazat pe circuitul integrat
MFRC522.

Alimentare
UCP Tren
Cititor
RFID
Motor
Nivel
tensiune
HMI

39
Figura 25. Modulul RFID -RC522 [33]

Caracteristicele tehnice ale acestui modul, relevante pentru aplicația prezentată sunt [33]:
• Tensiune de alimentare: 3,3 V;
• Curent de repaus: 10 – 13 mA;
• Curent maxim: 30 mA;
• Frecvență de funcționare: 13,56 MHz;
• Protocoale de comunicare:
o RS232 Serial UART;
o SPI;
o I2C.
Modulul RFID este controlat de unitatea centrală de procesare a trenului (UCP Tren) prin
magistrala SPI. Am ales acest protocol de comunicare ț inând cont de faptul că numeroase
aplicații ale acestui modul folosesc protocolul SPI.
Motorul ales este un model de dimensiune standard 130 care este folosit în general în
jucării și alte aplicații de mică putere. Motorul folosit nu dispune de o foaie de catalog, drept
pentru care am efectuat măsurători pentru a determina caracteristica curent – tensiune a acestuia
(Figura 26. ).

Figura 26. Caracteristica curent – tensiune a motorului folosit
050100150200250300350
0 2 4 6 8 10Curent (mA)
Tensiune de alimentare (V)Curent de gol
Curent de sarcină

40 O tensiune standard folosită în aplicații ale acestui tip de motoare este 9 V [34], drept
pentru care aceasta este tensiunea de alimentare folosită în proiectarea modelului. Din
măsurătorile de laborator reiese că la o tensiune de alimentare de 9 V, motorul va consuma
aproximativ 310 mA.
Se observă că m otoarele sunt componente electronice care au nevoie de curenți relativ
mari (sute de mA) pentru a funcționa. Microcontrolerele nu pot suporta curenți de ieșire
suficient de mari pentru a controla în mod direct motoarele, motiv pentru care se folosesc
circuite suplimentare de comandă. Ele oferă motoarelor suficient curent, fiind conectate la o
sursă suplimentară de alimentare și permit controla rea sensul ui și a vitez ei de rotație ale
motorului .

Figura 27. Circuitul integrat L293D [35]

Pentru realizarea modelului am ales ca circui t de control circuitul integrat L293D
(Figura 27. ). Alegerea a fost motivată de utilizarea acestui circuit în aplicații asemănătoare
celei proiectate [34]. L293D este o punte în H realizată cu tranzistoare bipolare proiectată să
funcționeze cu o gamă largă de tensiuni de alimentare. Circuitul este compatibil cu s arcini
inductive (motoare de curent continuu, relee, etc.) și dispune de două canale separate pentru
comanda motoarelor. Controlul motorului se realizează prin trei pini: doi pentru direcția de
rotație și unul pentru controlul vitezei. Acesta are nevoie de două surse de tensiune: una pentru
logica internă (VCC1) și una pentru alimentarea motorului (VCC2).
Parametrii relevanți ai circuitului L293D sunt [36]:
• Tensiune de alimentare V CC1: 4,5 – 7 V;
• Tensiune de alimentare V CC2: VCC1 – 36 V;
• Curent continuu de ieșire maxim: IO = 600 mA;
• Curent maxim pentru VCC1 (dacă I O = 0): I CC1 = 60 mA;
• Curent maxim pentru V CC2 (dacă I O = 0): I CC2 = 24 mA.
Din acești parametrii reiese faptul că circuitul L293D este compatibil cu motorul ales,
curentul maxim cerut de motor fiind cu mult sub cel maxim care poate fi oferit de circuit.
Interfața om – mașină (HMI) a fost simplificată masiv, ea fiind alcătuită din trei LED –
uri (două pentru indicarea ușilor deschise , de culoare verde și unul pentru indicarea opririi
trenului în stație , de culoare roșie ) și un buton care permite mecanicului să închidă ușile și să
plece din stație. Butonul dispune de o rezistență de tragere în jos cu o valoare tipică de 10 kΩ

41 [34]. Caracteristicile electrice ale acestor componente au fost deja descrise în subcapitolul 3.2,
în cadrul proiectării luminoschemei.
Nucleul trenului este reprezentat de unitatea centrală de procesare (UCP Tren). Ea are
rolul de a coordona acțiunile de la bordul vehiculului în funcție de datele primite prin șine de la
instalația de centralizare . Criteriile minime de selecție ale unității centrale sunt dictate de către
nevoile componentelor descrise până acum:
• Interfață SPI;
• Trei pini pentru controlul motorului;
• Trei pini pentru indicațiile luminoase;
• Un pin pentru butonul de pornire;
• O intrare analogică pentru citirea tensiunii primite de la IC.
Ținând cont că am proiectat instalația de centralizare în jurul unei plăci de dezvoltare
Arduino, am ales ca unitate centrală pentru tren platforma Arduino Nano (Figura 28. ). Pe lângă
compatibilitatea cu instalația de centralizare deja proiectată, alegerea este justificată de
îndeplinirea criteriilor enunțate anterior și mai ales de dimensiunile reduse ale circuitului .

Figura 28. Arduino Nano [37]

Arduino Nano este echipat cu un stabilizator de tensiune de 5 V grație căruia circuitul
poate fi alimentat cu tensiuni ce pot varia între 6 – 20 V [37]. Acest lucru permite folosirea unei
game largi surse de alimentare. În plus, platforma dispune de un stabilizator de 3,3 V, fapt care
ușurează folosirea modulelor alimentate de la acest nivel de tens iune.
Alți parametrii de care trebuie ținu ți cont în proiectare sunt [38]:
• Curentul maxim pe pinii de intrare/ieșire: II/O = 40 mA ;
• Curentul maxim consumat de microcontroler: I MAXARDUINO = 9 mA.
Deoarece Arduino Nano și modulul RFID funcționează cu niveluri logice diferite (5 V,
respectiv 3,3 V) a fost nevoie de o adaptare între cele două elemente ale modelului. Soluția
implementată este folosirea unui converto r de nivel bidirecțional. Convertorul are o structură
simplă , bazată pe un tranzistor MOSFET cu canal N și două rezistențe de tragere în sus (Figura
29. ).

42
Figura 29. Schema electrică a unui canal bidirecțional cu schimbare de nivel logic [39]

Terminalele LV și HV reprezintă tensiunea de alimentare joasă (3,3 V), respectiv
tensiunea de alimentare ridicată (5 V). Ținând cont de faptul că protocolul SPI folosește patru
fire de comunicație, a fost nevoie de patru canale separate pentru schimbarea de nivel logic.
Acest lucru a ajutat foarte mult deoarece pe piață există module bidirecționale folosite la
schimbarea de nivel logic cu exact patru canale [40].
Componentele prezentate până acum impun existența a trei surse de alimentare de valor i
diferit e: 3,3 V pentru modulul RFID, 5 V pentru Arduino Nano și o valoare mai mare decât
acestea pentru alimentarea motorului. Pentru acesta din urmă am ales o valoare folosită des în
aplicații cu motoare similare de 9 V [34]. Placa Arduino Nano dispune de un stabilizator de
tensiune de 3,3 V, astfel încât modulul RFID poate fi alimentat direct de către placa de
dezvoltare.
Curentul maxim consumat de model re prezintă suma curenților maximi ceruți de fiecare
componentă:

𝐼𝑀𝐴𝑋𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 =𝐼𝑀𝐴𝑋𝑅𝐹𝐼𝐷 +𝐼𝑀𝐴𝑋𝑀𝑂𝑇𝑂𝑅 +𝐼𝐶𝐶1+𝐼𝑀𝐴𝑋𝐴𝑅𝐷𝑈𝐼𝑁𝑂 +2∙𝐼𝐿𝐸𝐷
= 30+310 +60+9+2∙20=449 𝑚𝐴 ≅500 𝑚𝐴 (15)

Pentru circuitul de control al motorului am considerat doar necesarul pentru sursa V CC1.
Limita de curent pentru sursa V CC2 este deja cuprinsă în curentul maxim tras de către motor.
Prin proiectare am impus ca doar două LED -uri să poată fi aprinse simultan, fapt pentru care
am considerat pentru calculul curent ului maxim doar curenții aferenți acestora .
Deși Arduino Nano este echipat și cu un stabilizator de tensiune de 5 V care permite
alimentarea plăcii cu tensiuni de până la 12 V, am ales ca sursă de alimentare un grup de patru
acumulatori AA de 1,2 V lega ți în serie. Grupul de acumulatori oferă o tensiune de alimentare
de aproximativ 4,8 V, suficientă pentru a asigura funcționarea corectă a plăcii de dezvoltare.
Alegerea a fost motivată de accesibilitatea acestui tip de acumulatori pe piață, de dimensiun ile
care permit înglobarea acestora într -un model fizic și de capacitatea relativ mare a acestora
(2400 mAh) [41].

43 Pentru a dispune de o sursă de alimentare pentru motorul trenului am căutat o sursă
ridicătoare de tensiune care să îndeplinească următoarele criterii:
• Tensiune de intrare: V I = 5 V;
• Tensiune de ieșire: V O = 9 V;
• Curent minim de ieșire: I O = 310 mA.
Sursa ridicătoare Pololu U3V12F9 se potrivește acestor cerințe. Conform datelor din
foaia de catalog [42], pentru un curent de ieșire de 310 mA și o tensiune de intrare de 5 V,
eficiența sursei e ste de aproximativ 88 % (Figura 30. ).

Figura 30. Eficiența circuitului Pololu U3V12F9 (V O = 9 V) [42]

Conform indicațiilor din foaia de catalog a sursei ridicătoare, între terminalele VIN și
GND se poate monta un condensator cu o valoare mai mare de 33 μF pentru atenuarea vârfurilor
de tens iune. Un al doilea condensator de valoare similară se montează între VOUT și GND
acesta stabilizează suplimentar tensiunea de ieșire.
Din testele efectuate în timpul proiectării modelului am observat că modulul RFID nu
funcționează mereu, motiv pentru car e am legat un condensator electrolitic de 10 μF între pinii
de 3,3 V și GND.
După cum am ilustrat în subcapitolele 3.1 și 3.2, la bordul trenului se află o rezistență
care formează împreună cu rezistența filtrului trece -jos un divizor de tensiune. Șuntarea liniei
presupune așezarea rezistenței de la bordul trenului cu un te rminal pe fiecare șină. O șină este
legată la masă, în timp ce cealaltă conține semnalul de comandă. Conexiunea trenului cu prima
șină asigură un punct de referință comun pentru întreg sistemul, în timp ce legătura cu a doua
șină permite recepționarea come nzilor de viteză de la instalația de centralizare. Valoarea
rezistenței de la bordul trenului a fost deja calculată în subcapitolul 3.2: 4,3 kΩ.
Schema electrică a trenului este atașată în Anexa 2 .

Eficiența (%)
Curent de ieșire (mA)

44 3.3.2 Descriere software

START
Tren oprit
Tren
oprit?
Aprinde LED de oprire
DA
Citește buton
Buton
apăsat?
NU
Clipește LED ușă
LED ușă A
sau B
aprins?
NU
DA
DA
Stinge LED ușă și de
oprire
Tren pornit
Citește A0
𝐴0∈
[2,35;2,45]
?
STOP
𝐴0∈
[2,05;2,45]
?
VDMAX
𝐴0∈
[1,9;2]?
VDmin
𝐴0∈
[1,6;1,7]
?
VFMAX
𝐴0∈
[1,45;1,55]
?
VFmin
@
#
NU
NU
DA
DA
NU
DA
NU
DA
DA

45
Figura 31. Schema logică a trenului de metrou

Pentru a nu aglomera diagrama logică a programului nu am detaliat comenzile de viteză.
În următorul tabel sunt explicate configurațiile celor trei pini folosiți la controlul vitezei și
sensului de deplasare.

Tabel 4. Configurarea pinilor pentru toate comenzile de viteză
Comandă Pin 7 Pin 8 Pin 9 (PWM)
STOP LOW LOW 0
VDMAX LOW HIGH 200
VDmin LOW HIGH 100
VFMAX HIGH LOW 200
VFmin HIGH LOW 100

@
#
Citește RFID
Etichetă
A?
Tren oprit
Aprinde LED
ușa A
DA
NU
Etichetă
B?
Tren oprit
Aprinde LED
ușa B
DA

46 Capitolul 4. Calcule de f iabilitate
Calitate unui echipament sau dispozitiv de a funcționa în parametri normali , specificați
de producător într -un interval de timp cerut sau agreat de utilizator poartă denumirea de
fiabilitate.
Bunăstarea este definită ca fiind starea unui echipament care își îndeplinește complet și
corect funcția la un moment dat.
Durata de bună funcționare reprezintă intervalul de timp în care un echipament își
îndeplinește funcția în parametrii specificați de producător. Media timpului de bună funcționare
(MTBF) se exprimă, de obicei, în ani și este considerată ca fiind durata de viață a unui
echipament sau durata în care acesta poate fi folosit sigur.
Defectarea reprezintă lipsa capacității unui echipament de a -și îndeplini funcția la un
moment dat. Defecțiunile pot fi catalogate dup ă:
• Durată:
o Temporare;
o Intermitente;
o Permanente;
• Relațiile dintre defecțiuni în cazul apariției mai multor defecte:
o Independente;
o Dependente;
• Modul de apariție:
o Bruște;
o Lente (apariție în avalanșă);
• Aria de întindere:
o Parțiale;
o Totale.
Orice componentă și sistem suferă de îmbătrânire. Rata de defectare a unui echipament
poate fi exprimată prin relația:

ln𝑟(𝑡)=ln𝑟0−𝑘𝑚𝑡𝑒−𝑓(𝑤) (16)

unde:
• r(t) – rezistența la defectare în momentul t;
• r0 – rezistența la defectare inițială (preluarea în exploatare este considerată momentul
inițial);
• e – baza logaritmilor naturali;
• km – coeficientul statistic de calitate;
• f(w) – funcția de interacțiune energetică în timp.

47 Orice sistem sau instalație poate fi aproximată ca o sumă de componente conectate în
paralel, fiecare având propria rezistență de defectare. Rezistența totală la defectare reprezintă
suma tuturor rezistențelor din sistem și se interpretează ca fiind media statistică aplicată unui
număr ma re de instalații. Ea se calculează după formula:

1
𝑅𝑇=∑1
𝑅𝑖𝑁
𝑖=1 (17)

Rezistența ideală la defectare a unei componente se exprimă conform relației:

𝑅𝑥(𝑡)=𝑒−𝜆𝑥𝑡 (18)

unde λ x este definit ca fiind indicele de calitate al componentei și se măsoară în h-1.
Media timpului de bună funcționare pentru un întreg sistem se calculează astfel:

𝑀𝑇𝐵𝐹 [ℎ]=1
∑ 𝜆𝑖𝑁
𝑖=1 (19)

Pentru cele două echipamente proiectate în această lucrare (instalația de centralizare și
trenul) media timpului de bună funcționare a fost calculată ținând cont de următorii parametrii:

Tabel 5. MTBF Tren
Denumire  (− h−) Număr de bucăți (N) N*i (10-6 h-1)
Rezistor 0.10 13 1.30
Condensator 0.10 2 0.20
Condensator electrolitic 0.03 1 0.03
Tranzistor MOSFET 3.00 4 12.00
L293D 0.05 1 0.05
Led 2.00 3 6.00
Modul Arduino Nano 0.18 1 0.18
Modul RFID 0.18 1 0.18
Sursă U3V9F12 0.25 1 0.25
Motor 1.50 1 1.50
TOTAL (ore) 46104
TOTAL (ani) 5

48 Tabel 6. MTBF Instalație de centralizare
Denumire λi (10-6 h-1) Număr de bucăți (N) N*λi (10-6 h-1)
Rezistor 0.10 13 1.30
Condensator 0.10 5 0.50
Led 2.00 12 24.00
Modul Arduino UNO 0.18 1 0.18
Servomotor 1.50 1 1.50
TOTAL (ore) 36390
TOTAL (ani) 4

49 Capitolul 5. Calcul economic
Costul de implementare al întregului sistem proiectat este prezentat în tabelul următor.
În calcul au intrat doar componentele electronice și mecanice ale instalației de centralizare și
ale trenului, nu și segmentele fizice de linie.

Tabel 7. Calculul economic al sistemului
Componentă Preț / buc. (RON) Cantitate Preț (RON)
Instalația de centralizare
Arduino UNO R3 27 1 27
Servomotor 30 1 30
LED Roșu 0,5 11 5,5
LED Verde 0,5 1 0,5
Rezistor 240 Ω / 0.25 W 0,1 12 1,2
Rezistor 4.7 kΩ / 0.25 W 0,1 5 0,5
Rezistor 10 kΩ / 0.25 W 0,1 1 0,1
Condensator 10 μF 0,5 5 2,5
Buton 6x6x6 1 1 1
Alimentator 9 V / 1A 13 1 13
TOTAL INSTALAȚIE DE CENTRALIZARE 81,3
Tren
Arduino Nano 17 1 17
Modul RFID MFRC522 17 1 17
Sursă ridicătoare U3V12F9 20 1 20
Suport baterii 4xR6 10 1 10
LED Roșu 0,5 1 0,5
LED Verde 0,5 2 1
Rezistor 240 Ω / 0.25 W 0,1 3 0,3
Rezistor 4.3 kΩ / 0.25 W 0,1 1 0,1
Rezistor 10 kΩ / 0.25 W 0,1 1 0,1
Condensator 33 μF 0,5 2 1
Condensator electrolitic 10 μF 0,5 1 0,5
Translator de nivel bidirecțional cu
patru canale 5 1 5
L293D 10 1 10
Buton 6x6x6 1 1 1
Comutator 2 1 2
Motor 130 5 1 5
Roată dințată din metal 10 -2A 1,95 1 1,95
TOTAL TREN 91,85
TOTAL 173,15

50 Concluzie
Dezvoltarea masivă a centrelor urbane a dus la apariția sistemelor de transport public
sub diferite forme. Metropolele mari au construit rețele de cale ferată proiectate special pentru
condițiile urbane de trafic. Aceste rețele sunt separate de traficul de la nivelul solulu i în diferite
moduri. Rețelele de cale ferată urbană care se află integral sau în mare parte sub suprafața
solului poartă, în general, denumirea de sisteme de metrou.
Indiferent de modul de construcție al căilor ferate urbane, siguranța circulației rămân e,
ca la sistemele feroviare tradiționale, prioritatea zero. În acest scop au fost împrumutate în primă
fază sistemele de semnalizare feroviară de la calea ferată normală (ex: INDUSI), iar ulterior au
fost dezvoltate tehnologii specifice transportului fero viar urban (ex: CBTC).
În cadrul acestei lucrări am proiectat un model de sistem de semnalizare bazat pe
sistemul real CITYFLO 350 aflat în funcțiune la Metroul din București. Acesta îndeplinește
toate funcțiile de bază ale sistemului real, accentul punâ ndu-se pe funcțiile ATP și ATO.
Sistemul proiectat a fost realizat cu componente electronice disponibile pe piață, ceea ce
permite oricărui inginer electronist care deține cunoștințe din domeniul semnalizărilor feroviare
să dezvolt e și să îmbunătățească, în viitor, acest model.
Bibliografia lucrării de față conține surse sub diferite forme: cărți de referință în
domeniul feroviar, articole științifice legate de dezvoltarea sistemelor de semnalizare feroviară,
prezentări de tehnologii feroviare, pagini de Internet ale pasionaților de transport feroviar,
documente tehnice interne ale METROREX S.A., cărți de electronică și foi de catalog ale
componentelor utilizate.
Din studierea acestor surse am elaborat, în prima parte a lucrării, o descriere a trei
tehno logii folosite la semnalizarea căilor ferate urbane. Din cauza răspândirii informației între
multe surse, descrierea modului de control al trenurilor prin circuite de cale s -a dovedit a fi cea
mai dificilă de realizat.
În mod evident există și alte sisteme de semnalizare pe care nu le -am cuprins în această
lucrare. Un exemplu în acest sens este sistemul de semnalizare ZBS dezvoltat pentru trenurile
urbane din Berlin (S -Bahn).
Tehnologia CBTC pare să fie soluția de semnalizare spre care se îndreaptă mulți
operatori de sisteme feroviare urbane, ceea ce mă face să cred că . în viitorul apropiat, acest tip
de sisteme de semnalizare va reprezenta un procent semnificativ din totalul sistemelor aflate în
funcțiune. Lipsa unor standarde obligatorii pentru pro ducătorii de echipamente CBTC este, în
opinia mea, marele dezavantaj al acestei tehnologii.
Acest neajuns este însă explicabil prin limitarea sistemelor feroviare urbane pe zone
geografice relativ restrânse și prin faptul că, în general, infrastructura a fost special construită
pentru ele. Astfel nu există nevoia de a asigura interoperabilitate între sistemul urban de cale
ferată și ce l național, de exemplu. O consecință a acestui lucru este prețul mare de achiziție al
sistemelor de semnalizare pentru lin ii urbane. Deoarece fiecare sistem este diferit și construit
după standarde diferite, fiecare sistem de semnalizare trebuie proiectat ținând cont de aceste

51 diferențe. Acest timp prelungit de proiectare atrage după sine o creștere semnificativă a prețului
întregului sistem.
Ideal, s -ar putea proiecta un sistem universal pentru linii urbane de cale ferată, un analog
pentru sistemul ERTMS. Astfel s -ar putea realiza o reducere a costurilor de implementare ale
noului sistem, ceea ce ar încuraja mai mulți operatori să își modernizeze instalațiile de
semnalizare. Acest lucru este însă, în opinia mea, aproape imposibil de realizat. Modernizarea
infrastructurii existente, în special pentru sistemele de metrou, ar implica investiții colosale,
care nu s -ar putea justifica din punct de vedere financiar.

52 Dicționar explicativ de termeni și abrevieri
AFTC – Circuit de Cale în Audiofrecvență, en: Audio Frequency Track Circuit ;
ATC – Controlul Automat al Trenului, en: Automatic Train Control;
ATO – Conducerea Aut omată a Trenului, en: Automatic Train Operation;
ATP – Protecția Automată a Trenului, en: Automatic Train Protection;
ATS – Supervizarea Automată a Trenului, en: Automatic Train Supervision;
AVI – Sistem Automat de Identificare a Vehiculului, en: Automatic Vehicle Identification;
BFSK – Modulație Digitală Binară de Frecvență, en: Binary Frequency -shift Keying;
BTIU/BTU – Unitatea de transmisie a balizei;
CBI – Instalație de Centralizare Electronică;
CBTC – Controlul Trenului Bazat pe Comunicații, en: Commun ication Based Train Control ;
CFR – Căile Ferate Române;
CTC – Dispecerat Central de Trafic;
CTIU – Interfața cu circuitele de cale;
EC CBTC – Echipamentul de cale CBTC;
ERTMS – Sistemul European de Management al Traficului Feroviar, en: European Rail Traff ic
Management System ;
ETCS – Sistemul European de Control al Trenului , en: European Train Control System ;
FEU – Unitatea „Field Engineering”;
FSK – Modulație Digitală de Frecvență, en: Frequency -shift Keying;
FTJ – Filtru trece -jos;
GSM -R – GSM pentru calea ferată, en: GSM -Railway;
HMI – Intrefață Om -Mașină, en: Human -Machine Interface;
IC – Instalație de Centralizare;
IL – Instalație de centralizare, en: Interlocking;
INDUSI – Instalația de autostop preluată de la sistemul de cale ferată din Germania de către
CFR și implementată pe tot teritoriul României, ge: Induktive Zugsicherung ;
LC – Control Local;
LED – Diodă Emițătoare de Lumină , en: Light -emitting diode;
LS – Luminoschemă;
MFSD – Vitezometru multifuncțional;
MTBF – Media timpului de bună funcționare, en: Meann Time Before Failure;
MU – Unitate de Adaptare, en: Matching Unit;
OB CBTC – Echipamentul CBTC de la bordul trenului;
PIS – Sistem de Informare a Pasageril or, en: Passenger Information System ;
PWM – Modula ția impulsurilor în durată, en: Pulse Width Modulation;
RC CBTC – Rețeaua de comunicații CBTC;
SDU – Unitatea de Viteză și Distanță, en: Speed and Distance Unit;
SPI – Interfața serială SPI, en: Serial Peripheral Interface bus;

53 TCP/IP – Protocol de Control al Transmisiei/Pr otocol Internet, en: Transmission Control
Protocol/Internet Protocol;
TU – Unitate de Acord, en: Tuning Unit ;
UCP IC – Unitatea Centrală de Procesare a Instalației de Centralizare;
UCP Tren – Unitatea Centrală de Procesare a Trenului;
UDP/IP – Protocolul Dat agramelor Utilizator/Protocol Internet, en: User Datagram
Protocol/Internet Protocol;
VDMAX – Viteza maximă pe direcția de la stația A la stația B;
VDmin – Viteza minimă pe direcția de la stația A la stația B;
VDX – Unitate de Intrări/Ieșiri Digitale Vital e, en: Vital Digital I/O Unit;
VFMAX – Viteza maximă pe direcția de la stația B la stația A;
VFmin – Viteza m inimă pe direcția de la stația B la stația A;
ZBS – Sistem de influențare a trenului Berlin, ge: Zugbeeinflussungssystem S -Bahn Berlin ;

54 Lista Figurilor

Figura 1. Principiul de funcționare al instalației de tip INDUSI [7] ………………………….. ……. 5
Figura 2. Schema bloc a instalației INDUSI de pe locomotivă [7] ………………………….. ……… 6
Figura 3. Controlul vitezei [7] ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 7
Figura 4. Distanța de instalare a inductoarelor de cale la metrou [9] ………………………….. ….. 8
Figura 5. Comparație între sectorul de bloc fix (a) și s ectorul de bloc dinamic (b) [10] …….. 9
Figura 6. Schema bloc a unui sistem CBTC [12] ………………………….. ………………………….. . 10
Figura 7. Detecția trenului în sistemul CBTC [13] ………………………….. …………………………. 11
Figura 8. Modul de funcționare al circuitelor de cale codate [15] ………………………….. …….. 13
Figura 9. Arhitectura sistemului de se mnalizare CITYFLO 350 [18] ………………………….. .. 15
Figura 10. Configurația standard a circuitului de cale TI 21 -M [21] ………………………….. …… 18
Figura 11. Semnalul modulat în modul detecție tren [21] ………………………….. …………………. 19
Figura 12. Semnalul modulat în modul de transmisie date [21] ………………………….. …………. 19
Figura 13. Schema bloc a balizei [23] ………………………….. ………………………….. ………………… 20
Figura 14. Configurația hardware a trenurilor de metrou [20] ………………………….. ……………. 22
Figura 15. Schema bloc a modelului ………………………….. ………………………….. ………………….. 24
Figura 16. Funcționarea circuitului de cale al modelului ………………………….. …………………… 26
Figura 17. Planul monofilar al modelului ………………………….. ………………………….. …………… 28
Figura 18. Spectrele de amplitudine ale semnalelor folosite ………………………….. ……………… 30
Figura 19. Structura tipică a unui FTJ de tip RC ………………………….. ………………………….. …. 31
Figura 20. Caracteristica FTJ -ului proiectat ………………………….. ………………………….. ………… 31
Figura 21. Luminoschema proiectului ………………………….. ………………………….. ……………….. 32
Figura 22. Schema bloc a instalației de centralizare ………………………….. …………………………. 33
Figura 23. Schema logică simplificată a instalației de centralizare ………………………….. …….. 36
Figura 24. Schema bloc a trenului de metrou ………………………….. ………………………….. ……… 38
Figura 25. Modulul RFID -RC522 [33] ………………………….. ………………………….. ………………. 39
Figura 26. Caracteristica curent – tensiune a motorului folosit ………………………….. ………….. 39
Figura 27. Circuitul integrat L293D [35] ………………………….. ………………………….. ……………. 40
Figura 28. Arduino Nano [37] ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 41
Figura 29. Schema electrică a unui canal bidirecțional cu schimbare de nivel logic [39 ] …… 42
Figura 30. Eficiența circuitului Pololu U3V12F9 (V O = 9 V) [42] ………………………….. ……… 43
Figura 31. Schema logică a trenului de metrou ………………………….. ………………………….. ……. 45

55 Lista tab elelor

Tabel 1. Comparație a sistemelor de semnalizare pentru căi ferate urbane ……………………… 14
Tabel 2. Comparație între diverse plăci de dezvoltare Arduino [24] ………………………….. ….. 27
Tabel 3. Codurile pentru telegrame ………………………….. ………………………….. …………………… 29
Tabel 4. Configurarea pinilor pentru toate comenzile d e viteză ………………………….. ………… 45
Tabel 5. MTBF Tren ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 47
Tabel 6. MTBF Instalație de centralizare ………………………….. ………………………….. …………… 48
Tabel 7. Calculul economic al sistemului ………………………….. ………………………….. ………….. 49

56 Bibliografie

[1] Railway Technical Web Pages, The development and principles of UK signalling ,
Archive Paper No. 1, Martie 2017;
[2] http://www.railwaygazette.com/news/single -view/view/ec -sets-out-ertms –
deployment -deadlines.html [Accesat 20.06.18];
[3] Railway Technical Web Pages , Piers Connor , Metro Operations Planning , Infopaper
No. 4, Septembrie 2011 ;
[4] https://en .wikipedia.org/wiki/List_of_metro_systems [Accesat 20.06.18];
[5] http://www.railway -technical.com/signalling/train -protection.html [Accesat
20.06.18];
[6] http://www.railway -technical.com/signalling/automatic -train -control.html [Accesat
20.06.18];
[7] Alexandru Iulia n Stan, Sandu David, Centralizări electrodinamice și bloc de linie
automat Vol.2 , Pag. 28-39, 309-316, Editura didactică și pedagogică, București, 1984;
[8] Ministerul Transporturilor și Telecomunicațiilor, Direcția Generală Linii și Instalații,
Instrucția instalației pentru controlul automat al vitezei trenurilor și autostop tip
INDUSI echipamentul din cale , Pag. 5, Centrul de Documentare și Publicații Tehnice,
București, 1972;
[9] I.M.B., Plan montaj inductori INDUSI Semnale IG, EG, ID, ED , Documentație intern ă
SC.METROREX.SA , București, Iunie 1988;
[10] Railsystem.net, Communications -Based Train Control (CBTC ),
http://www.railsystem.net/communications -based -train -control -cbtc/ [Accesat
12.04.18];
[11] N. Bin, T. Tao, Q. K. Min & G. C. Hai , CBTC (Communication Based Train Control):
system and development , WIT Transactions on State of the Art in Science and
Engineering , Vol. 46, Pag. 38, 2010;
[12] IEEE, IEEE Recommended Practice for Communications -Based Train Control (CBTC)
System Design and Functional Allocations , Pag. 4 -9, IEEE Std 1474.3 -2008, New
York, 2008;
[13] CBTCsolutions.ca, What is CBTC? (IEEE 1474.1) ,
https://www.cbtcsolutions.ca/blog/2017/1/30/what -is-cbtc-ieee-14741 [Accesat
12.04.18]
[14] Mihail Corneliu Alexandrescu, Alexandru Chiș, Sandu David, Alexandru Iulian Stan ,
Bazele funcționării echipamentelor electrice și electronice pentru căi ferate. Manual
pentru licee industriale cu profil de electrotehnică, meseria electronist pentru căi
ferate, clasele a XI -a și a XII -a, Pag. 13 2-137, Editura Didactică și Pedagogică,
București, 1978;
[15] Jodi Scalise, How Track Circuits detect and protect trains , railwaysignalling.eu, Italia,
2014;
[16] NILES CANYON RAILWAY SIGNAL DEPARTMENT, Coded Track Circuits for
Block Signaling , NMRA Convention, 2011;

57 [17] Bombardier.com, CITYFLO 350 – Bucharest , Romania ,
https://www.bombardier.com/en/transportation/projects/project.cityflo -bucharest –
romania.html?f -region=asia -pacific&show -by-page=50&page=1&f -country=in&f –
segment=all&f -type=all&f -name=all [Accesat 04.05.18];
[18] BOMBARDIER , Descriere Funcțională -Bucu rești Linia 2 de Metrou , Documentație
internă SC.METROREX.SA, 2002;
[19] BOMBARDIER, Descrierea sistemului ATC Metroul din București , Documentație
internă SC.METROREX.SA, 2008;
[20] METROREX, Instalațiile de centralizare electronică (interlocking) și instalațiile
pentru controlul automat al trenului (ATC: ATP+ATO) ; Documentație internă
SC.METROREX.SA;
[21] METROREX, Circuite de cale în audio frecvență tip TI 21 -M; Documentație internă
SC.METROREX.SA;
[22] BOMBARDIER, Description of the Track circuit data , Documentație internă
SC.METROREX.SA;
[23] BOMBARDIER, Specificația de produs a balizei seriale JGA 290 01/4 , Documentație
internă SC.METROREX.SA;
[24] https://www.arduino.cc/en/Products/Compare [Accesat 06.06.18];
[25] https://www.sparkfun.com/news/1982 [Accesat 06.06.18];
[26] Valentin I ordache, Angel Ciprian Cormoș, Ilona Mădălina Costea, SENZORI,
TRADUCTOARE ȘI ACHIZIȚII DE DATE CU ARDUINO UNO LUCRĂRI
PRACTICE , Pag. 13, Editura POLITEHNICA PRESS, București, 2016;
[27] http://www.benripley.com/diy/arduino/three -ways -to-read-a-pwm -signal -with-
arduino/ [Accesat 06.06.18];
[28] https://provideyourown.com/2011/analogwrite -convert -pwm -to-voltage/ [Accesat
06.06.18];
[29] Benjamin Kappel, Arduino Elektronik, Programmierung, Basteln , Pag. 484 -488,
Rheinwerk Verlag, Bonn, 2016;
[30] https://www.sparkfun.com/products/9590 [Accesat 01.06.18];
[31] https://www.sparkfun.com/products/959 2 [Accesat 01.06.18];
[32] https://learn.adafruit.com/ladyadas -learn -arduino -lesson -number -0/power -jack-and-
supply [Accesat 16.06.18];
[33] https://www.optimusdigital.ro/ro/wireless -rfid/67 -modul -cititor -rfid-
mfrc522.html?search_query=Modul+RFID+MFRC522&results=5 [Accesat
01.06.18];
[34] Scott Fitzgerald, Michael Shiloh, THE ARDUINO PROJECTS BOOK , Pag. 103 -112, 33-40,
2015;
[35] https://www.wiltronics.c om.au/product/4264/l293d -motor -driver -i-c-2/ [Accesat
01.06.18];
[36] Texas Instruments, L293x Quadruple Half -H Drivers , 2016;
[37] https://store.arduino.cc/arduino -nano [Accesat 01.06.18];
[38] Atmel, ATMEL 8 -BIT MICROCONTROLLER WITH 4/8/16/32KBYTES IN -SYSTEM
PROGRAMMABLE FLASH DATASHEET , Pag. 299 -303, 2015;

58 [39] https://learn.sparkfun.com/tutorials/bi -directional -logic -level -converter -hookup –
guide?_ga=2.147892850.452676152.1527703884 -1279274565.1523647079 [Accesat
01.06.18] ;
[40] https://www.sparkfun.com/products/12009 [Accesat 01.06.18];
[41] http://www.techlib.com/reference/batteries.html [Accesat 01.06.18] ;
[42] https://www.pololu.com/product/2116 [Accesat 01.06.18];

59 Anex a 1

60 Anexa 2