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| MétroPole > Exploitation > SACEM > 3. Réalisation technique (1) | |||||
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Le système SACEM comprend d'abord un appareillage embarqué incluant du matériel électronique, des microprocesseurs et des logiciels. Il reçoit les informations nécessaires transmises par le sol, divers états du train (sens de marche, longueur, ...), ainsi que la mesure d'espace parcouru par une roue optique codée dite « roue phonique ». Ensuite, il fournit des indications au conducteur par la signalisation en cabine, et envoie vers le train une information permanente qui, si elle disparaît (lorsque des conditions anormales, ou des pannes, sont détectées), provoque le freinage d'urgence du train.
Le système comprend aussi un ensemble d'appareillages fixes (un par secteur), assez analogues aux appareillages embarqués, et reliés aux appareillages fixes voisins, aux installations de signalisation et à la voie.
Enfin, le SACEM utilise plusieurs systèmes de transmission :
Pour que le système soit adaptable à de multiples situations, un module matériel et/ou logiciel est associé à chaque grande fonction. Le cœur du système est ainsi constitué par le module « contrôle de vitesse et transmissions », complété éventuellement par les modules :
Cette architecture autour d'un contrôle de vitesse et de transmissions sol-trains en continu fait de SACEM un membre évolué de la lignée « TVM » (la signalisation de cabine du TGV).
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Lorsque le train est sous tension, le SACEM est alimenté en permanence. Lors de sa mise sous tension, le système embarqué effectue un certain nombre de contrôles de bon fonctionnement internes, puis se met en attente.
Au départ d'une zone non équipée avec SACEM, dès qu'il roule, le train reçoit des informations de la roue phonique (code correct, et sens de marche conforme à la cabine active, car le système ne peut pas s'initialiser en marche arrière). Si ces informations sont contrôlées « correctes », le système se met en attente d'une balise d'initialisation en « bouclant » sur les contrôles de la roue phonique et du sens de marche.
A l'entrée en zone SACEM, au passage sur une balise d'initalisation, le contrôle continu de vitesse devient actif et la signalisation de cabine s'allume quelques mètres avant le signal frontière (non annulé) séparant les zones.
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Une balise d'initialisation est constituée en fait d'un ensemble de deux balises codées et auto-alimentées en 24 volts. Elles sont posées avec une grande précision : en effet, la distance entre les deux éléments de la balise (18 m) servira de référence à l'étalonnage du système de mesure de distance. La première balise fournit le numéro de canal de transmission — qui permet de commuter le récepteur embarqué sur la fréquence d'émission locale du sol — et la position géographique de la balise dans le réseau. Le système initialise alors provisoirement la localisation, et l'incrémente par la mesure de localisation du train. Le passage sur la deuxième balise permet le contrôle des informations de la première, et l'étalonnage de la roue phonique, afin de corriger l'erreur dûe à l'usure des roues. Quand le train a reçu par la transmission sol-train et décompacté
toutes les données correspondant à l'endroit où il
se trouve (connu par le message de la balise), il est localisé
avec précision et active d'abord le contrôle
de vitesse (KCV). Celui-ci délivre une information sécuritaire
« contrôle de vitesse actif » qui active la signalisation
en cabine, en commandant en sécurité son alimentation. L'information
de cabine affichée est cohérente avec l'indication du signal
frontière. A partir de cet instant, la vitesse du train est contrôlée
et les signaux latéraux s'annulent. |
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Depuis juin 1997, les branches RATP de la ligne A sont équipées d'un SACEM simplifié n'utilisant que le contrôle de vitesse. Il n'y a donc plus qu'une seule « vraie » initialisation qui subsiste, à l'entrée en zone RATP à Nanterre-Préfecture en venant de Cergy. Ailleurs, les initialisations ont désormais lieu à l'arrêt, selon une nouvelle procédure n'utilisant qu'une seule balise (servant essentiellement à attribuer un canal de transmission au train) ; en effet, l'étalonnage de la roue phonique et la prélocalisation n'ont plus lieu d'être, puisque le SACEM reste actif et le train localisé en permanence.
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La localisation du train est réalisée au moyen d'un capteur de déplacement dit « roue phonique », et qui se présente en réalité sous la forme d'une disque équipé d'aimants :
Roue phonique [photo RATP]
Un signal est émis lorsqu'un des aimants passe devant un petit bobinage (phénomène d'induction électromagnétique).
La roue phonique peut donc délivrer des informations de vitesse - grâce à la fréquence du signal de sortie - et de position - par incrémentation à chaque impulsion. Pour assurer la sécurité de ces données, celles-ci sont codées selon le même principe décrit plus loin pour les traitements du processeur principal.
Ces informations servent d'abord à activer le cœur même du système, le contrôle de vitesse, puis sont utilisées à chaque cycle de traitement pour l'élaboration d'ordres donnés au conducteur, et de la courbe de vitesse limite (l'élément de sécurité du système). De l'initialisation à la sortie de la zone équipée en SACEM, la localisation est ainsi un élément primordial du fonctionnement du système.
Pour que le repérage en ligne soit le plus efficace possible, on utilise un système de « chaînage » dans lequel le train se repère par rapport aux singularités en mesurant le développé de la voie. Pour des raisons de sécurité, le dispositif embarqué majore systématiquement sa mesure d'espace. Cela implique en conséquence un recalage systématique sur les balises de relocalisation. Toute singularité (dont les balises elles-mêmes) est ensuite « calée » en abscisse sur la balise immédiatement en amont. La distance de calage est déterminée grâce à un outil informatique appelé « Outil de Vérification de la Localisation des Invariants » (OVLI), qui s'installe à la place du module contrôle de vitesse et vérifie les abscisses directement en ligne.
 Balise de relocalisation [photo RATP] |
Afin de ne pas cumuler des erreurs de mesure de distance, la localisation est recalée périodiquement en ligne, par des balises courtes de 2 m de long. Téléalimentées par le train lors de son passage, ce qui évite tout déroulage de câble, elles sont disposées tous les 500 m environ, afin que l'erreur entre la distance mesurée par la roue phonique et la distance réellement parcourue reste dans la tolérance du système bord (entre -1 et +10 m).
La position de ces balises fait partie des informations envoyées au train par la liaison sol-train. Après le franchissement d'une balise de relocalisation, le système attend la suivante dans une « fenêtre » fixée ; quand il la rencontre, il compare sa position calculée et la position réelle.
Dans le cas d'un train déjà localisé, les balises d'initialisation servent également de balises de recalage. La position de toutes ces balises étant primordiale pour la localisation, elles sont implantées avec la plus grande précision, et leur emplacement est repéré sur le bord du tunnel.
Le SACEM conserve l'équipement existant de signalisation, utilisant le block automatique lumineux (BAL) : si le train est à même de se localiser tout seul avec le nouveau système, la signalisation existante reste indispensable pour que le sol connaisse la position des trains, et puisse fournir les informations d'espacement aux trains suivant. Par ailleurs, le block automatique permet de continuer l'exploitation en cas de non-fonctionnement du SACEM (incident technique ou train de service non équipé).
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Les trains ont besoin de se localiser et de conaître l'état de la voie (vitesse limite et position du train précédent) pour rouler en SACEM. Ces informations sont habituellement transmises par la signalisation latérale (panneaux kilométriques, tableaux indicateurs de vitesse, signaux). Mais comme elle est annulée par le système, ces informations doivent être données par un autre moyen - en l'occurrence, sous forme de messages que l'équipement au sol envoie aux trains.
Pour minimiser la quantité d'équipements, donc le coût du nouveau système, on décida d'utiliser les rails comme support de transmission : ils évitent de réinstaller un réseau de communication, et leur continuité électrique est toujours assurée pour d'autres besoins (retour du courant de traction, circuits de voie pour le signalisation).
Pour que le SACEM soit compatible avec les équipements existants (circuits de voie, en particulier), la transmission est indépendante des circuits de voie et doit leur être superposable. Cela a conduit à utiliser la bande de fréquences situées entre 35 et 80 kHz. Le choix des fréquences dans cette gamme dépend ensuite du plan de fréquence de la ligne (fréquences fondamentales et harmoniques des circuits de voie, des hacheurs de traction, des postes de redressement...). Sur la ligne A, trois canaux (35, 40, 45 kHz) ont été retenus.
Les
transmissions sont numériques ; ainsi, l'adaptation éventuelle
ne concerne que le contenu des messages, et l'ajout d'un code correcteur permet
d'améliorer la disponibilité. Deux modes de transmission ont été
retenus :
- Le mode de transmission différentiel, dont le principe exclut la circulation de plusieurs trains sur un même circuit de voie ; son usage est donc limité aux cantons d'intergare. Lorsque les émetteurs des circuits de voie sont installés dans le même local que les émetteurs SACEM, on utilise comme liaison avec la voie le même support que le cantonnement de signalisation. Si les deux émetteurs sont situés dans des locaux séparés, la liaison à la voie se fait directement. L'injection à la voie a normalement lieu en extrémité de canton, mais comme la puissance des émetteurs ne permet pas toujours d'avoir une bonne transmission en extrémité de zone, il est parfois nécessaire d'injecter la transmission au milieu du circuit de voie.
- Le mode de transmission continue, utilisé en gare, où deux trains sont amenés à circuler sur le même canton. Ce mode de transmission met en œuvre une boucle d'émission réalisée par les rails mis en parallèle et un câble de retour. Il assure au train suiveur la réception des états des sous-cantons occupés par le train précédent. L'injection à la voie se fait au milieu du canton de signalisation associé.
Les messages sont constituées d'éléments (suite binaire) de longueur fixe, et non interruptibles. La liaison continue sol-train par les rails permet de transmettre aux trains 4 types d'informations :
Ces messages sont émis vers le train au fur et à mesure de sa progression. L'agencement de ces données et leur répartition tout au long de la ligne doivent obéïr à la règle essentielle : fournir ces informations au calculateur de bord avec une anticipation suffisante pour ne pas perturber la marche du train.
Les messages de variants sont prioritaires par rapport aux invariants. Ils sont transmis périodiquement ou immédiatement en cas de changement d'état. Les invariants, eux, sont émis cycliquement et constituent une tâche de fond de la transmission.
La capacité limitée des transmissions a conduit à découper la ligne en petites zones géographiques, ce qui permet de satisfaire à l'impératif d'anticipation en ayant une moins grande portion de ligne à décrire à chaque fois, et donc des messages de longueur raisonnable.
L'équipement fixe du système comporte ainsi, en plus du découpage en cantons de signalisation, quatre découpages qui lui sont propres.
Un message est émis en permanence sur chaque tronçon. Le message regroupe tous les variants sécuritaires (état de la voie) du tronçon actuel et anticipe sur le tronçon aval. Un train circulant à la vitesse maximale autorisée doit recevoir deux fois le message pendant le parcours du tronçon. Pour des raisons de disponibilité, chaque secteur possède un tronçon d'initialisation. Sur ceux-ci, le train doit emmagasiner à la fois la description de la voie du tronçon propre et celle du tronçon aval.
Les différents tronçons et segments sont reliés (« chaînés ») entre eux, créant un système de repérage orienté sur l'ensemble du réseau. L'échelle particulière de définition des distances résulte d'un compromis entre la précision du repérage et la capacité maximale des messages.
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Le contrôle de la marche du train est réalisé en sécurité pour permettre éventuellement un pilotage automatique. Ce contrôle est effectué par rapport à la vitesse maximale autorisée au point où se trouve le train, et par rapport à la distance libre jusqu'au premier « obstacle » (la « distance-but »).
Le contrôle de vitesse compare la vitesse réelle du train, élaborée à partir des informations de la roue phonique, et les vitesses imposées :
En cas de dépassement de l'une de ces vitesses, il y a déclenchement du freinage d'urgence.
A partir de l'information de localisation et des informations reçues du sol (invariants et variants), le système définit la distance qui sépare la tête du train du premier « obstacle », dit « point-but » (un point d'arrêt, une restriction de vitesse, ou une sortie de zone SACEM).
A partir de la vitesse réelle du train, la vitesse à atteindre au point-but, les déclivités en aval, et les caractéristiques du train (masse en charge, décélération, temps de réponse du frein), le SACEM vérifie à chaque cycle de traitement, soit environ toutes les 300 ms, que la distance de ralentissement en freinage d'urgence est inférieure à la distance libre par rapport au premier point-but en aval . Il s'agit en réalité d'un contrôle d'énergie : il faut que l'énergie mécanique (cinétique et potentielle) du train soit inférieure à celle que peut compenser le freinage d'urgence avant le point-but. Sinon, il y a déclenchement du freinage.
Comme cette distance-but avait été calculée au cycle précédent, le contrôle de vitesse ajoute le temps de calcul au temps de réponse du frein lors de ce test.
Le SACEM n'est préu pour fonctionner que dans le sens normal de marche. Aussi, si le train recule de plus de 1 m en gare ou de 10 m en intergare, le contrôle de vitesse déclenche le freinage d'urgence, et le voyant « survitesse » s'allume.
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