A new approach to specification and design of a railway-interlocking: The "route" approach. An exercise in top-down design with stepwise refinement

S P E C I F I C A T I O N s n d D E S I G N

3 r a i l w a y - I N T E R L O C K I N G :

n

o O O O oo u i

Cr-» « il II II fil il H III! I illlll III III Hifi ill II il II I il I tl Mi if All II. |i ' 1 ., l|ll!i|ilMi,i

I w Ü » h » Ini m « ii fui i i á ill ill i l ni s il iIIIIm

A NEW APPROACH

TO

S P E C I F I C A T I O N AND DESIGN

OF A

RAILWAY-INTERLOCKING:

THE "ROUTE" APPROACH

a n e x e r c i s e i n t o p - d o w n d e s i g n w i t h s t e p w i s e r e f i n e m e n t BIBLIOTHEEK TU Delft

P 2105 8166

867960

P r o e f s c h r i f t t e r v e r k r i j g i n g v a n d e g r a a d v a n d o c t o r i n d e t e c h n i s c h e w e t e n s c h a p p e n a a n d e T e c h n i s c h e H o g e s c h o o l D e l f t , op g e z a g v a n d e R e c t o r M a g n i f i c u s , p r o f . i r . B.P.Th. V e l t m a n , i n h e t o p e n b a a r t e v e r d e d i g e n t e n o v e r s t a a n v a n e e n c o m m i s s i e a a n g e w e z e n d o o r h e t C o l l e g e v a n D e c a n e n op 2 1 j u n i 1984 t e 14.00 u u r d o o r L i e u w e Z i g t e r m a n , g e b o r e n o p 27 d e c e m b e r 1952 t e R o o d e s c h o o l , e l e k t r o t e c h n i s c h i n g e n i e u r .

CORRIGENDA T h e l i n e - n u m b e r i s c o u n t e d a s f o l l o w s : 1. t h e h e a d l i n e o r t h e t w o h e a d l i n e s a r e n o t c o u n t e d , 2. o n e o r more b l a n k l i n e s a r e c o u n t e d a s o n e l i n e . f r o m t o p f r o m b o t t o m p a g e l i n e o l d 9 3 5 36 4 5 5 2 59 7 6 114 198 2 0 6 2 2 0 2 2 3 2 3 0 2 6 0 2 6 3 2 6 5 2 6 7 2 7 2 2 8 5 2 9 4 i n 4. 3 6b 5 t 9b 5 t 6b 1 2 t i n 6. 3 f i g u r e 9 - 2 c 2 a b o v e NOTE 1 8 t 2 3 t i n 16. 3. 20b. 14b, 9b 12b l b 6b 1 3 t 3b, 4b 1 7 t l i t 1 3 t 9 t 2 5 t op i n i n i o n s o r e 7 0 i n d i v u a l l y 5. 1 b u t h a S I G N A L f r o m " r o u t e " a d d e d ( c o m p a r e f i g u r e M e t e r s ( 0 : 1 5 0 0 ) a s p e c t _ r e l a t i o n 3 S i g n a l s P o i n t s _ a n d _ p o s i t i o n N U L L ( s e e A. 7 ) WHEN => . . . q u i e s c e n t q u i e s c e n t F i x e d _ r o u t e s S i g n a l _ l i s t o p i n i o n s o r 4 6 i n d i v i d u a l l y 5-1 b u t t o " o p e r a t o r " i s t o bs 9-2a a n d 9 - 2 b ) t a r g e t _ d i s t a n c e M e t e r s ( 0 : 1 5 0 0 ) a s p e c t _ r e l a t i o n -> t o b e d e l e t e d R e f i n e d _ s i g n a l s . . . _ a n d _ p a r t = N U L L t o b e d e l e t e d WHEN ... => t o b e d e l e t e d t o b e d e l e t e d t o b e d e l e t e d t o b e a d d e d F i x e d _ r e f i n e d _ r o u t e s T r a c k l i s t L i e u u i e Z i g t e r m a n U t r e c h t , 8 4 0 5 2 8

p a r a p h r a s i n g E d s g e r W. D i j k s t r a , i n :

A d i s c i p l i n e o f p r o g r a m m i n g , 1 9 7 6 , p a g e 2 1 5 , P r e n t i c e - H a l l s e r i e s i n a u t o m a t i c c o m p u t a t i o n

a n e d i t i n g p r o g r a m a n d RUNOFF s e t t i n g o f t e x t : D i g i t a l E q u i p m e n t B.V., UTRECHT p r i n t i n g : O f f s e t d r u k k e r i j N.V. N e d e r l a n d s e S p o o r w e g e n , UTRECHT ( c ) N.V. N e d e r l a n d s e S p o o r w e g e n , UTRECHT N i e t s u i t d e z e u i t g a v e mag w o r d e n v e r m e n i g v u l d i g d o f g e p u b l i c e e r d z o n d e r s c h r i f t e l i j k e t o e s t e m m i n g v a n NS.

TABLE OF CONTENTS P a g e n r . t i t l e 9 ACKNOWLEDGEMENT 10 SAMENVATTING 12 SUMMARY 14 L I S T OF ABBREVIATIONS 15 TERMINOLOGY 16 1 THE STRUCTURE OF T H I S T H E S I S 16 1.1 P a r t 1: i n t r o d u c t i o n 16 1.2 P a r t 2: d e s i g n t o o l s 17 1.3 P a r t 3: i n t e r l o c k i n g s y s t e m 18 1.4 P a r t 4: d i s c u s s i o n a n d e v a l u a t i o n PART 1: INTRODUCTION 19 2 THE SUBJECT 19 2.1 What i s a n " i n t e r l o c k i n g " ? 20 2.2 R e q u i r e m e n t s o f a n i n t e r l o c k i n g 21 2.3 A c o r r e c t d e s i g n 21 2.4 I n t e r l o c k i n g s y s t e m

22 3 EVOLUTION OF INTERLOCKING SYSTEMS

22 3.1 H i s t o r i c a l o v e r v i e w 22 3.1.1 r u l e s a n d p r o c e d u r e s 22 3.1.2 m e c h a n i c a l i n t e r l o c k i n g 23 3.1.3 e l e c t r o - m e c h a n i c a l i n t e r l o c k i n g 24 3.1.4 a l l - r e l a y s y s t e m 24 3.1.5 N X - s y s t e m 25 3.1.6 summary 25 3.2 C u r r e n t d e v e l o p m e n t s 26 3.2.1 J a p a n e s e N a t i o n a l R a i l w a y s ( J N R ) 26 3.2.2 S w e d i s h S t a t e R a i l w a y s ( S J ) a n d E r i c s s o n 27 3.2.3 D a n i s h S t a t e R a i l w a y s (DSB) a n d D a n s k S i g n a l I n d u s t r i A/S 28 3.2.4 B r i t i s h R a i l ' s s o l i d s t a t e i n t e r l o c k i n g 28 3.2.5 S i e m e n s : S I M I S *) 29 3.2.6 S a f e t y A s s u r a n c e L o g i c **) 29 3.2.7 summary *) S I M I S i s a r e g i s t e r e d t r a d e m a r k **) S a f e t y A s s u r a n c e L o g i c i s a r e g i s t e r e d t r a d e m a r k o f t h e G e n e r a l R a i l w a y S i g n a l Company (GRS)

31 4 RAILWAY TERMINOLOGY 31 4.1 B a s i c e q u i p m e n t 32 4.1.1 t r a c k - c i r c u i t 33 4.1.2 p o i n t s 34 4.1.3 s i g n a l 35 4.2 T r a i n movements 36 4.2.1 r o u t e s e t t i n g 39 4.2.2 r o u t e r e l e a s e ( b y t r a i n ) 40 4.2.2 1 r o u t e r e l e a s e : p r i n c i p l e 41 4.2.2 2 r o u t e r e l e a s e : a s o l u t i o n 43 4.2.3 r o u t e c a n c e l l a t i o n ( m a n u a l l y ) 43 4.2.3 1 r o u t e c a n c e l l a t i o n a f t e r r e l e a s e f a i l 44 4.2.3 2 c a n c e l l a t i o n o f c o m p l e t e r o u t e 44 4.2.4 r o u t e s e t t i n g , r e l e a s e a n d c a n c e l l a t i o n 45 4.3 I n d i v i d u a l c o n t r o l 45 4.3.1 i n d i v i d u a l o p e r a t i o n 46 4.3.2 b l o c k i n g 47 4.3.3 o p e r a t i o n - l o c k i n g 47 4.4 O p e r a t i n g p r o c e d u r e s 47 4.4.1 i n p u t - p r o c e d u r e s 47 4.4.1 1 r o u t e s e t command 48 4.4.1 2 r o u t e c a n c e l l a t i o n commands 48 4.4.1 3 i n d i v i d u a l o p e r a t i o n commands 48 4.4.1 4 m i s c e l l a n e o u s 48 4.4.2 s t a t e o f t h e i n t e r l o c k i n g 49 4.4.2 1 y a r d e q u i p m e n t 49 4.4.2 2 r o u t e s e t t i n g , r e l e a s e a n d c a n c e l l a t i o n 50 4.4.2 3 i n d i v i d u a l commands

PART 2: DESIGN TOOLS

51 5 S P E C I F I C A T I O N AND A M B I G U I T I E S 51 5.1 What i s a s p e c i f i c a t i o n ? 54 5.2 A m b i g u i t y o f s p e c i f i c a t i o n s 54 5.2.1 h i g h l e v e l a m b i g u i t i e s 55 5.2.2 l o w l e v e l a m b i g u i t i e s 56 6 LANGUAGES: WHICH ? 56 6.1 C r i t e r i a 57 6.2 M a i n c h a r a c t e r i s t i c s 57 6.2.1 P a s c a l 57 6.2.2 M o d u l a 58 6.2.3 C H I L L 58 6.2.4 A d a *)

59 6.3 C o n c l u d i n g 59 6.4 C o r r e c t n e s s 61 7 SOME CHARACTERISTICS OF C H I L L 61 7.1 T e x t u a l c o n v e n t i o n s 62 7.2 MODES 62 7.2.1 BOOLean MODES 63 7.2.2 SET MODES 64 7.2.3 STRUCTure MODES 65 7.3 PROCESS 66 7.4 REGION 66 7.5 SIGNAL 67 7.6 E x c e p t i o n s

PART 3: INTERLOCKING SYSTEM

68 8 DIFFERENT APPROACHES 68 8.1 E l e m e n t a r y - u n i t a p p r o a c h 69 8.2 F r e e w i r e d a p p r o a c h 70' 8.3 R o u t e a p p r o a c h 73 9 TOP-LEVEL DESIGN 73 9.1 A n a l y s i s 75 9.1.1 o p e r a t o r 76 9.1.1.1 e x i s t e n c e 77 9.1.1.2 a c c e p t a b i l i t y 77 9.1.2 d i s p l a y 78 9.1.3 c r e w 78 9.1.4 o u t p u t 79 9.1.5 i n p u t 80 9.1.6 t i m e r 80 9.1.7 r o u t e 81 9.1.8 y a r d - d a t a 81 9.1.9 number o f i n s t a n c e s 82 9.2 T o p - l e v e l d e s i g n *) A d a i s a r e g i s t e r e d t r a d e m a r k o f t h e U.S. G o v e r n m e n t ( A d a J o i n t P r o g r a m O f f i c e )

85 10 THE INTERLOCKING SYSTEM AS A COMMUNICATION SYSTEM 86 1 0 . 1 N o m e n c l a t u r e 87 10.2 N o r m a l p r o c e s s 90 10.3 C a n c e l c o m p l e t e r o u t e 95 10.4 R e l e a s e f a i l 99 10.5 S e c o n d r e s e r v a t i o n 106 10.6 S e c t i o n a l r e l e a s e o f a r o u t e 107 10.6.1 a s i m p l e e x a m p l e 109 10.6.2 m o r e c o m p l e x r o u t e s 110 11 DATA A N A L Y S I S 110 11.1 G e n e r a l i n t e r f a c e 111 11.2 E l e m e n t s 112 11.2.1 t r a c k - s e c t i o n 113 11.2.2 p o i n t s 113 11.2.3 a s p e c t s 115 1 1 . 2 . 3 . 1 f r o m " s p e e d s a n d d i s t a n c e " t o " a s p e c t s " 116 11.2.3.2 f r o m e x i t - a s p e c t t o e n t r a n c e - a s p e c t 118 11.2.4 s i g n a l 119 11.3 R o u t e d a t a 122 11.4 S t o r a g e o f a c t u a l d a t a 123 11.5 C o r r e c t n e s s o f d a t a

125 12 DESIGN OF PERIPHERAL PROCESSES

125 12.1 O p e r a t o r 130 12.2 D i s p l a y 131 12.3 C r e w 132 12.4 O u t p u t 133 12.5 I n p u t 134 12.5.1 i n p u t c i r c u i t s 135 12.5.2 i n t e r r u p t - d r i v e n i n p u t - p r o c e s s 135 12.5.3 c y c l i c i n p u t - p r o c e s s 136 12.6 T i m e r

139 13 C R I T I C A L PROCEDURES FOR PERIPHERAL PROCESSES 139 13.1 O p e r a t o r 139 13.1.1 r o u t e s e t 140 13.1.2 c h a n g e r e p e t i t i o n 141 13.1.3 c a n c e l c o m p l e t e r o u t e ("H") 141 13.1.4 c a n c e l r o u t e a f t e r r e l e a s e f a i l ("RV") 141 13.1.5 i n d i v i d u a l o p e r a t i o n 142 13.2 Crew 142 1 3 . 2 . 1 b l o c k i n g o f a t r a c k - s e c t i o n 143 13.2.2 b l o c k i n g o f p o i n t s 143 13.2.3 o p e r a t i o n - l o c k i n g o f p o i n t s 144 13.2.4 o p e r a t i o n - l o c k i n g o f a s i g n a l 145 13.3 I n p u t 145 1 3 . 3 . 1 t r a c k - s e c t i o n o c c u p a t i o n 146 13.3.2 p o i n t p o s i t i o n

148 14 THE PROCESS "ROUTE"

148 14.1 D i f f e r e n c e s w i t h c h a p t e r 10 149 14.2 The PROCESS " r o u t e " 149 1 4 . 2 . 1 g l o b a l o u t l i n e 150 14.2.2 n o r m a l p r o c e s s 157 14.2.2 .1 r e s e r v e d 157 14.2.2 .2 l o c k e d 157 14.2.2 .3 i n r e l e a s e 157 14.2.3 c a n c e l c o m p l e t e r o u t e 158 14.2.3 .1 r e s e r v e d 158 14.2.3 .2 l o c k e d 1 6 1 14.2.4 r e l e a s e f a i l 165 14.2.5 s e c o n d r e s e r v a t i o n 182 14.2.5 .1 t h e l o c a t i o n " r e l e a s e _ n o r m a l " 182 14.2.5 .2 c a n c e l s e c o n d r e s e r v a t i o n : g l o b a l o u t l i n e 183 14.2.5 .3 c a n c e l s e c o n d r e s e r v a t i o n : some d e t a i l s 183 14.2.5 .4 c o n c l u d i n g

184 15 C R I T I C A L PROCEDURES FOR THE PROCESS "ROUTE"

184 1 5 . 1 O p e r a t o r 184 1 5 . 1 . 1 a l l o c a t e e l e m e n t s 187 15.1.2 c a n c e l r e s e r v e d r o u t e 188 15.1.3 i m m e d i a t e c a n c e l l a t i o n 189 15.1.3 .1 c h e c k i m m e d i a t e c a n c e l l a t i o n c o n d i t i o n s 190 15.1.3 .2 s e t i m m e d i a t e c a n c e l l a t i o n a w a i t e d i n d i c a t i o n s 190 15.1.3 .3 r e s e t i m m e d i a t e c a n c e l l a t i o n a w a i t e d i n d i c a t i o n s 191 15.1.4 c a n c e l l o c k e d r o u t e 192 15.1.5 c a n c e l r e s t r o u t e 193 15.2 I n p u t 193 1 5 . 2 . 1 t r a c k o c c u p a t i o n c h e c k

193 15.2.2 d e a l l o c a t e e n t r a n c e 193 15.2.3 d e a l l o c a t e t r a c k - s e c t i o n w i t h p o i n t s 194 15.2.4 d e a l l o c a t e e x i t a n d t r a c k - f u r t h e r 194 15 .3 C h e c k p r o c e d u r e s 194 15 .3 .1 f a i l i n g o f t h e PROCESS " i n p u t " 195 15 .3 .2 l o c k - c h e c k f o r R O Z - r o u t e 196 15 .3 .3 l o c k - c h e c k f o r N - r o u t e 197 -15 .3 .4 s i g n a l a s p e c t f o r R O Z - r o u t e 197 15 .3 .5 s i g n a l a s p e c t f o r N - r o u t e 198 15 .3 .6 l e t s i g n a l show t h e s t o p - a s p e c t

199 16 TRANSFORMATIONS OF THE PROCESS "ROUTE"

199 16.1 E l i m i n a t i o n o f G O T O - a c t i o n s 201 16.2 I n t e r c h a n g e CASE s e l e c t i o n s 204 16.3 I n t e g r a t e REGION " y a r d _ d a t a " a n d PROCESSes " r o u t e " a n d " t i m e r " 204 1 6 . 3 . 1 i m p l e m e n t a t i o n o f PROCESSes a n d INSTANCES 204 16.3.2 t h i r d t r a n s f o r m a t i o n 206 16.3.3 t h e " k e r n e l " d e s i g n 210 16.4 Summary 212 17 SAFETY 212 17.1 I n v a r i a n t s 213 17.2 S y m b o l s 214 17.3 Any e l e m e n t a l l o c a t e d t o n o o r o n e r o u t e 216 17.4 S i g n a l a s p e c t 218 17.5 I n c o n c l u s i o n

219 18 REFINEMENTS OF THE DESIGN

219 18 1 Open l i n e 219 18 .1 .1 o p e n l i n e a n d y a r d 221 18 .1 .2 i n t e r l o c k i n g r u l e s f o r o p e n l i n e 221 18 .2 R o a d c r o s s i n g 222 18 .3 C o u p l e d p o i n t s 222 18 .3 .1 c h a n g e s t o MODE d e f i n i t i o n s 224 18 .3 .2 t h e PROCedure " a l l o c a t e _ e l e m e n t s 226 18 .4 C o n t r o l l e d o v e r l a p 228 18 .5 F l a n k p r o t e c t i o n 228 18 .6 A u t o m a t i c t r a i n c o n t r o l 230 18 .7 O p t i m i z a t i o n s

230 1 8 . 7 . 1 t r a c k o f e n t r a n c e a n d t r a c k - f u r t h e r 230 18.7.2 p o i n t s i n a t r a c k - s e c t i o n

231 18.7.3 i n c o n c l u s i o n

PART 4: DISCUSSION AND EVALUATION

232 19 EVALUATION OF THE A P P L I E D DESIGN METHOD

232 19.1 Top-down d e s i g n 233 19.2 T e r m i n o l o g y 234 19.3 T h e d e s i g n p r o c e d u r e a c t u a l l y a p p l i e d 234 1 9 . 3 . 1 - l i s t o f c o n t e n t s 234 19.3.2 r e q u i r e d f u n c t i o n s 234 19.3.3 a n a l y s i s 234 19.3.4 g l o b a l d e s c r i p t i o n 234 19.3.5 more d e t a i l e d d e s c r i p t i o n 235 19.3.6 l o w l e v e l d e s i g n 235 19.3.7 c o m p i l a t i o n 235 19.4 A d d i n g d e t a i l s 236 19.5 I n c o n c l u s i o n

237 20 EVALUATION OF THE FORMAL LANGUAGES USED

237 20.1 C H I L L 237 2 0 . 1 . 1 MODE d e f i n i t i o n s 238 20.1.2 PROCESSes a n d INSTANCES 238 2 0 . 1 . 3 REGION 239 20.1.4 SIGNAL 241 20.1.5 e x c e p t i o n s 242 20.1.6 summary 242 20.2 P a n d o r a - l a n g u a g e 243 2 0 . 2 . 1 t h e u s e o f t h e P a n d o r a - l a n g u a g e i n c h a p t e r 10 243 20.2.2 v a l u e s i n m e s s a g e s 244 20.2.3 c o n c l u s i o n s 244 20.3 P a n d o r a - l a n g u a g e a n d C H I L L 244 2 0 . 3 . 1 l a n g u a g e d e f i n i t i o n s 245 20.3.2 t h e r o u t e p r o c e s s 246 2 0 . 3 . 3 s e c t i o n a l r e l e a s e o f a r o u t e 247 20.3.4 a u t o m a t e d d e r i v a t i o n ? 247 20.3.5 summary

248 21 EVALUATION OF THE "ROUTE" APPROACH

248 2 1 . 1 C h r o n o l o g i c a l d e v e l o p m e n t

248 21.2 R e c a p i t u l a t i o n o f t h e " r o u t e " d e s i g n 249 21.3 R e c a p i t u l a t i o n o f t h e " k e r n e l " d e s i g n

249 21.4 A d v a n t a g e a n d d i s a d v a n t a g e o f b o t h d e s i g n s 250 21.5 C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e " r o u t e " a p p r o a c h

252 INDEX OF KEY-WORDS

255 BIBLIOGRAPHY

APPENDICES:

260 A PART OF THE INTERLOCKING SYSTEM, WRITTEN I N ADA

260 A . l T e x t u a l c o n v e n t i o n s 260 A.2 R e n d e z - v o u s c o n c e p t 261 A.3 The TASK " o p e r a t o r " 264 A.4 The TASK " k e r n e l " 269 A.5 C o n c l u s i o n s

270 B GRAMMAR OF PANDORA META-LANGUAGE

271 C RESULTS OF PROTOCOL A N A L Y S I S

271 C . l G r a p h i c s y m b o l s

271 C.2 C r o s s i n g o f t i m i n g - m e s s a g e s ( H ) 272 C.3 C r o s s i n g o f t i m i n g - m e s s a g e s ( R V ) 272 C.4 T e r m i n a t e d p r o c e s s

274 D ROUTE RELEASE PROCESS IN PANDORA META-LANGUAGE

278 E DATA-DECLARATIONS OF EXAMPLE YARD

278 E . l MODE d e f i n i t i o n s 278 E . l . I t r a c k - s e c t i o n 279 E . l . 2 p o i n t s 279 E . l . 3 s i g n a l 280 E . l . 4 r o u t e 280 E.2 D a t a - d e c l a r a t i o n s 282 E.2.1 i n d e x e s 282 E.2.2 e l e m e n t s 284 E.2.3 r o u t e s 289 F PARAMETERISATION I N C H I L L 289 F . l The MODE " T r a c k s " 292 F.2 T h e MODE " R o u t e s "

ACKNOWLEDGEMENT

F i r s t o f a l l I w i s h t o t h a n k t h e management o f t h e " D i e n s t v a n I n f r a s t r u k t u u r " o f t h e "N.V. N e d e r l a n d s e S p o o r w e g e n " f o r g i v i n g me t h e o p p o r t u n i t y t o p r o d u c e t h i s t h e s i s .

T h e t i m e I s p e n t i n w o r k i n g o n t h e s u b j e c t was made a v a i l a b l e t o me, b e c a u s e my c o l l e a g u e s o f I s 614 t o o k o v e r p a r t o f my w o r k . I am v e r y t h a n k f u l t o t h e m . F u r t h e r o n t h e f o l l o w i n g p e o p l e h a v e c o n t r i b u t e d i n t h e i n d i c a t e d w a y s : G. J . H o l z m a n n ( d i s c u s s i n g a n d u s i n g t h e P a n d o r a - s y s t e m ) H. Hoppe ( a r r a n g i n g p r i n t i n g f a c i l i t i e s f o r t h e o r i g i n a l t e x t ) P. M i d d e l r a a d ( d i s c u s s i n g i n t e r l o c k i n g r u l e s ) H.C. t e S l i g t e ( u s i n g t h e C H I L L - c o m p i l e r o f t h e D u t c h PTT) C. H. Smedema ( d i s c u s s i n g C H I L L a n d A d a ) W.R. S m i t h ( i m p r o v i n g t h e E n g l i s h t e x t ) D. S p a r r e b o o m ( p r o d u c i n g S D L - d i a g r a m s w i t h t h e P a n d o r a - s y s t e m ) S . J . v a n d e S t o u w e ( c r e a t i n g l a y o u t d r a w i n g s ) L.B. V i n k ( d i s c u s s i n g d i f f e r e n t a p p r o a c h e s ) My o p i n i n i o n s w h i c h a r e l a i d down i n t h i s t h e s i s , d o n o t n e c e s s a r i l y r e f l e c t t h e o p i n i o n s o f t h e "N.V. N e d e r l a n d s e S p o o r w e g e n " . T h e same a p p l i e s t o t h e s e t o f i n t e r l o c k i n g r u l e s w h i c h a r e p r e s e n t e d i n t h i s t h e s i s . L i e u w e Z i g t e r m a n B i l t h o v e n , 84 05 0 1

SAMENVATTING S p o o r w e g m a a t s c h a p p i j e n en h u n l e v e r a n c i e r s o n d e r z o e k e n g e d u r e n d e b i j n a 20 j a a r d e m o g e l i j k h e i d om e l e k t r o n i s c h e k o m p o n e n t e n t o e t e p a s s e n t e r v e r v a n g i n g v a n d e t h a n s g e b r u i k t e r e l a i s i n b e v e i l i g i n g s - i n s t a l l a t i e s . V e r s c h e i d e n e v a n h e n h e b b e n b e v e i l i g i n g e n met p r o g r a m m e e r b a r e e l e k t r o n i k a o n t w i k k e l d . I n d e m e e s t e v a n d e z e i n s t a l l a t i e s k a n men d e s t r u k t u r e n h e r k e n n e n d i e z i j n o n t w i k k e l d v o o r r e l a i s b e v e i l i g i n g e n . D i t b e t e k e n t d a t n i e t a l t i j d d e v o o r d e l e n v a n p r o g r a m -m e e r b a r e e l e k t r o n i k a t e n v o l l e w o r d e n b e n u t . De i n d e z e s t u d i e g e k o z e n a a n p a k v a n s p e c i f i c e r e n en o n t w e r p e n v a n e e n s p o o r -w e g - b e v e i l i g i n g i s n i e t a f g e l e i d v a n d e d e s k u n d i g h e i d d i e i s o p g e b o u -w d met r e l a i s - b e v e i l i g i n g e n , maar g e b a s e e r d op h e t f e i t d a t h e t b e g r i p " r i j w e g " e e n c e n t r a l e r o l s p e e l t i n d e d e f i n i t i e v a n e e n b e v e i l i g i n g . A a n d e e n e k a n t w o r d t h e t b e g r i p " r i j w e g " a l s g e g e v e n s - e e n h e i d g e d e f i n i e e r d , a a n d e a n d e r e k a n t w o r d t " r i j w e g i n s t e l l e n , v r i j r i j d e n en h e r r o e p e n " g e d e f i n i e e r d i n t e r m e n v a n e e n p r o c e s . D a a r i s d e naam " r o u t e a p p r o a c h " ( r o u t e = r i j w e g ; a p p r o a c h = w i j z e v a n a a n p a k ) v a n a f g e l e i d . E e n a l g e m e e n p r o b l e e m b i j t o e p a s s i n g v a n p r o g r a m m e e r b a r e e l e k t r o n i k a i s h e t s c h r i j v e n v a n e e n k o m p l e t e , o n d u b b e l z i n n i g e en f o u t v r i j e s p e c i f i c a t i e v a n d e f u n k t i e s d i e e e n s y s t e e m moet g a a n v e r v u l l e n . I n d e z e s t u d i e w o r d t e e n m o d e l v o o r " t o p d o w n " o n t w e r p v a n s o f t w a r e w e e r g e -g e v e n . D i t b e t e k e n t d a t h e t o n t w e r p - p r o c e s i n l a -g e n w o r d t o n d e r v e r d e e l d . I n e l k e l a a g m o e t e n e e n b e p e r k t a a n t a l o n t w e r p - b e s l i s s i n g e n w o r d e n genomen. U i t d i t m o d e l w o r d t a f g e l e i d d a t e l k e l a a g i n e e n d e r g e l i j k p r o c e s e e n s p e c i f i c a -t i e a l s i n g a n g s g e g e v e n n o d i g h e e f -t e n a l s r e s u l -t a a -t e e n v e r f i j n d e s p e c i f i c a -t i e o p l e v e r t . D e z e i s d a n w e e r h e t i n g a n g s g e g e v e n ( d e s p e c i f i c a t i e ) v o o r d e v o l g e n d e l a a g . Daarom i s e e n o n t w e r p - d o c u m e n t z o w e l i n g a n g s g e g e v e n a l s u i t g a n g s g e g e v e n . V o l g e n s d i t m o d e l k u n n e n " s p e c i f i c e r e n " en " o n t w e r p e n " d u s n i e t w o r d e n g e s c h e i d e n . H o o g u i t k a n g e s t e l d w o r d e n d a t h e t i n g a n g s g e g e v e n v a n d e e e r s t e l a a g d e s p e c i f i c a t i e i s , en h e t u i t g a n g s g e g e v e n v a n d e l a a t s t e l a a g h e t o n t w e r p . A l l e a n d e r e o n t w e r p - d o c u m e n t e n z i j n h e t o n t w e r p v a n d e v o o r g a a n d e l a a g en s p e c i f i c a t i e v o o r d e v o l g e n d e l a a g . I n h e t o n t w e r p - p r o c e s k a n e e n h o g e r e o r d e p r o g r a m m e e r t a a l w o r d e n g e b r u i k t om d e s p e c i f i c a t i e ( i n a l l e v e r f i j n i n g e n ) v a s t t e l e g g e n . H e t v o o r d e e l v a n h e t g e b r u i k v a n een d e r g e l i j k e t a a l i s met name d a t de s p e c i f i c a t i e s z o o n d u b b e l -z i n n i g m o g e l i j k w o r d e n . B o v e n d i e n k a n d e o v e r g a n g v a n d e ene l a a g n a a r d e d a a r o p v o l g e n d e l a a g s o e p e l e r p l a a t s v i n d e n . D e z e w i j z e v a n g e b r u i k v a n e e n h o g e r e o r d e p r o g r a m m e e r t a a l w o r d t v a a k a a n g e d u i d met h e t g e b r u i k a l s " s p e c i f i -c a t i e - t a a l " . Op g r o n d v a n h e t v o o r g a a n d e k a n d i t e v e n z o w o r d e n a a n g e d u i d met h e t g e b r u i k a l s " o n t w e r p - t a a l " . C H I L L , d e h o g e r e o r d e p r o g r a m m e e r t a a l v a n d e C C I T T , i s g e k o z e n , omdat d e z e t a a l v o o r z i e t i n a l l e k e n m e r k e n d i e n o d i g z i j n v o o r h e t b e s c h r i j v e n v a n e e n

s p o o r w e g - b e v e i l i g i n g . I n d e z e s t u d i e w o r d t e e n b e v e i l i g i n g s - s y s t e e m g e s p e c i f i c e e r d e n o n t w o r p e n i n o v e r e e n s t e m m i n g met h e t m o d e l v o o r " t o p - d o w n " o n t w e r p v a n s o f t w a r e , g e b r u i k makend v a n C H I L L , e n v o l g e n s d e " r o u t e a p p r o a c h " . Op b a s i s v a n d i t o n t w e r p - p r o c e s e n d e . d a a r u i t r e s u l t e r e n d e b e s c h r i j v i n g e n w o r d e n d e v o l g e n d e k o n k l u s i e s g e t r o k k e n : 1. " t o p - d o w n " o n t w e r p i s e e n z e e r b r u i k b a r e m e t h o d e v o o r h e t o n t w e r p e n v a n e e n s p o o r w e g - b e v e i l i g i n g . 2. v o o r h e t s p e c i f i c e r e n e n o n t w e r p e n v a n e e n s p o o r w e g - b e v e i l i g i n g k a n e e n h o g e r e o r d e p r o g r a m m e e r t a a l h e e l g o e d a l s s p e c i f i c a t i e - t a a l ( o n t w e r p - t a a l ) w o r d e n g e b r u i k t . 3. d e C C I T T h o g e r e o r d e p r o g r a m m e e r t a a l ( C H I L L ) , d i e v o o r t k o m t u i t h e t g e b i e d v a n d e t e l e c o m m u n i c a t i e , i s o o k b r u i k b a a r i n h e t g e b i e d v a n d e s p o o r w e g e n . 4. d e " r o u t e a p p r o a c h " l e i d t t o t e e n o n t w e r p ( v e r f i j n d e s p e c i f i c a t i e ) v a n e e n b e v e i l i g i n g s - s y s t e e m met p r o g r a m m e e r b a r e e l e k t r o n i k a , d a t z e e r nauw a a n s l u i t b i j d e b e s c h r i j v i n g i n n a t u u r l i j k e t a a l . D a a r d o o r i s h e t o n t w e r p b e t e r t e b e g r i j p e n e n d e k a n s o p o n t w e r p - f o u t e n k l e i n e r . D i t z i j n d e w e z e n l i j k e v o o r d e l e n v a n d e " r o u t e a p p r o a c h " b o v e n d e w e r k w i j z e n d i e g e b a s e e r d z i j n o p d e d e s k u n d i g h e i d d i e i s opgebouwd met r e l a i s - b e v e i l i g i n g e n .

SUMMARY F o r a l m o s t 20 y e a r s r a i l w a y a d m i n i s t r a t i o n s a n d t h e i r s u p p l i e r s h a v e b e e n i n -v e s t i g a t i n g t h e p o s s i b i l i t y o f a p p l y i n g e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s i n s t e a d o f t h e p r e s e n t l y a p p l i e d r e l a y s i n s a f e t y i n s t a l l a t i o n s . D i f f e r e n t i n t e r l o c k i n g s y s -tems b a s e d o n p r o g r a m m a b l e e l e c t r o n i c s a r e b e i n g d e v e l o p e d . I n m o s t o f t h e s e i n s t a l l a t i o n s o n e c a n r e c o g n i z e t h e s t r u c t u r e s w h i c h a r e d e v e l o p e d f o r r e l a y b a s e d s y s t e m s . As a c o n s e q u e n c e , t h e a d v a n t a g e s o f t h e u s e o f p r o g r a m m a b l e e l e c t r o n i c s a r e n o t a l w a y s f u l l y e x p l o i t e d . The a p p r o a c h c h o s e n i n t h i s s t u d y o f s p e c i f y i n g a n d d e s i g n i n g a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m , i s n o t d e r i v e d f r o m t h e e x p e r t i s e g a i n e d w i t h r e l a y b a s e d i n t e r l o c k -i n g s , b u t b a s e d o n t h e f a c t t h a t t h e c o n c e p t " r o u t e " p l a y s a c e n t r a l r o l e -i n t h e d e f i n i t i o n o f a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m . On t h e o n e h a n d t h e c o n c e p t " r o u t e " i s d e f i n e d a s d a t a - e n t i t y , a n d , o n t h e o t h e r h a n d , " r o u t e s e t t i n g , r e l e a s e a n d c a n c e l l a t i o n " i s d e f i n e d i n t e r m s o f a p r o c e s s . T h e r e f o r e t h i s a p p r o a c h i s c a l l e d t h e " r o u t e " a p p r o a c h . A g e n e r a l p r o b l e m i n t h e a p p l i c a t i o n o f p r o g r a m m a b l e e l e c t r o n i c s i s t h e c r e a -t i o n o f a c o m p l e -t e , u n a m b i g u o u s a n d e r r o r - f r e e s p e c i f i c a -t i o n o f -t h a f u n c -t i o n s w h i c h t h e s y s t e m h a s t o p e r f o r m . T h i s s t u d y p r e s e n t s a m o d e l o f t o p - d o w n d e s i g n o f s o f t w a r e . T h i s means t h a t t h e d e s i g n - p r o c e s s i s s u b d i v i d e d i n t o l e v e l s . I n e a c h l e v e l a l i m i t e d number o f d e s i g n d e c i s i o n s must be t a k e n . From t h i s m o d e l i t i s d e d u c e d t h a t e a c h l e v e l i n s u c h a p r o c e s s n e e d s a s p e c i f i c a t i o n a s i n p u t a n d p r o d u c e s a r e f i n e d s p e c i f i c a t i o n a s o u t p u t . T h i s i s a g a i n t h e i n p u t ( s p e c i f i c a t i o n ) f o r t h e n e x t l e v e l . T h e r e f o r e , o n e d e s i g n - d o c u m e n t i s i n p u t a s w e l l a s o u t p u t . C o n f o r m i n g t o t h i s m o d e l , " s p e c i f y i n g " a n d " d e s i g n i n g " c a n n o t be s e p a r a t e d . I t c a n o n l y be s t a t e d t h a t t h e i n p u t o f t h e h i g h e s t l e v e l i s t h e s p e c i f i c a t i o n , w h i l e t h e o u t p u t o f t h e l o w e s t l e v e l i s t h e d e s i g n . A l l o t h e r d e s i g n - d o c u m e n t s a r e t h e d e s i g n o f t h e p r e v i o u s l e v e l a n d s p e c i f i c a t i o n f o r t h e n e x t l e v e l . A h i g h l e v e l p r o g r a m m i n g l a n g u a g e c a n be u s e d i n t h e d e s i g n p r o c e s s , i n o r d e r t o document t h e s p e c i f i c a t i o n ( i n a l l r e f i n e m e n t s ) . The a d v a n t a g e o f t h e u s e o f t h i s t y p e o f l a n g u a g e i s p a r t i c u l a r l y t h a t t h e s p e c i f i c a t i o n s become a s u n -a m b i g u o u s -a s p o s s i b l e . I n -a d d i t i o n , t h e t r -a n s i t i o n f r o m o n e l e v e l t o t h e n e x t c a n t a k e p l a c e s m o o t h l y . T h i s way o f u s i n g a h i g h l e v e l p r o g r a m m i n g l a n g u a g e i s o f t e n c a l l e d t h e u s e a s a " s p e c i f i c a t i o n l a n g u a g e " . On b a s i s o f t h e a b o v e , t h i s c a n be c a l l e d t h e u s e a s " d e s i g n l a n g u a g e " a s w e l l . C H I L L , t h e C C I T T h i g h l e v e l l a n g u a g e , i s c h o s e n , a s t h i s l a n g u a g e p r o v i d e s f o r a l l c h a r a c t e r i s t i c s n e c e s s a r y t o d e s c r i b e a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m . I n t h i s s t u d y a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m i s s p e c i f i e d a n d d e s i g n e d i n a c c o r d a n c e w i t h t h e m o d e l o f t o p - d o w n d e s i g n o f s o f t w a r e , u s i n g C H I L L , a n d i n c o n f o r m i t y w i t h t h e " r o u t e " a p p r o a c h .

The f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s a r e d r a w n , b a s e d o n t h i s d e s i g n p r o c e s s a n d t h e r e -s u l t i n g d e -s c r i p t i o n -s : 1. t o p - d o w n d e s i g n p r o v e s t o b e a v e r y u s e f u l m e t h o d f o r d e s i g n i n g a r a i l w a y i n t e r l o c k i n g s y s t e m . 2. f o r s p e c i f y i n g a n d d e s i g n i n g a r a i l w a y i n t e r l o c k i n g s y s t e m , a h i g h l e v e l p r o g r a m m i n g l a n g u a g e c a n b e a d v a n t a g e o u s l y u s e d a s a s p e c i f i c a -t i o n l a n g u a g e ( d e s i g n l a n g u a g e ) . 3. t h e C C I T T h i g h l e v e l l a n g u a g e ( C H I L L ) , w h i c h e m e r g e s f r o m t h e t e l e -c o m m u n i -c a t i o n a r e a , -c a n a l s o be u s e d i n t h e r a i l w a y a r e a . 4. t h e " r o u t e " a p p r o a c h l e a d s t o a d e s i g n ( a r e f i n e d s p e c i f i c a t i o n ) o f a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m w i t h p r o g r a m m a b l e e l e c t r o n i c s , t h a t c l o s e l y f o l l o w s t h e d e s c r i p t i o n i n n a t u r a l l a n g u a g e . As a c o n s e q u e n c e , t h e d e s i g n i s more c o m p r e h e n s i b l e a n d t h e c h a n c e o f d e s i g n e r r o r s i s s m a l l e r . T h e s e a r e t h e e s s e n t i a l a d v a n t a g e s o f t h e " r o u t e " a p p r o a c h o v e r t h e a p p r o a c h e s b a s e d o n e x p e r t i s e w i t h r e l a y b a s e d i n t e r l o c k i n g s y s t e m s .

L I S T OF ABBREVIATIONS

AC a l t e r n a t i n g c u r r e n t ATC a u t o m a t i c t r a i n c o n t r o l

BR B r i t i s h R a i l w a y s

C C I T T Comité C o n s u l t a t i f i n t e r n a t i o n a l Télégraphique e t Téléphonique C H I L L C C I T T h i g h l e v e l l a n g u a g e [ 9 ] DC d i r e c t c u r r e n t DSB D a n s k e S t a t s b a n e r ( D a n i s h S t a t e R a i l w a y s ) GRS G e n e r a l R a i l w a y S i g n a l ( R o c h e s t e r (New Y o r k ) , USA) H h e r r o e p e n ( D u t c h f o r : c a n c e l r o u t e ; s e e 4.2.3.2 a n d 4.4.1.2) JNR J a p a n e s e N a t i o n a l R a i l w a y s N n o r m a l r o u t e ( s e e 4.2.1) NS N.V. N e d e r l a n d s e S p o o r w e g e n ( N e t h e r l a n d s R a i l w a y s L t d . ) NX e n t r a n c e e x i t ( s e e 3.1.5) ORE O f f i c e o f R e s e a r c h a n d E x p e r i m e n t s o f t h e UIC P a n d o r a p r o t o c o l a n a l y s i s , d e s i g n a n d o p e r a t i o n a s s e s s m e n t [ 1 7 ] ROZ r i j d e n o p z i c h t ( D u t c h f o r : r u n a t s i g h t ; s e e 4.1.3 a n d 4.2.1) RV r i j w e g v r i j m a k e n ( D u t c h f o r : r e l e a s e r o u t e ; s e e 4.2.3.1 a n d 4.4.1.2) SAL s a f e t y a s s u r a n c e l o g i c ( s e e 3.2.6) [ 4 9 ] SDL f u n c t i o n a l s p e c i f i c a t i o n a n d d e s c r i p t i o n l a n g u a g e [ 8 ] S I M I S s i c h e r e s M i k r o c o m p u t e r s y s t e m ( r e g i s t e r e d t r a d e m a r k ) ( s a f e m i c r o -c o m p u t e r s y s t e m ) ( s e e 3.2.5) [ 5 6 ] S J S t a t e n s J a r n v a g a r ( S w e d i s h S t a t e R a i l w a y s ) UIC U n i o n I n t e r n a t i o n a l e d e s C h e m i n s d e F e r ( I n t e r n a t i o n a l U n i o n o f R a i l w a y s ) USA U n i t e d S t a t e s o f A m e r i c a VDU V i s u a l D i s p l a y U n i t

TERMINOLOGY I n t h e f o l l o w i n g t a b l e t h e t e r m i n o l o g y a n d t y p o g r a p h i c a l c o n v e n t i o n s a r e d e f i n e d , c o n c e r n i n g t h e d i v i s i o n o f t h i s t h e s i s i n t o c h a p t e r s , s e c t i o n s e t c . : CHAPTER 0 CHAPTER-TITLE I N C A P I T A L S 0.0 S e c t i o n - t i t l e i n l o w e r c a s e a n d u n d e r l i n e d 0.0.0 P a r a g r a p h - t i t l e i n l o w e r c a s e a n d n o t u n d e r l i n e d 0.0.0.0 S u b p a r a g r a p h t i t l e i n l o w e r c a s e a n d u n d e r l i n e d A l l h e a d i n g s , e x -c e p t f o r t h i s l a t t e r , a r e s e p a r a t e d f r o m t h e t e x t b y b l a n k l i n e s . I n o r d e r t o e n h a n c e t h e d i s t i n c t i o n b e t w e e n t h e f o r m a l l a n g u a g e s w h i c h a r e u s e d i n t h i s t h e s i s ( C H I L L , P a n d o r a l a n g u a g e a n d A d a ) a n d t h e t e x t , t h e d e s -c r i p t i o n s i n t h e s e l a n g u a g e s a r e s e p a r a t e d b y b l a n k l i n e s f r o m t h e t e x t a n d i n d e n t e d b y 10 s p a c e s : I F t h i s _ i s _ a _ f o r m a l _ l a n g u a g e THEN i n d e n t ( 1 0 * s p a c e s ) F I ; R e f e r e n c e s t o t h e b i b l i o g r a p h y a r e e n c l o s e d b y s q u a r e b r a c k e t s : " [ " a n d " ] "

CHAPTER 1 THE STRUCTURE OF T H I S T H E S I S T h i s t h e s i s t r e a t s t h e s p e c i f i c a t i o n a n d d e s i g n o f a s y s t e m f o r s a f e g u a r d i n g t h e r a i l w a y t r a f f i c . R a i l w a y a d m i n i s t r a t i o n s c a l l t h i s a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m . B e f o r e t h e s p e c i f i c a t i o n and d e s i g n a r e p r e s e n t e d ( p a r t 3 ) , t h e s u b j e c t i t s e l f i s i n t r o d u c e d ( p a r t 1) a n d t h e d e s i g n t o o l s a r e d e s c r i b e d ( p a r t 2 ) . P a r t 3 i s a s t r u c t u r e d s p e c i f i c a t i o n / d e s i g n o f an i n t e r l o c k i n g s y s t e m . A h i g h l e v e l p r o g r a m m i n g l a n g u a g e i s u s e d i n t h i s s p e c i f i c a t i o n / d e s i g n . I n p a r t 4 t h e s p e c i f i -c a t i o n / d e s i g n i t s e l f , a n d t h e t o o l s t h a t a r e u s e d , a r e e v a l u a t e d . 1.1 P a r t 1: i n t r o d u c t i o n ( c h a p t e r s 2 t o 4) F i r s t , t h e c h o i c e o f s u b j e c t i s j u s t i f i e d . I n c h a p t e r 3 t h e s u b j e c t i s p l a c e d i n t h e h i s t o r i c a l c o n t e x t o f t h e d e v e l o p m e n t o f t h e t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t u s e d i n s a f e g u a r d i n g t h e r u n n i n g o f t r a i n s . R a i l w a y t e r m i n o l o g y i s i n t r o d u c e d i n c h a p t e r 4. The i n t e n t i o n o f t h i s c h a p t e r i s t o e x p l a i n t o n o n - r a i l w a y p e o p l e t h e t e r m i n o l o g y a n d e q u i p m e n t u s e d b y r a i l w a y a d m i n i s t r a t i o n s . T h i s c h a p t e r a l s o i n c l u d e s t h e s p e c i f i c a t i o n i n n a -t u r a l l a n g u a g e o f -t h e i n -t e r l o c k i n g s y s -t e m d e s c r i b e d i n p a r -t 3. T h i s p a r t may be s k i p p e d b y r e a d e r s t h a t a r e f a m i l i a r w i t h t h e a r e a o f r a i l w a y s a f e t y i n s t a l l a t i o n s . H o w e v e r , s e c t i o n 4.2 d e s c r i b e s a s e t o f i n t e r l o c k i n g r u l e s w h i c h s l i g h t l y d i f f e r s f r o m t h e s e t a p p l i e d b y t h e N e t h e r l a n d s R a i l w a y s , w h i c h , i n t u r n , d i f f e r s t o some e x t e n t f r o m t h e s e t o f r u l e s a p p l i e d b y o t h e r r a i l w a y a d m i n i s t r a t i o n s . I n a d d i t i o n , s e c t i o n 4.3 d e f i n e s " b l o c k i n g " a n d " o p e r a t i o n - l o c k i n g " i n a way d e v i a t i n g f r o m t h e c u r r e n t p r a c t i c e o f NS. 1.2 P a r t 2: d e s i g n t o o l s ( c h a p t e r s 5 t o 7) I n c h a p t e r 5 t h e n a t u r e o f a s p e c i f i c a t i o n i s d i s c u s s e d . A m o d e l o f t o p - d o w n d e s i g n o f s o f t w a r e i s i n t r o d u c e d . The a m b i g u i t y o f n a t u r a l l a n g u a g e s i s a l s o d i s c u s s e d i n t h i s c h a p t e r . C h a p t e r 6 s e t s o u t t h e r e a s o n s f o r t h e c h o i c e o f a c o m p u t e r p r o g r a m m i n g l a n g u a g e f o r s p e c i f i c a t i o n . C h a p t e r 7 i n t r o d u c e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s w h i c h a r e u s e d i n t h i s t h e s i s , o f t h e c h o s e n l a n g u a g e . T h i s c h a p t e r c a n be s k i p p e d b y r e a d e r s t h a t know C H I L L a l r e a d y .

1.3 P a r t 3: i n t e r l o c k i n g s y s t e m ( c h a p t e r s 8 t o 18) P a r t 3 s t a r t s w i t h a d e s c r i p t i o n o f d i f f e r e n t a p p r o a c h e s f o r t h e d e s i g n o f i n t e r l o c k i n g s y s t e m s . T h i s i s t h e h e a r t o f t h i s t h e s i s . F i r s t t h e " e l e m e n t a r y -u n i t " ( o r : " g e o g r a p h i c a l " ) a n d t h e " f r e e w i r e d " a p p r o a c h a r e d e s c r i b e d . T h e s e a p p r o a c h e s a r e i n e s s e n c e e x t r a p o l a t i o n s o f t h e e x p e r i e n c e g a i n e d w i t h r e l a y b a s e d i n t e r l o c k i n g s . T h e " r o u t e " a p p r o a c h , w h i c h i s d e v e l o p e d i n t h i s t h e s i s , f o l l o w s . T h i s a p p r o a c h i s c o n s i d e r e d t o b e t h e more a p p r o p r i a t e a p p r o a c h f o r i m p l e m e n t i n g a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m b a s e d o n p r o g r a m m a b l e e l e c t r o n i c s . C h a p t e r s 9 t o 15 s p e c i f y t h e i n t e r l o c k i n g s y s t e m . S t a r t i n g w i t h t h e a n a l y s i s o f t h e f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s , t h e t o p - l e v e l d e s i g n i s p r e s e n t e d i n c h a p t e r 9. T h i s a n a l y s i s l e a d s t o a d e s i g n i n w h i c h a PROCESS " r o u t e " p l a y s a c e n t r a l r o l e . A r o u n d t h i s PROCESS, t h e r e a r e f i v e o t h e r PROCESSes d i s t i n g u i s h e d : " o p e r a t o r " , " d i s p l a y " , " c r e w " , " o u t p u t " a n d " i n p u t " . T h e s e f i v e PROCESSes a r e c a l l e d " p e r i p h e r a l PROCESSes". F o r t h o s e who a r e o n l y i n t e r e s t e d i n t h e g l o b a l d e s i g n , r e a d i n g o f t h i s c h a p t e r w i l l s u f f i c e . C h a p t e r 10 d e s c r i b e s , a s a n i n t e r m e z z o , t h e i n t e r l o c k i n g s y s t e m i n t e r m s o f a c o m m u n i c a t i o n s y s t e m , i . e . i n t e r m s o f i n f o r m a t i o n e x c h a n g e b e t w e e n t h e PROCESSes. T h i s c h a p t e r d e m o n s t r a t e s t h a t s i g n a l e n g i n e e r s c a n l e a r n f r o m t e l e c o m m u n i c a t i o n e n g i n e e r s . I n c h a p t e r 11 t h e d a t a f o r t h e i n t e r l o c k i n g s y s t e m a r e a n a l y s e d . I n t h e d a t a -d e f i n i t i o n s a -d i s t i n c t i o n i s ma-de b e t w e e n t y p e s o f e l e m e n t s ( t r a c k - s e c t i o n , p o i n t s a n d s i g n a l s ) a n d t h e r o u t e . I n c h a p t e r 12 t h e p e r i p h e r a l PROCESSes a r e d e t a i l e d , w h i l e c h a p t e r 13 c o n t a i n s t h e r e l a t e d c r i t i c a l p r o c e d u r e s . T h i s l a t t e r c h a p t e r i s o n l y f o r t h e v e r y i n -t e r e s -t e d r e a d e r . C h a p t e r 14 d e s c r i b e s t h e PROCESS " r o u t e " . I n c h a p t e r 15 t h e c r i t i c a l p r o c e -d u r e s r e l a t e -d t o t h i s PROCESS a r e -d e f i n e -d ; t h e r e m a r k a b o u t c h a p t e r 13 a l s o a p p l i e s t o t h i s c h a p t e r . O n l y t h e f i r s t p a r a g r a p h , i n w h i c h t h e p r o c e d u r e i s d e f i n e d t h a t a l l o c a t e s e l e m e n t s t o a PROCESS " r o u t e " , i s c r u c i a l . The e m e r g i n g d e s i g n , w h i c h i s c a l l e d " r o u t e " d e s i g n , c a n b e t r a n s f o r m e d i n t h r e e s t e p s t o a l e s s " i n d e t e r m i n i s t i c " d e s i g n , w h i c h i s c a l l e d " k e r n e l " d e -s i g n . T h i -s t r a n -s f o r m a t i o n i -s d e -s c r i b e d i n c h a p t e r 1 6 . T h i -s d e -s i g n i -s -s t i l l i n c o n f o r m i t y w i t h t h e " r o u t e " a p p r o a c h . T h i s c h a p t e r i s o f p a r t i c u l a r i n t e r e s t f o r t h o s e who w o n d e r a b o u t t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n d i f f e r e n t d e s i g n s w h i c h f u l f i l t h e same f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s . The t a s k o f a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m i n t e r m s o f s a f e t y i s d e f i n e d i n c h a p t e r 17. R e f i n e m e n t s o f t h e d e s i g n o f t h e i n t e r l o c k i n g s y s t e m , i n o r d e r t o make a n a p -p l i c a t i o n a t t a i n a b l e , a r e -p r e s e n t e d i n c h a -p t e r 1 8 . T h i s c h a -p t e r i s i n c l u d e d f o r t h e p e o p l e t h a t a r e v e r y p r a c t i c a l a n d w a n t t o i n c l u d e i t e m s l i k e r o a d -c r o s s i n g s , -c o u p l e d p o i n t s e t -c . . F u r t h e r o n t h i s -c h a p t e r i s i n -c l u d e d f o r t h e r a i l w a y a d m i n i s t r a t i o n s t h a t c o n s i d e r a c o n t r o l l e d o v e r l a p a n d f l a n k p r o t e c -t i o n n e c e s s a r y .

1.4 P a r t 4: d i s c u s s i o n a n d e v a l u a t i o n ( c h a p t e r s 19 t o 2 1 ) I n c h a p t e r 19 t h e t o p d o w n d e s i g n m e t h o d w h i c h i s u s e d i n t h i s t h e s i s , i s e v a -l u a t e d . E v a -l u a t i o n o f t h e f o r m a -l -l a n g u a g e s , w h i c h a r e u s e d a s d e s i g n t o o -l s , f o l l o w s i n c h a p t e r 2 0 . The " r o u t e " a p p r o a c h i s c o m p a r e d w i t h t h e " e l e m e n t a r y u n i t " a n d t h e " f r e e w i r e d " a p p r o a c h i n c h a p t e r 2 1 . I n t h i s c h a p t e r t h e c o n c l u -s i o n i -s d r a w n , t h a t t h e " r o u t e " a p p r o a c h i -s t h e b e t t e r a p p r o a c h f o r -s p e c i f y i n g a n d d e s i g n i n g a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m b a s e d o n p r o g r a m m a b l e e l e c t r o n i c s .

CHAPTER 2 THE SUBJECT A f t e r d e s c r i b i n g what a n i n t e r l o c k i n g s y s t e m i s , t h e r e q u i r e m e n t s f o r r e a l i z a -t i o n o f a n i n -t e r l o c k i n g s y s -t e m a r e g i v e n . F r o m -t h i s -t h e s u b j e c -t c h o i c e i s j u s t i f i e d . 2.1 What i s a n " i n t e r l o c k i n g " ? To s a f e g u a r d t h e r u n n i n g o f t r a i n s , r a i l w a y a d m i n i s t r a t i o n s u s e s o - c a l l e d s a f e t y i n s t a l l a t i o n s . I n s u c h a n i n s t a l l a t i o n , s a f e t y i s e n s u r e d b y c r e a t i n g i n t e r d e p e n d e n c e s b e t w e e n t h e e q u i p m e n t f o r o p e r a t i o n o f t h e p o i n t s a n d t h e e q u i p m e n t f o r t h e o p e r a t i o n o f t h e s i g n a l s . T h e s e i n t e r d e p e n d e n c e s a r e c a l l e d i n t e r l o c k i n g s a n d f r o m t h i s e m e r g e s t h e name: i n t e r l o c k i n g s y s t e m . F o r s h o r t , t h e s a f e t y i n s t a l l a t i o n i s o f t e n c a l l e d a n i n t e r l o c k i n g . T h e l i t e r a l m e a n i n g s t e m s f r o m t h e m e c h a n i c a l l y r e a l i z e d i n t e r d e p e n d e n c e s . A l t h o u g h t h i s l i t e r a l m e a n i n g d o e s n o t f i t a n y m o r e t o i n t e r l o c k i n g s y s t e m s o f t o d a y , t h e name i n t e r l o c k i n g i s s t i l l u s e d b y r a i l w a y a d m i n i s t r a t i o n s f o r t h e i r s a f e t y i n s t a l l a -t i o n s . We w i l l n o -t d e v i a -t e f r o m -t h i s p r a c -t i c e . The t a s k o f a n i n t e r l o c k i n g c a n b e d e f i n e d a s f o l l o w s : To e n s u r e t h a t n o t more t h a n o n e t r a i n i s o n a n y o n e p a r t o f t h e t r a c k a t a n y moment. T h i s t a s k l o o k s r a t h e r s i m p l e . B u t i t i s r a t h e r more c o m p l i c a t e d t h a n i t a p -p e a r s a t f i r s t s i g h t . T h e t a s k a s d e f i n e d a b o v e d o e s n o t m e n t i o n s w i t c h e s o r p o i n t s * ) , l e v e l c r o s s i n g s o r b r i d g e s . N e i t h e r d o e s i t i n d i c a t e how t o d e t e c t t h e p r e s e n c e o f a t r a i n , n o r d o e s i t s p e a k o f m a i n t e n a n c e - c r e w s w o r k i n g o n t h e t r a c k . I n a d d i t i o n , t h e r e i s s o m e t i m e s a n e e d t o c o u p l e t w o t r a i n s , s o t h e r e -f o r e i t h a s t o b e made p o s s i b l e s o m e t i m e s -f o r t w o t r a i n s t o b e o n o n e p a r t o -f t h e t r a c k . Of c o u r s e t h i s c o u p l i n g may o n l y t a k e p l a c e u n d e r t h e r e s t r i c t i o n o f o n e t r a i n s t a n d i n g a n d t h e s e c o n d t r a i n m o v i n g o n l y s l o w l y . N e v e r t h e l e s s , t h e d e f i n i t i o n a b o v e w i l l n o t b e r e f o r m u l a t e d a n d w i l l be l e f t w i t h a l l t h e r e m a r k s made a b o u t i t . *) T h r o u g h o u t t h i s t h e s i s t h e w o r d " p o i n t s " w i l l b e u s e d o n l y .

2.2 R e q u i r e m e n t s o f an i n t e r l o c k i n g The i n t e r l o c k i n g a s s u c h p u t s l i m i t s u p o n t h e t h e o r e t i c a l c a p a c i t y o f a r a i l -way n e t w o r k . The p u r p o s e o f r a i l w a y a d m i n i s t r a t i o n s i s t o r u n t r a i n s i n o r d e r t o t r a n s p o r t p a s s e n g e r s a n d / o r g o o d s . I n p r a c t i c e t h e e q u i p m e n t t o o p e r a t e p o i n t s a n d s i g n a l s i n o r d e r t o r e g u l a t e t h e r u n n i n g o f t r a i n s i s i n t e g r a t e d w i t h t h e i n t e r l o c k i n g . M o s t l y t r a i n s c h e d u l i n g i s c a r r i e d o u t m a n u a l l y . I n r a i l w a y s y s t e m s w i t h a p r e c i s e l y d e f i n e d s c h e d u l e , l i k e s u b u r b a n o r m e t r o r a i l r o a d s , a u t o m a t i o n c a n be u s e d . N e v e r t h e l e s s t h e r e i s a l w a y s t h e p o s s i b i l i -t y o f m a n u a l l y o v e r r u l i n g -t h e a u -t o m a -t i c e q u i p m e n -t i n c a s e o f d i s -t u r b a n c e . I n s a f e t y a p p l i c a t i o n s , l i k e i n t e r l o c k i n g s , t h e f a i l u r e o f e q u i p m e n t s h o u l d n o t a f f e c t t h e s a f e t y . T h i s i s known a s t h e f a i l - s a f e p r i n c i p l e . I t d o e s mean t h a t f a i l u r e s h a v e t o be t o t h e s a f e - s i d e ; i n r a i l w a y p r a c t i c e : r e d u c e t h e s p e e d o f t h e t r a i n , s t o p t h e t r a i n , a n d , i n t h e e n d , s t o p a l l t r a f f i c . A l l t e c h n i c a l s y s t e m s f a i l a t u n p r e d i c t a b l e moments. I n o r d e r t o c h e c k f o r f a i l u r e t o s a f e t y , one h a s t o c o n s i d e r a l l p o s s i b l e f a i l u r e s a n d t h e i r c o n s e -q u e n c e s d u r i n g t h e d e s i g n o f a r a i l w a y i n t e r l o c k i n g . I t i s n o t a c c e p t a b l e t h a t a n y f a i l u r e m i g h t l e a d t o a s i g n a l s h o w i n g t h e p r o c e e d - a s p e c t i n s t e a d o f a s t o p a s p e c t . A l s o no p o i n t m o v e m e n t may e v e r t a k e p l a c e w h i l e a t r a i n i s r u n -n i -n g o v e r i t o r a p p r o a c h i -n g i t , e t c e t e r a . P o s s i b l e f a i l u r e s o f h a r d w a r e h a v e t o be known a n d c h e c k e d f o r t h e i r c o n s e -q u e n c e s . As t h e e x p e r i e n c e o f new t e c h n o l o g i e s i s r a t h e r l i m i t e d , t h e moments a t w h i c h a n d t h e manner i n w h i c h e q u i p m e n t m a n u f a c t u r e d a l o n g t h e l i n e s o f t h e s e new t e c h n o l o g i e s , f a i l s a r e unknown o r o n l y p a r t l y known. F o r t h i s r e a -s o n r a i l w a y a d m i n i -s t r a t i o n -s a r e r e l u c t a n t t o i n t r o d u c e new t e c h n o l o g i e -s . NOTE N o r m a l l y one d e c i d e s , i n t h e c a s e o f e q u i p m e n t f a i l u r e , t o c o n t r o l t h e r u n n i n g o f t h e t r a i n s w i t h o u t i n t e r l o c k i n g . As a c o n s e q u e n c e t h e s a f e t y l e v e l i s l o w e r e d c o n s i d e r a b l y , e v e n i f r e s t r i c t i o n s l i k e l o w s p e e d a r e p u t u p o n t h e c o n t r o l . T h e r e f o r e e q u i p m e n t t h a t o f t e n f a i l s t o t h e s a f e s i d e d o e s r e d u c e t h e o v e r a l l s a f e t y c o n s i d e r a b l y (ORE A118, RP1, [ 2 9 ] ) . S u m m a r i z i n g , an i n t e r l o c k i n g h a s t o f u l f i l t h e f o l l o w i n g r e q u i r e m e n t s : 1. t o s a f e g u a r d t h e r u n n i n g o f t r a i n s 2. t o a l l o w an o p e r a t o r t o r e g u l a t e t h e r u n n i n g o f t r a i n s 3. t o f a i l o n l y t o t h e s a f e s i d e 4. t o f a i l s e l d o m , i . e . t o be r e l i a b l e T h e s e r e q u i r e m e n t s c a n be r e a l i z e d o n l y b y : 1. a c h o i c e o f a t e c h n o l o g y w i t h known f a i l u r e modes f o r t h e e x e c u t i o n o f t h e s a f e t y t a s k 2. a c o r r e c t d e s i g n , b a s e d u p o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c h o s e n t e c h -n o l o g y 3. a c o r r e c t r e a l i s a t i o n , i . e . c o n s t r u c t i o n , a s s e m b l y , i n s t a l l a t i o n

The l a t t e r i s a m a t t e r o f good w o r k m a n s h i p , c a r e f u l c h e c k i n g e t c . M o s t Q u a l i t y A s s u r a n c e p r o g r a m s a r e r e l a t e d t o t h i s s u b j e c t . T h e c h o i c e o f t e c h n o l o g y i s m a i n l y b a s e d u p o n e c o n o m i c c o n s i d e r a t i o n s . T h e c o n s e q u e n c e s o f t e c h n o l o g y c h o i c e , i n r e l a t i o n t o f a i l u r e t o s a f e t y , a r e c o v e r e d b y r e p o r t s l i k e ARP 926 [ 5 2 ] a n d ORE A118 RP2 [ 3 0 ] . 2.3 A c o r r e c t d e s i g n We w i l l i n v e s t i g a t e t h e c o r r e c t d e s i g n . One i m m e d i a t e l y a s k s : "what i s a c o r -r e c t d e s i g n ? " . O -r , i n a n o t h e -r way: "what a -r e t h e c -r i t e -r i a t h a t make a d e s i g n c o r r e c t ? " . T h e f o l l o w i n g d e f i n i t i o n i s p r o p o s e d : A d e s i g n i s c o r r e c t i f a l l e x p l i c i t l y f o r m u l a t e d p u r p o s e s a r e f u l f i l l e d b y t h e d e s i g n . T h i s l e a d s t o t h e f o l l o w i n g a c t i v i t i e s r e l a t e d t o a d e s i g n : 1. t o f o r m u l a t e a l l p u r p o s e s e x p l i c i t l y a n d n o t t o f o r g e t a n y 2. t o d e s i g n a p r o c e d u r e t o c h e c k t h e d e s i g n w i t h r e s p e c t t o t h e s e p u r -p o s e s 3. t o p e r f o r m t h e c h e c k From t h e l i t e r a t u r e i t a p p e a r s t h a t t h e f o r m u l a t i o n o f t h e p u r p o s e s ( m o s t l y c a l l e d " s p e c i f i c a t i o n " ) i s o n e o f t h e most d i f f i c u l t a n d a t t h e same t i m e most i m p o r t a n t a c t i v i t i e s . The i n c o m p l e t e n e s s o f a s p e c i f i c a t i o n w i l l i n t r o d u c e e r -r o -r s t h a t " w i l l l a t e -r b e f o u n d t o b e t h e most t -r o u b l e s o m e o n e s t o c o -r -r e c t " , a s s t a t e d b y B o u r g o n j o n a n d E k a s [ 5 ] . T h i s t h e s i s i s d e d i c a t e d t o t h e s p e c i f i c a t i o n o f a n i n t e r l o c k i n g . 2.4 I n t e r l o c k i n g s y s t e m T h e t e r m " i n t e r l o c k i n g s y s t e m " i s u s e d i n t w o c l o s e l y r e l a t e d , b u t e s s e n t i a l l y d i f f e r e n t m e a n i n g s : 1. a s y s t e m w h i c h i s t h e s a f e t y i n s t a l l a t i o n o f o n e r a i l w a y y a r d : o n e p a r t i c u l a r i n s t a l l a t i o n . 2. t h e f a m i l y o f s a f e t y i n s t a l l a t i o n s . I n t h i s m e a n i n g " i n t e r l o c k i n g s y s t e m " i s a c l a s s - n a m e . T h r o u g h o u t t h i s t h e s i s t h e w o r d i s u s e d i n t h e l a t t e r m e a n i n g . O n l y t o c l a r i f y t e r m i n o l o g y e t c . a r e e x a m p l e s o f p a r t i c u l a r y a r d l a y o u t s g i v e n . B u t b a s i c a l l y t h e i n t e r l o c k i n g s y s t e m a s d e s c r i b e d i s i n d e p e n d e n t o f t h e l a y o u t . T h e s y s t e m c a n b e a p p l i e d t o a l l y a r d l a y o u t s w h i c h a r e i n a c c o r d a n c e w i t h a s e t o f b a s i c r u l e s .

CHAPTER 3

EVOLUTION OF INTERLOCKING SYSTEMS

The f i r s t s e c t i o n o f t h i s c h a p t e r i s a n o v e r v i e w o f t h e h i s t o r i c a l d e v e l o p m e n t o f i n t e r l o c k i n g s y s t e m s . T h e s e c o n d s e c t i o n d e s c r i b e s c u r r e n t d e v e l o p m e n t s o f t h e a p p l i c a t i o n o f c o m p u t e r b a s e d t e c h n o l o g i e s t o i n t e r l o c k i n g s y s t e m s . 3.1 H i s t o r i c a l o v e r v i e w T h i s t r e a t m e n t o f t h e h i s t o r i c a l d e v e l o p m e n t o f i n t e r l o c k i n g e q u i p m e n t i s n o t a t a l l c o m p l e t e . T h i s o v e r v i e w i s o n l y a n o u t l i n e o f t h e d e v e l o p m e n t o f s a f e t y i n s t a l l a t i o n s d u r i n g t h e 150 y e a r s e x i s t e n c e o f r a i l w a y s . 3.1.1 R u l e s a n d p r o c e d u r e s I n t h e e a r l y d a y s o f r a i l w a y s t h e t e c h n i c a l means t o r e v e r s e p o i n t s a n d t o s i g n a l i n f o r m a t i o n f r o m w a y - s i d e t o t h e t r a i n - d r i v e r w e r e s i t u a t e d d i r e c t l y o n s i t e a n d d i d n o t p l a y a n y r o l e i n s a f e t y . S a f e t y h a d t o b e m a i n t a i n e d b y human o p e r a t o r s a c t i n g a c c o r d i n g t o r u l e s a n d p r o c e d u r e s . A s human b e i n g s t e n d t o f a i l i n a d h e r i n g t o r u l e s a n d p r o c e d u r e s , i n t e r d e p e n d e n c e s w e r e i n t r o d u c e d i n t h e t e c h n i c a l e q u i p m e n t i n o r d e r t o i n c r e a s e t h e l e v e l o f s a f e t y . On t h e o t h e r h a n d t h e r e was t h e w i s h t o e n a b l e o n e o p e r a t o r t o c o n t r o l a g r e a t e r number o f p o i n t s a n d s i g n a l s . The number o f o p e r a t o r s n e e d e d c o u l d t h e n b e d e c r e a s e d . 3.1.2 M e c h a n i c a l i n t e r l o c k i n g A f t e r m e c h a n i c a l c o n s t r u c t i o n s w i t h r o d s w e r e i n v e n t e d , s i g n a l w i r e s l e d o v e r p u l l e y s w e r e i n t r o d u c e d . T h i s was a b i g s t e p f o r w a r d , b e c a u s e t h e s e w i r e s a l l o w e d f o r c o n c e n t r a t i o n o f t h e o p e r a t i o n o f p o i n t s a n d s u r r o u n d i n g s i g n a l s i n o n e b u i l d i n g , c a l l e d a s i g n a l b o x . T y p i c a l l y e a c h e n d o f a s t a t i o n was e q u i p p e d w i t h o n e s i g n a l b o x . T h e d i s t a n c e f r o m b o x t o p o i n t s was 400 m m a x i -mum, a n d up t o 1 km f r o m b o x t o s i g n a l . F r o m a n o p e r a t i o n a l p o i n t o f v i e w , e a c h l e v e r t o move t h e w i r e m i g h t b e o p e r -a t e d i n d e p e n d e n t l y f r o m t h e o t h e r s . From t h e p o i n t o f v i e w o f s -a f e t y , i t i s n e c e s s a r y t o c r e a t e i n t e r d e p e n d e n c e s b e t w e e n t h e o p e r a t i o n o f p o i n t l e v e r s a n d s i g n a l l e v e r s . T h e s e i n t e r d e p e n d e n c e s a r e c r e a t e d b y means o f a n i n t e r l o c k i n g

g r i d i n a n i n t e r l o c k i n g f r a m e . I n t h e g r i d s l i d e s a n d t a p p e t s e n s u r e t h a t , f i r s t , p o i n t s a r e b r o u g h t i n t o t h e r e q u i r e d p o s i t i o n a n d , s e c o n d l y , t h e s i g n a l l e v e r i s o p e r a t e d f o r t h e s i g n a l t o show a p r o c e e d a s p e c t . W h i c h s i g n a l l e v e r may b e o p e r a t e d a l s o d e p e n d s u p o n t h e p o s i t i o n o f t h e p o i n t l e v e r s . To a d d a c h e c k o f t h e c o r r e c t a c t u a l p o s i t i o n o f t h e t o n g u e s o f a p a i r o f p o i n t s , a means o f c h e c k i n g t h i s p o s i t i o n i s i n t r o d u c e d a n d t h e o p e r a t o r h a s a l s o t o o p e r a t e t h i s p o s i t i o n - c h e c k l e v e r , b e f o r e t h e e q u i p m e n t a l l o w s h i m t o o p e r a t e t h e s i g n a l l e v e r . A f t e r t h e o p e r a t o r s e e s t h e t r a i n p a s s i n g b y t h e s i g n a l , h e b r i n g s t h e s i g n a l b a c k i n t o s t o p - p o s i t i o n b y r e t u r n i n g t h e l e v e r t o t h e o r i g i n a l p o s i t i o n . A f t e r t h e p o s i t i o n - c h e c k l e v e r s h a v e a l s o b e e n r e t u r n e d , t h e p o i n t s may be o p e r a t e d a g a i n . B u t t h e t r a i n m i g h t s t i l l o c c u p y t h e s e p o i n t s ! To a v o i d t h e d a n g e r o f d e r a i l m e n t , c a u s e d b y r e v e r s i n g a p a i r o f p o i n t s u n d e r a t r a i n , a s o c a l l e d l o c k i n g b a r was i n t r o d u c e d . I f t h e o p e r a t o r t r i e s t o r e -v e r s e p o i n t s t h i s l o c k i n g b a r mo-ves u p w a r d s a n d i s o b s t r u c t e d i n f u r t h e r mo-v- mov-i n g b y t h e w h e e l s o f t h e t r a mov-i n a n d d mov-i s a b l e s t h e r e v e r s mov-i n g o f t h e p o mov-i n t s . I f n o t r a i n i s p r e s e n t t h e b a r c a n move u p w a r d s f r e e l y a n d t h e p o i n t s a r e r e v e r s e d . The l o c k i n g b a r was o n e o f t h e f i r s t t e c h n i c a l means t o d e t e c t t r a i n - p r e s e n c e o r a b s e n c e . Up t o t h a t moment t h e p r e s e n c e a n d a b s e n c e was o n l y c h e c k e d v i s u -a l l y b y t h e o p e r -a t o r . 3.1.3 E l e c t r o - m e c h a n i c a l i n t e r l o c k i n g The n e x t s t e p i n t h e d e v e l o p m e n t o f s a f e t y i n s t a l l a t i o n s was t h e e l e c t r o -m e c h a n i c a l i n t e r l o c k i n g s y s t e -m . T h e i n t e r l o c k i n g was p a r t l y s t i l l r e a l i z e d m e c h a n i c a l l y , b u t a l s o p a r t l y e l e c t r i c a l l y . T h e human p o w e r t o move p o i n t s a n d o p e r a t e s i g n a l s was r e p l a c e d b y e l e c t r i c a l p o w e r . I n t h i s way t h e p h y s i c a l l i m i t s o f t h e a r e a c o n t r o l l e d f r o m o n e b o x w e r e a l s o e n l a r g e d : o n e s i g n a l b o x p e r s t a t i o n a r e a s u f f i c e d . I s o l a t e d t r a c k - c i r c u i t s w e r e i n t r o d u c e d t o d e t e c t p r e s e n c e ( o r a b s e n c e ) o f t r a i n s . A t f i r s t , t h e t r a c k - c i r c u i t s w e r e u s e d f o r p i e c e s o f t r a c k w h i c h w e r e n o t v i s i b l e f r o m t h e s i g n a l b o x . I f a n o p e r a t o r w a n t s t o r e v e r s e p o i n t s , t h e t r a c k - c i r c u i t , j u s t l i k e t h e l o c k i n g b a r d e s c r i b e d a b o v e , i s s w i t c h e d o n a n d r e v e r s i n g i s n o t p o s s i b l e i f a t r a i n i s d e t e c t e d . O t h e r w i s e t h e p o i n t s a r e r e v e r s e d b y means o f a p o i n t m e c h a n i s m d r i v e n b y a n e l e c t r i c m o t o r . I f t h e p o i n t s a r e i n t h e c o r r e c t p o s i t i o n t h e o p e r a t i o n o f t h e s i g n a l i s p o s -s i b l e . T h e c h e c k -s , c a r r i e d o u t e l e c t r i c a l l y , r e -s u l t i n t h e r e m o v a l o f a p a w l t o e n a b l e t h e s i g n a l t o b e o p e r a t e d . The s e m a p h o r e a r m i s a l s o moved b y a n e l e c t r i c m o t o r . I f t h e t r a i n o c c u p i e s t h e t r a c k j u s t p a s t t h e s i g n a l t h i s i s d e t e c t e d b y means o f a t r a c k c i r c u i t ; a n e l e c t r o m a g n e t i c c o n n e c t i o n b e t w e e n t h e s i g n a l o p e r a t -i n g m e c h a n -i s m a n d t h e s e m a p h o r e a r m -i s b r o k e n a n d t h e a r m d r o p s . T h e r o u t e -i s r e l e a s e d a s a w h o l e a f t e r c o m p l e t e p a s s a g e o f t h e t r a i n . O n l y t h e n i t i s a l l o w e d t o r e v e r s e t h e p o i n t s f o r a f o l l o w i n g t r a i n .

3.1.4 A l l - r e l a y s y s t e m I n t h e e v o l u t i o n o f s a f e t y i n s t a l l a t i o n s t h e n e x t s t a g e was t h e a l l r e l a y s y s -tem. M e c h a n i c a l s l i d e s a n d t a p p e t s a r e no l o n g e r u s e d f o r i n t e r l o c k i n g . O n l y s o - c a l l e d s a f e t y - r e l a y s a r e u s e d , t h e c o n t a c t s o f w h i c h a r e c o n n e c t e d i n s u c h a way t h a t i n t e r d e p e n d e n c e s a r e g u a r a n t e e d . The o p e r a t o r s t i l l h a s t o r e v e r s e p o i n t s f i r s t , a n d t h e n he may o p e r a t e t h e s i g n a l . The s i g n a l i s no l o n g e r a s e m a p h o r e , b u t i s e q u i p p e d w i t h e l e c t r i c l i g h t s . The f i r s t t y p e o f e l e c t r i c l i g h t s i g n a l i s e q u i p p e d w i t h o n e b u l b o n l y a n d t h e d i f f e r e n t a s p e c t s a r e c r e a t e d b y r o t a t i n g c o l o u r e d l e n s e s i n f r o n t o f t h i s b u l b : a s e a r c h l i g h t t y p e c o l o u r - l i g h t s i g n a l . C u r r e n t i s n e e d e d t o r o t a t e t h e l e n s e s t o show a p r o c e e d a s p e c t . No c u r r e n t r e s u l t s i n r e d , t h e s t o p -a s p e c t , -a c c o r d i n g t o t h e f -a i l - s -a f e p r i n c i p l e . The n e x t s t e p i s t o i n t r o d u c e -a d i f f e r e n t b u l b f o r e a c h a s p e c t a n d t o s e l e c t t h e a s p e c t by means o f r e l a y c i r -c u i t r y . A l l t r a c k s a r e now e q u i p p e d w i t h t r a c k - c i r c u i t s i n o r d e r t o be a b l e t o d e t e c t a u t o m a t i c a l l y t h e p r e s e n c e a n d a b s e n c e o f t r a i n s . I n t h i s way i t i s a l s o p o s -s i b l e t o r e l e a -s e a r o u t e b y -s e c t i o n -s i n -s t e a d o f r e l e a -s i n g t h e r o u t e a -s a w h o l e . The p o i n t s a n d t h e t r a c k - s e c t i o n s o f t h e r o u t e become a v a i l a b l e f o r t h e n e x t t r a i n much e a r l i e r a n d t h e c a p a c i t y o f t h e y a r d i s i n c r e a s e d c o n s i d e r -a b l y .

The a r e a c o n t r o l l e d i s s t i l l l i m i t e d t o one s t a t i o n a r e a . The d i s t a n c e f r o m box t o p o i n t s i s i n c r e a s e d t o n u m b e r s o f k i l o m e t e r s , a b o u t 10 t i m e s a s g r e a t a s w i t h t h e m e c h a n i c a l w i r e s . W i t h t h e n e x t s t e p , r e m o t e c o n t r o l s y s t e m s , t h e a r e a i s a g a i n e n l a r g e d 10 t i m e s o r e v e n m o r e . I n t h e USA t h i s i s o f t e n c a l l e d " c e n t r a l i z e d t r a f f i c c o n t r o l " . Nowadays s e v e r a l h u n d r e d k i l o m e t e r s o f l i n e c a n be c o n t r o l l e d f r o m o n e s i g n a l " b o x " . 3.1.5 N X - s y s t e m A t t h e same t i m e t h e o p e r a t o r i s e q u i p p e d w i t h a n o p e r a t i o n a l a i d : t h e s o -c a l l e d e N t r a n -c e e x i t s y s t e m , NX f o r s h o r t . The o p e r a t o r o n l y h a s t o p u s h two b u t t o n s , o n e a s s o c i a t e d w i t h t h e e n t r a n c e o f t h e r o u t e ( w h e r e t h e t r a i n comes f r o m ) a n d t h e o t h e r a s s o c i a t e d w i t h t h e e x i t o f t h e r o u t e ( w h e r e t h e t r a i n g o e s t o ) . The r e l a y e q u i p m e n t s e a r c h e s f o r p o i n t s w h i c h h a v e t o be r e v e r s e d , r e v e r s e s t h e s e a n d f i n a l l y o p e r a t e s t h e s i g n a l . T h i s N X - s y s t e m , a s a p p l i e d b y t h e N e t h e r l a n d s R a i l w a y s , i s n o t r e a l i z e d u s i n g t h e s a f e t y - r e l a y s , b u t u s i n g c h e a p e r " n o r m a l " r e l a y s . T e c h n i c a l l y s p e a k i n g t h e N X - c i r c u i t r y i s s u p e r i m p o s e d on t h e a c t u a l s a f e t y i n s t a l l a t i o n . The f i r s t a l l - r e l a y s y s t e m s w e r e t a i l o r - m a d e : f r e e w i r e d r e l a y c i r c u i t r y . R e l a y s y s t e m s e v o l v e d t o more s t a n d a r d i z e d s y s t e m s . A t y p i c a l e x a m p l e o f s u c h a s t a n d a r d i z e d s y s t e m i s what t h e Germans c a l l : S p u r p l a n s t e l l w e r k (W. S c h m i t z [ 4 8 ] ) ( l i t e r a l l y t r a n s l a t e d : " t r a c k l a y o u t i n t e r l o c k i n g " ) . I n t h i s system-, t h e r e e x i s t s a m a p p i n g f r o m t h e g e o g r a p h i c a l l a y o u t o n t o t h e w i r i n g c o n n e c -t i o n s b e -t w e e n -t h e r e l a y u n i -t s . T h e s e r e l a y u n i -t s r e p r e s e n -t some e l e m e n -t o f -t h e y a r d e q u i p m e n t , l i k e a s i g n a l , a p a i r o f p o i n t s o r a t r a c k - s e c t i o n . F o r e a c h t y p e o f e l e m e n t t h e r e e x i s t s one r e l a y u n i t t y p e . F o r e a c h a c t u a l e l e m e n t i n t h e y a r d t h e r e e x i s t s a r e l a y u n i t o f t h e a p p l i c a b l e t y p e . E a c h u n i t o f a n e l e m e n t i s c o n n e c t e d t o t h e u n i t s o f i t s n e i g h b o u r i n g e l e m e n t s i n t h e a c t u a l