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« VOLTAR DETECTOR DE VALORES FORA DE FAIXA DE EQUIPAMENTOS DE SUSPERVISÃO DE VELOCIDADE DE TRENS Menção Honrosa no III Prêmio Amsted Maxion de Tecnologia Ferroviária; trabalho apresentado no seminário técnico no Negócios nos Trilhos – Encontrem 2005, outubro de 2005, São Paulo. Autor: Marcos Bozi, técnico em eletrônica II na EFVM. E-mail: [email protected] 1. RESUMO As ferrovias de uma maneira geral sempre buscam tecnologia para aplicar em seus trens visando dar um grau de segurança na Operação de Trens. Cada ferrovia usa um determinado tipo de equipamento para supervisionar a operação de seus maquinistas. Dependendo do investimento que a ferrovia pretende disponibilizar, ela terá um retorno em segurança maior ou menor, ou seja, os equipamentos disponíveis para esta aplicação, supervisão de maquinistas, variam de preço em função da tecnologia empregada. Algumas decidem instalar sistemas “FAIL SAFE – Falha Segura”, outras usam equipamentos mais simples e que dão uma certa margem de segurança. E nesta área são aplicados os ATC´s (Controle Automático de Trens), ALERTORES (Sistemas que cobram atuações do maquinista), Cerca Eletrônica (Sistemas baseados em GPS), e vários outros (ATP, ATO, Distance to Go, etc.). Neste trabalho proposto pelo autor, o ATC e seus cabsinais será o foco principal. O ATC (Automatic Train Control ou Controle Automático de Trens) é um subsistema de um sistema de sinalização que, montado a bordo das locomotivas, é o responsável pela apresentação das ordens de licenciamento dos trens ao Maquinista (na forma de sinais luminosos, chamado de cabsinais ou sinais de cabina) e também pela supervisão da velocidade dos trens. Colocar o trem em movimento, definir as velocidades, frear, etc. são atribuições do Maquinista. O ATC mostra quais são os limites e assume a frenagem do trem quando estes limites são ultrapassados. O ATC é concebido usando como base a tecnologia “FAIL SAFE” ou falha segura, onde qualquer falha é a favor da segurança. E nesta linha um dos elementos vitais do ATC é o sistema de tratamento de cabsinais. Os Cabsinais são recebidos dos trilhos, enviados pelo sistema de sinalização centralizado CCO, tratados, processados e mostrados ao maquinista pelo ATC. Como o sistema usa um único meio de transmissão (trilhos) estes cabsinais precisam sem diferenciados por um processo de codificação de freqüências. E justamente a escolhas dessas freqüências passa a ser item vital do sistema de ATC. Nelas estão apoiadas todas as questões fail safe e de segurança do ATC. Jamais o ATC pode confundir uma freqüência com outra, pois um tratamento errado poderia provocar um acidente de grande proporção. O circuito de via instalado aos milhares na ferrovia tem a função de enviar estes códigos de cabsinais com uma precisão absoluta e não podendo sair em nada de sua faixa de trabalho. O problema é que devido de vez em quando um equipamento destes sai fora e gera um ponto de defeito. Normalmente é projetado para não enviar sinais errados que possam gerar um problema de segurança, ou seja, em falha eles gerariam vermelho para parar o trem. O trabalho aqui proposto terá como finalidade detectar a bordo do trem que um destes geradores de cabsinais está próximo de gerar cabsinais errados ou sair da sua faixa de trabalho e dessa forma as equipes de manutenção poderão atuar e evitar um problema maior. Uma vez detectado, o equipamento armazenará a região do problema e junto com coordenadas de GPS e data hora guardar na memória do equipamento o local exato de defeito. III Prêmio Amsted Maxion de Tecnologia Ferroviária http://www.revistaferroviaria.com.br/maxion2005/trabalhos/Mencao_... 1 de 7 17/9/2009 01:54

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DETECTOR DE VALORES FORA DE FAIXA DE EQUIPAMENTOSDE SUSPERVISÃO DE VELOCIDADE DE TRENS

Menção Honrosa no III Prêmio Amsted Maxion de Tecnologia Ferroviária; trabalhoapresentado no seminário técnico no Negócios nos Trilhos – Encontrem 2005,outubro de 2005, São Paulo.

Autor: Marcos Bozi, técnico em eletrônica II na EFVM.E-mail: [email protected]

1. RESUMO

As ferrovias de uma maneira geral sempre buscam tecnologia para aplicar em seus trens visando dar umgrau de segurança na Operação de Trens. Cada ferrovia usa um determinado tipo de equipamento parasupervisionar a operação de seus maquinistas. Dependendo do investimento que a ferrovia pretendedisponibilizar, ela terá um retorno em segurança maior ou menor, ou seja, os equipamentos disponíveis paraesta aplicação, supervisão de maquinistas, variam de preço em função da tecnologia empregada. Algumasdecidem instalar sistemas “FAIL SAFE – Falha Segura”, outras usam equipamentos mais simples e que dãouma certa margem de segurança.

E nesta área são aplicados os ATC´s (Controle Automático de Trens), ALERTORES (Sistemas que cobramatuações do maquinista), Cerca Eletrônica (Sistemas baseados em GPS), e vários outros (ATP, ATO,Distance to Go, etc.). Neste trabalho proposto pelo autor, o ATC e seus cabsinais será o foco principal.

O ATC (Automatic Train Control ou Controle Automático de Trens) é um subsistema de um sistema desinalização que, montado a bordo das locomotivas, é o responsável pela apresentação das ordens delicenciamento dos trens ao Maquinista (na forma de sinais luminosos, chamado de cabsinais ou sinais decabina) e também pela supervisão da velocidade dos trens. Colocar o trem em movimento, definir asvelocidades, frear, etc. são atribuições do Maquinista. O ATC mostra quais são os limites e assume afrenagem do trem quando estes limites são ultrapassados.

O ATC é concebido usando como base a tecnologia “FAIL SAFE” ou falha segura, onde qualquer falha é afavor da segurança. E nesta linha um dos elementos vitais do ATC é o sistema de tratamento de cabsinais.Os Cabsinais são recebidos dos trilhos, enviados pelo sistema de sinalização centralizado CCO, tratados,processados e mostrados ao maquinista pelo ATC. Como o sistema usa um único meio de transmissão(trilhos) estes cabsinais precisam sem diferenciados por um processo de codificação de freqüências. Ejustamente a escolhas dessas freqüências passa a ser item vital do sistema de ATC. Nelas estão apoiadastodas as questões fail safe e de segurança do ATC. Jamais o ATC pode confundir uma freqüência comoutra, pois um tratamento errado poderia provocar um acidente de grande proporção.

O circuito de via instalado aos milhares na ferrovia tem a função de enviar estes códigos de cabsinais comuma precisão absoluta e não podendo sair em nada de sua faixa de trabalho. O problema é que devido devez em quando um equipamento destes sai fora e gera um ponto de defeito. Normalmente é projetado paranão enviar sinais errados que possam gerar um problema de segurança, ou seja, em falha eles gerariamvermelho para parar o trem.

O trabalho aqui proposto terá como finalidade detectar a bordo do trem que um destes geradores decabsinais está próximo de gerar cabsinais errados ou sair da sua faixa de trabalho e dessa forma asequipes de manutenção poderão atuar e evitar um problema maior.

Uma vez detectado, o equipamento armazenará a região do problema e junto com coordenadas de GPS edata hora guardar na memória do equipamento o local exato de defeito.

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2 - DADOS DO PROJETO

Nome do Projeto : Detector de valores fora de faixa de equipamento de supervisão de velocidade de trens

2.1 – O Problema

A sinalização de campo é composta por equipamentos, distribuídos ao longo da ferrovia, que cumpremfinalidades específicas com o objetivo principal de licenciar os trens, em segurança.

A partir de comandos oriundos de um centro de controle, que são transmitidos através de um sistema detransmissão de dados, em um meio de comunicação, o sistema de sinalização executa as seguintesfunções:

Detecta a posição dos trens na via férrea, através de circuitos de via ou de outros equipamentos.

Movimenta os aparelhos de mudança de via, operando máquinas de chave.Prepara as rotas a serem cumpridas pelos trens, através de seu subsistema de intertravamento,

dentro de rígidas condições para garantir a segurança.

Licencia a circulação dos trens, através de sinais externos, sinais ou terminais de dados na cabine

das locomotivas.

Controla o acesso às entradas e saídas da via férrea sinalizada e a sinalização das passagens de

nível.

Promove a parada do trem quando for registrada alguma anomalia por um detector dedescarrilamento, de rolamento defeituoso, sapata de freio agarrada e de roda trincada ou comdeformidade nos vagões, etc.

O sistema de sinalização fornece ao centro de controle todas as indicações de situação e posição deequipamentos e trens.

Além de propiciar facilidades operacionais para execução, controle, gerenciamento e segurança dacirculação de trens, o sistema de sinalização proporciona aumento real da capacidade de tráfego naferrovia ao permitir um aumento da velocidade nominal e comercial dos trens.

No sistema de sinalização o sinal é o equipamento que licencia o maquinista para conduzir seu trem, atravésda seção de bloqueio à frente, até o próximo sinal.O sinal é o interface homem-máquina, entre o maquinistae o sistema de sinalização e de importância vital pela informação que transmite. Sua informação deve serclara, de fácil visualização, interpretação e em hipótese nenhuma suscitar qualquer dúvida.

A informação para o sinal de cabine, instalado dentro da locomotiva, vem através dos trilhos, utilizando aestrutura dos circuitos de via. A figura 1 mostra como funciona um circuito de via.

O circuito de via é um circuito elétrico que tem os trilhos da ferrovia como condutores. É utilizado paradetectar a presença do trem na via, a partir do curto-circuito provocado pelos rodeiros deste trem nostrilhos. Como os trilhos são os condutores elétricos entre a transmissão e a recepção do circuito de via, umtrilho quebrado será imediatamente detectado quando interromper o circuito.

Figura 1 – Circuito de via

Os trilhos são os condutores do circuito.

Os dormentes e o lastro atuam como isolantes elétricos entre os trilhos e entre estes e a base ( terra ).

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As juntas isolantes são como uma tala de junção de trilhos revestida de material isolante. O trilho ésecionado transversalmente, recebe um isolante de topo entre as duas partes e talas isoladas laterais parafixação. As juntas isolantes isolam eletricamente o trilho e são colocadas nas extremidades dos circuitos devia, delimitando-os e separando um circuito do outro.

As cordoalhas instaladas nas talas de junção, que formam uma resistência para a passagem da correnteelétrica, melhoram a condutividade dos trilhos neste ponto.

A fonte de alimentação aplica uma tensão elétrica nos trilhos, alimentando o circuito. O resistor limita a altacorrente criada, quando o rodeiro curto-circuita os trilhos, de forma não danificar a fonte.

O relé de via está sempre energizado e detectará a presença do trem quando for desenergizado pela açãodos rodeiros.

Na Fig. 2 vemos um circuito de via operando com a presença do rodeiro de um trem.

Figura 2 – Circuito de via codificando e enviando sinais

Como exemplo, vamos tomar um circuito de via que opera na freqüência industrial de 60 Hz. Estes 60 Hzsão codificados em pulsos e aplicados aos trilhos para serem captados, através de induçãoeletromagnética, por antenas instaladas na locomotiva próximas aos trilhos. Na Fig. 3 mostramos o códigode cabsinal sendo captado nos trilhos e, nas Fig´s 4,5 e 6 o sinal de 60 Hz codificado, com seussignificados.

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Fig. 3 – Princípio de funcionamento do sinal de cabine.

Configuração dos códigos de 120 e 180 ppm ( pulsos por minuto ), a partir de um sinal de 60 Hz :

Na realidade, para garantir segurança na informação, o filtro mostrado nas Fig. 4, 5 e 6 é sintonizado nasfreqüências de 2 e 3 Hz, provenientes dos 60 Hz pulsados em 120 e 180 pulsos por minuto,respectivamente. Qualquer outro sinal ou ausência de sinal é bloqueado pelo filtro e o equipamentointerpretará como sinal restritivo, mostrando o aspecto vermelho.

Toda a segurança do ATC está baseada nestes geradores de códigos de cabsinais

As áreas de manutenção espalhadas ao longo da ferrovia trabalham 24 horas mantendo estesequipamentos de sinalização com todas as suas funcionalidades: máquinas de chave, talas isolantes,circuito de via, reles, e vários outros do sistema de sinalização e em especial os geradores de código.

Os geradores de código exigem um cuidado especial, pois como foi descrito são a base fail safe dosistema e não admite nenhum erro de manutenção. O problema é que são milhares e são mantidos porpessoas, onde os erros podem acontecer.

As diversas práticas de manutenção nestes pontos são usadas desde corretivas às preventivas, masmesmo assim é comum um desses milhares de geradores de códigos dar defeito e indisponibilizar a linhacom um trem parado.

A proposta do autor deste trabalho é conceber um equipamento que instalado a bordo de trens pegasse demaneira preditiva qualquer desvio de faixa do equipamento de sinalização. Este equipamento ficariacirculando em alguns trens com o objetivo de cobrir 24 horas e todos os pontos da ferrovia. No final da

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viagem, o equipamento seria retirado, seus dados seriam lidos do registrador de eventos internos edisponibilizados para as áreas de manutenção. Após este trabalho ele poderia ser colocado em outralocomotiva que fará outro trem e assim a rotina fica estabelecida e a pesquisa de defeitos antes de delesacontecerem fica resolvida.

A figura 7 mostra um painel de ATC de locomotiva com o detalhamento dos cabsinais e seus limites.

Figura 7 – sinal de 60 Hz indicando vermelho

2.2 – Observação do problema.

Vários problemas são criados quando um gerador de código deste dá o defeito

Trem recebe vermelho e para de forma indevida;

A programação diária do Centro de controle é afetada, perdendo produtividade;

A equipe de manutenção é acionada para resolver o problema e às vezes gerando horas extras.

Quando o defeito acontece exatamente com o trem circulando em um determinado trecho daferrovia, e normalmente é assim, dependendo da velocidade do trem pode causar choques eimpactos com riscos de acidentes.

Observando todas as características do problema, podemos comprovar que um gerador de códigos fora defaixa pode gerar um desconforto tão grande para a Ferrovia que esta solução denominada “Detector decódigos fora de faixa” foi desenvolvida nesta Operadora para trazer ganhos de eficiência enérgica ouganhar tempo ou ainda melhorar a performance do trem.

2.3 – Análise do Problema

Fazendo um estudo de causas do problema, ficou isolado o problema central de que qualquer desvio defreqüência do gerador de cabsinais acarreta todos os problemas descritos no item anterior, ou seja, o fatodo desvio de freqüência é o causador de todos os distúrbios descritos acima.

E chegou-se uma solução que resolve toda a situação do item 2.2 que era “Desenvolvimento do detectorfora de faixa”.

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2.3 – Proposta e desenvolvimento de solução

A solução era desenvolver internamente com pessoal da operadora um sistema que instalado a bordo delocomotivas de forma portátil e que pudesse ficar circulando em vários trens e gerando relatórios de pontocríticos, ou seja, fazer uma espécie de manutenção preventiva.

Os custos do sistema foram:

Custo da unidade instalada na Locomotiva: US$ 1.200,00

Então o projeto foi considerado totalmente viável, pelos ganhos que traria para a Operação da ferrovia.

A figura 8 mostra a placa do equipamento principal construído.

Figura 8 – Placa principal do equipamento

2.4 – Análise de custos

O quadro abaixo mostra uma análise a placa do equipamento principal construído.

R$

Custo de hora-linha parada 196844

Número de trens circulando 70

Custo por trem hora 2812,06

Número de falhas por gerador de códigos 12

Horas acumuladas (direta+ impacto circ.) 364,79

Horas por trem 30,399167

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Custo de um reboque 85484,19376

Considerando que o equipamento poderá eliminar em 5 % número de 3,2

Mensalmente, teria um ganho de 273549,42

US$ 101314,6

Anualmente 1215775,2

2.5 – Ganhos do Projeto

Como mostrado no quadro anterior, o ganho é real. E o foco número um seria resolver os casos deoscilações destes geradores de códigos. A proposta do equipamento seria atuar de forma preditivaevitando que estes equipamentos saiam fora de faixa. Com isto estaríamos:

Diminuindo o número de falhas e com isso dando uma maior disponibilidade ao sistema de

sinalização.

Diminuindo a quantidade de trens parados por falhas de sinalização.

Diminuição do risco de acidentes, por oscilações de códigos e outros.

3 - Conclusões

Conforme pode ser constatado pela análise dos dados apresentados, o projeto traz um impacto positivomuito grande no processo de Operação da ferrovia.

Os ganhos são praticamente imensuráveis, pois alem de dar os ganhos econômicos mostradosanteriormente resolve ou minimiza riscos de acidentes.

O desenvolvimento do trabalho abriu perspectivas grandes de uso da tecnologia para solução de problemasque tanto incomoda a operação tanto com o objetivo de ganhar eficiência na movimentação de trens,quanto na eliminação de riscos de acidentes que atualmente é a meta nº 1 da Empresa.

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