telemanutenção de material circulante ferroviário

Desenvolvimento de uma plataforma remota para extracção

de dados nas UTE-2240

Telemanutenção de Material Circulante Ferroviário

Orientador: Prof. Dr. Adriano CarvalhoCo-Orientador: Eng. Costa Franco

Alberto Sobral

Apresentação

Estrutura da apresentação: Introdução; Descrição do projecto piloto de telemanutenção; Análise de requisitos:

Sistemas e equipamentos da UTE-2240; Descrição de cenários de procedimentos de manutenção; Arquitectura distribuída;

Métodos de desenvolvimento: Métodos para a aquisição de dados; A necessidade de estudo do protocolo de rede WorldFIP; Escolha do método a seguir;

Desenvolvimento da aplicação: Reestrutura da plataforma de comunicações; Características do software desenvolvido;

Conclusões e perspectivas futuras de desenvolvimento;

[Introdução] [Projecto piloto] [Análise] [Métodos] [Desenvolvimento]

[Conclusões]

Introdução

Objectivos e Contribuições:

Expansão da telemanutenção para uma nova série de material circulante ferroviário (UTE-2240) ;

Reutilização de tecnologia desenvolvida e testada no projecto piloto;Estudo e aplicação de um método a seguir para a aquisição de dados; Análise e utilização do protocolo de rede WorldFIP, particularmente

os serviços disponibilizados para gestão de rede;

Descrição do trabalho:

Desenvolvimento e análise de ferramentas e métodos de aquisição de dados, para suporte a sistemas de monitorização e diagnóstico remotos de material circulante ferroviário.

[Introdução] [Projecto piloto] [Análise] [Métodos] [Desenvolvimento] [Conclusões]

Projecto piloto de telemanutenção

Projecto piloto de telemanutenção


Arquitectura

Sistema de Diagnóstico de Avarias Inteligente - SDAI

Funções principais do SDAIOperar como um sistema de apoio a decisão: Gestão da Manutenção; Exploração Comercial (Orientado ao veículo); Gestão de Operações; Projecto de Reengenharia;

Melhorias ao desempenho

Durante a fase de ensaios do projecto piloto, aplicado em quatro automotoras diesel-electricas, foram previstas as seguintes melhorias de desempenho:

Da análise CP Aumento da disponibilidade em 8% (+ 2800 h, + 59.200 km)

Cumprimento Ciclo Manutenção Preventivo: +1150 h. Diminuição Visitas por Avaria: + 1650 h.

Da análise EMEF Redução dos custos de manutenção.

Manutenção Preventiva: - 8,5 % (37.400 Euros) Manutenção Correctiva: - 10,5 % (44.400 Euros)


Análise de requisitos

Características da UTE-2240


Sigla Descrição

EC1 Processador de rede TCS - MPTCS

EC2 Processador de Rede TIS - MPTIS

EC3 Unidade electrónica de comando de tracção - PCE

EC4 Unidade electrónica de comando de freio – BCE (µMICEF)

EC5 Unidade electrónica de comando do ar condicionado - HVAC

EC6 Unidade electrónica de comando do conversor auxiliar - ACE

EC7 Unidade electrónica de comando e controlo de portas - DCU

EC8 Módulos de entradas-saidas para TCS – RIOM

EC9 Módulos de entradas-saidas para TIS – RIOM

EC10 Mesa de comando de condução - DESK

Unidade Tripla Eléctrica da série 2240

Localização dos principais equipamentos

Funcionalidades/Cenários de operação

PCE – Unidade Electrónica de comando de tracção

Por intermédio de uma interface em cada equipamento é possível a obtenção de dados para a monitorização e diagnóstico local. Recorrendo ao software proprietário è possível:

Leitura de medidas online sensores associados ao equipamento; Traçado da tendência de variáveis analógicas; Leitura das mensagens do registo de avarias; Exportação da informação para ficheiros;

BCE – Unidade Electrónica de comando de freio

Fontes de alimentação

Comunicações FIP

E/ S Digitais

E/ S Analógicas

Interface

Código Descrição Tipo de Avaria

1S31 Saida de potencia 5 da MB04B em curto-circuito. X

12 Falha no sinal do sensor de velocidade X

CAA1 Carga demasiado alta no B42.1 X

Download Date : 15-04-2008 11:56:37 PCE - effort_demand

Date a_effort_vs_speed a_effort_vs_power a_effort_lw_valid a_effort_limit

00:00:05.1 -37.600 -37.600 0.00000e+000 0.00000e+000

00:00:07.0 -37.600 -37.600 0.00000e+000 0.00000e+000


DDU – Monitor do maquinista

No monitor do maquinista DDU (um em cada veiculo RP, na cabina do maquinista) chegam, pela rede FIP-TIS, informações como:

Estado dos dispositivos associados ao PCE

Mensagens de alerta, avaria e sua localização



MPTCS / MPTIS – Módulos Processadores de rede, FIP-TCS e FIP-TIS

Neste equipamento são executados diversas aplicações de software, cada uma com funcionalidades especificas, organizadas da seguinte forma:

HARDWARE

Monitor (LISA Boot)

System (LISA)

Configuration

Application

DVA DataBaseMPTIS only

ALF9 M IM 8 COF13 CFR2

J6

J8

J7

J9

J1J2

J4

J5

J3

Fonte de alimentação FIP - veiculo

FIP - comboio Interface RS232 DataPlug



Arquitectura distribuída


Métodos de desenvolvimento

Métodos para a aquisição de dadosComo solução para o desenvolvimento de uma aplicação, integrada na plataforma de comunicações, foram encontrados os seguintes métodos:

Integrar a plataforma de comunicações, como um equipamento pertencente à rede FIP-TIS ou FIP-TCS;

Explorar os MPTCS e MPTIS, nomeadamente o software LISA, por forma a saber se é possível a obtenção das variáveis do processo pela interface RS232 do equipamentos MPTCS ou MPTIS;

Ligar a plataforma de comunicações numa rede sem fios. Por um conjunto de módulos RF, estabelecer uma ligação remota aos equipamentos que disponham de porta série;


Avaliação do método a seguir

O método a seguir deve ser capaz de implementar uma solução que demonstre ser:

Simples. Por forma a ser implementada na plataforma de comunicações e em minimizar o risco e interferência com os restantes equipamentos críticos de controlo.

Abrangente. De modo em obter todos os dados necessários à telemanutenção, provenientes dos vários equipamentos dispersos pelos veículos da UTE.

Desenvolvimento não moroso, cuja a demonstração de resultados da sua implementação não se estenda para além do prazo deste trabalho.

Resultando assim na necessidade em estudar o protocolo de rede existente no sistema de comunicações da UTE-2240, por forma a:

Determinar parâmetros e configurações para instalar um equipamento na rede.

Conhecer os serviços disponibilizados por forma a explorar um software de gestão de rede.[Introdução] [Projecto piloto] [Análise] [Métodos] [Desenvolvimento]

[Conclusões]

Análise ao protocolo - WorldFIPWorldFIP é um protocolo de redes de campo desenhado para fornecer uma ligação entre o nível zero (sensores e actuadores) e o nível um (controladores, PLC,..) em sistemas de automação.

A estrutura do sistema de comunicações FIP esta dividida em três camadas, cuja as suas funções correspondem ao modelo OSI:

1. Camada física, physical layer.2. Camada de ligação de dados, data link layer.7. Camada de aplicação, application layer.


WorldFIP - Gestão de rede

Existem essencialmente três funções de gestão de rede: Gestão do modo de operação:

Inicio/ paragem de comandos Validação/ Invalidação de comandos Comandos de Reset Funções de leitura e escrita

Gestão da configuração: Criação de objectos Destruição de objectos Iniciação/ paragem de entidades de comunicação

Gestão de falhas e níveis de performance: Leitura de contadores Reset dos contadores

Serviços usados para gerir as comunicações.

SM_MPS SMS


Escolha do métodoA análise ao WorldFIP permitiu validar o método onde se explora o software de gestão de rede LISA.

Destacam-se as características que directamente contribuíram para a interpretação do LISA:

Estações/ equipamentos na rede possuem uma TagName

As variáveis produzidas ou consumidas são identificadas por um identificador único global a todo o sistema.

Os serviços de gestão de rede (SM-MPS, SMS).


Aplicação do método

As tabelas identificam as variáveis dos vários equipamentos existes. (estado de actuadores, medidas de sensores, alarmes …)

Estas tabelas elaboradas necessitam de uma validação/ confirmação. Recorrendo-se aos cenários habituais de operação já descritos.


Desenvolvimento da aplicação

Plataforma de comunicações


PC embebido – MOXA UC-7420 Modem GPRS – Siemens MC35 terminal Receptor GPS

Leitura do ficheiro Settings

Configuração das opções de cada modulo

Inicialização das Threads

GPS MPTCS

DataManager

FileSender

Main

Processa funções das

Teclas

Tecla Sair

Não

Finalização das Threads

Sim

DataManager

MPTCS

FileSender

GPS

Terminar

Comunicação Série com o módulo GPS

GPS

Sair

Não

SimFormatação e

armazenamento dos dados recebidos

Definição Data Hora no sistema

com os dados GPS

Data, Hora definidas

Espera um tempo por

defeito

Não

Sim

RS-232

Aplicação - Software

Thread Main Thread GPS


MPTCS

Carrega sequencia de comandos a

enviar

Envio de um comando para o

MPTCS

Procurar e Interpretar Informação

SairNão

Sim

RS-232

Dados Recebidos

Sim

Armazenar dados

Interpretados

DadosValidos

Não

Não

Próximo comando a enviar

Sim

Alocação dinámica de memória

GPS/MPTCS/ID

Leitura e Construção dos

Dados GPS

Leitura e Construção dos Dados MPTCS

Construção dos Dados de

ID da Unidade

Atribuição Data/Hora dos

Dados construidos

Criação do ficheiro dos Dados construidos

Condição

Move ficheiro Directoria Enviar

Move ficheiro Directoria

Armazenar

Alarme

T > DEFAULT(segundos)

T < DEFAULT(segundos)

DataManager

SairNão

Sim

Aplicação - Software Thread

MPTCS

Thread DataManager


Verifica Directoria

Enviar

FileSender

SairNão

Sim

Novo Ficheiro

Sim

Não

Teste á ligação de

GPRS

EstabeleceNova Ligação

Internet

Espera tempo por

defeito

Sim

Não

Aberturado FTP

Envia ficheiro e número

IP

Move ficheiro Directoria

Armazenar


Thread FileSender



Main

GP

S

Da

taM

an

ag

er

MP

TC

S

Fil

eS

en

de

r

Settings

Data StructData Struct

File

Folder

Folder

Mecanismo de troca de dados


Aplicação – Visualização remota


Conclusões

Conclusões

O método de aquisição utilizado permitiu:

A integração de tecnologia desenvolvida no projecto piloto, nomeadamente a reutilização da plataforma de comunicações.

A obtenção de variáveis pertencentes a todos os equipamentos de interesse à monitorização e diagnostico remoto.

Uma implementação não intrusiva, respeitando assim os padrões de segurança necessários neste tipo de sistemas.

O estudo do protocolo de rede WorldFIP revelou-se como elemento fundamental na exploração e interpretação de um software de gestão de rede.

Com a implementação do sistema desenvolvido espera-se contribuir para uma melhoria do desempenho desta nova série de material circulante.


Perspectivas de desenvolvimento

Ficou pendente a aquisição de mensagens do sistema.

Sugere-se explorar a redundância dos módulos processadores de rede FIP-TCS. Pretende-se aumentar o débito de dados recebidos pela porta serie.

Explorar a situação da configuração em tracção múltipla. Sugere-se uma cooperação entre plataformas existentes em cada unidade.

Sugere-se uma reformulação no formato dos dados trocados entre plataforma de comunicações e o centro de telegestão.

Assim, em vez da sintaxe, #<nome_modulo>, <nome_variavel>=<valor>, para os dados a enviar guardados no formato TXT sugere-se uma equivalente implementada em XML.


Obrigado pela atenção

Telemanutenção de Material Circulante Ferroviário

Orientador: Prof. Dr. Adriano CarvalhoCo-Orientador: Eng. Costa Franco

Alberto Sobral

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