O uso do CP em sinalização de ferrovias

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1 O uso do CP em sinalização de ferrovias Introdução Um Sistema de Sinalização e Controle ferroviário é responsável por garantir a segurança das operações de movimentação dos trens, permitindo a operação remota de equipamentos dedicados e a supervisão sinótica do posicionamento dos comboios, intertravamentos e máquinas de chave de desvio. Impede que eventuais falhas resultem em situações que possam causar danos físicos ou materiais às pessoas ou ao patrimônio. Os equipamentos componentes deste Sistema desempenham basicamente as seguintes funções: Autorização/cancelamento de rotas dos trens, realizados a partir do Centro de Controle Operacional (CCO); Monitoração e controle da velocidade, de acordo com os limites impostos ao tráfego de trens; Controle e detecção da ocupação dos trens nos diversos trechos da via; A sinalização ferroviária evoluiu com o tempo sob dois aspectos principais; segurança e capacidade de via. Os primeiros sistemas eram baseados em tele-mensagens, as quais eram transmitidas por telex, telegramas, telefones, rádios, etc., possuindo segurança questionável e baixa capacidade de via (número de trens cuja circulação é viável no período). Os avanços tecnológicos trouxeram características importantes como a monitoração remota, a atuação sobre sinaleiros e chaves (CTC), e até mais recentemente (ATC e ATO) a adoção de controle on-board para atuação direta sobre os sistemas de comando da locomotiva (frenagem e desaceleração), possibilitando assim um melhor aproveitamento dos trechos (aumento da capacidade de via) sem comprometimento da segurança. Estudo de caso O sistema de controle da sinalização adotado pela MRS Logística é o CTC (Centralized Traffic Control Figura 1). Este sistema baseia-se em dois tipos de equipamentos: os Vitais (Fail Safe) e os Não Vitais. Equipamentos vitais são aqueles que, em caso de falha, permanecem numa condição segura, ou seja, impedem que autorizações de movimento indevidas aconteçam. São eles os Relés utilizados nos circuitos de intertravamento e bloqueio, bem como todos os demais equipamentos de campo envolvidos. Como exemplo podemos citar os Sinaleiros externos, Máquinas de chave, circuitos de via, etc. o STD (Sistema de Transmissão de Dados), as RTUs (Remotas de campo), etc são considerados Não Vitais. Neste sistema existe o conceito de CCO (Centro de Controle Operacional Figura 2) que consiste em um centro de comando computadorizado onde se encontram integrados o software e hardware requeridos para assegurar o comando da sinalização

2 e monitoramento remoto das instalações de sinalização, assim como diversas outras ferramentas de exploração tais como o seguimento e a graficagem automática da marcha dos comboios (tempo-distância), e a programação automática de itinerários. No CCO ficam armazenadas todas as operações do Despachador (encarregado do controle de trafego) bem como os eventos gerados no processo, como data e hora da ocorrência, mantendo assim a rastreabilidade. A maioria dos trechos de trafego ferroviário da MRS já possuem STDs baseados em CLPs para envio de controles e leitura de indicações de estado dos elementos de sinalização de campo. Estes trechos fazem parte de um projeto adotado pela MRS, pelo qual pretende substituir todos os equipamentos obsoletos (Unidades de Códigos, PLC descontinuados, etc.), por sistemas modernos, incorporando benefícios como aumento da velocidade de atuação, aumento de MTBF, diminuição de MTTR, etc. Nesse contexto, a MRS adquiriu sistemas de transmissão de dados (STDs) baseados em CPs Altus redundantes, capazes de se comunicarem em redes de campo de alta velocidade para controle e supervisão de chaves, sinais e circuitos de via de campo no painel sinótico localizado no CCO (Profibus/DP) e redes de campo para controle e supervisão das remotas de sinalização de campo (Modbus/RTU). Permitem ainda a comunicação em redes de supervisão e controle (Ethernet TCP-IP) com um sistema SCADA para registro de eventos e monitoração de estado; A figura abaixo mostra um diagrama de blocos do sistema, do CCO da MRS aos elementos finais de controle e monitoração.

3 Figura 1 - Controle de Tráfego Centralizado - CTC

4 Figura 2 - Centro de Controle Operacional - CCO No CP principal redundante (STD - Figura 3) foi utilizada a CPU AL-2004, processando um conjunto de rotinas de software que armazenam estados de chaves de campo, controlam os estados dos leds indicativos do painel mímico, e interpretam os sinais do teclado do despachador, segundo as normas e procedimentos que garantem a circulação segura em ferrovias (Licenciamento). A configuração redundante utilizando o processador AL-2017 garante o aumento da disponibilidade do equipamento, característica indispensável para estes sistemas. Figura 3 - Configuração redundante Altus - STD Localizado a 100 metros do STD, esta o CCO, de onde são realizadas as operações de controle e supervisão pelo Despachador. O CP principal comunica-se em rede Profibus/DP de alta velocidade (12Mbps) através de um módulo mestre AL-3406, com painéis de remotas de entrada digital para leitura dos sinais do teclado e saídas digitais para acionamento dos Leds do painel mímico. Uma rede de alta performance é necessária para que os dados colhidos das remotas de campo sejam instantaneamente atualizados no painel mímico (Figura 4).

5 Figura 4 - CCO Painel mímico Ao longo da linha são instaladas as remotas de campo (RTUs - Figura 5). As RTUs são configurações de CLPs da série Ponto da Altus, as quais realizam a interface entre o STD e os equipamentos vitais (relés de intertravamento e bloqueio dos sinais e das máquinas de chave). Por meio de uma rede Modbus o STD comunica-se com as RTUs fazendo uso de canais de dados fornecidos por uma concessionária de comunicação. Desta forma, cada um dos canais seriais do STD fica responsável pela comunicação com até 16 RTUs formando barramentos de dados. Cada barramento é formado por seqüências de RTUs, identificadas por um nome (Localidade) e endereço de locação. Cada RTU é responsável por um ou mais circuitos de via, sinais e máquinas de chave os quais provêem indicações e controles de/para o campo. As RTUs devem ser capazes de suportar ambientes muitas vezes agressivos. Alem das vibrações mecânicas causadas pela passagem do trem, em muitas localidades as temperaturas chegam a 60 o C e são comuns ruídos elétromagnéticos, flutuações de tensão e descargas atmosféricas. Elas devem possuir diagnóstico local de falhas, e permitir a troca de módulos sem o desligamento da unidade e ainda permitir expansões de I/O. É ainda fundamental que seja micro processada, para que possa efetuar temporizações e implementar intertravamentos locais, conforme a necessidade de cada sub-sistema. Figura 5 - Configuração série Ponto - RTUs Características da solução Neste projeto vemos uma característica importante de um CLP, a conectividade. Uma configuração central redundante foi capaz de se comunicar em quatro protocolos de rede diferentes, com características físicas também distintas. No nível 1 temos como

6 solução quatro canais Modbus para comunicação com as RTUs a uma taxa de bps, garantindo uma performance adequada ao sistema. Neste mesmo meio físico, as RTUs podem ainda ser acessadas através de um protocolo proprietário (ALNET I) para carga de programa, manutenção remota, etc., fazendo uso do software programador Master-Tool. Ainda no nível 1 o protocolo Profibus/DP foi usado como meio de comunicação com o I/O remoto localizado a 100m de distância, a uma taxa de 12 Mbps. No nível 2 o protocolo padrão Ethernet-TCP/IP foi a adotado como solução simples e de melhor custo benefício, incorporando o sistema a uma rede de supervisão e controle e aos níveis superiores de rede corporativa. Conclusão A sinalização de ferrovias possui características muito comuns a qualquer ambiente industrial. Qualidades como imunidade a ruído, resistência à temperatura e umidade elevadas, tolerância a falhas, e uma grande conectividade são essenciais e devem ser suportadas pelo CLP utilizado. O sistema implantado atingiu todos os objetivos propostos. De um sistema equivalente implantado a 2 anos, podemos colher os seguintes resultados: Eliminação de equipamentos obsoletos (unidades de código); Distribuição da inteligência nas RTUs; Redução no tempo de indicações e controles; Facilidade de manutenção; Aumento do MTBF; Redução do MTTR; Facilidade de expansão e modificações de software; Temos o CLP como um forte aliado também em processo de sinalização ferroviária uma vez que atende a todos os requisitos necessários e ainda apresenta um ótimo custo benefício diante dos resultados que podem ser alcançados. Referências LD , CCO Inteligente Levantamento de Dados MRS Porto, Prof. Dr. Telmo Giolito, PRT-2501 FERROVIAS Escola politécnica da Universidade de São Paulo, 2004