(CBTC / UTO) Como funciona? Jorge Martins Secall, PhD, AMIRSE

Transcrição

1 ViaQuatro Sistema de Sinalização da Linha 4 (CBTC / UTO) Como funciona? Jorge Martins Secall, PhD, AMIRSE

2 Visão Geral Simplificada do CBTC da Linha 4

3 CBTC WCC Wayside Cell Controller WAYSIDE COMMUNICATION NETWORK - WCN ZONE CONTROLLER WRE WRE WRE Wayside Radio Equipment CRE Carborn Radio Eqipment CC - Carborn Controller Odometro TIA- Transponder Intorrogator Antenna SIMIS PC ( Interlocking) 2 x 2 of 2 Centro de Controle Operacional SICAS Interlocking SICAS ECC 2 of 3 SOM POM INOM / UNOM ) INOM FTG S Sinaleiro Power Supply / UPS terminal rack CCO Sala Técnica VIA Transponder Maquina de Chaves CDV

4 TCS Tunel CC WRE WCN TIA ARQUITETURA na VIA Odometro Via WRE WCC ZC IXL Circuito de via AC Sinaleiro Maquina de chaves Sinaleiro Circuito de via Transponder TCS ARQUITETURA na VIA Sala Técnica OC111 ATS console WS de Programação Horário Video Wall CCO sala de operação Fire Wall WCN WS CCO sala de manutenção ATS Processamento de dados em redundante CCO sala técnica ATS Servidor de Arquivo TCS ARQUITETURA no CCO

5 Visão Geral do CBTC Automatic Train Supervision ATS CCO e SCADA. Automatic Train Control ATC CBTC ATC ( ATP/ATO ) Sistema de Intertravamento Computadorizado IXL SICAS Intertravamento Eletrônico Sistema de Comunicação de Dados Trem - Via Sistema de radio AIRLINK para comunicação trem/via do CBTC. Sistema de WIFI para comunicação trem/via para o CFTV, PA, Intercomunicação, e dados. Estação Rede WCN - Wayside Comunication Network para CBTC Rede STD - Sistema de Comunicações de Dados para Telefonia, CCTV, Comandos e Indicações entre CCO e Estações

6 Visão Geral do CBTC Funções: ATS Gerenciamento de Viagens dos Trens (destinos e paradas) Alinhamento de rota automático para um destino Regulação dos trens (hora de partida) Comando manual do Operador para um equipamento de campo Imposição de Restrições ao CBTC (ex: restrição de velocidade, retém trem, etc..) ZC Assegurar distância segura entre trens SICAS Intertravamento Tratamento de rotas Controle e monitoração dos equipamentos da via (Sinaleiros, chaves, CDV s) Trem Proteção da movimentação do trem Controle do trem Gerenciamento de parada e portas

7 FUNÇÕES do CBTC Rastrear trens Manter distância segura entre trens Gerenciar modos diferentes de operar trem Localizar trens Aplicar o freio de emergência Operar os trens em modo ATO Operar os trens sob condições seguras Abrir portas lado certo Autorizar a partida do trem Gerenciar entrada/saída de passageiros Operar a partir do ATS Entrar/Sair da estação Gravar eventos Restabelecer da falha do ATC Apoiar a Manutenção

8 LOCALIZAÇÃO do Trem Princípios Determinação da posição geográfica e velocidade atual do trem na via. Esta Função é realizada pelo CBTC embarcado através da: Posição Geográfica Transponder TIA(Transponder Intorrogator Antenna) Odômetro Indicação da rota Posição das chaves IXL

9 Rastreamento dos Trens Princípio Rastreamento de todos os trens na Via Equipamentos no lado de VIA Recebe as posições computadas pelo CBTC do trem. Indicações recebidas dos CDVs. Posições das maquinas de chave dos IXLs. O MAPA de VIA é então construído através: Das posições dos trens com CBTC que continuam transmitindo suas posições. Dos estados dos CDV s para trens mudos ou veículos auxiliares.

10 Separação Segura dos Trens Sentido de tráfego Sentido de Tráfego é determinado: IXL : Em quase toda áreas de via e principalmente onde circula trens. O sentido de tráfego é de responsabilidade únicamente do sistema IXL. IXL e CBTC : No modo cooperativo na área de inserção e remoção, onde a via pode ser usada em sentidos alternados.

11 3. O ZC calcula o alvo ( ) a proteger, este alvo está em movimento com o trem B. ZC Distância entre dois trens equipados 4. O rádio fixo transmite continuamente ao trem (A) o alvo ( ) a proteger. WCC 2. O rádio do trem B transmite sua posição ( ) via rádio spread spectrum para o ZC WRU WRU WRU OBCU CRE OBCU CRE B A CRE: Carborn Radio Equipment WRU: Wayside Radio Unit OBCU: Onboard Computer Unit 5. O trem A calcula a curva de velocidade vital e se for necessário aplica o freio de emergencia para que nunca o alvo ( ) seja ultrapassado. O CBTC do trem B calcula a sua posição( ) pelos deslocamentos medidos pelo odômetro. É minimizado o grau de incerteza da posição toda vez que o trem passa por um transponder localizado no meio da via.

12 3. O ZC continuamente atualiza o mapa de via com circuitos ocupados e não ocupados. O ZC marca o alvo ( ) no ponto anterior ao último circuito ocupado pelo trem B. ZC Um trem CBTC seguindo um trem mudo 4. O rádio transmite continuamente ao trem (A) o alvo ( ) a proteger. SICAS IXL WCC WRU WRU 2. IXL informa ao ZC os circuitos de vias ocupados não ocupados. WRU OBCU CRE Trem Mudo B A 5. O trem A calcula a curva de velocidade vital e se for necessário aplica o freio de emergencia para que nunca o alvo ( ) seja ultrapassado. 1. O trem B mudo não informa sua posição para o ZC. Porem ocupa circuitos de via na Via.

13 3. Neste caso O ZC marca o alvo ( ) a proteger antes do Intertravamento com certa margem de segurança. 3. Com o Intertravamento alinhado e travado, o ZC considera o prox. Alvo( ) a proteger é a trazeira do trem ou Intertravamento a frente na via. 4. O rádio transmite continuamente ao trem (A) o alvo ( ) a proteger. SICAS Interlocking ZC Zone Controller Proteção de Maquina de Chave WCC Wayside Cell Controller WRU WRU 2. IXL informa ao ZC as condições do Intertravamento. WRU OBCU CRE A 5. O trem A calcula a curva de velocidade vital e se for necessário aplica o freio de emergência para que nunca o alvo ( ) seja ultrapassado. 1. Trens não podem entrar na região da intertravamento sem que este esteja alinhado e travado. O Intertravamento está alinhado e travado.

14 Odômetro Função : O odômetro faz parte do subsistema embarcado que fornece informação vital em tempo real ( velocidade ) e informação relativa ( distancia de deslocamento ), específico da movimentação do trem. Estas informações são utilizadas para o sistema ATC para determinar a posição absoluta do trem na via. Instalação: É instalado concentricamente com o eixo do trem o qual não tem a tração e nem o freio (mesmo na situação de emergência) para evitar deslizamento e patinação da roda. Funcionamento: Um disco que gira solidário o eixo, tem 2 trilha com janelas. A primeira com espaços regulares e a segunda com janelas de tamanhos variadas codificadas. Há 4 fotocélulas que lêem estas janelas de tal forma permitir determinar o sentido da rotação, velocidade e o ângulo do eixo. As fotocélulas estão posicionados de modo que quando o eixo estiver parado, pelo menos 1 sensor não esteja coberto. O sensores são controlados com o sinal codificado (2ª trilha) para garantir a detecção vital da velocidade zero.

15 Odômetro Características Técnicas A alimentação é fornecida pela fonte do Carborne Controller. A distância entre odômetro e o rack é de 50 m. Há redundância do odômetro para assegurar alta disponibilidade. Precisão de medida da distância : 1%. Precisão de medida de velocidade: 1%.

16 ODÔMETRO Eixo motorizado e com Freio Eixo sem Freio Eixo com Freio

17 ODÔMETRO

18 ODÔMETRO Detalhes

19 Transponder Intorrogator Antenna Funcionamento TIA recebe o sinal vindo do transponder da via. Este sinal é processado pelo OBCU para verificar e atualizar a posição do trem. Instalação A antena é instalada no centro do primeiro carro do trem. Altura da antena Altura nominal : 5.5 polegadas Altura máxima : 5.82 polegadas Altura mínima : 1.98 polegadas A antena é conectada ao OBCU via cabo com 4 pares trançados de 50 Ohms à 10Mhz. Confiabilidade MTBF: h, standard UTE C Isolação Elétrica 500 V AC Compatibilidade Electromagnetica Frequencias de operação : 28 KHz e 9,984 MHz Emission: EN standard Immunity: EN standard

20 Transponder e TIA

21 AIRLINK Caracteristicas Técnicas 2.4Ghz, banda ISM, rede de celular Potência de acordo com a ETSI (23dBm EIRP) Protocolo: Half-Duplex, 128kbps TDMA 16bits header + 200bits dados + 48bits Reed-Solomon code Capacidade 4 celulas por WCC Até 16 daisy chain por WCC Até 8 WRUs por daisy chain Até 24 WRUs por WCC Uma celula pode ser divididas por até 4 daisy chain Distância Máxima de fibra óptica De WTU até o primeiro WRU do daisy chain -> 2.5km Entre 2 WRUs -> 2.5km

22 WCC - Wayside Cell Controller WRE - Wayside Radio Equipment: assegura a comunicação contínua de dados via rádio entre wayside e equipamento embarcado. WCC: Atualiza a lista de trens que comunica de modo CBTC nas suas celulas. Trata a alocação da banda entre todos trens nas suas celulas levando em consideração a suas necessidades de transmissão. Organiza radio transmissão de informações do ATC (ZC e ATS) para os trens. Organiza recepção de mensagens do trem e transmiti-la para o ZC relacionado e/ou para o ATS. Supervisona outros WREs.

23 AIRLINK comunicação CBTC CRA TREM n OBCU A CRE 1 CRE 2 TRD B CRA CRA TREM n+1 OBCU A CRE 1 CRE 2 TRD B CRA WCN Wayside CBTC Network A WCN Wayside CBTC Network B WRA WRA WRA WRA WCC Painel de Controle WRU- A WRU- A WRU- A WRU- A WTU A WCN Switch - A WRU- B AREV PRO WRU- B AREV PRO WRU- B AREV PRO WRU- B AREV PRO VIA WTU B Sala Técnica WCN Switch - B

24 Airlink Transmissão de WTU para WRU

25 Airlink Divisão em Celulas

26 Airlink Transição de uma celula a outra overlap Celula 1 Celula 2 A B C Trem A, as antenas da frente e de trás se comunicam na Celula 1 Trem B, a antena da frente se comunica com a Celula2 e a de trás se comunica com a Celula 1 Trem C, as antenas da frente e de trás se comunicam com a Celula 2

27 Airlink Instalação do equipamento Rádio no tunel Antena Cabo RF AREV_PRO

28 Airlink Radio Embarcado Carborn Radio Equipment Várias tipos de antenas

29 AIRLINK WRE Wayside Radio Equipment

30 AIRLINK CRA (Carborne Radio Antenna )

31 AIRLINK Antenas no tunel / Pátio WRA = Wayside Radio Antenna

32 AIRLINK Antenas Externas

33 CBTC Funções essenciais Controle do veículo e informe da localização pelo equipamentos de bordo Deteção e controle dos elementos da via pelos equipamentos da wayside Integração de dados: estado dos elementos da via e mensagens de posição dos trens, e emissão de comandos de controle apropriados pelo equipamento vital Uma supervisão geral do sistema para visualização do operador e controle estratégico do sistema

34 Visão geral do sistema rádio Airlink Freqüências alternadas: ciclos de radio F1 e F2 Um ciclo de rádio (120 ms) é dividido em 200 janelas de bits: Guard time + Boot slot (from WRE, used by the CRE for frequency scanning) Guard time + Wayside to trains (24 slots) Wayside to train cell control (train interrogation) Transmission on F1 (one slot) Guard time Transmission on F2 (one slot) Train to Wayside Guard time + sign-in slot Guard time + sign-in slot 8 x ( Guard time + 2 slots)

35 Airlink overviewradio operation Sign-in process: Synchronization of an unlocalized train Scan the nine channels until a boot sequence is recognized The cell information is extracted from the boot sequence Synchronization is then achieved through cell control slot reading Synchronization of an localized traincell information is known through the CC database Synchronization is then achieved through cell control slot reading Sign-in is performed when authorized in the cell control slot Transmission process A train only transmits upon request of the WCC The cell control slot indicates when to transmit

36 ZONE Controller Zone controller

37

38 SICAS SIMIS

39 SICAS Interlocking SICAS Siemens Computer Aided Signalling SIMIS PC (Safety microcomputer system from Siemens PC) (SICAS element control computer) SICAS ECC

40 SIMIS ECC e PC (I)

41 SIMIS ECC e PC (II)

42 SIMIS ECC e PC (III)

43 SIMIS PC/ECC Computer Cabinet

44 STOP RUN DEL PB ECC-CU ST OP RUN DEL PB ECC-CU STOP RUN DEL PB ECC-CU SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS STOP F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 SOM PSS ERR F1 - F8 STOP SOM PSS ERR F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F1 - F8 STOP SOM PSS ERR F1 - F8 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8 STOP SOM PSS ERR F1 - F 8 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 STOP SOM PSS ERR F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8 F1 - F8 STOP PSS POM ERR M2+ M1+ M2- M1- HS2 HS1 L R SHIFT RUN STOP PSS HS2 POM ERR M2+ M1+ M2- M1- SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS L SHIFT HS1 R RUN STOP PSS HS2 POM ERR M2+ M1+ M2- M1- L SHIFT HS1 R RUN STOP RUN DEL PB ECC-CU STOP RUN DEL PB ECC-CU STOP RUN DEL PB ECC-CU SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS STOP F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8 SOM PSS ERR F1 - F 8 STOP SOM PSS ERR F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F1 - F8 ST OP SOM PSS ERR F1 - F8 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8 STOP SOM PSS ERR F 1 - F8 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 STOP SOM PSS ERR F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F1 - F8 STOP PSS HS2 POM ERR M2+ M1+ M2- M1- L SHIFT HS1 R RUN ST OP PSS POM ERR M2+ M1+ M2- M1- HS2 HS1 L R SHIFT RUN SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS STOP PSS HS2 POM ERR M2+ M1+ M2- M1- L SHIFT HS1 R RUN SIMIS PC Disponibilidade Alta disponibilidade: 2 x 2oo2 Fail-safety: 2oo2 WIN LIN WIN LIN optional SIMIS PC 2 x2-out-of-2 Ethernet Ethernet SIMIS ECC 2-out-of-3 max. 10

45 SIMIS PC Design 2 SIMIS PCs: 2-out-of-2 1 x Windows + 1 x LINUX Cu/ FOC WIN WIN LIN LIN Switch Switch

46 SIMIS PC

47 SIMIS PC Modo de operação SIMIS ECC SIMIS PC - troca de dados entradas (comandos) via SIMIS ECC Dados são transferidos para o SIMIS PCs A informação é processada independentemente nos SIMIS PCs Dados são transferidos para votação no SIMIS ECC Os dados de todos SIMIS PCs são votados no SIMIS ECC Comandos são transmitidos para o campo.

48 SIMIS PC Comandos ECC 3 ECC 2 ECC 1

49 SIMIS ECC Base System Fail-safe Microcomputer System from Siemens Element Control Computer

50 Hardware

51 Princípio do SIMIS (2oo3) Data input Microcomputer A Microcomputer B Microcomputer C Input Input Input A Data exchange Data exchange Data exchange Data exchange Data exchange Data exchange A B B Processor Memory Processor Memory Processor Memory C Synchronisation Synchronisation Synchronisation C D D E Comparison Comparison Comparison Comparison Comparison Comparison E Output & Output & Output & Channel A Channel B Channel C

52 ECC Gabinetes

53 ECC comunicação Processadores Peripheral boards

54 Extensão

55 SIMIS ECC CU processador

56 INOM2 INOM2 input / output

57 SOM6 Sinaleiros

58 POM4 MCH

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