Utilizacao Sistema Telemetrico Dinamico RailBee

[Landrail]

Utilizacao Sistema Telemetrico Dinamico RailBee

1o Lugar no VI Premio Alstom de Tecnologia Metro-Ferroviaria

Autor: Romulo Cesar Carvalho de Araujo, Assistente Tecnico da CBTU / METROREC

Resumo
O sistema de telemetria proposto objetiva a obtenção de informações, como velocidade real e pressão nas bolsas de ar da suspensão dos trens, de grande valia para os controladores de tráfego e engenheiros da Companhia de Transporte Metroferroviário. Por meio da visualização e análise contínua desses dados, problemas são identificados em tempo real permitindo que ações sejam tomadas de forma mais rápida. Além disso, a análise dos dados indica a necessidade da tomada de ações que visem a melhorar a qualidade dos serviços prestados. Pela medida da pressão, é possível estimar o número de passageiros dentro do trem em tempo real. Tendo essa informação, os controladores tomam medidas que objetivam melhorar o nível de conforto dos passageiros, entre elas a inclusão de mais trens trafegando no horário de pico.
Benefícios alcançados com o sistema:
 Otimização dos trens programados para a operação comercial, mantendo-se a mesma demanda elétrica contratada, porém com a maior produtividade do TUE; Redução no intervalo entre trens nos horários de pico nos trechos de maior carregamento;
Aumento na segurança para os usuários com a redução do fluxo deles no embarque / desembarque nos horários de pico;
Redução no tempo de parada nas plataformas para embarque / desembarque de passageiros nos horários de pico, diminuindo o tempo de viagem;
Acompanhamento on line do tempo de parada dos trens nas plataformas; Desempenho do trem em relação à velocidade em tempo real;
Acompanhamento on line da estimativa dos usuários no interior dos TUE, bem como o seu nível de conforto dos usuários;
Melhoria do serviço prestado ao usuário com elevação do nível de conforto;
Armazenamento dos dados recebidos em um banco de dados;
Diferentes opções de interfaces que permitam ao controlador visualizar as medidas, exibindo gráficos dos dados obtidos em tempo real;
Permissão aos engenheiros para gerarem relatórios dos dados armazenados, a fim de serem realizados estudos que auxiliem nas tomadas das medidas preventivas e corretivas.

Introdução

O sistema de telemetria de sinais de trens desenvolvido e implementado nos TUE (Trem Unidade Elétrica) da Companhia de Transporte Metroferroviário (CTMF) é composto por três subsistemas :
 Subsistema telemétrico para captação de sinais na via de tráfego, Subsistema de recebimento, decodificação e envio dos dados recebidos pelo sistema de captação para o sistema de supervisão; e Subsistema de supervisão para armazenamento e visualização dos dados processados pelo sistema.

Esse sistema, denominado Sistema Telemétrico Dinâmico RailBee, é capaz de obter dados de sensores remotos dentro da cabine do TUE, processá-los e enviá-los a centrais de controle e monitoramento. Ele utiliza redes de sensores sem fio (RSSF), com tecnologia ZigBee para processamento e distribuição dos dados coletados, possibilitando o monitoramento e a distribuição de informações sobre o desempenho dos trens na via de tráfego.
A obtenção de informações como velocidade real e pressão nas bolsas de ar da suspensão do trem é de grande valia para os controladores de tráfego e engenheiros da CTMF. Por meio da visualização e análise contínua desses dados, problemas são identificados em tempo real permitindo que ações sejam tomadas de forma mais rápida. Além disso, a análise dos dados indica a necessidade da tomada de ações que visem melhorar a qualidade dos serviços prestados.
Pela medida da velocidade, analisamos em tempo real o desempenho do trem/operador de trem. Por sua vez, pela medida da pressão, é possível estimar o número de passageiros dentro do trem em tempo real. Tendo essas informações, os controladores tomam medidas para melhorar o nível de conforto dos passageiros, entre elas a otimização do material rodante no horário de pico.
O sistema de transportes de passageiros sobre trilhos da Região Metropolitana da Cidade A (RMCA) é administrado pela Companhia de Transporte Metroferroviário (CTMF). Essa unidade operacional atende diretamente quatro municípios da RMCA e, indiretamente, os demais municípios vizinhos, mediante a integração com o transporte sobre pneus.
O sistema sobre trilhos possui três linhas implantadas nos corredores ferroviários centro e sul da RMCA: as Linhas Centro e Sul, com padrão de trem metropolitano e tração elétrica, a Linha Diesel, com trem de subúrbio e tração a diesel. O traçado da Linha Centro, no qual está implantado o sistema “RailBee”, é definido por uma linha troncal, que parte
da Estação R (ETR), na área central da cidade R, e segue no sentido oeste até a Estação C (ETC), onde se divide em dois ramais: Cidade J (ETJ) e Cidade G (ETG).
O material rodante é composto por 25 Trens Unidades Elétricas (TUE). O TUE é composto por 4 carros, sendo 2 carros-motor e 2 carros-reboque. Os carros-motor são localizados nas extremidades do TUE, onde estão instalados a cabine de comando e os motores de tração, e sua capacidade de lotação é de 268 passageiros, sendo 61 sentados e 207 em pé. Os carros-reboque são os carros centrais, que possuem uma capacidade de lotação é de 289 passageiros, sendo: 72 sentados e 217 em pé.
A bolsa de ar é o componente da suspensão secundária do TUE (Figura 2), fabricada em borracha, a qual está fixada entre o sobestrado da Caixa e o Truque, ligada à válvula niveladora por uma haste, por meio da qual a bolsa é cheia ou esvaziada de acordo com a carga no carro.

Os modos de operação do TUE são comando manual controlado (Controle Automático de Trens - ATC ativo) e comando manual livre (ATC cancelado). Na modalidade ATC, existe a supervisão de velocidade, que faz o controle de frenagem do TUE, e o cab-signal, que indica a velocidade que o operador deve obedecer no console da cabine.

Descrição do projeto
Para este trabalho, instalamos uma rede ZigBee com topologia em malha. Esse tipo de rede foi escolhido porque o nó final, que foi instalado na cabine do TUE 11, está em constante movimento e tem que se comunicar com o coordenador, diretamente ou por meio do roteador. Cada um dos módulos do sistema realiza uma função específica dentro da rede, que é definida pelo tipo e pelas configurações do firmware instalado no módulo. O sistema RailBee está instalado e registrando os dados no trecho entre as estações L (ETL) e W (ETW) situadas na linha centro.
A estação móvel (EM) é constituída por um dispositivo ZigBee configurado para atuar como nó final. Esse dispositivo está instalado no armário elétrico (Unidade de Controle de Propulsão – PCU), local de coletada dos sinais dos sensores de velocidade real e pressão das bolsas de ar da suspensão secundária do TUE (Figura 5). A frequência de amostragem dos dados é de 8Hz. A estação roteadora (ER) é composta de um dispositivo ZigBee programado como roteador, instalado na extremidade leste da plataforma via 2 da estação W (ETW). Essa estação retransmite os dados recebidos da EM para a estação base (EB).

A EB, instalada na sala do responsável de ETW, constitui-se de um dispositivo ZigBee configurado para atuar como nó coordenador da rede conectado a um computador. O subsistema que compõe a EB é responsável pela recepção dos dados da EM pela RSSF e por sua decodificação e envio dos dados processados à estação central (EC) no Centro de Controle Operacional (CCO) via intranet (fibra óptica).
O subsistema de supervisão (EC), recebe os dados enviados da EB e extrai os dados referentes às medidas de velocidade real e pressão das bolsas de ar da suspensão secundária do TUE, mostrando em tempo real as informações de velocidade real, pressão das bolsas de ar e estimativa do número de passageiros, bem como o nível de conforto dos usuários no TUE, possibilitando ao controlador de tráfego ter uma visão em tempo real do desempenho do trem.

O sistema de supervisão fica responsável pelo gerenciamento do armazenamento e visualização dos dados recebidos. O sistema armazena os dados recebidos em um banco de dados com diferentes opções de interfaces, que permitem ao controlador visualizar as medidas. O sistema exibe gráficos dos dados obtidos em tempo real, como também dos dados armazenados no banco de dados, possibilitando aos engenheiros realizar estudos sobre esses dados e gerar relatórios que ajudarão a tomar medidas preventivas e corretivas.
Para a realização do trabalho, utilizamos as variáveis velocidade real (Km/h) e pressão nas bolsas de ar da suspensão secundária (psi) do TUE. Os dados da pressão foram coletados no momento da partida do trem das plataformas de ETL e ETW. Nos testes de carga realizados pelo Instituto de Pesquisa Tecnológica de São Paulo (IPT), a variação do carro-motor foi de 893,55 kg/psi. Estimamos o número de passageiros transportados por meio da ponderação dos dados de pressão das bolsas. Com os dados obtidos em tempo real, tomamos decisões mais rápidas e confiáveis, com os dados históricos, definiremos os parâmetros de referência que irão controlar o tráfego na via, melhorando a qualidade da prestação de serviço.
Para validação do sistema, foram realizadas 5 (cinco) deslocamentos no trecho ETL/ETW com o TUE 11 vazio. Um oscilógrafo foi instalado dentro do trem para realizar a aquisição dos dados em paralelo com a rede ZigBee. Utilizamos os mesmos pontos de captação dos sinais, concomitantemente, para garantir a comparação dos dados coletados pelo Sistema RailBee em relação ao Oscilógrafo. Os dados do Oscilógrafo foram registrados na cabine do TUE, e os dados do RailBee foram registrados na EC (CCO), ocorrendo correlação positiva, e observamos que não houve diferença estatística, validando, dessa forma, o sistema RailBee em relação ao instrumento de avaliação padrão da CTMF.

Comparação do desempenho da velocidade Real do TUE 11 (pico e vale)
Para aumentarmos a produtividade do Material Rodante, realizamos um estudo com o objetivo de identificar o trecho de maior fluxo de usuários. Atualmente, nos horários dos picos manhã e tarde/vespertino utilizamos uma frota de 14 (quatorze) TUE com intervalo médio entre trens de 5,0 min na linha troncal centro.
Analisamos os dados coletados pelo sistema RailBee e sugerimos, durante o pico da manhã, a utilização de 12 (doze) TUE para atender o carrossel nos ramais ETJ e ETG. Além do carrossel ETR-ETJ/ETG, implantaremos uma operação comercial especial no tronco ETR-ETC para atender a via 2 (sentido de maior carregamento) com 2 (dois) TUE, utilizando trem direto de ETR para a área de manobra em ETC e injetando o trem vazio no carrossel ETR-ETJ-ETG para o trecho ETC-2/ETR-2, diminuindo o intervalo na linha troncal para 4,1 minutos, uma redução de 18% no headway, resultando um melhor conforto na prestação do serviço no trecho de maior carregamento.
Para o pico tarde/vespertino, sugerimos também a utilização de 12 (doze) TUE para atender o carrossel nos ramais ETJ e ETG. Além do carrossel ETR-ETJ/ETG, implantaremos outro carrossel, ETI-ETJ/ETG, com 2 (dois) TUE, sendo a estação I (ETI) a 4ª estação sentido ETR/ETC. Nesse caso, para atender a via 1 (sentido de maior carregamento), implantaremos uma operação comercial especial no trecho ETI-ETJ/ETG, utilizando trem direto de ETJ/ETG para a estação ETI e injetando um trem vazio no carrossel ETR-ETJ/ETG para o trecho ETI-ETJ/ETG, diminuindo o intervalo de 5,0 minutos no trecho ETI/ETJ/ETG para 4,5 minutos, uma redução de 10% no headway, resultando um melhor conforto na prestação do serviço no trecho de maior carregamento.
Estamos realizando testes para recepção dos dados de tensão de alimentação e corrente de motor de tração, bem como a posição do trem em relação à via permanente. Estudos também estão sendo realizados para enviar do CCO à cabine de comando a informação do destino do trem.
Este trabalho foi desenvolvido em parceria CTMF, Universidade e Instituto de Educação e Tecnologia.

Conclusão

O sistema permite à CTMF um maior controle sobre o tráfego de trens. Esse sistema pode ser ampliado para atender as novas funcionalidades de acordo com as necessidades de controladores de tráfego e engenheiros. Este trabalho tem um grande impacto nesse segmento, pela proposta de desenvolvimento de tecnologia inovadora, facilitando e aperfeiçoando os mecanismos de segurança dos sistemas de transportes metroferroviários.
Por meio da visualização e análise contínua dos dados, problemas são identificados em tempo real permitindo que as ações sejam tomadas de forma mais rápida e segura, visando melhorar a qualidade dos serviços prestados. Pela velocidade real do trem, acompanhamos o desempenho do trem em tempo real. Por meio da medida da pressão, é possível estimar o número de passageiros dentro do trem em tempo real. Tendo essas informações, os controladores e engenheiros tomam medidas que objetivam melhorar o nível de conforto dos passageiros.
Benefícios alcançados com o sistema:
 Otimização dos trens programados para a operação comercial, mantendo-se a mesma demanda elétrica contratada, porém com a maior produtividade do TUE;
Redução no intervalo entre trens nos horários de pico nos trechos de maior carregamento;
Aumento na segurança para os usuários com a redução do fluxo deles no embarque / desembarque nos horários de pico;
Redução no tempo de parada nas plataformas para embarque / desembarque de passageiros nos horários de pico, diminuindo o tempo de viagem;
Acompanhamento on line do tempo de parada dos trens nas plataformas;
Desempenho do trem em relação à velocidade em tempo real;
Acompanhamento on line da estimativa dos usuários no interior dos TUE, bem como o seu nível de conforto dos usuários;
Melhoria do serviço prestado ao usuário com elevação do nível de conforto; Armazenamento dos dados recebidos em um banco de dados;
Diferentes opções de interfaces que permitam ao controlador visualizar as medidas, exibindo gráficos dos dados obtidos em tempo real;
Permissão aos engenheiros para gerarem relatórios dos dados armazenados, a fim de serem realizados estudos que auxiliem nas tomadas das medidas preventivas e corretivas.

Fonte: http://www.revistaferroviaria.com.br/nt ... tom/01.pdf