EM TREM COM VAGÃO COM RESTRIÇÃO DE VELOCIDADE
1o Lugar 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: Marcio Roberto Bertoni, técnico especializado em eletrônica na EFVM.
E-mail: marcio.bertoni@cvrd.com.br
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.
É nesta área que 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.). Cada tecnologia empregada pelas ferrovias tem suas vantagens e desvantagens. O ATC é um dos equipamentos mais sofisticados nesta linha de equipamentos de supervisão de velocidade.
O equipamento Controle Automático de Trem (ATC) é um dispositivo que instalado a bordo das locomotivas apresenta ao maquinista as informações, provenientes do Centro de Controle Operacional (CCO), necessárias à operação correta e segura das composições ferroviárias. O equipamento, quando integrado aos sistemas de tração e freio da locomotiva, realiza em segurança as seguintes funções básicas:
* Corte da alimentação do ATC, durante a partida do motor da locomotiva;
* Recepção de Códigos;
* Indicação de velocidade;
* Supervisão de velocidade;
* Registro de Eventos do ATC;
* Detecção de linha sinalizada;
* Módulo de Monitoramento Local;
As ordens de licenciamento, provenientes do Centro de Controle Operacional, são transformadas em sinais elétricos e enviadas ao campo, onde os equipamentos de sinalização os reconhecem, codificam e os injetam nos trilhos que funcionam como antena para transmiti-los às locomotivas.
Através das Bobinas de Captação, instaladas nas locomotivas, as ordens de licenciamento, em forma de sinais elétricos, chegam ao equipamento de bordo. A função recepção de códigos decodifica esses sinais e os apresenta ao maquinista no Painel de Operação, na forma de sinais luminosos, azul, verde, amarelo, amarelo sobre vermelho ou vermelho, denominados de aspectos de cabsignal, que informam ao maquinista o limite máximo de velocidade permitida naquele trecho.
Os limites de velocidades dos cabsinais são definidos pela Operação da ferrovia em função de trens típicos, Ex. Verde = 65 Km/h, Amarelo = 47 Km/h e Vermelho = 0 Km/h. Ou seja, usando ATC, uma vez definido um determinado limite de velocidade pra um trem típico este mesmo limite passa a valer para qualquer trem, exceto em casos típicos de trens como o Passageiro que pode ter valores diferenciados, mas neste caso as locomotivas que trabalham nestes trens são cativas.
Não existe nenhuma amarração entre os limites de velocidade do equipamento de ATC e os tipos de vagões que podem existir nestes trens. E é conhecido que alguns vagões não podem trafegar na mesma velocidade de trens típicos. Exemplo : vagão HAD que tem velocidade limitada a 30 Km/h.
O objetivo do equipamento descrito neste documento é disponibilizar uma forma de abaixar os limites de velocidade dos trens com restrição por estar com vagões específicos e de velocidade limitada. E que esse ajuste seja disponibilizado e controlado pelo Centro de Controle da Ferrovia.
2 - DADOS DO PROJETO
Nome do Projeto : DISPOSITIVO PARA AJUSTE REMOTO DE VELOCIDADE EM TREM COM VAGÃO COM RESTRIÇÃO DE VELOCIDADE
2.1 – O Problema
Todo equipamento de segurança, seja ATC (Controle Automático de trens), ALERTOR (Sistema que cobra atuação do maquinista em uma operação de trem corrente), Cerca Eletrônica ( Sistema de supervisão de trens baseado em GPS), ATP´s ATO´s e vários outros sempre usam algum artifício para eliminar sua atuação intrínseca (supervisão do trem) quando em falha e deixar que o trem circule nestes casos especiais.
Todos estes sistemas de supervisão, atuam no corte de tração das locomotivas ou iniciam uma aplicação de penalidade no trem ou as duas (corte de tração e aplicação de freio). Estes sistemas fazem algum tipo de intertravamento com os sistemas de tração e freio da locomotiva líder. Mas entre estes sistemas elétricos e pneumáticos e os dispositivos de segurança, sempre são instalados chaves elétricas nos sistemas de tração ou torneiras na linha de ar do sistema de freio para que em casos de pane, o trem através de sua locomotiva possa mover até um ponto/oficina para correção do problema.
Os limites de velocidade dos trens são normalmente determinados para um caso de trem tipo e com valores de condições normais da ferrovia, senão a capacidade da ferrovia ficaria afetada pelas baixas velocidades se estes limites fossem projetados para as restrições de velocidades e gargalos operacionais. Um dessas restrições nessa ferrovia são os vagões com restrições de velocidade. Estes vagões têm limites máximos de velocidade definidos pela prática e área de manutenção com valores abaixo do sistema de sinalização, obrigando neste caso a segurança daquele trem ficar na mão do maquinista.
Se o maquinista obedece ao regulamento e conduz o trem na velocidade pré-estabelecida para a restrição imposta pelo vagão, nenhum acidente seria ocasionado. O problema é que não existe nenhuma forma de atuar, caso em algum ponto da ferrovia o maquinista faça uma condução com valores um pouco acima do permitido.
Normalmente a Ferrovia atua usando seus regulamentos, e em vários casos as punições são de suspensão de x dias de trabalho e dependendo da gravidade até a demissão do maquinista e/ou operador do trem, nos casos de desobediência ao regulamento. Mas estas ações não são suficientes nos casos de acidentes, pois os prejuízos são enormes.
Nos últimos meses a Ferrovia em questão já teve em suas estatísticas pelo menos 8 acidentes de média e alta gravidade por excesso de velocidade com trens tendo vagões em suas composições com restrição de velocidade.Além disso, a ferrovia tem um segundo problema que é a violação da chave supervisão de velocidade em casos de defeitos no sistema de supervisão de velocidade.
Estas chaves e torneiras do sistema de freio deveriam ser usadas em casos de pane, mas na prática também são usadas para outras razões que não é o objetivo desse trabalho (entender porque o sistema de segurança é eliminado em condições normais), mas criar algum artifício para que não sejam usadas nos casos normais.
Mas o caso é que a chave está lá fisicamente e está na mão do homem a escolha de atuação ou não destas chaves e/ou torneiras. Então o desafio seria, como permitir que estas chaves só possam ser atuadas realmente em casos de pane do sistema de segurança.
Os autores desse trabalho desenvolveram a solução que possibilita isso, ou seja, em casos de pane, o sistema pode ser eliminado por comandos a distância provenientes do Centro de Controle e em casos de qualquer outra situação, não tem como movimentar o trem. E a segunda e maior importa funcionalidade do projeto é permitir o ajuste da velocidade do trem de forma remota comandada pelo centro de controle nos casos de trens com vagões com restrição de velocidade.
A figura 1 mostra um exemplo de um equipamento que supervisiona a velocidade do maquinista dentro de um certo limite de velocidade permitido para uma região da Ferrovia
Figura 1 – Equipamento de Supervisão de Velocidade
2.2 – Observação do problema.
Vários problemas são criados diariamente pela situação exposta no item anterior, Aqui ressaltaremos algumas delas:
* Trens com vagões com restrição de velocidade que precisam ser conduzidos e com a supervisão de velocidade do sistema de sinalização projetada para valores máximos
* Gerenciamento da integridade dos Lacres nas Locomotivas de toda a frota da ferrovia e comparação com relatórios enviados pelo Centro de Controle de Autorizações de Lacres rompidos;
Quanto maior o número de locomotivas maior número de pessoas para averiguar a integridade dos lacres.
* O Centro de Controle e as Oficinas não ficam fisicamente no mesmo Local.
Geração de Burocracia (papéis ou sistema informatizados) para controle e confronte de autorizações;
* Vários equipamentos de segurança com funções distintas geram mais pontos de controle;
Quanto maior o número de equipamentos de supervisão mais pontos e maior número de pessoas para averiguar a integridade dos lacres.
* Os equipamentos de segurança são na maioria das vezes eletrônicos e sujeitos a falhas de vida útil normal, gerando a necessidade de quebra de lacres;
Mesmo sendo uma situação normal, o pessoal de manutenção precisa constantemente confrontar a quebra dos lacres com as autorizações do Centro de Controle;
* A manutenção descentralizada gera mais relatórios de controle
Quanto maior o número de oficinas, maior a burocracia para controle dos lacres;
* O Lacre é encontrado rompido por ser fim de vida útil
Geração de desconfiança entre Gerentes e Maquinistas se o Lacre rompeu por fim de vida útil ou uma atuação irregular do maquinista.
* Processos e mais processos de apuração de irregularidades
Quanto maior o número de trens e maquinistas e equipamentos de controle, sempre acarretará processos e mais processos de apuração de irregularidades.
2.3 – Análise do Problema
Observando os problemas descritos no item anterior podemos comprovar que a situação é bastante grave e que os acidentes não marcam hora pra acontecer e que qualquer ação, tecnologia, dispositivo, alteração de projeto e qualquer outra engenharia estarão alinhados com a busca constante nas diretrizes da ferrovia em sanar causas potenciais de acidentes.
Com isso em mente, os autores do projeto procuram desenvolver o “Dispositivo de Ajuste remoto para trens com vagão HAD”. O Nome HAD veio do vagão que tem causado o maior número de acidentes nessa ferrovia, mas o sistema permitirá ajustar a velocidade limite de qualquer trem com restrição de velocidade com vagões considerados especiais. A função de lacre eletrônica também descrita neste documento foi agregada ao equipamento como ganho marginal.
Fazendo um estudo de causas do problema detectou os seguintes itens:
No caso dos vagões HAD:
* 2.3.1 - Fazer o ajuste de velocidade limite no trem quando este tem os vagões com restrição em seu comboio.
Como a velocidade é definida pelo trem tipo esta ação seria inviável pois diminuiria a velocidade média dos trens.
* 2.3.2 - Fazer o ajuste de velocidade limite exatamente na partida do trem quando este tem os vagões com restrição em seu comboio.
Esta ação é inviável, pois os limites são ajustados na locomotiva e a entrada e saída de locomotivas em trem é tão grande que exigiria um controle violento de quais locomotivas foram ajustadas para “Vagões com Restrição” e quais podem trafegar em condições normais.
Também exigiria uma equipem de manutenção numerosa, pois todas as vezes que uma locomotiva entrar ou sair de um trem, um técnico da manutenção deveria ir na locomotiva e ajustar o novo limite de velocidade . E como isso pode acontecer em qualquer um dos pátios da ferrovia é praticamente inviável tal ajuste.
* 2.3.3 - Desenvolver alguma forma que possa fazer o ajuste remoto da velocidade quando detectado que naquele trem entrou um vagão HAD ou outro com restrição e neste caso ajustar a velocidade do trem para o novo limite, mas de forma remota.
No caso da violação do Lacre:
* 2.3.4 - Substituição do Lacre por algum de vida útil mais longa.
Resolve apenas um pedacinho do problema, dando uma maior disponibilidade para o lacre.
* 2.3.5 - Melhorar a manutenção. (Aumentar MTBF)
Também resolve apenas parte do problema, pois é quase impossível chegar a um nível de defeito zero em equipamentos que trabalham em ambientes com muita vibração, excesso de temperatura, problemas elétricos.
* 2.3.6 - Desenvolver relatórios de controle de Lacres rompidos
São necessários e normalmente existem, mas geram burocracia e são difíceis de controlar pelo exposto em itens anteriores.
* 2.3.7 - Desenvolver algum dispositivo que passe eletronicamente a autorização de violação apenas para o Centro de Controle
E chegou-se a uma solução que resolve toda a situação, trata-se do “Desenvolvimento de dispositivo de ajuste remoto de velocidade pelo CCO e como função agregada o Lacre Eletrônico”.
2.3 – Proposta de solução
A solução era desenvolver internamente com pessoal da operadora um sistema com duas funções: Ajuste remoto de velocidade para trens com vagão HAD e Lacre Eletrônico. Todas as duas situações seriam comandadas pelo centro de controle. O Centro de Controle envia estes comandos através de um sistema eletrônico composto de Software no centro de Controle, um sistema de telecomunicação, e um intertravamento com a locomotiva nos seus sistemas de tração e o microprocessador faz a função de Ajuste remoto de velocidade e lacre eletrônico fazendo uma ponte para os sistemas de segurança.
Os custos do sistema foram:
* Custo da unidade instalada na Locomotiva: US$ 300.00
* Custo do Centro de Controle: Não existe.
Foi aproveitada uma das consoles de Operação da Ferrovia e instalada um software desenvolvido pelos autores desse projeto
* Custo no sistema de comunicação: Não existe
Foi usado o próprio sistema de radiocomunicação existente.
Então o projeto foi considerado totalmente viável, pelos ganhos que traria para a Operação da ferrovia.
As figuras 4 e 5 mostram o equipamento instalado na Locomotiva.
figura 6 mostra como será o fluxo de troca de comando entre o equipamento de campo e centro de controle, mostrado através da tela de comando do CCO para ajuste de velocidade de HAD e lacre eletrônico.
Figura 6– Fluxo da Tela instalada nos computadores do CCO.
2.4 – Desenvolvimento da Solução
O equipamento é composto de um dispositivo microprocessado instalado nas locomotivas. Este faz interface elétrica entre o Dispositivo de segurança podendo ser um ATC, Cerca Eletrônica ou Alertor e o sistema de tração da Locomotiva.
Em funcionamento normal, o dispositivo passa despercebido, ou seja, é montado de uma maneira que não atua em nada na locomotiva.
Nos casos de ajuste de velocidade para HAD, o CCO seleciona a locomotiva, envia o comando para o trem que pode estar em qualquer ponto da ferrovia. Este comando trafega através do sistema de telecomunicações da ferrovia e ao encontrar a Locomotiva dentro da área de cobertura de rádio atua no equipamento de supervisão de velocidade, via o dispositivo de ajuste remoto de velocidade HAD. Na memória deste dispositivo já se encontram os valores de velocidade pré-definidos pela ferrovia para o correto ajuste do novo limite de velocidade do equipamento de supervisão de velocidade. No caso do ajuste para normal a situação é mesma, apenas ajusta internamente o valor para normal e os novos limites são gravados novamente no equipamento de supervisão de velocidade.
No caso da necessidade de quebrar fisicamente o lacre e eliminar o dispositivo de segurança, o sistema entra no cenário e de início não permite que o trem circule, ou seja, tenha tração. Neste momento, o maquinista terá que solicitar ao Centro de Controle ou uma Torre de controle que seja autorizado o Lacre eletrônico.
Através de uma Interface de software, com gerenciamento da situação de cada locomotiva, o centro de controle, através de senha, envia o comando para o trem, via sistema de rádio da ferrovia. Neste momento o trem através do equipamento Lacre eletrônico, recebe a liberação e o trem pode prosseguir viagem.
Mas agora, o Centro de Controle tem o controle total do trem e em caso de emergência pode cancelar o Lacre eletrônico dado e parando o trem imediatamente ou altera os novos limites de velocidade tanto para normal quanto velocidade restrita.
Várias funções foram previstas no sistema, tais como:
* Controle centralizado de quais locomotivas tem ajuste para normal ou velocidade restrita;
* Controle centralizado de quais locomotivas tem o lacre rompido;
* Capacidade de parar qualquer trem na ferrovia à distância pelo mesmo sistema desenvolvido;
* O sistema é seletivo, ou seja, através de um código de identidade do equipamento Lacre eletrônico instalado nas locomotivas, o Centro de Controle pode lacrar ou retirar o lacre eletrônico de um trem específico.
* Todos os comandos aplicados no trem são registrados no Software, através de um Log de comandos, permitindo saber a qualquer momento qual operador do centro de Controle que deu uma autorização ou desautorização;
* Geração de idéias para Telemetria e Telecomando de trens via Centro de Controle;
A figura 7 mostra em Blocos a arquitetura do sistema
Figura 7–Diagrama em blocos do sistema
A figura 8 mostra o comando sendo disparado pelo Centro de controle para o ajuste de alguma locomotiva com vagão HAD em seu trem
Figura 8– Ativação do comando de HAD
A figura 9 mostra a confirmação que o centro de controle recebe. Vale ressaltar aqui que o sistema é 100% seletivo e que não existe a hipótese de comandar um trem de forma errada. Quando a equipe de manutenção instala o equipamento é gravado internamente um código único de identificação daquele equipamento casado com o número da locomotiva. No software do centro é replicado o mesmo código, fazendo assim uma segurança do sistema.
Figura 9– Comando de ativação completado
O software instalado na console do operador do CCO é composto de telas. São várias telas que compõem o software tais como: telas para cadastro de locomotivas, consultas diversas, senhas, administração do sistema, log´s de comandos e a tela principal para lacrar e cancelar lacre dos sistemas de segurança e as principais de ajuste de trem com HAD e normal.
2.5 – Ganhos do Projeto
Como dito anteriormente, o projeto não foi desenvolvido para trazer ganhos econômicos para a Ferrovia e sim resolver problemas de segurança e gerenciamento. Mas de qualquer forma ele trouxe vários ganhos que não foram mensurados, por não ser a finalidade principal. Dente eles :
* Minimizar e/ou eliminar os riscos de acidentes em trens com vagões HAD, que é o objetivo número 1 do equipamento.
Neste caso a viabilidade econômica de um investimento de R$ 250.000,00 contra o ganho de apenas um acidente fica totalmente justificada. Como tivemos próximo de dez acidentes com vagões HAD nos últimos 12 meses, basta o prejuízo de um acidente para cobrir todo o investimento. Este cálculo nem precisa ser feito, visto que o compromisso com a ferrovia em zerar acidentes ser muito mais sério do que qualquer investimento para minimizem o impacto destes acidentes.
* O tempo de espera para resolver problemas de locomotivas nos pátios foram reduzidos, pois agora o Centro de Controle atua diretamente na locomotiva sem precisar aguardar pessoal de manutenção;
* Eliminação de burocracias com os controles, gerando maior disponibilidade de pessoal tanto de manutenção quando do Centro de Controle;
* Diminuição do risco de acidentes, pois agora o Centro de Controle tem um controle da situação e não deixando maquinistas violarem lacres sem estar devidamente autorizados;
Outros ganhos com a implantação do equipamento :
Um outro ganho bastante expressivo que o equipamento trouxe devido as suas características intrínsecas foi à possibilidade te aplicar freio no trem por algum dispositivo externo, que no caso em questão o Centro de Controle.
Mas o pessoal de Operação e os autores desse projeto ainda estão estudando esta funcionalidade mas já foi elaborado a “Aplicação de freio e/ou emergência pela cauda”.
O regulamento da ferrovia dita que nenhum trem pode recuar sem um manobreiro na cauda desse trem, para que ele possa ter um acompanhamento da situação na cauda, já que o maquinista não tem visão nenhuma do que acontece na cauda. Quando o manobreiro se depara com uma situação de risco tais como : veículos, outros trens, locomotivas, pessoas circulando de um lado pra outro na linha e várias outras condições inseguras, ele tem que imediatamente avisar o maquinista para que aplique freios ou emergência no trem.
Nestas situações existem ai, vários tempos envolvidos no processo desde a identificação do risco, comunicação com o maquinista e atuação deste para que pare o trem e não provoque um acidente (atropelamentos, choques, abalroamentos e outros). E é conhecido que em várias situações o acidente não consegue ser evitado pela inércia do trem e tempos envolvidos.
Foi desenvolvida no equipamento uma interface para atuação nos sistemas de freio de emergência que está em estudo ela Operação da Ferrovia para executar esta função. Durante uma operação em pátios o manobreiro pode através de seu rádio, virando a chave de seleção de freqüências para uma posição estratégica e aplicar freio e emergência através do seu rádio via equipamento de ajuste de velocidade do HAD.
Como o equipamento tem a capacidade de comunicar com o centro de controle via rádio, foi aproveitado esta interface de desenvolvido uma nova funcionalidade de também comunicar com os rádios de manobra e assim executar a função de aplicação pela cauda. e que agora faz duas funções, ou seja, se o comando vier pelo centro de Controle, o equipamento atua no trem aplicando freio e se o comando vier pelo Manobreiro da cauda, o equipamento também atua no freio.
3 - Conclusões
Conforme pode ser constatado pela análise dos dados apresentados, o projeto trouxe um impacto positivo muito grande no processo de Operação da ferrovia.
Os ganhos são praticamente imensuráveis, pois resolveu três grandes problemas sérios para a ferrovia: Possibilidade de ajuste de velocidade remota prara trens com vagões com restriçã, Violação não autorizada dos equipamentos de segurança e aplicação de emergência na cauda.
O projeto pode ser utilizado em qualquer parte da Empresa ou outra ferrovia, onde seja necessário parar a Locomotiva quando uma situação de risco de acidente é detectada.
O desenvolvimento do trabalho abriu perspectivas grandes de uso da tecnologia para solução de problemas que 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.