DE CONTROLE DE VELOCIDADE DE TRENS
2o 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: Márcio Alexandre de Vilhena Dias, técnico em eletrônica II na EFVM.
E-mail: marcio.dias@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 real;
* 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 sensores de velocidade do ATC têm por finalidade captar a velocidade real de deslocamento do trem. Por serem de fundamental importância no papel decisório do ATC de aplicar ou liberar os freios do trem, cada equipamento (locomotiva) possui dois sensores trabalhando de forma redundante. O MCT compara os sinais informados pelos dois sensores e, caso haja diferença superior a 8km/h, o ATC exibe código de erro E18 e aplica freios no trem.
A Figura 1 mostra os dois sensores de velocidade instalados na ponta de eixo dos rodeiros da locomotiva.
Figura 1 – Sensores de Velocidade do ATC
Este trabalho tem como objetivo utilizar os sensores de velocidade das locomotivas Dash como geradores de velocidade real para o ATC, a fim de diminuir o impacto na circulação de trens causados por falha de captação de velocidade pelo ATC, retirando este sensor da ponta do eixo.
Para alcançar nosso objetivo tínhamos que conhecer este componente e o contexto no qual estava inserido, para isso realizamos testes com o sensor “Dash” em bancada e na locomotiva, e uma primeira análise dos circuitos das locomotivas que trabalham com o sinal deste sensor.
2 - DADOS DO PROJETO
Nome do Projeto: Utilização dos sensores de velocidade das locomotivas Dash.
2.1 – O Problema
Tínhamos um grande problema pelo fato de que estes sensores (fig.1) estariam sujeitos a colisões, intempéries, intensas vibrações e etc, por estarem instalados nas extremidades do trucks das locomotivas, próximos ao chão, ocasionando falha na captação de velocidade.
Esta falha leva a parada do trem, apresentando um código de erro denominado E18, pelo ATC.
2.2 – OBSERVAÇÃO DO PROBLEMA.
Vários problemas eram criados diariamente pela situação exposta no item anterior, Aqui ressaltaremos algumas delas:
* Parada do Trem (15.000 Ton. 160 Vagões 2 Locos );
* Desperdício de sapatas de Freio;
* Lançamento de poluentes na Atmosfera;
* Necessidade de inversão das 2 Locomotivas;
* Obstrução da Ferrovia por aproximadamente 1 hora;
* Desperdício de combustível (400 L);
* Emprego de 3,7 Hh para Manutenção Corretiva;
* Prejuízo de Us$ 3,085 por defeito;
* Insatisfação dos operadores e mantenedores;
* Dificuldade para inversão de locomotivas, no caso do Locotrol.
* No período de julho de 2003 a julho de 2004 a média de defeitos de E18 foi de 22,8 ao mês, totalizando 159 defeitos
2.3 – PROPOSTA DE SOLUÇÃO
Fazendo um estudo das causas do problema detectou os seguintes itens:
* Adaptar o taco gerador do ATC para ser instalado em um local menos agressivo
Não seria possível devido aos espaços na locomotiva e o tamanho físico do taco gerador.
* Utilizar o mesmo tipo de sensor de velocidade usado pelas locomotivas DASH para o ATC.
Também não seria possível, pois o local do sensor da locomotiva é muito restrito e seria muito difícil fazer um novo orifício no motor de tração para adaptar um novo sensor (fig 2 ).
* Melhorar a manutenção. (Aumentar MTBF)
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 entre outros.
E chegou-se uma solução que resolve toda a situação do item 2.2 que era “Compartilhar informação do sensor de velocidade das locomotivas Dash com o ATC”.
2.3 – DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO
As locomotivas GE modelo Dash, utilizam um sensor magnético acoplado aos motores de tração (muito) para gerar um sinal elétrico referente ao giro do eixo destes motores e, por conseguinte ao giro dos rodeiros. Esta informação é utilizada pelo computador da locomotiva para controlar o esforço de tração dos motores, com conseqüência entre outras coisas, no controle do deslizamento de roda, otimização da potência útil, aderência das rodas ao trilho e indicação de velocidade real através do Display da locomotiva. Estes sensores estão montados na lateral do corpo do motor de tração entre este e o rodeiro, conforme fig.03 e fig.04. Através de um orifício na caixa do muito, o sensor é fixado e ajustado com a ponta a alguns milímetros de uma engrenagem de ferro que tem uma relação de giro com o eixo do rodeiro. A passagem de cada dente desta engrenagem próximo à ponta do sensor, produz um sinal elétrico senoidal de baixa potência e freqüência proporcional à velocidade de giro da engrenagem.
Voltamos a reforçar que o objetivo do trabalho é utilizar os sensores de velocidade das locomotivas Dash como geradores de velocidade real para o ATC de forma compartilhada, ou seja, o sensor que fornece sinal para a locomotiva é o mesmo para o ATC.
Entretanto, para cada giro do rodeiro temos 312 pulsos induzidos nestes sensores, considerando que o ATC está preparado para entender 60 pulsos/volta, tornou-se necessário alterar através do MML o parâmetro de configuração “Relação pulsos roda”. Tal, que têm como valor default 1000, para o valor 192. Além disso, para que os circuitos eletrônicos do ATC e locomotiva não interferissem um no outro, foi necessário desenvolver um compartilhamento feito através de circuito eletrônico baseado em transformadores 1:1 (fig. 05) para baixas freqüências, denominado circuito isolador.
Os fios que ligam o sensor ao computador de controle da locomotiva, passam por TBs localizadas na cabine da locomotiva no compartimento da chave de bateria e portanto, nestas TBs (TB1-Y e TB1-Z) estão disponíveis os oito sinais elétricos referentes ao giro de cada um dos rodeiros (fig.06). Neste ponto será feita a aquisição dos sinais para as duas entradas de velocidade do ATC (taco1 e taco2).
Fig.05 – Circuito isolador de adequação do sinal de velocidade
Fig.06 – TB1-Y e TB1-Z
Foi elaborada uma caixa (fig.07) para comportar a placa eletrônica e um conector. Este possibilita as ligações elétricas e facilita a instalação e manutenção deste conjunto ou módulo.
Há um “lacre” no conector do módulo, realizado por um jumper interno que está em série com o fio de alimentação da bobina do PCR - Páteo Capão Redondo, fazendo com que, em caso de desconexão do plug, seja efetuada o acionamento da chave PC, ou seja, a locomotiva deixará de tracionar.
OS CUSTOS DO SISTEMA FORAM:
02 taco geradores, na ponta de eixo, completos, custam aproximadamente R$ 4.500,00.
A previsão de gasto com o desenvolvimento e construção da interface e instalação de fiação não ultrapassa R$ 250,00.
Além disso, os componentes retirados destas locomotivas poderão ser aproveitados para manutenção de outras.
Então o projeto foi considerado totalmente viável, pelos ganhos que traria para a Operação da ferrovia e para a manutenção.
EFEITOS COLATERAIS
Pelo fato de agora estarmos disponibilizando para o ATC oito opções de informação de velocidade, nos possibilitou pensar em um modo de selecionar qual sensor de velocidade utilizar em caso de defeito de captação de velocidade(fig.8).
A figura 9 mostra como o fluxo foi bastante simplificado com a solução adotada
Fig.8 Possibilidades após a implantação do projeto
FLUXOGRAMA APÓS EFEITO COLATERAL:
CONCLUSÕES
Conforme pode ser constatado pela análise dos dados apresentados, o projeto trouxe um impacto positivo muito grande no processo de Operação da ferrovia e na manutenção.
O desenvolvimento do trabalho abriu grandes perspectivas para o uso da tecnologia na solução de problemas que tanto incomoda a operação como a manutenção.