Sistemas de controle e monitoração de trensSistemas de controle e monitoração de trens 1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas 2. Dois conceitos para train lines
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Sistemas de controle e monitoração de trens
Sistemas de controle e monitoração de trens
TCN TCN –– Train control NetwortkTrain control Networtk
WTB WTB –– Wire Train BusWire Train Bus
MVB MVB -- Multifunction Vehicle Bus Multifunction Vehicle Bus
Sistemas de controle e monitoração de trensSistemas de controle e monitoração de trens
1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas
2. Dois conceitos para train linesTrês aplicaçõesExemplos e referências
1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas
3. EquipamentosSIBAS – Hardware e SoftwareSIBAS como VCU – Unidade de controle do veículo
4. Transmissão de dadosTCN Rede de comunicação embarcadaMVB Rede de comunicação do tremWTB Rede de comunicação da composiçãoTransmissão dos dados a bordo e entre TUEsDetecção de falhas
Sistemas de controle e monitoração de trensSistemas de controle e monitoração de trens
� Rede digital de dados para sistemas embarcados
1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas
� Realizada com um mínimo de hardware e fiação
� Com muitas e diversas ferramentas de software
� Compatível com diversos fabricantes de equipamentos
� Sistema baseado em protocolo aberto (não proprietário)
Sistemas de controle e monitoração de trensSistemas de controle e monitoração de trens
1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas
2. Dois conceitos para train linesTrês aplicaçõesExemplos e referências
2. Dois conceitos para train linesTrês aplicações
3. EquipamentosSIBAS – Hardware e SoftwareSIBAS como VCU – Unidade de controle do veículo
4. Transmissão de dadosTCN Rede de comunicação embarcadaMVB Rede de comunicação do tremWTB Rede de comunicação da composiçãoTransmissão dos dados a bordo e entre TUEsDetecção de falhas
Sistemas de controle e monitoração de trens
Horário de picoHorário de picoHorário de valeHorário de vale
A Siemens dispõe de dois conceitos padronizados na família
para realizar o controle e monitoração do trem
Sistemas para o Controle e Monitoração sem bus serial
Usado em trens com configuração fixa
M M M MTc Tc
MMc T M McTMcMMc M
Horário de picoHorário de picoHorário de valeHorário de vale
Sistemas para o Controle e Monitoração com bus serial
Usado em trens com configuração variável
Sistemas de controle e monitoração de trens
Todas as cabeceiras dos carros intermediários podem ser executadas sem cabines
Aplicação 1 - sem data bus serial e trem em configuração fixa
CARRO 2 CARRO 1
botoeirasinalização sinalização
0F0
R V01
Controle principal
Nível básicoEstrutura simples com conexões diretas
M M M M M M M M
(mensagens locais)
lógicade
relés
lógicade
relés
Auxi-liares
Auxi-liares
0B
SB
1
BCU
BU
Freio mec.
BU
BCU
Freio mec.
BU BU
Sistema de Freio
* Opção: interligação
entre cofres de tração
VCU
TC* ICU
Tração
VCU
TC
Tração
*ICU
Sistema de Tração
Sistemas de controle e monitoração de trens
Transmissão direta de sinais entre equipamentos através de
linhas individuais
Principais vantagens
Aplicação 1 - sem data bus serial e trem em configuração fixa
Transmissão de sinais entre o controle do trem com equipamentos
através de linhas individuais
linhas individuais
Processamento dos sinais através de uma lógica de relés
(controle central e monitoramento de sinais)
Transmissão de sinais dentro do sistema através de um data bus local
(tração, freio, ...)
Sistemas de controle e monitoração de trens
Sem nível de back-up
Desvantagens do uso deste conceito
Aplicação 1 - sem data bus serial e trem em configuração fixa
Sem nível de back-up
Indicação de estados e falhas somente através de lâmpadas em
painéis ou displays pré-programados
Acesso à memória dos equipamentos: apenas local ,
individualmente por sistemas
Sistemas de controle e monitoração de trens
Típicamente TUEs de 2 ou 3 carros – outras configurações são possíveis
Aplicação 2 - com data bus serial em configuração variável
CARRO 2 CARRO 1
WTB6
7
8
9
C
DISP CIO
Console do condutor
F0R V
M/CB/SIL
Train line somente para sinais
Segundo nível
Nível básico
A ligação física entre
o WTB e o
MVB é redundante
M M M M
outros equip.MVB
outros equip.MVB
VCUKLIP KLIP
Periferia,lógica para
segurança e nível back-up
Periferia,lógica para
segurança e nível back-up
BCU
Com. de freio
BU BU
BCU
BU
Com. de freio
BU
Sistema de Freio
TC
Tração
ICU
Sistema de Tração
MVBMVB
Train line local do TUE - MVB
GW
Terceiro nívelTrain line da composição - WTB
0 Q CIO 0BSB
R V
0 1Train line somente para sinais vitais e nível back-up
Sistemas de controle e monitoração de trens
Transmissão dos sinais de controle e diagnose do TUE pelo bus TCN
Controle eletrônico abrangente
com poucas linhas individuaisPrincipais vantagens
Aplicação 2 - com data bus serial em configuração variável
Transmissão dos sinais entre equipamentos individuais pelo SIBAS KLIP
e MVB
Processamento de sinais (funções de monitoramento e controle) do TUE
pela unidade central de controle(“Master-VCU”)
Sistemas de controle e monitoração de trens
Linhas individuais para funções vitais e nível de back-up
Controle eletrônico abrangente
com poucas linhas individuaisPrincipais vantagens
Aplicação 2 - com data bus serial em configuração variável
Indicação de estados através de um display ou lâmpadas indicativas no
painel do condutor
Diagnose possível a nível local, nos equipamentos, bem como
de maneira centralizada, na unidade central de controle (“Master-VCU”)
Sistemas de controle e monitoração de trensAplicação 3 - com bus serial em configuração fixa
TUEs típicos com configuração fixa de carros (de 2 a 12), que não é alterada
durante a operação. Outras variantes de motorização são possíveis.
CARRO 2 CARRO 1C
Q
1
2
3
4
C
DISP CIOTrain Line somente para REPREP
Console do condutor
0F
B
0R V
0 1
Backbone MVB
Terceiro nível
Segundo nível
Nível básico
As conexões entre o
MVB e o Backbone
MVB são redundantes
M MM M
5 QCIO
KLIP KLIP
Train Line somente para sinais vitais e back-up
REPREP
MVB
Periferia,lógica para
segurança enível back-up
Periferia,lógica para
segurança enível back-up
BCU
Com. de freio
BU BU
BCU
BU
Com. de freio
BU
Sistema de Freio
1
2
3
4
5
MVB
Train line local do TUE - MVB
Outros equip.MVB
9
0
Outros equip.MVB
VCU
Sistema de Tração
TC
Tração
ICU
SB1
Train line da composição – Backbone MVB
Sistemas de controle e monitoração de trens
Transmissão de sinais do TUE e/ou da composição através do
Principais vantagens
Aplicação 3 - com bus serial em configuração fixa
Transmissão de sinais do TUE e/ou da composição através do
bus serial MVB e do Backbone MVB
Transmissão direta dos sinais do trem é possível entre todos os
subsistemas do veículo Não são necessários gateways.
Todas as características de construção e funcionamento são
análogas ao conceito de controle do trem com plena redundância
ou semi-redundância
Sistemas de controle e monitoração de trensSistemas de controle e monitoração de trens
1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas
2. Dois conceitos para train linesTrês aplicaçõesExemplos e referências
2. Dois conceitos para train lines
Exemplos e referências
3. EquipamentosSIBAS – Hardware e SoftwareSIBAS como VCU – Unidade de controle do veículo
4. Transmissão de dadosTCN Rede de comunicação embarcadaMVB Rede de comunicação do tremWTB Rede de comunicação da composiçãoTransmissão dos dados a bordo e entre TUEsDetecção de falhas
Sistemas de controle e monitoração de trensExemplos de aplicação e Referências
é um conceito para veículos de Metrô – Heavy Rail
Exemplos:
BTS Bangkok:BTS Bangkok:
- sem sistema de data bus serial para o controle do trem
- configuração do trem variável (MC-T-MC)
Metro Viena, série V:
- com sistema de data bus serial para o controle do trem
- configuração do trem fixa (TC-M-M-M-M-TC)
Sistemas de controle e monitoração de trensExemplos de aplicação e Referências
Os conceitos de controle de trem e monitoração de equipamentos
embarcados se baseiam em muitos anos de experiência no
desenvolvimento de sistemas para veículos metro-ferroviários
Veículos Leves sobre Trilhos (Bondes, Pré-metrôs e Trens Regionais)
Veículo tipo Heavy Rail (Metrôs)
Trens Metropolitanos
Locomotivas
Trens de longo percurso e de alta velocidade (ICE 3)
Sistemas de controle e monitoração de trens
Ano de fornecimento
Tipo País Unidades Tipo de
Data bus
1994-1995 Light Rail Braunschweig Low-Floor Alemanha 12 DIN
Veículos Leves sobre Trilhos – Light Rail
Exemplos de aplicação e Referências
1994-1995 Light Rail Braunschweig Low-Floor Alemanha 12 DIN
1994-1999 Light Rail Vienna ULF Áustria 152 DIN
1995 Light Rail Copenhagen Dinamarca 240 DIN
1997 ÜSTRA Series 2000 Alemanha 144 DIN
1998-1999 Light Rail Stuttgart S-DT 8.10 Alemanha 23 TCN
1996-2000 Light Rail Low-Floor Combino Alemanha 75 DIN
1999 Combino NF 100 Hiroshima Japão 4 DIN
2001 Combino NF 100 Amsterdam Holanda 95 TCN
2002 Combino NF 100 Melbourne Austrália 59 TCN
Sistemas de controle e monitoração de trens
Veículos de Metrô – Heavy Rail
Ano de fornecimento
Tipo País Unidades Tipo de
Data bus
1993 Metro Nuremberg DT 2 Alemanha 25 DIN
Exemplos de aplicação e Referências
* - apenas MVB (Comunicação através de Backbone MVB)
1995 Taegu Subway Line 1 Coreia 80 DIN
1997 Metro Guangzhou Line 1 China 40 DIN
1998-1999 Shanghai Metro Line II China 70 DIN
2000 Metro Prague Tchecoslovaquia 22 TCN
1998-2001 Tren Urbano, Puerto Rico USA 32 TCN
2000 ISAP-III, Athens Grécia 14(40) TCN
2000 Metro Vienna, V-Series (Prototype) Áustria 1(60) TCN*
2001 Metro Munich, C.1 Alemanha 2(10) TCN*
Sistemas de controle e monitoração de trens
Trens Metropolitanos, Longa distância e Alta Velocidade
Ano de fornecimento
Tipo País Unidades Tipo de
Data bus
Exemplos de aplicação e Referências
1998-1999 DB VT 642 Alemanha 151 TCN
1998-2000 CP Pendoluso Portugal 10 TCN
2000 Slovenian EMG 312 Eslovênia 30 TCN
2000 Sao Paulo CPTM Brasil 10 TCN
2001 Airport Link Kuala Lumpur Malásia 8 TCN
1995-1997 DB ICE 2 Alemanha 48 DIN
1997-1999 DB ICE 3 Single-System Alemanha 37 TCN
1998-1999 DB ICE-T Alemanha 43 TCN
1996/98 DB ICE-TD Alemanha 20 TCN
Sistemas de controle e monitoração de trens
Locomotivas
Ano de Tipo País Unidades
Tipo de
Exemplos de aplicação e Referências
Ano de fabricação
Tipo País Unidades Tipo de
Data bus
1995 ÖBB 1012 Áustria 3 DIN
1996 152 Freight Train for DB Alemanha 195 TCN
1998 ÖBB 1016 Áustria 50 TCN
1998-2000 ÖBB 1116 Áustria 350 TCN
1998-2000 EG 3100 Dinamarca 13 TCN
1998-2000 BR 189 Alemanha 100 TCN
Sistemas de controle e monitoração de trensSistemas de controle e monitoração de trens
1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas
2. Dois conceitos para train linesTrês aplicaçõesExemplos e referências
3. EquipamentosSIBAS – Hardware e SoftwareSIBAS como VCU – Unidade de controle do veículo
4. Transmissão de dadosTCN Rede de comunicação embarcadaMVB Rede de comunicação do tremWTB Rede de comunicação da composiçãoTransmissão dos dados a bordo e entre TUEsDetecção de falhas
3. EquipamentosSIBAS – Hardware e SoftwareSIBAS como VCU – Unidade de controle do veículo
Sistemas de controle e monitoração de trens
SIBAS 32 - HardwareSIBAS 32 - Hardware
O SIBAS 32 é um sistema modular para
uso embarcado
Controle e monitoração da tração
(funções locais para tração e frenegem)
Controle e monitoração do trem ou composição
(funções centrais de controle e monitoração)
Diagnose local e central do próprio equipamento
bem como dos demais equipamentos ligados
no bus de dados
Sistemas de controle e monitoração de trens
SIBAS 32 - HardwareSIBAS 32 - Hardware
Aplicação em metrôs
Uma unidade SIBAS 32 Vehicle Control Unit – VCU
– para cada carro MC para:
Monitoração do controle de tração (local)
Monitoração do trem/composição (central)
Funções de diagnóstico (local e central)
Para todas as funções centrais do trem/composição
um dos VCUs do veículo é o “Master-VCU”. O(s)
outro(s) se tornam “Slave-VCU”.
O “Slave VCU” pode assumir as funções do
“Master-VCU”. imediatamente am caso de falha
(redundância tipo hot stand-by).
Sistemas de controle e monitoração de trensHistória do desenvolvimento do SIBAS 32História do desenvolvimento do SIBAS 32
1993
1983
Introdução do SIBAS 16 no mercado
Mais de 9000 sistemas foram fornecidos e funcionam até hoje
SIBAS 16 é um sistema baseado em um microprocessador de 16 bits
Aumenta o pacote de ferramentas para desenvolvimento (SIBAS G)
O software de projetos apresenta-se modularizado
Software de comissionamento confortavel (SIBAS Monitor)
Ferramenta de Software para apoio à manutenção (SIBAS Expert 2)
1993Siemens introduz a nova geração baseada em 32 bits, o SIBAS 32
Mais de 3000 sistemas já estão operando e continuam os pedidos
em todo o mundo
“Estado da arte” – a conexão de bus no padrão TCN está incluída no SIBAS e
se expande rapidamente no setor metro-ferroviário
Sistemas de controle e monitoração de trens
AND 3
IN1
IN2
IN3
B1
B1
B1
B1
B1
&
OUT
NEG
TEST 1 10T4
Name of FM in a Function Package (FP)
Time slice or event class and number within the time slice or event class
FM type
Result of logic operationInput signals
Door 2 open
Doors openDoor 1 open
SIBAS 32 – Ferramentas de projeto – SIBAS GSIBAS 32 – Ferramentas de projeto – SIBAS GFunction Modules (FM)
F MF M
Constant value onunused input
Inputs of FM
Connection type
Outputs of FM
Estrutura hierárquica
do SIBAS G
Exemplo de um
módulo de Função
C P
C P
C P
C P
F P F P
F PF P
F G
F G
F GFunction Groups (FG)
Function Packages (FP)
Control Programs (CP)
F M F M
Grupo de funções
Pacote de funções
Programa de funções
Sistemas de controle e monitoração de trensSIBAS 32 – Ferramentas de comissionamento – SIBAS MonitorSIBAS 32 – Ferramentas de comissionamento – SIBAS Monitor
Monitoração
numérica
Tabela de
Monitoração
gráfica
Diagrama
de barras
Tabela de
valores atuais
Sistemas de controle e monitoração de trens
Acompanha-
SIBAS 32 – Ferramentas de comissionamento – SIBAS MonitorSIBAS 32 – Ferramentas de comissionamento – SIBAS Monitor
Acompanha-
mento gráfico
de estados
“Oscilógrafo”
Sistemas de controle e monitoração de trensSistemas de controle e monitoração de trens
1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas
2. Dois conceitos para train linesTrês aplicaçõesExemplos e referências
3. EquipamentosSIBAS – Hardware e SoftwareSIBAS como VCU – Unidade de controle do veículo
4. Transmissão de dadosTCN Rede de comunicação embarcadaMVB Rede de comunicação do tremWTB Rede de comunicação da composiçãoTransmissão dos dados a bordo e entre TUEsDetecção de falhas
4. Transmissão de dadosTCN Rede de comunicação embarcadaMVB Rede de comunicação do tremWTB Rede de comunicação da composição
Sistemas de controle e monitoração de trens
Train Communication Network (TCN)Train Communication Network (TCN)
TCN = MVB + WTB (IEC 61375, IEEE 1473-T)
MVB - Multifunction Vehicle Bus (duas linhas de redundância):
Comunicação entre subsistemas dentro do mesmo carro
Comunicação entre subsistemas dentro do mesmo TUE (ex. MC-T-MC)Comunicação entre subsistemas dentro do mesmo TUE (ex. MC-T-MC)
Comunicação entre subsistemas dentro da mesma composição
(apenas em configuração fixa)
WTB - Wire Train Bus (duas linhas de redundância)
Comunicação entre subsistemas dentro da
mesma composição (configuração variável)
A troca de dados entre MVB e WTB se dá no
Gateway TCN, localizado no VCU (SIBAS)
Sistemas de controle e monitoração de trensMVB – cabos e conectoresMVB – cabos e conectores
São utilizados dois pares para a linha A e a linha B,
0.5 mm², par cruzado com isolação de espuma
de polietileno, fita de blindagem, cobre estanhado
e camada anti-chama livre de halogênio MVB cable with connector
Conectores para interface MVB: SUB-D
e camada anti-chama livre de halogênio
Conectores entre containers e em jumpers (entre carros do TUE): Quintax
Sistemas de controle e monitoração de trensWTB – cabos e conectoresWTB – cabos e conectores
Conexão com o Gateway TCN: SUB-D
WTB - Wire Train Bus
São utilizados dois pares para a linha A e a linha B, 0.73 mm²,
par cruzado com isolação de espuma de polietileno, fita de blindagem,
cobre estanhado e camada anti-chama livre de halogênio
Conexão com o Gateway TCN: SUB-D
Conectores entre containers e em jumpers (entre carros do TUE): Quintax
Engate (automático) dos TUE: pin - sleeve contacts (banhados a ouro)
Sistemas de controle e monitoração de trensSistemas de controle e monitoração de trens
1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas
2. Dois conceitos para train linesTrês aplicaçõesExemplos e referências
3. EquipamentosSIBAS – Hardware e SoftwareSIBAS como VCU – Unidade de controle do veículo
4. Transmissão de dadosTCN Rede de comunicação embarcadaMVB Rede de comunicação do tremWTB Rede de comunicação da composiçãoTransmissão dos dados a bordo e entre TUEsDetecção de falhas
4. Transmissão de dados
Transmissão dos dados a bordo e entre TUEs
Sistemas de controle e monitoração de trens
WTB – Transmissão dos sinaisWTB – Transmissão dos sinais
RTA2 RTA1
Line A
Direction 1Direction 2
TCN Gateway
Os sinais WTB sãoT/Rx
2
Fritting voltage
T/Rx1
T/Rx2
RTB2 RTB1
Fritting voltage
T/Rx1
Line B
Direction 1Direction 2
TCN Gateway
Os sinais WTB são
transmitidos sobre uma
“Tensão imposta”
Sistemas de controle e monitoração de trens
[Quantidade de mensagens]
6000
TCN – Atrasos na transmissãoTCN – Atrasos na transmissão
Transmissão de um sinal – exemplo de caminho:
VCU 1⇒⇒⇒⇒ MVB ⇒⇒⇒⇒ TCN GW 1⇒⇒⇒⇒WTB⇒⇒⇒⇒ TCN GW 2⇒⇒⇒⇒ MVB⇒⇒⇒⇒ VCU 2
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100 120 140 [ms]
Sistemas de controle e monitoração de trensEngate automático – acoplamento elétrico do Train LineEngate automático – acoplamento elétrico do Train Line
A comunicação de dados entre TUEs – controle e monitoração – é realizada através
do bus WTB e uma pequena quantidade de linhas vitais (segurança e back-up).
Todos os sinais transmitidos pelos Train Lines também são transmitidas via TCN
(redundância, diagnóstico de elementos convencionais)(redundância, diagnóstico de elementos convencionais)
Engate elétrico: 2 x 36 contatos
2 x 8 pinos – contatos tipo tulipa para: WTB, sinais de áudio, vídeo, reserva
2 x 28 contatos a pressão de molas para energia, relés etc.
Sinais de segurança
Loop de emergência (freio)
Loop de portas (todas fechadas)
Abertura de portas
(direita/esquerda)
Outros sinais do Train Line
Cabine ocupada
Comandos de direção, tração e frenagem
Funcionamento em nível Back-up
Freio de estacionamento
Controle de pantógrafos
outros
Sistemas de controle e monitoração de trensSistemas de controle e monitoração de trens
1. Conceitos da Siemens para redes de dados embarcadas
2. Dois conceitos para train linesTrês aplicaçõesExemplos e referências
3. EquipamentosSIBAS – Hardware e SoftwareSIBAS como VCU – Unidade de controle do veículo
4. Transmissão de dadosTCN Rede de comunicação embarcadaMVB Rede de comunicação do tremWTB Rede de comunicação da composiçãoTransmissão dos dados a bordo e entre TUEsDetecção de falhas
4. Transmissão de dados
Detecção de falhas
Sistemas de controle e monitoração de trensDeteção de falhasDeteção de falhas
Todos os sistemas microprocessados têm sua memória e seus próprios
sistemas de diagnose
Os subsistemas conectados no MVB transmitem informações ao VCU
para processamento e armazenamento de dados de diagnose e parapara processamento e armazenamento de dados de diagnose e para
visualização no display:
∇ Informações sobre o estado
∇ Classificação de falhas (simples, média, grave, nível ”n”, etc...)
∇ Detalhes de contexto
As saídas digitais que não estão no MVB são conectadas às entradas do
SIBAS-KLIP que as retransmitirá ao “Master VCU” para processamento,
armazenagem e preparação dos dados para exibição no display.
Sistemas de controle e monitoração de trens
Indicação de falhas em operação – console do condutorIndicação de falhas em operação – console do condutor
Uma pequena quantidade de LEDs ou lâmpadas indicativas está situada no
console do condutor. Indica o estado dos sistemas mais importantes (por
exemplo todas as portas fechadas, classificação de falhas...)
O display do condutor indica, no modo operação:
∇ Informações de estado dos equipamentos (por ex. disj. extra-rápido, ...)
∇ Informações sobre falhas de equipamentos com:
– natureza da falha
– localização (carro, sistema, etc. ...)
– classificação da falha (A, B, C)
– instruções ao condutor
O display do condutor indica, no modo operação:
Sistemas de controle e monitoração de trens
Todos os subsistemas possuem LED’s de indicação de estado e falhas
O display do condutor indica no modo manutenção:
∇ Informações sobre estado dos componentes
∇ Informações sobre falhas dos sistemas
Indicação de falhas em manutenção – oficinasIndicação de falhas em manutenção – oficinas
∇ Informações sobre falhas dos sistemas
∇ Estatística de falhas
∇ Registro de eventos
∇ Indicação de estados individuais (por ex.. 50 sinais escolhidos)
As memórias de cada sistema (incluindo o “Master VCU”) contém informações
sobre falhas (atuais, antigas e história) e função de leitura via interface
A ferramenta SIBAS Monitor possibilita a observação de sinais escolhidos
(todos os sinais dos MVB e dos VCU’s do TUE)
Sistemas de controle e monitoração de trens
Perguntas ?
Muito Obrigado por sua atenção
Perguntas ?
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