Post on 16-Jan-2020
ViaQuatro – Sistema de Sinalização da Linha 4 ViaQuatro – Sistema de Sinalização da Linha 4
(CBTC / UTO) – Como funciona?
Jorge Martins Secall, PhD, AMIRSE
Visão Geral Simplificada do
CBTC da Linha 4
CBTC
Centro de
Controle
Operacional
ZONE CONTROLLER
WAYSIDE COMMUNICATION NETWORK - WCN
CCO
Sala Técnica
SICAS Interlocking
)SICAS ECC2 of 3
SIMIS PC( Interlocking)2 x 2 of 2
WCC –
Wayside Cell
Controller
Transponder
aVIA
Sinaleiro
Maquina de Chaves CDV
TIA-Transponder
Intorrogator
Antenna
terminal rack
FTG S
INOMSOM POM INOM /UNOM
Power Supply /UPS
Odometro
CC -Carborn
ControllerCRE –
Carborn Radio Eqipment
WRE WRE WRE
Wayside Radio Equipment
TCS
ARQUITETURA na VIA
Via
Maquina de
chavesTransponderCircuito de via
Circuito de via
AC
CC
WCC ZC IXL
Sala Técnica
WCN
WRE
WRE
Tunel
Odometro
TIA
TCS ARQUITETURA na VIA
SinaleiroSinaleiro
WCN
CCO sala de operação
CCO sala de
manutenção CCO sala técnica
WS
ATS
Processamento de
dados em redundante
ATS
Servidor de
Arquivo
ATS
console
WS de
Programação
Horário
OC111
TCS ARQUITETURA no CCO
Video Wall
Fire Wall
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– 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
Visão Geral do CBTCFunções:
• 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• 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
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• 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
LOCALIZAÇÃO do TremPrincípios
Esta Função é realizada pelo CBTC embarcado através da:
– Posição Geográfica
Determinação da posição geográfica e velocidade atual do trem na via.
– Posição Geográfica• Transponder• TIA(Transponder Intorrogator Antenna)• Odômetro
– Indicação da rota • Posição das chaves IXL
Rastreamento dos TrensPrincípio
– Equipamentos no lado de VIA• Recebe as posições computadas pelo CBTC do trem.• Indicações recebidas dos CDVs.
Rastreamento de todos os trens na Via
• 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.
Separação Segura dos TrensSentido 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.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.
2. O rádio do trem Btransmite sua posição (����) via rádio spread
spectrum para o ZC
3. O ZC calcula o alvo ( ) a proteger, este alvo está em movimento com o trem B.
4. O rádio fixo transmite continuamente ao trem (A) o alvo ( ) a proteger.
Distância entre dois trens equipadosZC
WCC
WRUWRU WRU
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.
�
B
A
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.
OBCU CRE OBCU CRE
�OBCU: Onboard Computer Unit
CRE: Carborn Radio Equipment
WRU: Wayside Radio Unit
2. IXL informa ao ZC os circuitos de vias ocupados não ocupados.
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.
4. O rádio transmite continuamente ao trem (A) o alvo ( ) a proteger.
Um trem CBTC seguindo um trem mudoZC
WCC
WRUWRU WRU
SICAS IXL
ocupados.
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.
B
A 1. O trem B mudo não informa sua posição para o ZC. Porem ocupa circuitos de via na Via.
OBCU CRE Trem Mudo
3. Neste caso O ZC marca o alvo ( ) a proteger antes do Intertravamento com certa margem de segurança.
2. IXL informa ao ZC as condições do Intertravamento.
4. O rádio transmite continuamente aotrem (A) o alvo ( ) a proteger.
Proteção de Maquina de ChaveZC
Zone Controller
WCCWayside Cell Controller
WRUWRU WRU
SICAS Interlocking
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.
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.
A1. Trens não podem entrar na região da intertravamento sem que este esteja alinhado e travado.
OBCU CRE
O Intertravamento está alinhado e travado.
Odômetro
• Função :O odômetro faz parte do subsistema embarcado que fornece informação vitalem 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.
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%.
ODÔMETRO
Eixo sem Freio
Eixo com Freio
Eixo motorizado e com Freio
ODÔMETRO
ODÔMETRODetalhes
Transponder Intorrogator Antenna
• FuncionamentoTIA 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: 2 339 290 h, standard UTE C80 810
• Isolação Elétrica– 500 V AC
• Compatibilidade Electromagnetica– Frequencias de operação : 28 KHz e 9,984 MHz– Emission: EN 50121-3-2 standard– Immunity: EN 50121-3-2 standard
Transponder e TIA
AIRLINKCaracteristicas 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– 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
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.
AIRLINK comunicação CBTC
CRA CRA
TRDCRE 1 CRE 2
OBCU
TREM n
A B
CRA CRA
TRDCRE 1 CRE 2
OBCU
TREM n+1
A B
WCN – W
ayside CBTC Network A
WCN – W
ayside CBTC Network B
WRA WRAWRA
WRU- A
WRU- B
AREV
PRO
AREV
PRO
AREV
PRO
WTU
A
WTU
B
WRU- A WRU- A
WRU- B WRU- B
VIA
WCC
Painel de
Controle
WRA
WRU- A
AREV
PRO
WRU- B
Sala
Técnica
WCN
Switch -A
WCN
Switch -B
Airlink Transmissão de WTU para WRU
Airlink Divisão em Celulas
Airlink Transição de uma celula a outra
Celula 1 Celula 2
overlap
Celula 1 Celula 2
A B C
Trem A, as antenas da frente e de trás se
comunicam na Celula 1
Trem C, as antenas da frente e de trás se
comunicam com a Celula 2
Trem B, a antena da frente se comunica com a Celula2 e a de trás se
comunica com a Celula 1
AirlinkInstalação do equipamento Rádio no tunel
Antena
Cabo RF
AREV_PRO
AirlinkRadio Embarcado
Carborn Radio Equipment Várias tipos de antenas
AIRLINKWRE – Wayside Radio Equipment
AIRLINKCRA (Carborne Radio Antenna )
AIRLINKAntenas no tunel / Pátio
• WRA = Wayside Radio Antenna
AIRLINKAntenas Externas
CBTCFunções 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 • 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
Visão geral do sistema rádio AirlinkVisão geral do sistema rádio AirlinkVisão geral do sistema rádio AirlinkVisão 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)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)
Airlink overviewRadio operationAirlink overviewRadio operationAirlink overviewRadio operationAirlink 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– 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
ZONE Controller
• Zone controller
SICAS SIMIS
SICAS® Interlocking
SICAS Siemens Computer Aided
Signalling
SIMIS PC (Safety microcomputer system from Siemens PC)
(SICAS element control computer) SICAS ECC
SIMIS ECC e PC (I)
SIMIS ECC e PC (II)
SIMIS ECC e PC (III)
SIMIS PC/ECC Computer Cabinet
SIMIS PC – Disponibilidade
– Fail-safety: 2oo2
– Alta disponibilidade: 2 x 2oo2
optionaloptional
2 x
2-out-of-3STOP
RUN
DEL PB
ECC-CU
ST OP
RUN
DEL PB
ECC-CU
STOP
RUN
DEL PB
ECC-CU SOM
PSS ERR
STOP
F1 - F8
SOM
PSS ERR
STOP
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F1 - F8
SOM
PSS ERR
STOP
F 1
F 2
F 3
F 4
F 5
F 6
F 7
F 8
F1 - F8
SOM
PSS ERR
STOP
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F1 - F 8
SOM
PSS ERR
STOP
F 1
F 2
F 3
F 4
F 5
F 6
F 7
F 8
F1 - F8
POM
STOP
HS2
PSS ERR
M2+ M1+
M2- M1-
HS1
L R
SHIFT RUN
POM
STOP
HS2
PSS ERR
M2+ M1+
M2- M1-
HS1
L R
SHIFT RUN
POM
STOP
HS2
PSS ERR
M2+ M1+
M2- M1-
HS1
L R
SHIFT RUN
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENSSIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS
2-out-of-2
STOP
RUN
DEL PB
ECC-CU
STOP
RUN
DEL PB
ECC-CU
STOP
RUN
DEL PB
ECC-CU SOM
PSS ERR
STOP
F1 - F 8
SOM
PSS ERR
STOP
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F1 - F8
SOM
PSS ERR
ST OP
F 1
F 2
F 3
F 4
F 5
F 6
F 7
F 8
F1 - F8
SOM
PSS ERR
STOP
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F 1 - F8
SOM
PSS ERR
STOP
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F1 - F8
POM
STOP
HS2
PSS ERR
M2+ M1+
M2- M1-
HS1
L R
SHIFT RUN
POM
ST OP
HS2
PSS ERR
M2+ M1+
M2- M1-
HS1
L R
SHIFT RUN
POM
STOP
HS2
PSS ERR
M2+ M1+
M2- M1-
HS1
L R
SHIFT RUN
F 1
F 2
F 3
F 4
F 5
F 6
F 7
F 8
SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENSSIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS
max. 10
WIN LIN WIN LIN
Ethernet
Ethernet
SIMIS ECC
SIMIS PC
Cu/FOC
SIMIS PC – Design
� 2 SIMIS PCs: 2-out-of-2
� 1 x Windows® + 1 x LINUX®
WINSwitch
Switch
WIN
LIN
WIN
LIN
SIMIS PC
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� 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.
SIMIS PC – Comandos
ECC 2 ECC 1ECC 3
SIMIS® ECC Base System
Fail-safe Microcomputer System from Siemens
Element Control Computer
Hardware
Princípio do SIMIS (2oo3)
Dataexchange
Micro-computer A
Micro-computer B
Micro-computer C
Data input
B B
A A
Input Input Input
Dataexchange
Dataexchange
Dataexchange
Dataexchange
Dataexchange
Memory
Com-parison
Com-parison
Channel A
Com-parison
Com-parison
Channel B
Com-parison
Com-parison
Channel C
D
Synchro-nisation
Output
&
Output
&
Output
&
E
C C
D
E
Processor MemoryProcessor MemoryProcessor
Synchro-nisation
Synchro-nisation
ECC Gabinetes
ECC
Processadores
comunicação
Peripheral boards
Extensão
SIMIS ECC CU processador
INOM2
•INOM2 input / output •INOM2 input / output
SOM6 Sinaleiros
POM4 MCH