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SISTEMA CENTRALIZADO DE TELEMETRIA FERROVIÁRIA APLICADO Menção Honrosa no Prêmio Alstom de Tecnologia Metro-Ferroviária;
1. RESUMO Este trabalho visa promover discussões em torno da atual tecnologia em telemetria ferroviária e suas metodologias, voltada a uma aplicação conceitual sobre uma frota de trens de superfície, os quais devido a concepção intrínseca às suas “séries” de fabricação, vem limitar e por vezes impossibilitar atender com eficiência as necessidades de gerenciamento da Operação de tráfego destes trens e também da Manutenção de suas composições. As limitações são devidas ao fato de se obter dados “históricos” de ocorrências que poderiam ser corrigidas a tempo de uma possível degradação do material rodante e conseqüentemente da circulação da frota como um todo, penalizando como sempre aos seus usuários.É assunto desta exposição, a estrutura funcional da aplicação que compreenderá desde a aquisição e supervisão de dados dos dispositivos vitais a bordo dos trens, o posicionamento real dos trens na via; os meios de transmissão bidirecional dos dados coletados e o centro de processamento e gerenciamento doravante denominado CEGDO – Centro de Estudos e Gerenciamento do Desempenho Operacional, que será responsável em admisnistrar os três perfis de desempenho da Operação de tráfego e diagnóstico do material rodante nos CCOs:
A avaliação constante dos desempenhos de circulação, condução e funcional de uma frota de trens trará benefícios não só aos diagnósticos e ações preventivas de operação e manutenção, mas também às decisões preditivas com base em prognósticos auferidos das medições em tempo real, de forma a possibilitar uma estratégia de intervenção, evitando assim uma degradação parcial ou total dos serviços de transporte prestados à população. Abordaremos ainda a viabilidade da integração do sistema proposto ao Sistema de Aviso aos Usuários (SINAU). Este sistema foi por mim idealizado e como projeto piloto foi desenvolvido e implantado a baixo custo por nossa equipe em uma das grandes estações terminais de embarque e desembarque da empresa, estando em operação desde o ano 2000. Em síntese, o objetivo desse conceito é fazer emergir idéias factíveis tendo como aliados os modernos e eficientes recursos tecnológicos das engenharias de telecomunicação, eletro-eletrônica, computação e processamento de dados. A telemetria é fruto resultante da integração dos vários segmentos tecnológicos disponíveis no mercado. A sua aplicação no âmbito de uma frota de trens e demais veículos ferroviários, deverá mudar os conceitos de atuação da operação e manutenção de trens, fato este devido à alta disponibilidade e fluência dos dados bem como a sua permeabilidade pelos processos de decisão envolvidos. Contudo pretende-se otimizar os custos operacionais, aumentar a produtividade e a confiabilidade dos sistemas envolvidos, priorizando sempre a qualidade dos serviços prestados aos seus milhões de usuários. Esclarecemos ainda. que não há pretensão alguma em aplicar os eficientes conceitos de ATS, ATO e ATP sobre os trens originalmente desprovidos destes mecanismos, mas sim de conjeturar uma satisfatória relação custo/benefício dessa aplicação utilizando uma farta tecnologia hoje disponível no mercado
2. APRESENTAÇÃO Contemplando sempre a visão de que “O transporte coletivo sobre trilhos é a melhor opção para a mobilidade urbana” e trabalhando para que a missão de “Ser opção preferencial” seja alcançada, enfocaremos dois dos principais atributos da produção e do consumo do serviço de transporte de passageiros sobre trilhos, os quais acreditamos serem satisfeitos com a aplicação da telemetria sobre a frota de trens.
Com a monitoração em tempo real e contínua sobre os componentes vitais de cada trem e de toda a frota ativa, será possível obter de forma precisa e pontual a posição e velocidade real dos trens, verificar a disponibilidade da frota operacional, calcular precisamente os indices indicadores de desempenho, obter os códigos de velocidade impostos pela via, calcular a distância percorrida, o intervalo entre trem (headway), os atrasos e adiantamentos do percurso. Contudo, a avaliar em regime de circulação, as curvas de desempenho de cada trem, gerenciando possíveis crises ou desequilibrio no sistema em relação a programação e a regularidade do serviço de viagens, sugerindo mecanismos de restabelecimento e ajustes no sistema, afim de evitar degradações e possível paralização da circulação de trens.
A Telemetria poderá ainda subsidiar o “Atendimento a usuários”, através da integração e conversão dos dados operacionais processados pelo CEGDO como o posicionamento real do trem, horários previstos de chegada e partida etc, bem como informativos de orientação para o embarque e desembarque e também na geração de notificações sobre eventos de ordem operacional.
É importante ressaltar as razões pelas quais justificamos a aplicação da telemetria em uma frota de trens de superfície:
Os registradores de Eventos (caixa preta) atualmente instalados nos trens possui função específica segundo seu modelo e tipo de trem instalado, cada modelo possui suas restrições técnicas como o de armazenamento e quantidade de sinais monitorados. A extração dos dados não é automática, sendo necessário um computador um computador lap-top para sua extração, sendo ainda necessário que a composição esteja parada para alguns modelos. Conseqüentemente, as informações mais precisas referem-se apenas aos últimos instantes de sua extração para posterior análise quando de alguma ocorrência. A telemetria não vem substituir os Registradores de Eventos, mas apenas dar flexibilidade e agilidade às ações de planejamento e também no restabelecimento do trem, sempre objetivando a regularidade do regime de tráfego e a confiabilidade no serviço de transporte prestado.
2.1. Funcionalidades
Subsistemas do Trem:
a) Sistema supervisório. Existe uma grande variedade de opções de sistemas de aquisição de dados. A escolha do produto adequado depende essencialmente do tipo de grandeza a ser medido e do objetivo da medida. Com base nestes dois fatores é possível definir características como: velocidade da medição, número de grandezas distintas e precisão dos sensores. Nesta aplicação prevê-se uma parametrização remotamente aplicada pelo CEGDO, dando flexibilidade à aquisição conforme as caracteristicas da composição instalada. O sistema deverá trabalhar com o conceito de envio de “imagem” e “mudanças” dos estados dos dispositivos essenciais do trem.
c) GPS ( NAVSTAR ) Sitema de Posicionamento Global. É um sistema de uso irrestrito o qual dispõem de 24 satélites geo-estacionários de baixa órbita (20.000 Km de altitude), os quais transmitem continuamente os sinais de posição (latitude/longitude), horário e velocidade aos elementos receptores (GPS-Modem) instalados.
d) Concentrador de Dados Processa e armazena os dados adquiridos cronologicamente pelo sistema Supervisório e GPS, dispondo-os em filas para sua transmissão ao CEGDO.
e) STD - Sistema de Transmissão de Dados Existem varias formas de transmissão dos dados armazenados ao CEGDO:
A comunicação de dados entre CEGDO, os trens e instalações fixas, poderá ser realizada por uma rede celular GSM/GPRS (General Packet Radio Service). Atualmente esta tecnologia para envio de pacotes de dados baseada em IP, com taxas de transmissão de até 170Kbps, permite o tráfego de informação a uma relação custo/benefício baixíssima, abrindo caminho para uma série de soluções que há poucos anos atrás eram impraticáveis. Com o GPRS, os equipamentos encontram-se permanentemente em linha, não necessitando estabelecer uma nova ligação à rede cada vez que for necessário capturar dados. Além disso, graças ao GPRS, é possível que a conexão entre um equipamento e sua central de controle esteja sempre aberta, permitindo que uma informação flua ao seu destinatário em menos de um segundo e vice-versa.
f) Console IHM – Interface Homem Máquina Permite ao condutor do trem receber informações referentes ao estado da composição e instruções do advindas do CEGDO referentes ao ajuste de condução dos tempos de percurso e paradas, restrições e “emplacamentos” de serviço na via e demais alarmes de carater operacional, manutenção e segurança de condução.
g) Instalações fixas. São compostas por todas as estações de embarque e desembarque, e demais pontos notáveis no domínio da ferrovia como os pátios de manobras, oficinas de manutenção e suas subdivisões (gares de revisão e manutenção, troca-truque, lavadores, vias de teste, pátios de estacionamento, etc). Todas as instalações fixas deverão ter seus perímetros previamente mapeados e definidas as “cercas eletrônicas” pelas coordenadas do sistema GPS.
h) CEGDO – Centro de Estudos e Gerenciamento do Desempenho Operacional. A integridade operacional do tráfego de trens é diretamente afetada pela integridade física e funcional do material rodante, da via permanente, sinalização de via, e do sistema energia, todas inferindo no conjunto de desempenhos Circulação, Condução e funcional. Enquanto os demais subsistemas de controle dos CCOs executam o controle da circulação de trens (SCT) e da Rede Aérea (SCE), o CEGDO traz consigo a responsabilidade de gerenciar o desempenho operacional de tráfego de frota como um todo, buscando no próprio trem diagnósticos de seu estado de “saúde”, prognosticando o surgimento de possíveis falhas que comprometam ou perturbem os níveis de regularidade e os demais indicadores de desempenho. Garantir a qualidade dos dados em cada uma das etapas, desde sua aquisição até o processamento desta grande massa de dados é de extrema importância para a geração de um processo decisório eficaz que garanta a regularidade planejada do tráfego com alta qualidade e confiabilidade no sistema.
2.2. Princípio de Funcionamento Considerar a rede de comunicação, as unidades remotas de bordos não dualizados por tratar-se de um sistema não vital. Considerar ainda a utilização de equipamentos de alta disponibilidade técnico-operacional.
a) Ativação e configuração do trem. A central CEGDO aguarda o recebimento de ativação do sistema de bordo de cada trem na via, estejam estes nos domínios dos pátios de manobras, dependências das oficinas ou nas vias de estacionamento. Na medida em que os trens são “ligados”, estes deverão transmitir a central, uma indicação de sua ativação contendo o ID (endereço físico), posição e situação operacional (regime de serviço reserva, recolhimento e manutenção). Percebido a ativação, o CEGDO deverá então configurar o trem segundo a sua característica de desempenho, situação operacional e programação de viagem. Por sua vez, o trem deverá responder com a “imagem” de estado de seus componentes monitorados.
b) Regime de Circulação . O trem após a sua configuração passará a supervisionar as “mudanças” de estado dos seus componentes vitais com base nos parâmetros já impostos. Não havendo detecção de falhas ou divergências destes parâmetros, então o trem passará a transmitir ao CEGDO, um pacote básico de informações contendo o ID do trem, sua posição e velocidade. Quando da detecção de irregularidades e divergências com base nos parâmetros impostos durante sua configuração, este deverá transmitir ao CEGDO o pacote básico somado às mudanças detectadas (falhas). É importante ressaltar da possibilidade de uma configuração flexível das composições no sentido obter dados de supervisão mais acurados, não apenas o de ocorrências de falhas, mas os dados de curvas de resposta e desempenho de um determinado componente do trem. Portanto, se detectado algum trem que apresente algum conflito às suas curvas de desempenho, o CEGDO imediatamente decidirá sobre o tipo de atuação para o restabelecimento desta irregularidade, acionando se necessário às equipes responsáveis para o restabelecimento do equipamento e sugerindo ajustes necessários para regularização do regime de circulação da frota, antevendo assim maiores degradações. Os ajuste necessário para o restabelecimento da regularidade de circulação poderá ser satisfeito por meio de “indicadores de compensação” a serem apresentados aos condutores da frota por de indicadores do tipo bargraph no painel IHM dos trens, por onde então os condutores se orientarão para compensar e ajustar a condução do trem ao índice da regularidade, através da imposição do aumento ou diminuição dos níveis de aceleração, velocidade e tempo de parada nas plataformas.
2.3. Informação Integrada a serviço do Usuário. O Sistema Integrado de Avisos ao Usuário (SINAU), opera em uma estação terminal de altíssimo fluxo de passageiros, o que foi objeto para criação, desenvolvimento e implantação deste projeto piloto. O sistema implantado baseia-se nas tabelas de programação horária de partidas de trens, pela qual o operador programa as mensagens de texto a serem exibidas nos painéis eletrônicos e destino de trens. Agregado a este sistema está o módulo “Concatenador de Mensagens Sonoras” que transforma as mensagens de texto em mensagens sonoras isto é, este elabora a partir das mensagens de texto exposto nos painéis, as mensagens sonoras previamente gravadas, informando de forma clara e audível aos usuários da estação sobre os horários e destinos das próximas partidas dos trens. O serviço se presta também à emissão de mensagens (texto e sonora) de caráter Operacional, Educacional e Institucional (OEI). Com a integração do SINAU ao CEGDO, os mecanismos para a geração das mensagens de partidas dos trens se tornarão automáticos e precisos, oferecendo aos usuários um leque maior de informativos como: previsão do horário de chegada, mudança de plataformas de embarque, alterações de destino etc. Com CEGDO e o SINAU-Embarcado, os trens passam a contar com um sistema de aviso aos usuários dentro dos trens, que de forma centralizada e automática receberão avisos sobre a situação operacional do tráfego, próximas paradas e notificações OEI.
3. Principais indicadores de avaliação de desempenho.
a) MKBF - Quilometragem Média entre Falhas.
b) MKBO - Quilometragem Média entre Ocorrências.
c) MTTR - Tempo Médio para Reparo
d) MTTL - Tempo Médio para Liberação.
e) IRV - Regularidade da Via
f) DMF - Disponibilidade Média da Frota.
g) Disponibilidade da via
4. RECOMENDAÇÃO O CEGDO é o coração de todo o processo da telemetria sobre a frota de trens e agregado ao sistema deverá existir recursos como simuladores de marcha e metodologias bem definidas aplicadas aos estudos de desempenho, a exemplo, metodologias baseadas nos processos RCM (Manutenção Centrada em Confiabilidade), que visa determinar sistematicamente e cientificamente o que deve ser feito para assegurar que os componentes físicos do trem (desta aplicação) desempenhem seu trabalho conforme sua especificação. Não podemos deixar de referenciar as atuais tecnologias como aliadas à telemetria como a ATM (Asynchronous Transfer Mode) a qual propicia a implantação de backbones IP de alta velocidade permitindo agregar dados, voz e imagem pela mesma rede, abrindo portas para novas demandas de aplicações, como a telefonia IP (VOIP).
5. CONCLUSÃO É certo que a tecnologia metroferroviária ao longo destes anos nos tem surpreendido e num futuro próximo, virá com mudanças muito mais impactantes na vida comum e profissional das pessoas e das empresas. Atualmente nos encontramos às margens do que outrora conhecíamos como ficção científica. Não haverá barreiras intransponíveis, a tecnologia de uma forma geral interferirá em todos os segmentos que envolvem uma sociedade e seu habitat. Os processos de inovação não ocorrem somente em paises avançados, porém com a globalização expande-se para todo setor que conhece e domina as suas necessidades e investe na solução. Devemos todos ser cúmplices de um envolvimento sinérgico e equilibrado para fazer despontar nossas empresas Metroferroviárias como precursoras da alta tecnologia.
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