UMA SOLUÇÃO PROPOSTA PARA MAPEAR A CONDIÇÃO DA

COMUNICAÇÃO DE RÁDIO DO SISTEMA DE TRAÇÃO DISTRIBUÍDA -

RECLOC

Rodrigo Vieira Fontes

MRS Logística

Deomar Soares Vianna

Luiz Antônio Silveira Lopes, D.Sc. Instituto Militar de Engenharia

RESUMO

Sempre que é estudada a possibilidade de alteração em alguma formação de trem utilizando o sistema de

Tração Distribuída é recomendável que seja realizada uma pesquisa verificando a integridade da

comunicação via rádio do sistema que varia de acordo com o comprimento do trem. Esta pesquisa identifica

as áreas onde não há comunicação via rádio ou, onde a comunicação é deficiente, recomendando à operação

uma provável alteração no modelo operacional, de modo que seja possível conviver com esta limitação ou a

necessidade de instalar repetidoras para amplificar o sinal. Atualmente existem empresas no mercado que

fazem o mapeamento da condição da comunicação deste sistema a cada 5 segundos. Por limitação do sistema

de Tração Distribuída atualmente a solução que foi desenvolvida consegue mapear a condição da

comunicação a cada 6,4 segundos. Por conta desta diferença, fez-se essencial a comparação com um

comissionamento já realizado validando a efetividade da solução RECLOC.

ABSTRACT

Whenever the alteration in the length of trains that use Distributed Power system is studied, it is

recommended to carry out a survey that verifies the integrity of the radio communication of the system,

which varies according to the train length. This research identifies the areas where there is no radio

communication or where communication is poor, recommending a change in the way the train is conducted

so it is possible to work with this limitation, or showing the need to install repeaters to amplify the radio

signal. Some companies can identify the communication status of this system every five seconds. By a

limitation of the Distributed Power system, the solution developed can recognize the communication status

every 6.4 seconds. Due to this difference, it was necessary to make a comparison with a commissioning

already done before, validating the effectiveness of the RECLOC solution.

1. INTRODUÇÃO

A Tração Distribuída proporciona o controle remoto automático e independente de

conjuntos de locomotivas localizados em um trem, a partir de uma locomotiva

controladora na posição de líder. O sistema possibilita controle das unidades remotas

(traseiras) por meio de sinais de comando transmitidos através de um enlace via rádio

operando em uma frequência de 464,025MHz com até 4 locomotivas conforme Manual de

Operações do Sistema Locotrol EB (2000).

Este sistema tem como principal objetivo distribuir de maneira mais eficiente no trem os

esforços de tração e de frenagem, permitindo a operação com trens maiores e mais pesados

com mais segurança. Essa forma de organização traz diversas vantagens como: minimizar

os choques entre vagões (bumps), manter os trens esticados evitando o efeito sanfona

(slacks), aumentar o tempo de vida das sapatas de freio dos vagões, minimizar quebra de

trens e desgaste roda/trilho, diminuir o tempo e a distância de frenagens, aumentar a

velocidade média dos trens e economizar combustível.

Além disso, ela também facilita o controle realizado via rádio, por meio de comunicação

bilateral. Conforme Morais (2008) essa comunicação é realizada da seguinte forma:

1º. Locomotiva líder transmite um comando;

2º. Este comando é executado pela locomotiva remota;

3º. Locomotiva remota confirma para a líder a realização do comando proposto.

Devido a comunicação bilateral citada que acontece a cada 20 segundos para verificação

da integridade do sistema ou a cada alteração de comando é possível identificar a condição

da transmissão e recepção através do módulo processador do sistema chamado de EIPM

que possui vários leds de indicação conforme a Figura 1 a seguir:

Figura 1: Módulo EIPM e função dos leds de indicação (Morais, 2008)

Quando ocorre uma perda de comunicação entre líder e remota(s), aparece uma indicação

na locomotiva líder e esta pode acontecer por diversos fatores os quais podem influenciar

diretamente na operação do trem, dentre elas: falha do sistema, condições climáticas, áreas

de sombra, túneis e trajeto sinuoso da linha férrea.

Neste sentido, este trabalho tem como finalidade identificar os locais onde não há

comunicação de rádio do sistema de Tração Distribuída para mitigar falhas e

principalmente garantir a segurança operacional desenvolvendo uma solução capaz de

realizar o mapeamento da malha ferroviária e registrando os eventuais locais da ferrovia

onde existe a fragilidade de interação entre líder e remota(s), de modo que não seja

necessária a contratação de serviços externos para realizar o mapeamento das áreas de

sombra de todo o percurso em teste ou parte dele, nomeada como RECLOC.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

As primeiras transmissões de voz por ondas de rádio surgiram no final do século XIX e,

desde então, elas passaram a ser desenvolvidas e usadas das mais diversas formas. Hoje,

além das ligações feitas entre centrais telefônicas, a comunicação por rádio é utilizada em

telefones celulares, internet sem fio, televisão digital, Global Position System (GPS) e até

nas comunicações por satélite. Para ser realizada uma transmissão é preciso avaliar os

recursos necessários que variam dependendo do tipo de transmissão que for utilizada para

converter os sinais e modular na faixa de frequência das ondas de rádio.

De acordo com Piqueira (2009) a principal vantagem desse tipo de comunicação é que ela

não precisa de fios e cabos para enviar sinais à distância. Apesar disso, existem pontos

fracos como a vulnerabilidade às mudanças de condições atmosféricas que podem

provocar interferências e áreas de sombra que são apresentadas pela ausência de sinal em

um local por motivos comuns como regiões montanhosas, áreas baixas e barreiras físicas

como prédios.

As interferências e áreas de sombra podem gerar muitos transtornos como a dificuldade de

se comunicar via celular por falta de cobertura da operadora, restrição ao acesso a internet,

para as empresas que utilizam rádio portátil para comunicação a falta do sinal em um lugar

específico pode comprometer a produção de uma empresa e até mesmo colocar em risco a

segurança operacional. Para o sistema de Tração Distribuída não é diferente, a falta de

comunicação em um local crítico pode comprometer a circulação fazendo com que o trem

não consiga prosseguir naquela região ou até mesmo gerar esforços excessivos nos engates

podendo gerar fraturas de mandíbulas e descarrilamentos.

Existem empresas no mercado que realizam o mapeamento de áreas de sombra utilizando

equipamentos que transmite e recebe sinais de rádio frequência (RF) em pontos

estratégicos para verificar a condição da comunicação local. O RECLOC irá aproveitar o

próprio recurso do sistema de Tração Distribuída de comunicação de dados, monitorando

os leds que indicam quando o sistema está transmitindo e recebendo as mensagens e

registrar aproveitando todo o recurso disposto na locomotiva.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

A primeira a etapa constituiu no planejamento do projeto. Neste sentido, através de

simulação e testes na locomotiva e no laboratório de eletroeletrônica da empresa MRS

Logística, definiram-se todos os parâmetros necessários para programação do hardware da

ferramenta desenvolvida.

A ideia do trabalho desenvolvido foi monitorar os leds de transmissão e recepção do

módulo EIPM com o auxílio do RECLOC para mapear as áreas de sombra. Foi registrado

como área de sombra todos os eventos onde o sistema transmitir acendendo o led de TX e

não acender o led de RX concluindo que a mensagem não retornou a locomotiva líder

caracterizando uma perda de comunicação. Realizaram-se testes em laboratório para

verificar o comportamento dos leds durante a comunicação:

• LED TX1 ou TX2: Pisca uma vez no momento do envio da mensagem;

• LED RX: Pisca duas vezes no momento da recepção da mensagem quando se tem

uma remota e pisca quatro vezes para duas remotas.

Através do osciloscópio apresentado na Figura 2 a seguir, mediu-se a frequência dos leds

de TX e RX e verificou-se o intervalo entre a transmissão e recepção a fim de determinar o

intervalo padrão que o RECLOC irá monitorar.

Figura 2: Forma de onda TX e RX no osciloscópio (condição de uma remota)

Com a finalidade de definir os parâmetros que o sistema identificará a condição dos leds,

foi medido as tensões dos leds de TX e RX com o auxílio do multímetro e determinou-se

que tensões abaixo de 2,5 Volts indicariam o led ligado conforme a Tabela 1.

Tabela 1: Tabela de Tensão de Alimentação dos leds no EIPM medidas no ensaio

LEDSTATUS DESLIGADO LIGADO DESLIGADO LIGADO DESLIGADO LIGADO

POSITIVO / NEGATIVO 0,16V 1,47V 0,4V 1,42V 0,26 1,64VPOSITIVO / TERRA 4,22V 1,5V 4,32V 1,41V 4,33V 1,36VNEGATIVO / TERRA 4,22V 0,16V 4,16V 0,6V 4,2V 0,44V

RX TX A TX B

Caso não houver nenhuma alteração de comando na locomotiva líder em modo Tração

Distribuída, o sistema pode ficar até 20 segundos sem transmitir proveniente de seu

“timeout”. Devido ao tempo ser elevado para ser utilizado como referência em um

mapeamento de área de sombra, o RECLOC foi parametrizado para transmitir em

intervalos diferentes e garantir precisão no menor intervalo possível e nos testes em campo

foi determinado o tempo de 6,4 segundos.

Nos testes, foi necessário realizar enlace no sistema, a fim de verificar algum ponto que

poderia ser energizado em um tempo programado para forçar a transmissão sem gerar

impacto operacional, tais como:

Aceleração – Energizando o circuito de aceleração percebeu-se através dos leds do EIPM

que o sistema transmite instantaneamente e recebe o retorno das mensagens sempre que

houver alteração de comando de ponto de tração. Apesar do ponto de coleta ser simples, o

controle através dessa variável geraria impacto operacional.

Alarmes – Foi simulado alarmes na locomotiva líder energizando o circuito referente e

verificou-se que a transmissão da informação não ocorria de forma instantânea

inviabilizando este ponto de coleta.

Bail-off – Assim como o comando de aceleração, ao acionar o bail-off o sistema de Tração

Distribuída transmite instantaneamente e recebe o retorno das mensagens. Quando o trem

está em circulação este comando não impacta operacionalmente e possui facilidade na

coleta do sinal, mas em caso de emergências devidas o sistema precisa ser desligado para

não aliviar o freio independente das locomotivas líder e remota.

A partir das simulações, criou-se uma matriz com o impacto e a dificuldade de coleta dos

dados nos testes realizados definindo o circuito a ser utilizado conforme a Figura 3:

Figura 3: Definição de variáveis

Durante a comunicação, o sistema monitorou a tensão dos leds e a Figura 4 retrata a curva

gerada considerando o intervalo entre TX e RX:

Figura 4: Tempo de duração de cada intervalo Tx e Rx parametrizado

Após levantar os parâmetros necessários foi criado um diagrama de blocos, conforme

Figura 5, do hardware desenvolvido para facilitar a montagem de todo circuito.

Figura 5: Diagrama de blocos do RECLOC criado no desenvolvimento do hardware

O RECLOC possui 3 memórias com capacidade de armazenamento para 4800 registros de

eventos, conforme pode ser visto na Figura 6, e possui dois botões que geram registros

quando acionados quando a locomotiva estiver em túnel ou em céu aberto, mapeando

assim, os pontos de entrada e saída de túneis.

Figura 6: Placa com todos os componentes instalados / Conexões de interface

EBV

Após os levantamentos dos parâmetros para programação do RECLOC, foi necessário

adaptar os equipamentos de interface para mapear as condições levantadas e interagir no

comando de bail-off para forçar a transmissão conforme preestabelecido. Adaptou-se um

módulo EIPM sendo necessário inserir uma porta DB9 de comunicação para monitorar a

condição dos leds de TX e RX e criado um by-pass no micro switch de um módulo EBV

para garantir o comando de bail-off no tempo determinado e controlado pelo RECLOC

conforme Figura 7.

Figura 7: Módulo EIPM modificado / Módulo EBV modificado

O bail-off é o alívio rápido do freio das locomotivas acopladas via encanamento do cilindro

de freio. Em situações normais, quando o freio do trem é acionado (freio automático) ou

em emergências indevidas, este comando é usado para aliviar o freio das locomotivas

diminuindo choque entre vagões e locomotivas. Em emergências devidas, onde foi

aplicado emergência propositalmente, este comando não é acionado devido a necessidade

de parar o trem num menor tempo/distância possível e com isso para não causar risco à

segurança, o RECLOC foi projetado para inibir a transmissão via comando do bail-off

sempre que houver emergência.

Em relação ao software, sabe-se que, é a rotina ou conjunto de instruções que controlam o

funcionamento do sistema. Desta forma, o RECLOC foi programado para executar todas as

funções já mapeadas na etapa de definição dos parâmetros. Assim, sempre que houver

alteração de status da comunicação ou quando os botões de entrada e saída de túnel forem

acionados, o sistema registra variáveis de latitude, longitude, data, hora, velocidade, status

da comunicação, quantidade de remotas, modo de operação e túnel/céu aberto.

Para cada registro, foi gerada uma linha de informação em um arquivo “.txt”. Através

destas informações, foi possível criar um mapa com as áreas de onde ocorreu a perda e

retomada da comunicação.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Nos testes de validação do RECLOC foi realizado enlace em duas locomotivas, uma na

condição de líder e outra remota. Foram realizados simulações de todos os comandos e

registrados no arquivo “.txt” para serem analisados e garantir a efetividade de todos os

parâmetros programados.

1º. Com as locomotivas em movimento foi acionado o botão de locomotiva a céu

aberto (TUN OUT) e o botão de locomotiva dentro do túnel (TUN IN).

2º. Foi simulado uma falta de sinal de GPS onde foi alterada a condição de registro;

3º. Foi gerada também uma falha de comunicação no sistema desligando o disjuntor de

potência distribuída e posteriormente restabelecida a comunicação;

4º. Foi realizada uma aplicação de emergência para garantir que o RECLOC anulasse a

transmissão através do sinal de bail-off.

Após a validação dos comandos, foi analisado o comportamento da comunicação do

sistema utilizando três locomotivas, uma líder e outras duas na condição de remotas e foi

confirmado que o RECLOC reconheceu as duas remotas no teste pela condição dos leds de

RX que pisca quatro vezes e também a perda de comunicação de uma das remotas com a

locomotiva líder. Todas as simulações citadas foram realizadas na oficina de locomotivas

do P1-7 da MRS Logística.

Em seguida, realizou-se o download do arquivo gerado e verificou-se o correto registro das

informações do teste de acordo com as informações apresentadas na Tabela 2, destacando

as simulações realizadas de vermelho no arquivo “.txt” respectivamente:

Tabela 2: Testes de Validação

DATA HORA LATITUDE LONGITUDEVEL

(KM/H) TÚNELSTATUS

COMUN.

Nº REMOTA

SCONDIÇÃO GPS

21/07/2017 13:36:52 2035.3346 4358.6093 0,00 A ND 1R N A21/07/2017 13:37:54 2035.2746 4358.6253 7,22 T CP 1R N A21/07/2017 13:38:07 2035.2676 4358.6265 7,59 A CP 1R N V21/07/2017 13:38:10 2035.2241 4358.6336 3,52 A SC 1R N A21/07/2017 13:40:47 2035.2205 4358.6342 2,96 A CP 1R E A21/07/2017 14:10:32 2035.2205 4358.6342 0,00 A CT 2R N A21/07/2017 14:12:25 2035.2205 4358.6342 0,00 A CP 2R N A

SIGLA SIGNIFICADO SIGLA SIGNIFICADO

A CÉU ABERTO 2R 2 REMOTAST DENTRO DO TÚNEL N NORMAL

CP COMUNICAÇÃO 1 REMOTA E EMERGÊNCIACT COMUNICAÇÃO 2 REMOTAS A GPS DISPONÍVEL1R 1 REMOTA V GPS INDISPONÍVEL

LEGENDA

Após validação dos testes, foi realizado um comissionamento onde o RECLOC monitorou

o comportamento real de um trem de 134 vagões com três locomotivas (apenas 1 remota)

entre os pátios do P1-07 e P1-13 situado entre o km 293 e o km 214 da Ferrovia do Aço da

empresa MRS Logística. A distância mapeada foi de 79 km com alguns túneis no trajeto e

foi realizado este monitoramento considerando um mapeamento da condição da

comunicação a cada 6,4 segundos.

As Figuras 8 e 9 mostram a representação de dois mapas (utilizando o recurso do Google

Earth) comparando o comissionamento realizado por Mason (2017) em sua empresa com o

mapeamento do RECLOC onde se tem marcas quilométricas ao longo da ferrovia

facilitando a identificação da região, alguns pontos em vermelho que identificam o

momento em que a comunicação do sistema é deficiente e pontos verdes evidenciando o

momento em que a comunicação é restabelecida. Todos os pontos registrados no mapa

contêm a informação de horário do registro e da velocidade atualizada pelo GPS do

RECLOC.

Figura 8: Registros no Google Earth entre o km 292 e km 280 (Mason,2017)

Figura 9: Registros no Google Earth entre o km 292 e km 280

5. CONCLUSÕES

Avaliando a condição do mapa gerado após o teste e comparando com o comissionamento

realizado pela empresa externa foi identificado que os pontos onde houve perda de

comunicação foram os mesmos que os gerados pelo RECLOC, mesmo com a diferença no

intervalo de medição da comunicação. A maneira em que foi gerado o mapeamento pela

empresa está um pouco diferente, pois o mapa do RECLOC detalha todas as perdas de

comunicação independente se existem muitos pontos aproximados, diferente do realizado

pela empresa que agrupa estes pontos e considera uma única perda.

No geral os testes foram satisfatórios e atendeu todas as expectativas esperadas, mas é

importante mencionar que a amostragem comparada foi de aproximadamente 10% em

relação a distância mapeada pela empresa externa e recomenda-se que seja realizado um

novo mapeamento pela engenharia local da MRS com o RECLOC abrangendo os mesmos

733 km mapeados a fim tornar a ferramenta efetiva para os próximos testes reduzindo o

custo com esta atividade sempre que for necessário realizar um novo comissionamento.

Agradecimentos

Agradeço a MRS pela oportunidade que me proporcionou em participar desta pós graduação que contribuiu

muito para meu conhecimento. Aos meus colegas, por todas as sugestões que ajudaram aprimorar o meu

trabalho e eliminar diversas inconsistências com destaque à Carolina Santiago e professora Carmem.

Também o meu tutor Deomar Vianna que sempre me apoiou neste projeto, ajudou e incentivou desde quando

existia apenas uma ideia. Agradeço ao Felipe Fernandes que foi meu braço direito na execução dos testes em

campo desde quando assumi um novo desafio na gestão. E a minha família pela paciência em minha

ausência, vocês são à base de todas as minhas conquistas.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Manual do Locotrol (2000) Manual de Operações do Sistema Locotrol EB.

Morais E. R (2008) Apostila Equipamentos de Bordo (VM-FC), Espírito Santo, Valer – Universidade

Corporativa Vale.

Mason, G. (2017) Document 5010868 MRS Communications Survey Test Report for Brisamar, P1-07 and

Bom Jardim.

Piqueira C. R E. Como funciona a comunicação por rádio. São Paulo [s.n.]. Disponível em:

https://novaescola.org.br/conteudo/1085/como-funciona-a-comunicacao-por-radio. Acesso em 27 de junho de

2017.