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