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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.