ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Sistemas de Sinalização e Segurança Ferroviária Eduardo Frederico.

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1 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Sistemas de Sinalização e Segurança Ferroviária Eduardo Frederico

2 2 Eduardo Frederico2 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Índice O conceito de segurança no caminho de ferro e sua evolução ao longo dos anos Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Evolução Futura dos Sistemas de Sinalização e de Segurança 2

3 3 Eduardo Frederico3 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O conceito de segurança no caminho de ferro e sua evolução ao longo dos anos  A segurança como conceito integrante do caminho de ferro desde a sua criação  Meio de transporte guiado, com poucos graus de liberdade e pontos de conflito bem definidos  Garantir espaçamento entre comboios que circulam no mesmo sentido e impedir movimentos simultâneos de sentidos opostos na mesma infra-estrutura  Numa fase primária com recurso quase exclusivo aos regulamentos e através de sistemas simplificados de exploração (bastão piloto, cantonamento telefónico, RES), mas com total dependência do factor humano para a gestão da circulação

4 4 Eduardo Frederico4 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010  Esta dependência e a evolução do tráfego conduziram à necessidade de conceber dispositivos/sistemas, quer ao nível do material circulante (Freio e Homem Morto) quer ao nível da infra- estrutura (Encravamentos), que precavessem a falha humana Primeiros Encravamentos:  Fechadura Bouré de concepção puramente mecânica  Realização de itinerários nas estações de forma mais segura, mas com utilização intensiva de mão de obra  Guarnecimento das estações para a gestão da circulação  Encravamentos electromecânicos  Utilização de chaves para a movimentação de agulhas, mas cuja concepção teve já por base o conceito de segurança intrínseca  Implementação do cantonamento automático, no sentido normal de circulação, em conjugação com a detecção de ocupação O conceito de segurança no caminho de ferro e sua evolução ao longo dos anos

5 5 Eduardo Frederico5 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010  O conceito de segurança intrínseca, aplicável também a alguns equipamentos/sistemas instalados no material circulante (Freio), tem o significado no meio ferroviário de que qualquer falha deve fazer evoluir o sistema para um estado mais restritivo e no limite parar os comboios  Esses sistemas são assim denominados de “sistemas de segurança intrínseca” (tradução do inglês do conceito “Fail-Safe”)  Encravamentos totalmente a relés  Comando e controlo de itinerários nas estações de modo seguro  Motorização dos aparelhos de via e o seu encravamento/controlo de posição nos itinerários envolvidos, sem utilização de mão de obra para a sua movimentação  Tecnologia na plena via nas linhas com cantonamento automático  Menor dependência do factor humano O conceito de segurança no caminho de ferro e sua evolução ao longo dos anos

6 6 Eduardo Frederico6 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O conceito de segurança no caminho de ferro e sua evolução ao longo dos anos  Na década de 90 com o evento da electrónica foram colocados em serviço os primeiros encravamentos de nova geração, tendo por base a utilização de computadores com redundância de hardware e/ou de software, sendo as ordens de comando para alteração do estado dos elementos no terreno (sinais, agulhas, calços, etc.) comparadas entre si. Caso haja discrepância a ordem não é emitida  Com a introdução da tecnologia electrónica na sinalização ferroviária o conceito de segurança sofreu uma alteração, passando a reger-se pela teoria das probabilidades de falha. Passaram assim a considerar-se como “Fail-Safe” os sistemas cuja probabilidade de falha contra a segurança seja pelo menos de 10 -9, ou seja, admite-se uma falha ao fim de 114 155 anos...  Total independência do factor humano quanto à segurança

7 7 Eduardo Frederico7 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010  As taxas de falhas estão classificadas, calculadas e aceites a nível Europeu, dividindo-se os sistemas em diversas categorias, designadas por “System Integration Levels” (SIL): EVOLUÇÃO DO CONCEITO DE “FAIL-SAFE” SIL0 – será, por exemplo, o nosso PC de secretária SIL1 – sistemas de comando, autómatos industriais SIL2 – sistemas de comando autómatos industriais SIL3 – mesas de comando de sinalização SIL4 – sistemas de encravamento O conceito de segurança no caminho de ferro e sua evolução ao longo dos anos

8 8 Eduardo Frederico8 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010  Estado de um elemento de sinalização (sinal, agulha, …) que impede a mudança do seu aspecto ou posição, enquanto estiver activo  A materialização dos encravamentos pode ser feita por elementos mecânicos, condições eléctricas ou electrónicas Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Conceito de Encravamento Conceito de Cantonamento  Espaçamento entre comboios

9 9 Eduardo Frederico9 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Mecânicos  Remontam aos primórdios do caminho de ferro em Portugal, encontrando-se ainda ao serviço em linhas de via única não modernizadas  Todos os elementos de sinalização (sinais e agulhas) são manobrados manualmente  A circulação entre estações faz-se em cantonamento telefónico: um comboio apenas pode partir de uma estação depois do Chefe dessa estação ter assegurado, através de um telefonema registado, que o comboio anterior chegou ao seu destino completo e de ter comunicado às passagens de nível guardadas o seu avanço  Em situações de desguarnecimento da estação (estação em eclipse) o avanço é concedido entre estações colaterais guarnecidas  Utilização de mão de obra intensiva, total dependência do factor humano

10 10 Eduardo Frederico10 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Fechadura “Bouré” do tipo utilizado em estações de sinalização mecânica. Na parte superior da fotografia são visíveis as chaves respeitantes aos diferentes elementos (agulhas, sinais) da instalação. Na parte inferior, são visíveis no interior da fechadura, as barras que permitem materializar os encravamentos de sinalização. Encravamentos Mecânicos

11 11 Eduardo Frederico11 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Mecânicos Alavancas para comando de agulhas e sinais de uma estação de sinalização mecânica

12 12 Eduardo Frederico12 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Electromecânicos  Encravamentos de segurança materializados de forma mecânica e através de circuitos eléctricos, com recurso a relés, controlando apenas uma estação  Instalados em estações de menor dimensão, em linhas de via dupla, sendo as agulhas manobradas manualmente  Na plena via entre estações, os sinais eléctricos são comandados de forma descentralizada a partir de uma lógica local também implementada com relés e instalada em armários ligados por cabos ao longo da via  Os sinais eléctricos estão apenas instalados para o sentido normal de circulação fazendo-se a circulação em contravia, quando necessária, com recurso ao cantonamento telefónico e limitada a 60 km/h  Em situações de desguarnecimento apenas é permitida a circulação em sentido normal pelas linhas gerais – estação em traçado permanente - não sendo possível o resguardo de comboios  Menor dependência do factor humano – aumento da segurança

13 13 Eduardo Frederico13 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Electromecânicos Mesa de comando e encravamentos electromecânicos

14 14 Eduardo Frederico14 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Eléctricos  Toda a lógica de segurança é implementada através de circuitos eléctricos utilizando contactos de relés para comandar e controlar o estado dos elementos no terreno nas condições de segurança requeridas pela exploração. Controlam apenas uma estação  Instalados em estações de maior dimensão, em linhas de via dupla, sendo em geral as agulhas manobradas electricamente  Face à complexidade da configuração das estações, não se assiste ao seu desguarnecimento, sendo possível no entanto estabelecer o traçado permanente, no sentido normal de circulação, nas linhas gerais de circulação  Tal como para os encravamentos electromecânicos a plena via é dotada de sinais luminosos apenas para o sentido normal de circulação, também comandados de forma descentralizada através de uma lógica local a relés  Factor humano reduzido, segurança reforçada

15 15 Eduardo Frederico15 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Eléctricos Bastidor de relés de uma estação de sinalização eléctrica

16 16 Eduardo Frederico16 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Eléctricos Configuração Típica de um posto de sinalização eléctrica Piso superior – Mesa de Comando Piso intermédio – Bastidor de Relés Piso inferior: Alimentação de energia

17 17 Eduardo Frederico17 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Electrónicos  Lógica de segurança implementada através de software específico de cada um dos sistemas para comandar e controlar o estado dos elementos no terreno nas condições de segurança requeridas pela exploração  Controlam, não apenas cada estação de forma individual, mas uma certa área abrangendo várias estações contíguas e os troços de plena via adjacentes (tipicamente entre 30 a 60 Km)  Cada conjunto de estações é comandada e controlada pelo mesmo encravamento a partir de uma das estações, a qual se designa por “estação de concentração”  Sinalização de plena via também controlada pelo encravamento electrónico, com os movimentos de comboios, em qualquer sentido (normal e contravia) controlados electricamente sem necessidade de recurso ao cantonamento telefónico  Redução significativa do factor humano na gestão da segurança

18 18 Eduardo Frederico18 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Electrónicos  Este tipo de encravamentos baseia-se no princípio da redundância HARDWARE Sistema de “2 em 3”, no qual a função de segurança só é concretizada com o comando concordante de dois dos três processadores funcionando em paralelo SOFTWARE Sistema de “programação diversificada”, no qual se utiliza um único processador no qual corre um programa redundante constituído, na prática, por dois ou mais programas que realizam as mesmas funções mas processando os dados de entrada de modo diferente. Para garantir uma segurança contra erros sistemáticos de programação, estes dois programas são desenvolvidos por equipas de programação distintas e fisicamente separadas

19 19 Eduardo Frederico19 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Electrónicos  Seja qual for a técnica adoptada em termos de redundância: As saídas são comparadas e a execução das ordens de comando é função da concordância de estados A probabilidade de um erro ocorrer simultaneamente em diferentes elementos da cadeia é muito reduzida A capacidade de processamento disponível permite ainda a introdução de “rotinas de diagnóstico” em que cada um dos processadores intervenientes fornece, em intervalos de tempo regulares, uma indicação do seu próprio estado de funcionamento e a identificação imediata de eventuais avarias

20 20 Eduardo Frederico20 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Electrónicos Equipamentos interiores de um encravamento electrónico

21 21 Eduardo Frederico21 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Encravamentos Electrónicos Armário de via com os módulos que fazem o interface entre os cubículos de encravamento centrais e os elementos de terreno

22 22 Eduardo Frederico22 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Sistemas de Segurança – Controlo de Velocidade OBJECTIVO -Impedir que a velocidade dos comboios ultrapasse os valores impostos pelas condições de segurança  Componente de terreno e componente embarcada, a bordo das unidades motoras  Recolhe no terreno e transmite para bordo das unidades motoras informações correspondentes aos aspectos da sinalização lateral e a restrições de velocidade ou a outras informações fixas (distâncias, declives, etc.) quando a unidade motora passa sobre equipamentos designados por balizas, instaladas no eixo da via  As informações fixas são programadas de forma permanente nas balizas  As informações de carácter variável são obtidas a partir da sinalização lateral ou dos encravamentos de sinalização e transmitidas às balizas através de codificadores  Redundância por software

23 23 Eduardo Frederico23 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Sistemas de Segurança – Controlo de Velocidade  As informações recolhidas da via são tratadas no computador de bordo em conjunto com os dados próprios do comboio (por exemplo, velocidade máxima, velocidade real, aceleração de frenagem), permitindo a supervisão da marcha do comboio, informando o maquinista sobre as velocidades a cumprir e emitindo avisos ou comandando automaticamente a frenagem quando a segurança o exija

24 24 Eduardo Frederico24 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Os sistemas de sinalização e de segurança e sua contribuição para o desenvolvimento do caminho de ferro Sistemas de Segurança – Controlo de Velocidade 140 Km/h Velocidade 220 Km/h Intermitente Distância tipica entre sinais 1600 m Condução com Controlo de Velocidade

25 25 Eduardo Frederico25 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Comando Local Nos sistemas de sinalização mecânica, electromecânica e eléctrica, o comando da sinalização é feita em modo local (em cada estação), existindo para o efeito uma Mesa de Comando Local:  Fechadura central “Bouré” nas estações de sinalização mecânica, mesa de teclas e/ou comutadores nas estações de sinalização electromecânica ou eléctrica Mesa de Comando Local Estação AEstação B Estação C

26 26 Eduardo Frederico26 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Comando Local - Exemplos Mesa de comando da sinalização de instalações de sinalização eléctrica a relés e electromecânica

27 27 Eduardo Frederico27 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Comando Local – Concentração  Com os novos sistemas de sinalização electrónica, as mesas de comando local passaram a comandar e controlar uma área mais alargada, incluindo várias estações e a plena via entre elas. Passou-se assim a comandar uma maior extensão de via, o que permite que o operador de regulação tenha uma visão mais alargada das condições de circulação na área que controla  As mesas de comando das estações de concentração são basicamente constituídas por dispositivos para introdução dos comandos, monitores para visualização dos layouts da totalidade das instalações controladas, impressora de comandos e alarmes e consola para comunicações telefónicas Estação de Concentração (EC)

28 28 Eduardo Frederico28 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Comando Local - Mesas de comando em estação de concentração A introdução dos comandos faz-se com recurso á utilização de rato, teclado ou tabuleiro gráfico

29 29 Eduardo Frederico29 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Comando de Tráfego Centralizado  Agregação de um conjunto de estações de concentração  Comando e controlo remoto das instalações de sinalização  Para além dos sistemas que permitem o comando e controlo remoto das instalações de sinalização, são também implementados sistemas auxiliares de apoio à exploração (seguimento automático de comboios, graficagem automática de circulações, programação informática de itinerários)  Ligação a sistemas externos, permitindo a disponibilização automática das informações requeridas pelos clientes, como sejam os sistemas de informação ao público  Integração de sistemas, tais como a telefonia de exploração, rádio solo comboio

30 30 Eduardo Frederico30 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Comando de Tráfego Centralizado Comando de Tráfego Centralizado (CTC) EC 2 EC 3 EC 1

31 31 Eduardo Frederico31 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Comando de Tráfego Centralizado - Exemplos

32 32 Eduardo Frederico32 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Centro de Comando Operacional  Os CCO - Centro de Comando Operacional, são centros de gestão operacional da circulação ferroviária, técnica e funcionalmente evoluídos face aos CTC  Resultam de um maior grau de integração de sistemas, contemplando as funções de: Comando/Controlo da Circulação Telecomando da Catenária Informação ao Público Monitorização da Infra-estrutura Vídeo vigilância da Infra-estrutura  Incluem ainda uma Sala de Crise para as situações de perturbação do tráfego

33 33 Eduardo Frederico33 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Centro de Comando Operacional

34 34 Eduardo Frederico34 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 O Comando e Controlo da Circulação tendo por base os sistemas de sinalização e de telecomunicações Centro de Comando Operacional

35 35 Eduardo Frederico35 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Evolução Futura dos Sistemas de Sinalização e de Segurança O desafio da Interoperabilidade Entre muitos aspectos de interoperabilidade, existem problemas evidentes:  A bitola  Os sistemas de tracção e de catenária  Os sistemas de Comando e Controlo e de Comunicação  A Regulamentação  A língua

36 36 Eduardo Frederico36 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Evolução Futura dos Sistemas de Sinalização e de Segurança O desafio da Interoperabilidade A nível europeu, têm-se vindo a desenvolver especificações técnicas e sistemas comuns de modo a criar a desejada interoperabilidade entre redes ferroviárias De entre esses sistemas destaca-se ao nível do Comando/Controlo e das Comunicações Ferroviárias o designado ERTMS (European Rail Traffic Management System), cujos componentes principais são: ETCS (European Train Control System) – encravamentos de sinalização e de segurança da circulação GSM-R (Global System for Mobile For Railways) – sistema de comunicação de voz e dados e de transmissão de informação de comando/controlo da circulação e de localização dos comboios

37 37 Eduardo Frederico37 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Evolução Futura dos Sistemas de Sinalização e de Segurança O desafio da Interoperabilidade O Sistema ETCS tem vindo a ser desenvolvido para ser utilizado em três diferentes níveis Application Levels Level 1 Level 2 Level 3 ERTMS Technology

38 38 Eduardo Frederico38 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Evolução Futura dos Sistemas de Sinalização e de Segurança O desafio da Interoperabilidade ETCS – Nível 1

39 39 Eduardo Frederico39 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Evolução Futura dos Sistemas de Sinalização e de Segurança O desafio da Interoperabilidade ETCS – Nível 2

40 40 Eduardo Frederico40 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Evolução Futura dos Sistemas de Sinalização e de Segurança O desafio da Interoperabilidade ETCS – Nível 2ETCS – Nível 3

41 41 Eduardo Frederico41 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Evolução Futura dos Sistemas de Sinalização e de Segurança O desafio da Interoperabilidade – Possível Evolução

42 42 Eduardo Frederico42 ENCONTRO CIÊNCIA 2010 Lisboa, 07 de Julho de 2010 Muito Obrigado pela atenção dispensada