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Pasos a nivel
Introducción del sistema PLC de seguridad Hima HIMatrix
en la señalización ferroviaria del Reino Unido
marca o'neil
Durante varios años, Amey, en colaboración con
aplicaciones de señalización, como controlador de
Las unidades de PLC se pueden conectar
Sella Controls (la rama británica de la empresa
paso a nivel y enclavamiento SIL 4. Las referencias
directamente a las unidades de E/S remotas
alemana Hima) han estado trabajando juntos
de Hima de mediados de 2018 mostraban 366
mediante un cable Ethernet. Las unidades se
para desarrollar una nueva solución de control de
enclavamientos y 260 pasos a nivel desplegados
comunican a través de Ethernet utilizando el
señalización para el Reino Unido, basada en el
hasta el momento. El PLC también se ha utilizado
protocolo Hima Safe-Ethernet. Sin embargo, el
controlador lógico programable (PLC) de
para el control de trenes a bordo y se ha instalado
sistema se puede programar con una serie de
seguridad Hima HIMatrix. Este artículo
en los trenes subterráneos de Londres para el
protocolos, incluidos los específicos de otros
proporciona una descripción general del sistema
sistema de habilitación de puertas laterales
sistemas o usuarios. Por ejemplo, el PLC incluye el
de PLC de seguridad, sus capacidades y cómo se
correctas críticas para la seguridad. El sistema
protocolo RaSTA, que se utiliza para EULYNX, y
puede adaptar el PLC para proporcionar una serie
tiene varios controladores lógicos y módulos de E/
puede comunicarse con el módulo contador de
de soluciones de control de señalización
S. Con su tamaño compacto y arquitectura
ejes Frauscher utilizando su protocolo Safe-
rentables.
configurable, el PLC es muy flexible y adaptable, y
Ethernet.
PLC de seguridad
El concepto de sistemas de control
informático seguros no es nuevo y se han
desarrollado varias técnicas a lo largo de
los años en varias industrias relacionadas
con la seguridad, incluida la señalización
ferroviaria. El concepto de PLC de
seguridad se ha estandarizado durante
más de 20 años y ahora es un producto
maduro. Los PLC de seguridad se rigen
por normas comunes como la EN 61508 y
la 61131. En cuanto a la seguridad de las
máquinas industriales, la ISO 13849
describe las metodologías y arquitecturas
para lograr diferentes niveles de
seguridad, definidos mediante Categorías
(Cat) y Niveles de rendimiento (PL), y la EN
62061 relaciona estos a los niveles SIL. El
PLC de seguridad HiMatrix cumple con los
niveles de seguridad Cat 4 PL y SIL 3 más
altos utilizados en la seguridad de
procesos y máquinas, pero estas
industrias rara vez usan SIL 4, ya que las
fallas catastróficas no provocan una gran
cantidad de muertes públicas.
se ha personalizado para una serie de entornos de
sistemas de control donde tanto la seguridad
como la confiabilidad son fundamentales.
Componentes
La familia de PLC de seguridad HIMatrix se basa en
tres grupos de dispositivos:
• Unidad PLC modular (F60).
• Unidades PLC compactas (F35 y F30).
• Unidades Compact I/O (F1, F2 y F3).
El sistema de PLC modular F60 es una pequeña
unidad basada en bastidor que puede aceptar
hasta seis tarjetas de entrada/salida (E/S) con
varios tipos de configuraciones analógicas y
digitales. Para la solución de señalización del Reino
Unido, solo se ha utilizado la tarjeta de 24
entradas/16 salidas, lo que da 144 entradas y 96
salidas. Los PLC son pequeñas unidades montadas
en carril DIN. El F35 tiene entradas/salidas (E/S)
tiene E/S digitales (20E/8S). La unidad F35 es la que
se implementa en la solución de paso a nivel del
Reino Unido. Las unidades de E/S compactas son
(serie F2) y E/S combinadas (serie F3). La unidad F3
El sistema PLC de seguridad HIMatrix ya
se ha utilizado en Europa durante
También se pueden programar protocolos
específicos del equipo.
La solución del Reino Unido se basa en la unidad
de PLC F30 o F35 como elemento lógico principal y
la unidad de E/S F3 como controlador de objeto
principal. Cada PLC F30 o F35 puede conectarse a
128 controladores de objetos de E/S F3 en varias
topologías redundantes según cómo esté
configurada la Ethernet. La solución se puede ver
como una versión compacta moderna de SSI, pero
con el doble de capacidad del controlador de
objetos, tiempos de ciclo significativamente
reducidos de alrededor de 100 ms, sin limitación
en la longitud del enlace de comunicación y costos
significativamente reducidos.
digitales y analógicas, mientras que el F30 solo
de tres tipos: solo entrada (serie F1), solo salida
Uso en toda Europa
Además de los puertos Ethernet, los PLC
tienen conectores seriales tipo D que
pueden permitir programar una serie de
protocolos para comunicaciones que no
son de seguridad, incluidos MODBUS,
PROFIBUS y TCP/IP. De nuevo,
con 16I y 8O ha sido seleccionada como
controlador de objetos en tierra.
Los PLC HIMatrix se muestran en la
Figura 1 al dorso.
El F30/F35 tiene cuatro puertos Ethernet y el
F3 tiene dos. El F30/F35 también tiene tres
conectores tipo D para otras conexiones
seriales. En nuestra solución, la conexión en
serie tipo D se utiliza para la interfaz con los
datos aprobados por Network Rail
3
Noticias IRSE | Número 301 | julio/agosto 2023
Para las entradas externas, el PLC incluye una
Figura 1: unidades de PLC HiMatrix.
funcionalidad de monitoreo adicional conocida
como 'Line Control'. El control de línea está
diseñado para superar una de las fallas más
graves en un sistema de control crítico para la
seguridad, donde una señal de entrada o salida
puede permanecer energizada debido a
cortocircuitos dentro de los cables o cableado.
El control de línea envía una señal pulsada corta en
cada entrada que puede detectar un circuito
abierto, un cortocircuito o una conexión cruzada. El
control de línea se puede utilizar para circuitos de
doble corte externos y se ha aplicado en circuitos
de detección puntual.
Para las salidas externas, normalmente se
utiliza la configuración de doble polo. Para
bipolar, cada salida tiene un retorno dedicado.
La configuración de doble polo también
permite pulsos de diagnóstico de línea corta
para detectar circuitos abiertos y
cortocircuitos, incluidos los cortocircuitos
dentro de los cables. Los pulsos son tan cortos
que no pueden energizar la salida.
registradores De esta manera, las capacidades de
o si es un fallo del sistema, todas las entradas y
registro de datos y monitoreo de condición del PLC
salidas se desactivan. Las salidas también pueden
pueden conectarse directamente con el sistema de
utilizar el principio de activar para disparar, en el
mantenimiento de Network Rail.
que se activa el estado de salida seguro. Esto es
Principios de seguridad
similar al principio de retención de rojo en SSI y se
ha utilizado para aspectos de señal roja. El estado
El PLC de seguridad tiene dos microprocesadores y
energizado seguro requiere una fuente de
funciona según el principio de configuración
alimentación de respaldo duplicada y segura para
1oo2D, como se muestra en la Figura 2. Es uno de
cumplir con los requisitos de seguridad.
dos con diagnóstico, que consta de dos canales
independientes que calculan los datos de salida y
Como la salida de doble polo puede detectar
que se extrae corriente de la salida, puede
proporcionar la funcionalidad de detección de
corriente en algunas señales LED (nota: el PLC
puede controlar señales LED de 24 V CC
directamente, con cada salida F3 capaz de
controlar 2 A, con un máximo de 8A por
módulo). Las salidas de doble polo se muestran
en la Figura 3.
Cuando una salida requiere un voltaje superior a 24
Entradas y salidas
VCC, el PLC puede usar un módulo de salida de relé (la
comparan el resultado. También se utiliza un
módulo de vigilancia para proporcionar un
El PLC utiliza una fuente de alimentación interna de
hasta 60 VCC u 8 salidas de relé clasificadas para hasta
apagado independiente. Esto se define en
24 V CC tanto para las entradas como para las salidas.
250 VCA) o relés de interfaz individuales. Los relés
EN50129 como una estructura a prueba de fallas
Las entradas pueden ser a través de contactos sin
BR930 de 24 V CC han sido controlados directamente
compuesta con comparación a prueba de fallas.
voltaje o a través de un voltaje de entrada directo
por el PLC, pero también hemos utilizado los relés de
desde un dispositivo externo. Las entradas vienen en
seguridad RS4 SIL 4 montados en carril DIN
grupos de cuatro, y cada grupo tiene un suministro
recientemente desarrollados que se han utilizado en
dedicado. Las salidas vienen en dos tipos, unipolares
aplicaciones de señalización fuera del Reino Unido. El
y bipolares. Las salidas de un solo polo son donde se
PLC también puede monitorear los contactos frontales
usa un suministro o retorno común para alimentar
(normalmente abiertos) y posteriores (normalmente
una serie de salidas, como bobinas de relé. Las
cerrados) de un relé para determinar que el relé
salidas de un solo polo se utilizarán para los circuitos
funciona correctamente y que no es posible una
internos dentro de la carcasa del equipo del PLC.
entrada insegura de los contactos del relé (es decir,
Además de la comparación de seguridad de
ambos canales y el watchdog, el sistema realiza
una serie de pruebas para garantizar un
comportamiento seguro tanto del hardware
como del software. Las principales
autopruebas incluyen:
unidad F2 tiene 16 salidas de relé clasificadas para
• Comparación de las áreas de memoria de
ambos procesadores en pasos definidos
en el programa.
• Comparación de los comandos y modos
de direccionamiento de la UCP.
una alimentación falsa). Esta característica de
seguridad es
Figura 2: estructura de seguridad 1oo2D del PLC HiMatrix F30.
SOCIEDAD ANÓNIMA
• Las conexiones entre las CPU y
las E/S.
Canal 1
• El funcionamiento del perro guardián.
Las E/S también se prueban al
principio y al final de cada ciclo para
garantizar que la entrada sea tal como
la lee la CPU y que la salida sea la
misma que ordena la CPU.
El PLC funciona según el principio de
desexcitación para disparo. En el caso de que se
detecte una falla, la entrada o salida afectada se
cambia al estado seguro desenergizado,
4
Aporte
Lógica
Aporte
Producción
comparador
V
y perro guardián
Aporte
Lógica
Canal 2
Producción
Producción
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Figura 3 – Salidas de doble polo.
conocida como prueba de anti-valencia. El PLC
también puede monitorear cuántas veces se ha
operado un relé para propósitos de informes de
16/8 DIO 1 (YN)
mantenimiento.
Para voltajes y corrientes de CC más altos, el
PLC puede controlar relés o contactores
adecuados. Planeamos introducir equipos y
técnicas de control eléctrico más rentables y
confiables para la señalización ferroviaria en
el Reino Unido, ya que hemos trabajado en
sistemas SCADA para proyectos de
electrificación. Un ejemplo es el uso de
protección contra sobretensiones en las E/S
del PLC para evitar problemas por rayos o
interferencias OLE.
B3
23
3
B
4
B
T
B5
25
3+
5
B
T
T
LED RE (R)
B6
26
3-
LED RE (L)
B4
24
2-
La lógica de control para el PLC utiliza los
2
B
T
DIRIGIÓ
B2
22
T
2+
Preparación de datos
1
B
T
1-
SEMÁFORO DE CARRETERA YN
B1
21
1+
6
B
diagramas de bloques de funciones (FBD) estándar
de la industria. Los FBD se prefieren para la
programación de PLC y son el método más
De alguna manera, los bloques de funciones se pueden
Podríamos haber reutilizado los circuitos típicos
utilizado, ya que los FBD permiten que los
relacionar directamente con los circuitos de relé, pero
existentes como base para los FBD, pero hemos
programas se junten gráficamente y son fáciles de
los bloques de funciones pueden tener diferentes
estado siguiendo la sección 8 de EN50128, y todos
usar y configurar. Para la lógica de control de
tamaños y se pueden combinar para proporcionar
los requisitos para la lógica de señalización se han
señalización, hemos utilizado bloques lógicos
bloques más grandes dedicados a una función específica
capturado primero tanto de los estándares como
booleanos simples, temporizadores y pestillos
(es decir, control de puntos).
de los circuitos. A partir de los requisitos, se ha
biestables (idénticos a un relé bloqueado en
funcionalidad) para replicar directamente la lógica
de señalización de relé estándar.
La figura 4 ilustra cómo la lógica booleana
simple en los circuitos de relé se puede traducir
a un bloque de funciones.
creado una nueva lógica de señalización que será
verificada por ingenieros de seguridad certificados
y expertos en datos para garantizar que los datos
Figura 4: circuito de relé convertido a un diagrama de bloques de funciones (FBD).
V
AB
TPR
V
V
A
RS
B
QRR
B
TPSR
V
V
Automóvil club británico
TPR
TZJPR
V
V
V
un TPSR
A/B
HT
TPR
B
TPSR
B
RS
V
A
TPSR
V
un TPS
TP AA
AB TP
COMO
QR B
Y
Y
Y
B TPS
HTTP
A/B TZJP
licenciatura
B TPS
un TPS
Y
un TPS
O
O
Y
RUTA DE PALO
5
Noticias IRSE | Número 301 | julio/agosto 2023
Figura 5 – Herramienta SILworX para diagramas de bloques de funciones.
Figura 6 – Herramienta SILworX para simulación.
sido escrito de la manera óptima para cumplir
con los requisitos. Esto también
proporcionará una mejor comprensión de la
lógica de señalización, ya que varias áreas en
los circuitos típicos del relé no se
comprenden claramente o no se capturan las
razones de la funcionalidad.
los datos sean estándar, pero los datos reales que
Los FBD tienen una estructura modular, con
llamada SILworX. Nuevamente, en comparación con un
bloques de funciones diseñados para capturar
sistema SSI, SILworX es como una estación de trabajo de
áreas clave de funcionalidad. Los datos se han
diseño en una computadora portátil.
dividido en dos partes, los datos básicos que
siempre serán los mismos y los datos que se
pueden configurar para el diseño específico del
sitio. Los datos que son configurables están
relacionados con las entradas y esto se ha
estandarizado en bloques de funciones de entrada
que permitirán que los datos centrales
permanezcan tan estándar y repetibles como sea
posible. Por ejemplo, en los pasos a nivel hay un
bloque de entrada para los trenes que se
aproximan y las rutas sobre el cruce normal.
Ambos bloques permiten el paso a nivel del núcleo
6
forman el bloque de funciones de entrada se
configuran directamente desde las tablas de control.
Por lo tanto, los bloques de función de datos de
entrada están diseñados en torno a las entradas de la
tabla de control.
Los datos se escriben en una herramienta de software
En primer lugar, se asignan las E/S y se definen los
bloques de funciones. La lógica dentro de cada
función se dibuja gráficamente en la pantalla
utilizando una función de arrastrar y soltar desde
el menú. En la Figura 5 se muestra un ejemplo.
SILworX también se utiliza para programar los
enlaces de comunicaciones, con bloques de
funciones estándar disponibles para la mayoría de
los protocolos de comunicación estándar. La
topología de la red y la dirección de cada equipo
también se asignan mediante SILworX.
SILworX también proporciona una simulación
fuera de línea completa de los datos, lo que
permite realizar una prueba de trabajo
completa antes de la prueba funcional de los
datos una vez que se cargan en el PLC en la
fábrica, y un ejemplo de esto se muestra en la
Figura 6. (el rojo ilustra el 1 lógico, con el 0
lógico azul; de esta manera, el efecto de
cambiar cualquier entrada se puede ver
claramente y seguir a través de los bloques de
funciones).
Nuestro equipo de señalización ha descubierto que los
bloques de funciones son intuitivos y fáciles de diseñar.
La naturaleza visual de las pruebas permite que los
problemas se identifiquen rápidamente y, una vez que se
prueba y valida la lógica central de un bloque de
funciones, se coloca en una biblioteca para uso futuro.
Los cursos de programación de PLC que utilizan
diagramas de bloques de funciones están ampliamente
disponibles, lo que simplifica la capacitación del personal.
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Controlador de paso a nivel
También estamos investigando una serie de
herramientas automáticas para la producción
y prueba de datos. El software Prover PiSPEC,
I-Lock y Certifier de Prover en Suecia permite
definir los principios de señalización a partir
del proceso de captura de requisitos, que
luego se utilizan para generar las reglas para
la producción y prueba de datos.
Los algoritmos matemáticos utilizados en el
proceso de prueba aseguran que se prueben
todas las combinaciones de entradas. Una vez
que se configuran los principios, el software
Prover está certificado para SIL 4 y permite que
los datos se produzcan y prueben en cuestión
de horas, lo que podría generar ahorros
considerables.
arreglo y circuito se utiliza para cada esquina. La
La primera aplicación del PLC de seguridad es
como controlador de paso a nivel. La solución
de aplicación desarrollada también se basa en
principios modulares, con la operación del
equipo de cruce separada de la interfaz de
señalización. Se han desarrollado dos
enfoques arquitectónicos. El primero implica
un enfoque centralizado para las máquinas de
barrera existentes que utilizan un motor de
bomba de CC y operación hidráulica. Esta
solución involucra una solución
completamente acoplada, como se muestra en
las Figuras 7 y 8.
Cada esquina de la barrera tiene un
módulo de E/S F3 dedicado que controla
la barrera y las luces. Lo mismo
unidad principal del PLC F35 gestiona la interfaz
con la señalización existente. Esto puede ser a
través de relés, o se puede colocar una unidad de
E/S F3 en la sala de relés o en la caja de señales
para interactuar directamente con los relés o
controles requeridos. Esto elimina la necesidad de
relés de interfaz específicos y el cableado
multinúcleo se reemplaza con un solo cable
Ethernet.
El F35 también mide exactamente la
corriente analógica que consumen las
lámparas LED. Esto tiene la ventaja potencial
de alertar al mantenedor cuando falla una
cadena de LED, lo que permite la detección
de fallas parciales y totales de la lámpara
LED.
Figura 7 – Barrera acoplada al enchufe.
PLC ZO
desconexión
carretera ZO
Carretera ZN
semáforo
semáforo
barrera ZO
barrera ZN
pedestal
caja
pedestal
caja
SOCIEDAD ANÓNIMA
Potencia
tu camino
carretera YN
ubicación
semáforo
semáforo
YN PLC
barrera YN
YO barrera
desconectarion
pagedest Alabama
pedes alto
caja
ZNPLC
desconexión
YO PLC
de la batería
ubicación
Local
dis unidad de control de conexión
caja
650V
Figura 8: diseño de PLC modular para un cruce de MCB.
Frontal (cableado PLC)
Datos
Trasero (cableado de alimentación)
Relés de interfaz
registrador
PLC+DIO
ACUA
telecomunicaciones
ethernet
cambiar
yo
SN
DIO del PLC
DIO del PLC
ZN
ZO
DIO del PLC
DIO del PLC
Mantenimiento
/restablecer panel
110 V CA/
24 V CC
Fuente de alimentación PLC
PLC 24V CC
fusibles/terminales
110 V CA
Fusibles/terminales
VEJEZ
VEJEZ
Contactores
Terminales
Placa de acoplamiento de enchufe
Entrante
110 V CA
interruptores
7
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Figura 9 – Arquitectura distribuida.
Paso a nivel Loc
F35 I/I
sala de relevos
Cambiar
Relé
interfaz
Caja de señal
Cable de fibra óptica
Cambiar
Cambiar
cara
Internet de las telecomunicaciones
F3 A/C
(Westermo sw picar)
F3 A/C
ZO
F3 A/C
Barrera
Controles de barrera
e indicaciones
luces de carretera
ZN
F3 A/C
Barrera
luces de carretera
yo
F3 A/C
Barrera
luces de carretera
SN
F3 A/C
Barrera
luces de carretera
La segunda arquitectura del sistema se basa en
la filosofía distribuida, donde la E/S del
controlador de objetos se ubica directamente
con el equipo de barrera.
aplicación de un paso a nivel de Barrera
Esta arquitectura se adapta particularmente bien
nivel, como CCTV MCB, Detector de Obstáculos
a las últimas máquinas de barrera accionadas por
MCB y Media Barrera Automática (AHB). El caso de
motor de CA que están saliendo al mercado. Estas
seguridad genérica es para el PLC como
máquinas requieren un PLC para controlar el
reemplazo de los sistemas de transmisión y
inversor del motor de CA, y el PLC de seguridad
señalización basados en computadora y relés
SIL 4 es ideal para esta aplicación, con bloques de
existentes, lo que permite desarrollar y agregar
funciones de seguridad del inversor disponibles.
una amplia variedad de aplicaciones específicas al
Controlada Manualmente (MCB) utilizando relés
para la comprobación de lámparas, pero está
previsto que se amplíe para cubrir otros pasos a
certificado de aceptación del producto.
En esta arquitectura, la unidad de E/S F3 estaría
ubicada en la máquina de barrera y conectada al
PLC principal a través de la red de fibra Ethernet.
Esto simplifica significativamente el cableado en un
paso a nivel. El F3 I/O también tiene la posibilidad
de conducir las luces de carretera directamente
desde la carcasa de la máquina de barrera,
proporcionando un sistema modular para cada
esquina de un cruce. Esto se ilustra en el diagrama
de bloques de la Figura 9.
También se ha desarrollado una interfaz para el
sistema contador de ejes Frauscher, que ya se está
utilizando para la renovación de pasos a nivel en
Australia. Hemos estado desarrollando un medio de
predicción de la velocidad para los trenes que se
acercan al paso a nivel utilizando circuitos de tiempo y
bandas de velocidad para seleccionar el tiempo de
advertencia, y ahora hemos desarrollado aún más el
concepto utilizando el sistema de contador de ejes
Frauscher, que proporciona información sobre la
velocidad del tren que se aproxima. Actualmente se
proponen tres bandas de velocidad, que
proporcionarán un tiempo de espera más consistente
para el usuario de la vía.
Iniciativas de pasos a nivel
También investigamos una serie de
iniciativas de pasos a nivel en las que el PLC
podría ayudar a simplificar y reducir los
costos en los cruces de CCTV existentes.
Una iniciativa involucra nuevas cámaras
digitales de Arentis, donde la cantidad de E/
S potencialmente necesarias para controlar
la cámara se reduce a dos entradas y salidas
del PLC.
El uso del software de reconocimiento para actuar
como un sistema detector automático de
obstáculos también es posible y puede
proporcionar un sistema de CCTV automático que
requiere una intervención limitada del señalizador
Road en la región de Anglia, el controlador de
paso a nivel PLC ahora ha recibido la aprobación
de producto de Network Rail. La aprobación se
basa en las condiciones específicas
8
Esta tecnología ya ha sido desarrollada
y probada en uso con pasos a nivel en
España.
Aunque ahora se prefiere el radar para la
detección de obstáculos en Network Rail, se
podrían proporcionar cámaras con software de
reconocimiento para mejorar la seguridad en
otros tipos de pasos a nivel. El autor cree que
este concepto se basa en cruces automáticos
donde se puede proporcionar detección de
obstáculos en el cruce antes de que se acerque
el tren. Esto daría una advertencia anticipada a
los señaleros de que algo está bloqueando un
cruce automático y los trenes podrían ser
advertidos por radio de un problema potencial
más adelante. Esto podría al menos mitigar
parte del riesgo en los cruces automáticos y
abiertos, proporcionando obstáculos rentables.
durante el funcionamiento normal. Las nuevas
cámaras digitales rentables se utilizarían para
detección hasta que el tren está dentro de la
identificar cualquier objeto en el cruce utilizando un
huelga en la distancia.
software de reconocimiento probado que se ha
empleado en aplicaciones de seguridad y que ya se
Enclavamiento modular
ha utilizado para la detección de obstáculos en
Hemos diseñado HIMatrix como un sistema de
pasos a nivel en Europa.
enclavamiento modular para los depósitos del
Si el sistema detectaba un objeto que estaba
impidiendo que el cruce se declarara libre,
Tras la prueba en el paso a nivel de Magdalen
acción. Si el obstáculo no representaba una
amenaza para los trenes (p. ej., un trozo de
lodo que se había caído de un tractor),
entonces se usaría un botón de paso libre en el
centro de control. Esto permitiría utilizar el
concepto operativo probado de CCTV para la
operación en modo degradado del cruce hasta
que se elimine el objeto. Usando este método,
la cámara actúa como el principal detector de
obstáculos y el señalizador es el sistema de
respaldo.
entonces se alertaba al responsable de
circulación. El cruce problemático aparecería en
una pantalla dedicada en el centro de control y el
responsable de circulación podría entonces
decidir sobre el cruce apropiado.
metro de Londres. HIMatrix es una unidad
pequeña y compacta que se puede montar
directamente en una carcasa del tamaño de una
caja de desconexión. Esto permitiría ubicar el
controlador de objetos directamente adyacente al
equipo y eliminaría la necesidad de un diseño de
caso de ubicación individual. Cada caja
controladora de objetos
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Figura 10: concepto de señalización modular HiMatrix.
Poder y
Poder y
Poder y
telecomunicaciones
telecomunicaciones
ubicación
ubicación
Señal
F3 CO
Puntos
F3 CO
Señal
F3 CO
Señal
F3 CO
Puntos
1217A
F3 CO
Señal
F3 CO
TRTS SAS
ubicación
Cabina de maniobras
#
HP
621
telecomunicaciones
Eje
encimera
caso
902
623
1217B
ABAJO
1216A
ARRIBA
1216B
622
Señal
F3 CO
estar diseñado para interactuar con una señal o un
conjunto de puntos, con un cable acoplado de
enchufe estándar que se utiliza para interactuar con
el equipo en tierra. Los cables de alimentación y de
datos se alimentarían a cada caja de desconexión
desde una carcasa de equipo de E&P/
telecomunicaciones estándar que estaría diseñada
Los BOP podrían preensamblarse y
almacenarse, y las pruebas podrían limitarse
a conectar el sistema en la fábrica. La prueba
de puesta en marcha implicaría conectar los
módulos probados previamente y probar la
correspondencia. El concepto de señalización
modular se muestra en la Figura 10.
para impulsar varias unidades de cajas de
desconexión.
señales y contracabezas de 18 ejes. Se han
construido cuatro de estos gabinetes modulares
estándar para controlar todo el depósito. La
arquitectura básica de enclavamiento del depósito
se muestra en la Figura 11.
El depósito tiene 30 extremos, 28 señales de
derivación, dos señales principales, 70 vías, 33
contadores de ejes Frauscher y un paso a nivel. El
El concepto de PLC también permite áreas de
costo de las aproximadamente 60 unidades
Se desarrollaría una biblioteca de diseños
enclavamiento descentralizadas más pequeñas, lo
equivalentes de señal (SEU) ya se encuentra dentro
modulares para cubrir la mayoría de los escenarios
que limitaría los efectos de una falla en el
de la visión objetivo 190 de Network Rail, lo que
de equipos en tierra, como diferentes tipos de
enclavamiento. Sin embargo, HIMatrix se puede
demuestra nuestro enfoque modular rentable.
señales, indicaciones de rutas/cruces, arreglos de
utilizar en configuraciones redundantes si es
Tenga en cuenta que este costo también incluyó el
puntos e interfaces marginales (utilizando una
necesario. Alternativamente, el PLC puede
desarrollo de los datos de enclavamiento estándar,
interfaz de relé impulsada por la unidad de E/S F3),
interactuar con otros sistemas de control de
aunque la instalación del equipo en un sitio de
etc. Este enfoque limitaría el diseño en tierra a
seguridad o enclavamientos, ya que los protocolos
campo nuevo ha resultado en costos de
escenarios de diseño o equipo específicos. La
de comunicación son configurables y pueden
implementación más bajos. Diseñamos la
detección de trenes para el concepto de
incluir EULYNX. De esta manera, el PLC podría
instalación de enclavamiento y control de
enclavamiento modular utilizaría contadores de
usarse como un sistema de control universal de
señalización del depósito para su futura
ejes, que pueden interactuar directamente con
objetos en la vía para enclavamientos ya
implementación en los esquemas de re-
HIMatrix mediante la red Ethernet. El diseño del
establecidos. Los controladores de objetos PLC
señalización de la línea principal.
contador de ejes seguiría el mismo concepto
han sido adaptados y simulados en fábrica para
modular, similar al que se usa hoy. Este enfoque
usar el suministro de energía fuera de la red y la
Rebloqueo de enclavamiento
modular podría reducir significativamente el costo
transmisión de radio para la comunicación con el
de los diseños de señalización y simplificar la
enclavamiento como parte de la iniciativa europea
instalación, ya que los casos de ubicación
Shift to Rail, y el autor ve esto como una solución
diseñados individualmente se reemplazarían con
futura de ahorro de costos, particularmente para
controladores de objetos de caja de desconexión
zonas rurales. áreas
El PLC también puede proporcionar una
solución simple y rentable para un rebloqueo
de enclavamiento utilizando el F60 o el PLC
HIMax más grande. El HIMax es el PLC Hima
más potente disponible y puede controlar
hasta 12 800 E/S con una redundancia hasta
cuádruple. En muchos casos, puede ser
peligroso apagar el sistema de seguridad en
otras industrias, de ahí la increíble
confiabilidad y disponibilidad que brinda el
HIMax.
más simples (o Box On Post).
– BOP). El enfoque de diseño se centraría
más en el diseño del sistema y en la
selección y conexión de los módulos de
vía correctos de la biblioteca, con todos
los módulos listos para usar.
El concepto plug and play con módulos
estándar junto a la vía también simplificaría
la construcción y las pruebas, como el
controlador de objetos más utilizado.
El PLC F60 se ha utilizado como base para el
enclavamiento del depósito de Taffs Well en
Cardiff para los nuevos trenes-tranvía del Metro
de Gales del Sur. Actualmente se está probando
para su puesta en marcha en otoño de 2023 y
Transport for Wales (TfW) aprobará la aplicación
específica. Se han construido cajas de ubicación
modulares que usan un controlador de objetos
F60 y una unidad contadora de ejes Frauscher
que puede controlar hasta 10 puntos finales, 10
derivaciones
Un rack HIMax totalmente duplicado tiene 12
ranuras de E/S, con 64 módulos de entrada y 32
de salida disponibles, lo que da un total de 256
entradas y 256 salidas por rack HIMax. Muchos
bastidores HIMax se pueden conectar entre sí
para proporcionar hasta 12 800 E/S.
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Noticias IRSE | Número 301 | julio/agosto 2023
Figura 11: arquitectura de enclavamiento del depósito.
Sala de control de depósito
Capacitación
Operador
Respaldo
puesto de trabajo
puesto de trabajo
puesto de trabajo
Red DCS
Alimentador A
Fuerza
Alimentador B
habitación
DCS
mantenedor
servidores
puesto de trabajo
enclavamiento
SER
Alimentador A de 400 V CA
Red en tierra
Rack de energía y comunicaciones
Rack de energía y comunicaciones
Rack de energía y comunicaciones
Rack de energía y comunicaciones
contador de ejes
objeto de autómata
contador de ejes
objeto de autómata
contador de ejes
objeto de autómata
contador de ejes
objeto de autómata
estante
controlador
estante
controlador
estante
controlador
estante
controlador
Terminales
Terminales
Terminales
Terminales
Señalización loc 1
El concepto de rebloqueo tradicional reemplaza
un enclavamiento basado en relés existente con
un CBI, pero conserva la interfaz del relé con el
Terminales
Señalización loc 2
Terminales
Señalización loc 3
En el momento. Sin embargo, HIMatrix ahora
puede proporcionar esa interfaz SIL 4 entre
el enclavamiento del relé y el RBC (Figura 12).
equipo en tierra. Esta solución es la preferida
cuando se ha encontrado degradación de cables
en salas de relés. El HIMax sería ideal para este
escenario. Por ejemplo, el rebloqueo de la
estación Victoria usando SSI requirió una cantidad
de REB grandes fuera de la sala de retransmisión
Victoria para todos los módulos SSI. Esto podría
hacerse en dos bastidores utilizando la solución
HIMax.
Un sistema HiMax se ha conectado con
éxito al RBC de Indra
utilizando EULYNX con fines de
prueba de desarrollo.
Esto también podría usarse como una interfaz con
cualquier Centro Operativo de Ruta (ROC) nuevo para
el trabajo de control, lo que permitiría que se lleve a
cabo una futura superposición de ETCS. El PLC podría
reemplazo de los sistemas de control de señalización
heredados. El concepto ICMS está diseñado no solo
para el control de señalización, sino también para la
horario, control de comunicaciones, control de
estaciones, sistemas de información al cliente y
cualquier otro sistema SCADA que requiera una gestión
desde un centro de control ferroviario. (Figura 13).
los enclavamientos de relés más antiguos, como la
El hardware y el software COTS se utilizan en el
Liberación de rutas operadas por trenes (TORR).
diseño del sistema de control, siendo el diseño y la
operación de la pantalla muy flexibles y adaptables
Control Integrado y
Sistema de Gestión (ICMS)
También se ha desarrollado un sistema de
Durante el proyecto original del Sistema de control
que podría usarse como
enclavamientos de relés existentes. Esto fue para
Señalización loc 4
proporcionar una funcionalidad adicional además de
Interfaz de relé ETCS
concepto de una superposición de ETCS en los
industriales estándar y software SCADA
a los requisitos del cliente. La pantalla de control
del depósito de Taffs Well se diseñó para parecerse
a una pantalla estándar de Network Rail, pero con
menús desplegables de Windows simplificados e
intuitivos y una funcionalidad específica solicitada
por Transport for Wales (TfW). (Figura 14)
Figura 12 – Concepto de interfaz remota ETCS (RIF).
permitir una solución provisional que
proporcionaba a los trenes señalización de cabina y
Control de pantalla ROC
ATP, pero conservaba el sistema de señalización
existente (es decir, para permitir una mayor
velocidad o islas con doble señalización). El
concepto consistía en recoger información sobre el
circuito de la vía, la ruta y el aspecto del sistema de
señalización y pasarla al RBC para convertirla en
autoridades de movimiento equivalentes. El
concepto se basaba en el desarrollo de una interfaz
de nivel SIL 4, pero esto no era factible
10
Terminales
gestión de horarios, establecimiento de rutas desde el
control simple basado en computadoras
de trenes (TCS) WCML en 2000, se exploró el
Terminales
Ruta, circuito de pista
y estado de la señal
Controles e indicaciones
Interfaz remota de PLC (RIF)
Controles e indicaciones
relé existente
enclavamiento
ETC RBC
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Figura 13 – Solución de control de señalización COTS de bajo costo del concepto Amey/Hima-Sella.
Control
sistema
TI/F
red de telecomunicaciones
TI/F
TI/F
Interfaz de telecomunicaciones (conmutador de red)
SOCIEDAD ANÓNIMA
SOCIEDAD ANÓNIMA
Red Ethernet segura
E/S
E/S
E/S
E/S
E/S
contador de ejes
r
Figura 14 – Parte de la pantalla de control del depósito.
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También se han desarrollado y utilizado paneles de pantalla táctil como parte
del sistema de prueba asistido por computadora.
El moderno sistema comercial de control ferroviario (COTS) podría
ser considerablemente más rentable que los sistemas patentados.
Esto también sería ideal para desarrollar ferrocarriles en el
extranjero donde se requiera una solución rentable.
Posibilidades futuras
Hemos llevado a cabo una amplia investigación sobre el concepto de PLC de
seguridad para señalización en el Reino Unido y creemos que esto podría
contribuir sustancialmente a cumplir los objetivos del ferrocarril digital. El
concepto de PLC de seguridad proporciona una solución de señalización
abierta, segura, comercial y moderna que se puede cambiar y actualizar
fácilmente y no se basa en hardware o software propietario. Se encuentran
disponibles interfaces y lenguajes de programa estándar para evitar los
problemas ferroviarios habituales de recursos limitados y dependencia del
proveedor. La solución ha sido diseñada para ser modular, basada en un PLC
de seguridad estándar que utiliza unidades de E/S de PLC de seguridad típicas
que se pueden actualizar o cambiar fácilmente si es necesario. Las
Sobre el Autor
Mark O'Neill CEng es director técnico de Amey Consulting
(Señalización) con más de 30 años de experiencia en señalización
ferroviaria. Antes de unirse a Amey, Mark trabajó como gerente
de diseño/ingeniero responsable del contratista y gerente de
ingeniería para varios proyectos exitosos con Atkins.
Mark también pasó seis años en el proyecto Channel Tunnel Rail Link
(HS1) con Bechtel, donde dirigió la señalización en St Pancras y
Ebbsfleet, desde la concepción hasta la puesta en servicio y la entrega
al mantenimiento. Ha trabajado en todos los aspectos del diseño y la
aplicación de señalización, desde la viabilidad hasta la puesta en
servicio, especializándose en la integración de sistemas, con gestión
de proyectos tanto desde la perspectiva del cliente como del
contratista. Mark ha trabajado con varias tecnologías ferroviarias,
incluidos muchos tipos de enclavamiento, ERTMS, señalización de
cabina, sistemas ATP y sistemas electromecánicos LUL.
instalaciones de monitoreo de condición y registro de datos disponibles con el
El PLC y la capacidad de comunicarse con los sistemas de registro de datos
aprobados por Network Rail existentes también ayudarán al mantenimiento
futuro y a la introducción de inteligencia artificial y monitoreo de condiciones
de aprendizaje automático... Pero eso puede ser un artículo futuro.
¿Qué opinas?
¿Cree que, como industria, somos tan buenos como
deberíamos en tomar tecnología probada de otras áreas e
implementarla en el ferrocarril? ¿Tienes una experiencia
similar a la descrita en este artículo? ¿Cree que la tecnología
COTS es la respuesta, o cree que sigue habiendo un lugar
para los sistemas diseñados específicamente para
aplicaciones de control, comando y señalización? ¿Tiene
alguna experiencia positiva o negativa de tales enfoques en
su ferrocarril?
Nos encantaría saber de usted, correo electró[email protected]
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