Hispanopedia WikiLa red de comunicación ferroviaria (TCN) es una combinación jerárquica de dos redes de bus de campo para la transmisión de datos dentro de los trenes. Consta del bus multifunción para vehículos (MVB) ubicado en cada vehículo y del bus de cableado para trenes (WTB) que conecta los diferentes vehículos. Los componentes de la TCN están estandarizados en la norma IEC 61375 .
Autobús de vehículo multifuncional (MVB)
El MVB conecta nodos individuales dentro de un vehículo o conjunto de tren cerrado. A diferencia del WTB, no existe un único estándar de conector para el MVB ; en su lugar, hay 3 clases de medios y conectores definidas:
- OGF ( Fibra Óptica de Vidrio ) utiliza fibra de 240 micras hasta 2000 m
- EMD (Electrical Medium Distance) utiliza par trenzado apantallado con transmisores RS-485 y transformadores para aislamiento galvánico, hasta 200 m
- ESD (Electrical Short Distance) utiliza un cableado de placa base simple sin aislamiento galvánico, hasta 20 m
Los enchufes y tomas son los mismos que utiliza Profibus , con 2 tomas DE-9 por dispositivo. [ 1 ]
En OGF, las fuentes de medios se conectan mediante repetidores (generadores de señal) unidos a un acoplador central en estrella. También se utiliza un repetidor para la transición entre medios.
No hay inauguración, las direcciones se asignan estáticamente. El número de dispositivos direccionables depende de la configuración del bus del vehículo : puede haber hasta 4095 sensores / actuadores simples (Clase I) y hasta 255 estaciones programables (Clase 2, con ranuras de configuración). El nivel físico utiliza transmisiones a una velocidad de datos de 1,5 Mbit/s con codificación Manchester II . La distancia máxima está determinada por la restricción de un retardo de respuesta máximo permitido de 42,7 μs (para distancias mayores se utiliza un segundo modo que permite hasta 83,4 μs con rendimiento reducido, en caso de que se utilice MVB para el equipo de conmutación en el lado de la vía), mientras que la mayoría de las partes del sistema se comunican con un tiempo de respuesta típico de 10 μs. [ 1 ]
Historia
MVB se derivó del bus P215 desarrollado por Brown Boveri Cie , Suiza (ahora ABB ), incorporando el principio de publicador/suscriptor de los primeros buses de campo ( DATRAS ) . En 1984, IEC TC 57 definió las especificaciones de requisitos para los buses que se utilizarían en subestaciones eléctricas en colaboración con IEC SC65C . MVB presenta muchas similitudes con el bus de campo FIP (originalmente del francés " Flux d'Information vers le Processus ", renombrado como Factory Instrumentation Protocol o algunas referencias también utilizan el híbrido "Flux Information Protocol") que se desarrolló en la serie de estándares franceses NFC 46602. [ 2 ] Dado que ambos surgieron de las mismas especificaciones de IEC TC 57 . Esto explica por qué MVB y FIP tienen un funcionamiento similar (cíclico y basado en eventos), solo difiere el método de arbitraje en caso de acceso múltiple, ya que MVB usaba un modo de bisección binaria basado en la detección de colisiones, mientras que FIP añadía un bit de "mírame" sobre los datos periódicos. Los esfuerzos por fusionar FIP y MVB fracasaron debido a la obstinación de las dos partes . MVB, Profibus y WorldFIP fueron propuestos como un bus de subestación en IEC TC 57 , pero para evitar soluciones paralelas, IEC TC 57 decidió que no se usaría ninguna y favoreció Ethernet como denominador común .
Las tramas MVB no son compatibles con las tramas de bus de campo IEC 61158-2, ya que omiten la mayor parte de la sincronización del preámbulo (que no es necesaria si es posible la detección de cruce por cero). [ 1 ] La situación paradójica es que el bus de campo IEC 61158 y la capa física MVB fueron desarrollados por las mismas personas en IEC TC 57. La diferencia surgió de la capa física del bus de campo , que asume un bucle de enganche de fase para decodificar los datos Manchester, lo que requiere un preámbulo para sintetizar el decodificador, mientras que MVB opera principalmente con fibras ópticas donde este método es inútil, la decodificación de MVB se basa en detectores de cruce por cero y reconocimiento de patrones Manchester.
Sin embargo, la mayoría de los equipos modernos de desarrollo y prueba pueden comunicar igualmente tramas WTB/MVB, así como tramas Profibus en la línea , ya que la estructura del telegrama es similar a la de Profibus .
Los conectores WorldFIP se utilizaron en equipos ferroviarios en Francia y Norteamérica (por Bombardier ) hasta que se inició un esfuerzo conjunto en un bus ferroviario UIC común (con Siemens y otros socios de la industria) que dio lugar al estándar WTB/MVB a finales de 1999 .
Autobuses de vehículos alternativos
El estándar MVB se introdujo para reemplazar la multitud de buses de campo en el equipamiento ferroviario. A pesar de las ventajas del bus de campo MVB, muchos buses de vehículos todavía se construyen con componentes CANopen , WorldFIP (en Francia ), LonWorks (en EE. UU. ) y Profibus . Mientras que WorldFIP , CANopen , LonWorks y Profinet están controlados por asociaciones internacionales de fabricantes que abarcan una amplia gama de aplicaciones, MVB se diseñó específicamente para el material rodante, con el objetivo de lograr compatibilidad de enchufables, y por lo tanto no permite opciones. Esto fue intencional, ya que la disputa entre los buses de campo se intensificó en la década de 1990 y la decisión de la IEC de que cualquiera de los ocho buses de campo fuera un estándar no contribuyó a la compatibilidad de enchufables.
Los módulos MVB son más caros que, por ejemplo, los componentes CANopen o LonWorks . Esto no se debe a la tecnología de comunicación: la mayoría de los dispositivos implementan el protocolo MVB en una pequeña área de un FPGA , que ya está presente hoy en día, y el componente más costoso sigue siendo el conector . Sin embargo, la certificación ferroviaria es costosa y no siempre necesaria para aplicaciones no críticas como la comodidad y la información al pasajero . Si se considera el costo total de propiedad, el costo de los componentes de hardware puede verse fácilmente superado por los costos adicionales de ingeniería en el mercado ferroviario, caracterizado por series pequeñas.
En EE. UU. , el IEEE RTVISC evaluó tanto MVB como LON como autobuses de vehículos y trenes. Finalmente, el IEEE decidió estandarizar ambos en IEEE 1374 , con una clara separación de tareas :
- MVB para operaciones críticas como el control de tracción y la señalización en la cabina del conductor,
- LON para transferencia de datos lenta y no crítica, pero conexiones de bajo costo como pantallas para pasajeros y diagnósticos. Esta separación no siempre se respeta .
Además, cada vez se añaden más componentes a los vehículos ferroviarios que requieren un ancho de banda mucho mayor del que puede proporcionar cualquier bus de campo (por ejemplo, para videovigilancia ), por lo que se está introduciendo Ethernet conmutada IEEE 802.3 de 100 Mbit/s en los trenes (según el perfil EN 50155 ). Sin embargo, todos los buses alternativos de los vehículos están conectados al Wire Train Bus. [ 3 ]
MVB es similar a FlexRay ; ambos tienen los "datos de proceso", que se denominan "segmento estático" en FlexRay , y los "datos de mensaje", que constituyen el "segmento dinámico", y se gestionan mediante un esquema TDMA fijo . Ejecutar FlexRay con 2,5 Mbit/s, una capa física RS-485 y un único "arranque en frío" daría lugar a un comportamiento muy similar en lo que respecta a la aplicación. A pesar de las similitudes, ningún fabricante ferroviario ha considerado FlexRay , ya que valoraron una solución común por encima de una multitud de buses mejores. Por el contrario, en 1999, la industria automotriz evaluó MVB (en una versión extendida de 24 Mbit/s), pero la descartó debido a los costes, que deberían ser excesivamente bajos para el mercado masivo de millones de vehículos.
Autobús de tren de alambre (WTB)
El autobús ferroviario de cable ha sido diseñado para trenes internacionales de pasajeros de composición variable, que constan de hasta 22 vehículos.
El medio de transmisión consiste en un cable de par trenzado blindado duplicado , que discurre por los cables UIC entre los vehículos.
El conector entre los vehículos es un conector UIC de 18 polos. Dado que los conectores están expuestos y pueden oxidarse, se aplica un pulso de corriente al establecer la conexión para evaporar la capa de óxido , proceso denominado fritado . El conector estándar para los nodos WTB es un conector DIN de 9 pines.
El nivel físico utiliza niveles RS-485 a una velocidad de datos de 1 Mbit/s . La codificación emplea un código Manchester II y un protocolo de trama HDLC con un correcto equilibrio de voltaje para evitar componentes de CC en los transformadores de aislamiento galvánico . El decodificador Manchester utiliza una demodulación de fase/cuadratura (no RS-485 , que opera con cruces por cero), lo que permite cubrir 750 m en las peores condiciones, especialmente cuando solo están equipados los dos vehículos de los extremos, como ocurre con la tracción múltiple en trenes de mercancías. No se prevén repetidores, ya que los vehículos intermedios pueden tener las baterías descargadas.
Una característica única del WTB es la inauguración del tren (en alemán: Zugtaufe ), en la que los vehículos recién conectados reciben una dirección secuencial y pueden identificar el lado del vehículo (denominado babor y estribor, como en el ámbito marítimo) para que las puertas se abran en el lado correcto. Se pueden asignar dinámicamente hasta 32 direcciones. Cuando se unen dos composiciones de tren, las direcciones se reasignan para formar una nueva composición de vehículos con una dirección secuencial. Los vehículos sin nodo WTB (" vehículos de conducción ") no se contabilizan.
Los fotogramas tienen una carga útil máxima de 1024 bits.
El WTB opera cíclicamente para proporcionar un funcionamiento determinista , con un período de 25 ms, utilizado principalmente para el control de tracción . El WTB también admite la transmisión esporádica de datos para diagnósticos. El contenido de las tramas periódicas y esporádicas se rige por el estándar UIC 556. [ 4 ] Dado que el tamaño de la trama es limitado, se utilizó una versión de TCP con sobrecarga reducida para la segmentación y el reensamblaje de mensajes, que al mismo tiempo permite hacer frente a los cambios en la composición, llamada RTP ( Protocolo de Tiempo Real ).
Autobús alternativo
Historia
El WTB se derivó del bus DIN alemán desarrollado por ABB Henschel (ahora Bombardier ). Se benefició de la decodificación de fase/cuadratura proporcionada por Italia y de una inauguración de trenes mejorada proporcionada por Suiza , basada en la experiencia con el bus de tracción múltiple FSK de ABB Secheron , Ginebra, utilizado en los trenes de carga de SBB . La capa física del WTB muestra similitudes con el bus de campo WorldFIP ( EN 50170 parte 4 ): su "modo de voltaje" utilizaba 1 Mbit/s y un máximo de 32 estaciones en el bus con una longitud máxima de 750 metros, el uso de transceptores FIP se estudió al principio de la evaluación de TCN, pero en su lugar se utilizó la decodificación de fase/cuadratura.
Uso
El TCN se utiliza en la mayoría de los sistemas modernos de control de trenes, generalmente conectando los vehículos con un UIC 558 de 18 pines , incluyendo:
- Deutsche Bahn : ICE T , ICE-TD , ICE 3 y TRAXX AC2 P160
- Ferrocarriles Federales Suizos : IC2000 y EW IV ( de )
- Ferrocarriles Federales Austriacos : Todos los trenes Railjet y Talent
Normas IEC 61375
IEC 61375 es un conjunto de normas.
Lecturas adicionales
Notas y referencias
- ^ Prof. Dr. Hubert Kirrmann (20 de enero de 1999 ) . "Red de comunicación de trenes IEC 61375 - Bus de vehículos multifunción 3" . Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL). Archivado desde el original (powerpoint) el 13 de abril de 2017.
- ↑ Enlace obsoleto de WorldFIP archivado el 3 de agosto de 2012 en archive.today
- ↑ "Informaciones – und Steuerungstechnik auf Schienenfahrzeugen – Bussysteme im Zug" . elektronik industrie 9/8 2008 (en alemán). Especial InnoTrans : Bahnelektronik. 2008-09-14. Archivado desde el original el 2 de abril de 2012 . Consultado el 16 de septiembre de 2011 .
- ↑ Prof. Dr. Hubert Kirrmann (20 de enero de 1999). «Red de comunicación de trenes IEC 61375 - Bus de tren de 4 hilos» . Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL). Archivado desde el original (powerpoint) el 16 de junio de 2011.
Enlaces externos
- Hubert Kirrmann (Investigación Corporativa de ABB); Pierre A. Zuber (DaimlerChrysler Rail Systems). "La red de comunicación de trenes IEC/IEEE" (PDF) . IEEE Micro . Marzo-abril de 2001: 81-92 . 0272-1732/01.
- «Red de comunicación ferroviaria IEC/IEEE/UIC para comunicaciones a bordo seguras y en tiempo real» . Bombardier Transportation. 10 de junio de 2002. Archivado del original (PowerPoint) el 22 de diciembre de 2009. Consultado el 11 de septiembre de 2011 .
- Tecnologías ferroviarias
- Autobuses en serie
- Tráfico automatizado en las vías
