IT/OT em Sistemas de Trens

Quais sistemas de Tecnologia da Informação podem apoiar a Tecnologia Operacional

ISO/TS 22163

A ISO/TS 22163 é uma especificação técnica que define os requisitos para um sistema de gestão da qualidade no setor ferroviário. Ela é baseada na estrutura da ISO 9001, mas com requisitos adicionais específicos para a indústria ferroviária.

A Tecnologia Operacional (OT) — Elétrica

Um sistema elétrico de trens baseado em catenária e pantógrafo é projetado para fornecer energia elétrica ao trem de forma contínua e eficiente enquanto ele está em movimento. Aqui está como funciona:

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1. Catenária
A catenária é a infraestrutura suspensa responsável por conduzir a energia elétrica. Ela é composta por:

- Fio de contato: É o fio inferior da catenária que entra em contato direto com o pantógrafo do trem. Ele é feito de materiais como cobre ou ligas de cobre para alta condutividade.

- Fios de sustentação: Fios superiores que mantêm o fio de contato tensionado e em posição. Isso evita oscilações excessivas e garante uma transferência de energia estável.

- Isoladores: Elementos que impedem que a eletricidade da catenária se disperse para a estrutura de suporte, como postes ou torres.

- Postes e mastros: Sustentam toda a estrutura da catenária. São espaçados de forma a garantir a tensão uniforme ao longo do sistema.

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2. Pantógrafo
O pantógrafo é o dispositivo instalado no teto do trem, projetado para coletar a energia da catenária. Ele inclui:

- Estrutura articulada: Permite que o pantógrafo se ajuste automaticamente à altura e à posição do fio de contato, garantindo o contato constante.

- Paleta de contato: Superfície condutora que toca o fio de contato. Geralmente, é feita de grafite ou materiais condutivos com baixa abrasividade para reduzir o desgaste.

- Mecanismo de mola ou hidráulico: Garante pressão adequada entre o pantógrafo e o fio de contato, independentemente das irregularidades do trilho ou da catenária.

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3. Fornecimento de Energia
O sistema elétrico funciona em alta tensão e corrente alternada (AC) ou corrente contínua (DC), dependendo do país e do tipo de sistema ferroviário. Os principais componentes são:

- Subestações elétricas: Transformam e regulam a energia elétrica proveniente da rede de distribuição para o nível necessário (exemplo: 25 kV AC ou 1.5 kV DC).

- Linhas de transmissão: Transportam a energia elétrica das subestações para a catenária.

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4. Operação
1. Transferência de energia:
— O pantógrafo faz contato com o fio de contato da catenária.
— A energia elétrica é transferida para o pantógrafo.

2. Conversão e uso no trem:
— A energia passa por transformadores e inversores no trem para ajustar a tensão e frequência ao nível necessário para os motores de tração.
— O trem usa essa energia para acionar os motores que giram as rodas, além de alimentar sistemas auxiliares, como iluminação, ar condicionado e controle.

3. Regeneração de energia:
— Alguns sistemas permitem a recuperação de energia durante a frenagem do trem (frenagem regenerativa), devolvendo parte da energia para a catenária ou reutilizando-a internamente.

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5. Manutenção e Segurança
- Tensão do fio: A catenária é mantida sob tensão controlada para evitar flacidez ou rupturas.
- Monitoramento do pantógrafo: Inspeções regulares garantem que o contato seja eficiente e que não haja desgaste excessivo.
- Proteção contra falhas: Disjuntores automáticos e sistemas de proteção garantem a segurança em caso de curto-circuito ou queda de energia.

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Convergência com Tecnologia da Informação(IT)

O sistema elétrico de trens com catenária e pantógrafo é apoiado por uma ampla gama de SISTEMAS DIGITAIS, que garantem sua eficiência, segurança, confiabilidade e manutenção. Esses sistemas se integram para monitorar, gerenciar e otimizar a operação de trens e da infraestrutura.

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1. Supervisão e Controle da Energia
- SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition):
— Monitora e controla o fornecimento de energia elétrica nas subestações e na catenária.
— Detecta falhas, como quedas de tensão ou curtos-circuitos, e permite ações remotas.
— Integra alarmes e diagnósticos em tempo real.

- Sistemas de Gestão de Subestações:
— Gerenciam a conversão de energia para os níveis de tensão necessários.
— Realizam medições de corrente, tensão e potência para análise de consumo e eficiência.

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2. Sistemas de Controle de Trens
- ETCS (European Train Control System) ou CBTC (Communications-Based Train Control):
— Garantem o controle automático dos trens (velocidade, frenagem e segurança).
— Permitem comunicação entre os trens e os centros de controle para sincronizar o uso da energia elétrica.

- TMS (Train Management System):
— Gerencia o tráfego ferroviário e coordena a operação de múltiplos trens no sistema.
— Otimiza o uso da energia, evitando sobrecargas no sistema elétrico.

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3. Monitoramento de Infraestrutura
- Sistemas de Inspeção da Catenária:
— Trens ou drones equipados com sensores LiDAR e câmeras inspecionam a catenária, medindo sua altura, alinhamento e tensão.
— Sistemas de visão computacional detectam desgaste ou danos no fio de contato.

- Monitoramento do Pantógrafo:
— Sensores instalados no pantógrafo medem o contato, desgaste e vibração.
— Sistemas IoT (Internet das Coisas) transmitem dados em tempo real para análises preditivas.

- Digital Twins (Gêmeos Digitais):
— Criam uma réplica virtual da infraestrutura para simulações, otimização e planejamento de manutenção.

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4. Gestão de Manutenção
- CMMS (Computerized Maintenance Management Systems):
— Planejam e executam manutenções preditivas e preventivas nos sistemas de catenária, pantógrafos e subestações.
— Integram dados de sensores e diagnósticos automáticos para reduzir falhas.

- Análise Preditiva com Machine Learning:
— Preveem falhas com base em dados históricos e monitoramento em tempo real.
— Aumentam a eficiência operacional, reduzindo o tempo de inatividade.

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5. Comunicação e Conectividade
- Redes de Comunicação Móveis e Fixas (LTE-R, 5G, ou fibra óptica):
— Garantem conectividade de alta velocidade entre os trens, a infraestrutura e os centros de controle.

- Sistemas IoT e Edge Computing:
— Dispositivos IoT coletam dados localmente (como temperatura, vibração e tensão) e os processam no Edge para decisões rápidas.

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6. Segurança e Proteção
- Sistemas de Proteção de Rede Elétrica:
— Detectam anomalias no fornecimento de energia, como surtos ou interrupções.
— Automatizam o desligamento de setores para evitar danos.

- Cybersecurity:
— Protegem os sistemas de SCADA, TMS e IoT contra ataques cibernéticos.
— Implementam firewalls, criptografia e monitoramento de intrusões.

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7. Sustentabilidade e Eficiência Energética
- Sistemas de Monitoramento de Consumo de Energia:
— Calculam a eficiência do uso da energia e identificam áreas para otimização.
— Integram frenagem regenerativa para armazenar ou reutilizar a energia devolvida pelos trens.

- Sistemas de Gestão de Carbono:
— Monitoram a pegada de carbono do sistema ferroviário e promovem práticas de redução de emissões.

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8. Integração com Outros Sistemas
- Sistemas de Gestão de Mobilidade Urbana:
— Coordenam o transporte ferroviário com ônibus, metrôs e outros modais.
— Otimizam o planejamento de viagens e fluxos de passageiros.

- Plataformas de Big Data e Analytics:
— Consolam todos os dados operacionais, de infraestrutura e de consumo para análises e relatórios.

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Em IT/OT estes sistemas digitais trabalham de forma integrada para otimizar a operação ferroviária, melhorar a segurança, reduzir custos e aumentar a sustentabilidade. O avanço dessas tecnologias, como o uso de Inteligência Artificial e IoT, está transformando a gestão e a operação de trens elétricos.