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SSC: Sistema di supporto alla condotta

PAOLO SANNA coordinatore impianti tecnologici della Struttura operativa tecnica della Direzione compartimentale Infrastruttura di Cagliari di RFI SpA

onostante il trasporto ferroviario sia considerato il più sicuro fra tutti i sistemi di trasporto, alcuni gravi incidenti ferroviari evidenziano che il punto debole del sistema è costituito dal fattore umano,che può non rispondere nel modo dovuto all’input fornito dal segnalamento di linea, in assenza d‘altri sistemi d’automazione di “protezione” del treno. Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) e il sistema di supporto alla condotta (SSC) sono fra le tecnologie individuate in RFI per raggiungere l’obiettivo di migliorare gli standard di sicurezza dell’infrastruttura e del materiale rotabile. La copertura delle linee dell’intera rete con i sistemi SCMT e SSC dovrà avvenire entro la fine del 2007. Il sistema di cui ci occupiamo è il cosiddetto SSC (Sistema di supporto alla condotta). Esso introduce un’ulteriore interfaccia tra il sistema di segnalamento (terra) e l’uomo (bordo) eliminando, come si vedrà, la possibilità d‘errore, realizzando la protezione del treno mediante il controllo della marcia rispetto ai segnali fissi e ai limiti di velocità imposti dall’infrastruttura. In tal modo viene esteso anche alle linee regionali l’alto livello di sicurezza che le Ferrovie italiane forniscono alle linee ad alta velocità e alle linee principali grazie al più complesso sistema SCMT. Il sistema è stato installato dapprima, sperimentalmente, sulla rete sarda per poi essere esteso a tutta la rete di carattere complementare o regionale, per un totale di circa 6.000 km. Il sistema SSC è un sistema di semplice installazione e costi ridotti: la progettazione,lo sviluppo e la costruzione del SSC sui 431 km di linee della rete sarda sono stati effettuati in tempi molto ridotti (dal maggio 2005 al giugno 2006) grazie alle sue caratteristiche intrinseche e alla stretta collaborazione tra RFI e fornitore nel risolvere gli immancabi-

DANIELE SEGLIAS direttore compartimentale Infrastruttura di Cagliari di RFI SpA

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li problemi che un nuovo impianto, per di più connesso al segnalamento, comporta per l’esercizio. In Sardegna il SSC è stato attivato in tre fasi temporali: • fase 1, marzo 2006: tratta Oristano-Chilivani, km 119; tratta Decimomannu-Carbonia-Iglesias, km 60; • fase 2, aprile 2006: tratta Sanluri-Oristano, km 50; tratta Chilivani-Porto Torres, km 66; • fase 3, giugno 2006: tratta Cagliari-Sanluri, km 44; tratta Chilivani-G.Aranci, km 92. Anche l’allestimento del sistema di bordo richiede tempi ridotti, in quanto una squadra può allestire due automotrici in una settimana. Al momento sono state allestite solamente automotrici della serie ALn 663 e ALn 668, mentre sarà studiata l’installazione per i “Minuetto”, per i treni MD e per i locomotori D445 già in dotazione.

IL

SISTEMA

Se il macchinista, per qualsiasi motivo, non fosse in grado d‘operare, il sistema interverrebbe immediatamente al superamento del primo segnale con aspetto restrittivo non riconosciuto, causando l’arresto del treno. In seguito saranno implementate ulteriori funzioni, come la gestione dei rallentamenti, non ancora realizzata. Per meglio comprendere il funzionamento del SSC s‘immagini di seguire un treno che, dalla piena linea, si avvicina a una stazione o a un passaggio a livello dotato di segnalamento proprio (figura 1). fig. 1 – Transponder Tag su palina e sul fondo segnale d’avviso di PL

SSC

Il sistema SSC è costituito dal sottosistema di terra (SST), che è l’insieme di tutte le apparecchiature interfacciate col sistema di segnalamento ferroviario, e dal sottosistema di bordo (SSB), che è l’insieme di tutte le apparecchiature installate sul treno. Le informazioni fornite dal segnalamento vengono trasmesse al treno dal SSB per mezzo di trasmissioni radio che avvengono ogniqualvolta il treno passa in prossimità d‘un segnale. Il SSB riceve tali dati e li trasmette all’elaboratore digitale di bordo, il quale, confrontando i dati ricevuti (telegramma) con quelli della condotta di marcia, può decidere d‘intervenire sull’impianto di frenatura del treno. Ne consegue che il superamento indebito d‘un segnale a via impedita o il superamento della velocità consentita sui deviatoi darà luogo all’intervento del sistema sul freno attuando l’arresto immediato del treno, mentre il superamento della velocità di linea causerà un intervento del sistema teso a riportare la velocità a quella ammissibile.

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Il treno 100 m prima del segnale d’avviso incontra il “Transponder Tag” (o semplicemente Tag) che riceve dal treno una portante radio e la ritrasmette al treno stesso: questo allerta il sistema di bordo, che dopo 100 m s’aspetta d’incontrare il segnale d’avviso. In caso contrario (transponder guasto) si avrà l’arresto del treno. In corrispondenza del segnale d’avviso viene inviato al treno un telegramma, ovvero una serie di dati codificati (figura 2a), col quale il sistema viene informato dell’aspetto del segnale stesso, della sua distanza dal segnale successivo nonché d’altri dati utili.

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fig. 2a – Esempio di telegramma al segnale d’avviso

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18/04/2006 12:11:PRIMO TELEGRAMMA RICEVUTO: Aspetto: 02 : Giallo Spento Spento TIP 01 : Avviso DECT:Distanza Corretto Tracciato su 9 bit 101 = 1010 metri DDEV:Distanza Deviata su 9 bit 0 = 0 metri ID:Identificativo=567(0x00000237) DIR:Direzione 1 --> Dispari VDEV:Vel Itinerario deviato 00 : Nessuno DLDEV:Distanza Tratto in deviata 0 = 0 metri FR:Grado di frenatura=2(0x02) VLIN:Velocita' di linea 20 = 100 Km/h VVLIN1:Prima Variazione Velocita' di linea 0 = 0 Km/h DVVLIN1:Distanza Prima Variazione Velocita' di linea 0 = 0 metri VVLIN2:Seconda Variazione Velocita' di linea 0 = 0 Km/h DVVLIN2:Distanza Seconda Variazione Velocita' di linea 0 = 0 metri VRALL:Velocita' rallentamento successivo 0 = 0 Km/h DRALL:Dist. tra segn. ed inizio rall. succ. 0 = 0 m LRALL:Lunghezza del rallentamento 0 = 0 m

06/04/2006 12:56:PRIMO TELEGRAMMA RICEVUTO: Aspetto: 02 : Giallo Spento Spento TIP 02 : Protezione DECT:Distanza Corretto Tracciato su 9 bit 77 = 770 metri DDEV:Distanza Deviata su 9 bit 77 = 770 metri ID:Identificativo=552(0x00000228) DIR:Direzione 0 --> Pari VDEV:Vel Itinerario deviato 01 : 30 Km/h DLDEV:Distanza Tratto in deviata 13 = 650 metri FR:Grado di frenatura=7(0x07) VLIN:Velocita' di linea 16 = 80 Km/h VVLIN1:Prima Variazione Velocita' di linea 12 = 60 Km/h DVVLIN1:Distanza Prima Variazione Velocita' di linea 3 = 300 metri VVLIN2:Seconda Variazione Velocita' di linea 0 = 0 Km/h DVVLIN2:Distanza Seconda Variazione Velocita' di linea 0 = 0 metri VRALL:Velocita' rallentamento successivo 0 = 0 Km/h DRALL:Dist. tra segn. ed inizio rall. succ. 0 = 0 m LRALL:Lunghezza del rallentamento 0 = 0 m

ASPETTI SUCCESSIVI:

ASPETTI SUCCESSIVI:

18/04/2006 12:11: FINE REGISTRAZIONE

06/04/2006 12:56: FINE REGISTRAZIONE

In base a tali indicazioni il sistema decide che, se il segnale d’avviso è a via libera senza limitazioni di velocità, il treno può proseguire alla velocità di linea, mentre se presenta un aspetto restrittivo dovrà variare la velocità in modo tale da fermarsi al segnale di protezione o presentarsi a esso con la velocità prescritta. Se il treno non dovesse rispettare le velocità d’approccio, il sistema interviene limitando la velocità ai valori prescritti. Nella figura 2b è riportato il telegramma ricevuto da un treno che oltrepassa un segnale di protezione disposto al giallo. Con riferimento all’esempio di telegramma riportato in figura 2b, prima d’oltrepassare detto segnale il personale di macchina deve riconoscere lo stesso segnale in quanto presenta un aspetto restrittivo. Il treno, che proviene dalla piena linea dove la velocità è di 80 km/h, dovrà ridurre la velocità a 60 km/h dopo un tratto di 300 m per poi entrare in deviata, dove dovrà rispettare la velo-

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fig. 2b – Esempio di telegramma al segnale di protezione

SPOSTARE LA FIGURA 2B IN BASSO PAGINA

cità massima di 30 km/h, e presentarsi fermo innanzi al successivo segnale di partenza; inoltre viene stabilito un appuntamento con il segnale di partenza della stessa stazione a 770 m di distanza. Quando il treno oltrepassa il segnale di partenza, il SSB riceverà un nuovo telegramma contenente, fra l’altro, la velocità di linea, che da quel momento non potrà essere superata. Qualora l’impianto relativo a un certo segnale si guastasse, non trovando “l’appuntamento”, il sistema comanda la fermata del treno. Poiché gli appuntamenti sono fissati per distanze non superiori ai 2.000 m, l’ultimo segnale di partenza in uscita dalla stazione in genere non dà alcun appuntamento, a meno della presenza di un PL protetto dai segnali propri. Sfruttando il fatto che le antenne sono installate ai due lati contrapposti dell’automotrice e che le stesse funzionano per portanti a diversa frequenza è stato possibile creare dei punti informativi da situare in corrispondenza dei bivi in modo da rendere completo il controllo sulla condotta.

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fig. 3 – Esempio del concetto “d’appuntamento” fra segnali successivi

ARCHITETTURA

DI SISTEMA

SOTTOSISTEMA

DI TERRA I componenti (figura 4) sono installati direttamente sui segnali luminosi esistenti lungo la linea. Essi consistono in un encoder, in un transponder e in un transponder tag. Il primo ha la funzione d’acquisire l’aspetto dei segnali e di generare in sicurezza un telegramma per il transponder contenente tutte le informazioni relative agli aspetti del segnale e ai parametri della linea, queste ultime inserite e memorizzate, una volta per tutte, in una memoria non volatile tipo NVRAM.

ENCODER L’encoder è costituito dalle seguenti sezioni: • elaboratore digitale; • circuiti d’ingresso per l’acquisizione dell’aspetto dei segnali; • circuiteria per il pilotaggio del transponder; • alimentazione sicura per la circuiteria per il pilotaggio del transponder; • alimentazione per l’elaboratore digitale e i circuiti d’ingresso.

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fig. 4 – Architettura sistema di terra

TS 16 bit

HEADER

DATA

CRC32

8 bit

96 bit

32 bit

fig. 5 – Struttura del telegramma formato dall’encoder. Si tratta d’un pacchetto di 152 bit di cui i primi 16 (“training system”) servono per la sincronizzazione del ricevitore, i successivi 8 sono l’intestazione, quindi 96 bit per i dati da trasmettere e infine 32 bit per esigenze di codifica. La velocità media dei dati è di 33 kb/s

Inoltre l’encoder è dotato d’interfaccia seriale RS232 per consentire l’interfacciamento d’un PC tramite il quale sono possibili le operazioni di configurazione e di verifica e di un’interfaccia RS485 mediante la quale colloquia con il transponder.

RIDURRE LE DIMENSIONI DELLA FIG. 4

TRANSPONDER Il transponder, come già accennato, è un apparato di trasmissione semi-passiva: la generazione della portante di sistema, alla frequenza di 5,8 Ghz, è eseguita dall’apparato del SSB, mentre il transponder esegue la riflessione di tale portante dopo averla

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modulata con segnale a frequenza intermedia (sottoportante) sul quale, a sua volta, è stato modulato, con tecnica di modulazione BPSK (BiPhase Shift Keying). Le informazioni da trasmettere al treno, elaborate dall’encoder, vengono digitalizzate e inviate al transponder tramite un’interfaccia RS485 (segnale in banda base), quindi modulate secondo il sistema BPSK sulla sottoportante a 10,7 Mhz (F1) se il treno è sul binario legale, e 13 Mhz (F2) se il treno è sul binario illegale. Una caratteristica positiva di questa tecnica è che l’ampiezza della portante resta costante, cosa che consente d’utilizzare la massima potenza del trasmettitore. Per contro, poiché il segnale in banda base è costituito da impulsi rettangolari, l’occupazione di banda è assai elevata e necessita d’un canale a banda larga. Per questo motivo il segnale viene ulteriormente modulato su una portante avente frequenza 5,8 Ghz.

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ARCHITETTUTA

DEL SSB Il sistema SSB è schematicamente rappresentato nella figura 6. Esso è costituito dai seguenti elementi: • logica di bordo; • antenne RX anteriori e posteriori con scheda ricevitore; • tool d’installazione e manutenzione. Inoltre sono integrati nel sistema: diagnostica, sistema di localizzazione (GPS) e trasmissione radio (GSM). fig. 6 – Architettura sistema di bordo

TRANSPONDER TAG Viene installato 100 m prima del segnale d’avviso; è anch’esso un sistema semipassivo di trasmissione la cui funzione è quella d’inviare al treno un telegramma preconfigurato che predispone il sistema al funzionamento.

SOTTOSISTEMA

DI BORDO

Il sottosistema di bordo è preposto al continuo controllo e rispetto del segnalamento e dei limiti di velocità; in particolare richiede, da parte del macchinista, il riconoscimento dell’aspetto (restrittivo) del segnale incontrato attraverso l’azionamento d’un apposito tasto posto sulla pulsantiera installata nella cabina di guida. Nel caso in cui non ci sia coincidenza tra le informazioni trasmesse dal SST tramite il transponder e le operazioni del macchinista, il sistema interviene attivando la frenatura del treno. Il sistema interviene anche quando non viene rispettato l’aspetto restrittivo d’un segnale o non viene ridotta la velocità in base alle informazioni ricevute dal SST.

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L’elaboratore digitale è il “cuore” del sistema: esso scambia dati tramite le interfacce e interviene sulla condotta del treno. Le interfacce (figura 6) sono: • l’interfaccia B attraverso la quale l’elaboratore digitale riceve il telegramma dalle antenne RX tramite la scheda ricevitore.Tali informazioni vengono elaborate al fine di pilotare i cruscotti e la frenatura d’emergenza; • l’interfaccia col sistema GPS per acquisire i dati sulle coordina-

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te geografiche e sulla velocità. Anche questi dati vengono utilizzati dall’elaboratore per limitare la velocità o fermare il treno. Le distanze vengono anche calcolate (in modo più preciso) in base all’indicazione di velocità fornita dal dispositivo Hasler della macchina e al diametro della ruota che viene calcolato ogni duecento metri; • l’interfaccia GSM-R GSM, ancora non utilizzata, che potrà trasmettere dati relativi alla diagnostica del sistema tramite un messaggio SMS a un posto diagnostico SSC; • l’interfaccia T con la quale è possibile, tramite un tool di diagnostica e manutenzione, registrare tutti gli eventi che accadono durante una corsa, con particolare riferimento alla diagnostica; • l’interfaccia con i cruscotti anteriore e posteriore: il macchinista non conosce i telegrammi scambiati tra SSB e SST, ma colloquia col sistema unicamente tramite il cruscotto (figura 7). fig. 7 – Cruscotto SSC

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Il cruscotto SSC è costituito da: • un avvisatore acustico integrato nel cruscotto; • un pulsante SSC di colore blu, che esclude l’apparecchiatura in caso di guasto a terra (e la reinserisce); • un indicatore a led bianco che s’illumina in caso di guasto a terra; • un commutatore a due posizioni “MAN/SR – TRENO”, per attivare la modalità operativa “manovra” (led rosso acceso lampeggiante) o la funzione “supero rosso” (led rosso acceso fisso), oppure la modalità operativa “treno” (led bianco acceso fisso); • un pulsante RF di colore bianco, per segnalare l’attivazione della frenatura d’emergenza e per il riarmo della stessa; • un pulsante CSR di colore giallo, per il riconoscimento dell’aspetto restrittivo dei segnali. L’elaboratore digitale inoltre rileva malfunzionamenti di SST e SSB, memorizza informazioni relative all’operato del personale di macchina, registra eventi diagnostici analizzabili tramite il tool d’installazione e manutenzione, rende disponibili i dati necessari alla valutazione funzionale del SSB (spazio percorso, velocità del treno, telegramma ricevuto, stato ingressi/uscite, tetti di velocità imposti ecc.) su interfaccia seriale RS-232/RS-485. Inoltre i dati sul funzionamento di SSB vengono registrati nella memoria di massa d’un data logger avente capacità non minore di 1GB.

CONCLUSIONI Da quanto sopra esposto risulta evidente che il sistema di supporto alla condotta SSC è un impianto che aumenta notevolmente la sicurezza dell’esercizio ferroviario. Il sistema di terra è composto da tre soli componenti che vengono sostituiti in caso di guasto: ne consegue che l’ impianto non richiede manutenzione; per contro, dovrà essere curata la gestione delle scorte. Il sistema non dispone d’una diagnostica dei guasti, nel senso che non è possibile conoscere a priori l’esistenza di un’anormalità ed

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è pertanto soltanto al passaggio del treno (Tag non rilevato o arresto del treno al segnale) che il personale di condotta darà avviso dell’anormalità al DCO/DM, che a sua volta avviserà il CEI (coordinatore infrastrutture), che informerà l’agente della manutenzione interessato. Per quanto riguarda l’affidabilità del sistema, i requisiti imposti da RFI sono: • encoder 120.000 ore; • transponder 90.000 ore; • SSB 30.000 ore.

INSERIRE LA LEGENDA: VEDERE ORIGINALE DELLA CARTINA

correggere: fig. 8 - Il SSC nel territorio

L’SSC nel territorio

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