del Piloto Autom´atico
El transporte colectivo metro est´a constituido por trenes equipados con un sistema de pilotaje autom´atico (PA) dise˜nado modularmente, el cual se encarga de ejecutar diferentes programas de navegaci´on, mismos que hacen operar de maneras variadas al tren seg´un la situaci´on en la que ´este se encuentre; por ejemplo: regular la velocidad del tren a un valor constante cuando la v´ıa est´a seca y a otro valor diferente cuando est´a mojada, acelerar, desacelerar, abrir, cerrar puertas s´olo en casos estrictamente definidos, realizar cabios de velocidad para mantener distancias prudentes entre trenes que circulan en una direcci´on de la l´ınea, etc. El PA recibe un conjunto de instrucciones que se denominanprograma a trav´es de antenas de radio frecuencia (RF) que se encuentran colocadas en forma de cableado a lo largo de la v´ıa, dicho cableado se denominatapiz y emite portadoras en frecuencias cercanas a los 135KHz. La se˜nal de radio es recibida en el tren, tambi´en mediante antenas de RF llamadas
captores que env´ıan la RF a trav´es de cable coaxial hacia los m´odulos del PA encargados de
desmodular, decodificar e interpretar el programa.
Existen cuatromodos de conducci´on que ejecuta el sistema de PA en base a la interpre- taci´on que se realice del programa: Piloto Autom´atico (PA), Conducci´on Manual Controlada (CMC), Conducci´on Manual Limitada (CML) y Conducci´on Manual Restringida (CMR).
22 2.2. Funcionamiento del Metro y diagn´ostico actual del Piloto Autom´atico
activan en distintas situaciones. El modo PA se encuentra seleccionado de manera habitual, significa que el sistema de pilotaje autom´atico se encarga totalmente de la conducci´on del tren, lo cual indica que no existen situaciones anormales tanto en el tren como en su entorno. El modo CMC se activa cuando existe una falla en el sistema (en el tren, en su entorno o en el modo de PA) impidiendo que el modo PA funcione de manera adecuada, as´ı el tren puede ser conducido por el operador de manera controlada usando el programa. En el modo CML se agregan restricciones a la conducci´on asistida con respecto al modo CMC. Estando seleccionado el modo CML las condiciones en las que el operador debe conducir el tren no son tan favorables como para usar el modo CMC; por ejemplo, durante operaciones de manteni- miento dentro de un taller o una ca´ıda parcial del sistema de PA. Aqu´ı las restricciones tienen que ver, principalmente, con la limitaci´on de la velocidad, que por seguridad se establece, adem´as de que el operador deber´a pedir autorizaci´on antes de tomar cualquier acci´on. En el modo CMR las restricciones que tiene el sistema de PA y el operador son casi totales, no opera ninguna funci´on autom´atica del sistema de PA (el control se transfiere totalmente y de manera restringida al operador del tren), la velocidad del tren se restringe a la tracci´on m´ınima posible y el operador deber´a llevar a cabo de manera manual cualquier operaci´on; tal vez ante una ca´ıda total del sistema de PA. El modo PA es el ´unico que puede ser usado si el tren est´a en servicio normal.
El STC (Sistema de Transporte Colectivo) metro cuenta con diferentes modelos de sistemas de pilotaje autom´atico que han sido adquiridos en etapas subsecuentes del crecimiento de la red de transporte. La finalidad que tienen estos diferentes modelos en el tren es la misma que ya hemos mencionado al principio, sin embargo tienen diferencias en cuanto a que est´an dise˜nados para funcionar en trenes de distintas series: JH (control de velocidad electromec´anico),Chopper (control de velocidad electr´onico con tiristores), SACEM (control de velocidad electr´onico con IGBTs); siendo el ´ultimo el m´as reciente. La atenci´on de este trabajo se enfoca en el piloto autom´atico que funciona en trenes modelo Chopper NM-79 cuya poblaci´on en la red es de 58 trenes (de 9 carros) mismos que representan un 22 % de los 258 trenes que deben estar de servicio en la red (el inventario total es de 355). Estos trenes circulan por las l´ıneas 1, 3, 7, 8 y 9. A este sistema de PA se le conoce comomaterial NM-79
Chopper (al sistema JH se le conoce como material MP-68 JH) que por comodidad s´olo
llamaremos “PA 135 versi´on Chopper’’, haciendo lo mismo para el JH. Puede consultarse [3] para m´as detalles sobre el parque vehicular del STC metro.
El PA 135 versi´on Chopper (tambi´en la versi´on JH) est´a constituido por dos secciones que se denominan m´odulos de interpretaci´on, mismos que a su vez est´an conformados cada uno porcajones que tienen diferentes finalidades espec´ıficas. A saber:
M´odulo de interpretaci´on PA-CMC.
1. Caj´on I de Alimentaci´on. 2. Caj´on II de Seguridades.
3. Caj´on III de Cable de energ´ıa. 4. Caj´on IV de Captaci´on.
M´odulo de interpretaci´on CML-CMR.
1. Caj´on I de Alimentaci´on. 2. Caj´on II de Seguridades.
Actualmente el pilotaje autom´atico recibe mantenimiento correctivo usando un equipo llamadobanco simulador de pruebas, cuya caracter´ıstica principal es la obsolescencia (dise˜nado en los a˜nos 70’s) puesto que es demasiado pesado y voluminoso. V´ease la Figura 2.2. El banco de pruebas intercambia se˜nales con el sistema de PA sujeto de pruebas, usando su puerto principal (conocido como conector ‘‘meduza’’, ver Figura 2.3a) y sus puertos de pruebas (conectores DB-25 en la parte frontal de cada caj´on, ver Figura 2.3b), adem´as todo el PA debe estar conectado (los 6 cajones) para que sea posible realizar las pruebas necesarias (rutinas de prueba descritas en el manual del banco simulador[4]), que consisten en simular se˜nales que el tren genera y recibe mientras circula y se presentan situaciones espec´ıficas provistas en el programa. En dicha simulaci´on, se asume que si alguna rutina est´a dise˜nada para verificar el funcionamiento de un caj´on en particular, los dem´as cajones est´an funcionando correctamente, lo cual permite aislar una falla a nivel caj´on.
Figura 2.2: Banco de pruebas que actualmente se usa en el laboratorio.
Como se observa, el PA es un sistema complejo que controla operaciones cruciales para la seguridad de los pasajeros y por lo tanto, es muy importante que se mantenga en buen estado operativo proporcion´andole servicio de mantenimiento preventivo y correctivo de calidad en el m´ınimo tiempo posible, lo cual requiere gran flexibilidad. El sistema con el que se cuenta actualmente (Banco Simulador) ha demostrado ser a lo largo de algunas de d´ecadas de servicio, su gran robustez; sin embargo, no es trasportable en lo absoluto, lo que lo hace sumamente limitado, confinando su uso para situaciones poco diversas.
Para lograr la flexibilidad deseada y dada la naturaleza del sistema se ha planteado usar t´ecnicas de reconocimiento de patrones programadas en una computadora, para monitorizar
24 2.2. Funcionamiento del Metro y diagn´ostico actual del Piloto Autom´atico
(a)
(b)
Figura 2.3: (a) Panel delatero y (b) panel trasero del chasis de montaje del Sistema de Pilotaje Autom´atico. (1) Conector de puntos de prueba DB-25, (2) bus de cables de puntos de prueba provenientes del Banco Simulador de pruebas, (3) conector meduza y (4) bus de cableado proveniente del sistema el´ectrico del tren (o del Banco Simulador en caso de que el PA se encuentre en el taller y sea objeto de pruebas). Los conectores de puntos de pruebas, s´olo son usados cuando el PA se halla como sujeto de pruebas con el Banco Simulador. En el tren no se usan.
se˜nales espec´ıficas que el t´ecnico experto en la reparaci´on del PA ha mencionado como de especial importancia, con el fin de detectar una o m´as fallas que presente el sistema en alguno o algunos cajones, teniendo la certeza de que no se trasladar´a al laboratorio equipo que no est´a fallando, evitando as´ı da˜nos1 innecesarios que pudieran generarse durante el traslado desde un taller no equipado.
La decisi´on sobre el algoritmo de reconocimiento de patrones que habr´a de usarse fue tomada a partir de la evaluaci´on y comparaci´on de dos de ellos:
1. LAMDA (Learning Algorithm for Multivariable Data Analysis).
2. Redes Neuronales Artificiales de retro-propagaci´on (‘‘Back Propagation Neural Net-
works’’ o Perceptr´on multicapa: MLP).