Modelado e implementación automática de sistemas críticos de enclavamiento ferroviario basados en FPGA

Título

Modelado e implementación automática de sistemas críticos de enclavamiento ferroviario basados en FPGA

Colaborador

Lutenberg, Ariel

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2024-11-29

Extensión

xv, 315 p.

Resumen

Los sistemas de enclavamientos ferroviarios controlan el señalamiento de forma tal de garantizar que las formaciones se desplacen de forma segura, sin colisiones ni descarrilamientos. El señalamiento incluye los semáforos (o señales) que otorgan autoridad a los maquinistas para transitar por las vías, en función del estado de la infraestructura ferroviaria implicada, como pasos a nivel, desvíos, etc. El diseño del señalamiento es un proceso complejo que involucra el análisis de la red ferroviaria, la detección de zonas riesgosas y la correcta ubicación de las señales. La generación automática de la señalización es valiosa y útil cuando se desarrolla una nueva red ferroviaria o cuando se reactiva una red ferroviaria abandonada. En este contexto, se diseñó un conjunto de herramientas que, a partir del trazado ferroviario, realizan de forma automática el diseño e implementación del señalamiento utilizando un lenguaje de descripción de hardware (HDL, por sus siglas en inglés, Hardware Description Language). La etapa encargada del diseño del señalamiento ferroviario es el Analizador de Redes Ferroviarias (RNA, por sus siglas en ingl´es, Railway Network Analyzer). En tanto que de la implementación en VHDL (por sus siglas en inglés, Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) se encarga el Generador Automático de Código (ACG, por sus siglas en inglés, Automatic Code Generator). Ambas herramientas intercambian información entre sí y con los usuarios, mediante el estándar abierto de intercambio de datos de infraestructura ferroviaria railML. Finalmente, el Generador Automático de Interfaz Gráfica (AGG, por sus siglas en inglés, Automatic Graphic User Interface Generator), construye una interfaz interactiva para el operador, que permite visualizar el estado del enclavamiento y comandarlo en tiempo real. El señalamiento generado incluye el número de las señales necesarias, su posición y orientación, además de la tabla de enclavamiento. La tabla de enclavamientos, el cumplimiento de los principios de diseño ferroviario y la sintaxis del archivo railML generado son validados por el mismo RNA. El archivo railML generado junto con el modelo de comportamiento dinámico, definido en redes de Petri, es utilizado por el ACG para implementar el sistema de enclavamiento. La interfaz gráfica generada a medida de cada sistema por el AGG permite interactuar con el sistema implementado.
Railway interlocking systems controls signaling to guarantee that trains operate safely, avoiding collisions and derailments. Signaling includes the traffic lights (or signals) that authorize train drivers to transit over the next railway tracks, based on the state of the associated railway infrastructure, such as level crossings, switches, etc. Signaling design is a complex process that involves railway network analysis, detection of zones where collisions or derailments are likely, and accurately positioning the signals. The automatic generation of signalling is particularly valuable and beneficial when developing a new railway network or reactivating an abandoned railway network. In this context, a set of tools was designed to automatically perform the design and implementation of railway signaling using a hardware description language, based on the railway layout. The stage responsible for the design of railway signaling is the Railway Network Analyzer (RNA). The implementation in VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) is handled by the Automatic Code Generator (ACG). Both tools exchange information with each other and with users through the open standard for railway infrastructure data exchange, railML. Finally, the Automatic Graphical User Interface Generator (AGG) constructs an interactive interface for the operator, allowing real-time visualization and control of the interlocking status. The generated signaling includes the number of necessary signals, their position and orientation, as well as the interlocking table. The interlocking table, compliance with railway design principles, and the syntax of the generated railML file are validated by the RNA itself. The generated railML file, along with the dynamic behavior model defined in Petri nets, is used by the ACG to implement the interlocking system. The graphical interface custom-generated for each system by the AGG allows interaction with the implemented system.