Ficha Proyecto I.E. 2009-2010



Demostrador Funcional para Instalaciones de Protección y Control de Trenes

Coordinador(a): JUAN DE DIOS SANZ BOBIS
Centro: ETSI INDUSTRIALES
Nivel: A. Grupos de Innovación Educativa
Palabras clave:
  • Competencias transversales
  • Desarrollo de TIC's
  • Elaboracion material docente
  • Método Análisis de Casos
  • Planificación y coordinación docente
Miembros de la comunidad UPM que lo componen
Nombre y apellidos Centro Plaza Email
José M. Cabanellas Becerra ETSI INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD josemaria.cabanellas[at]upm[dot]es
Antonio Carretero Díaz ETSI INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD a.carretero[at]upm[dot]es
Jesús Felez Mindán ETSI INDUSTRIALES CATEDRATICO UNIVERSIDAD jesus.felez[at]upm[dot]es
Mª Luisa Martínez Muneta ETSI INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD luisa.mtzmuneta[at]upm[dot]es
José Manuel Mera Sánchez de Pedro ETSI INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD josemanuel.mera[at]upm[dot]es
Gregorio Romero Rey ETSI INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD gregorio.romero[at]upm[dot]es
Berta Suárez Esteban ETSI INDUSTRIALES PRF.CONTR.DOCT. b.suarez[at]upm[dot]es
Lineas de trabajo principales en las que incide
Línea 2. Proyectos interdisciplinares en titulaciones de grado y postgrado
- Desarrollo coordinado de Grupo de asignaturas que constituyan unidades coherentes desde el punto de vista disciplinar
Línea 3. Mejora del proceso educativo a nivel de asignaturas de grado y postgrado
- Desarrollo de material docente para la Red
- Cambio metodológico orientado al aprendizaje y evaluación de competencias generales, complementarias a las competencias específicas de la asignatura
- Experiencias innovadoras de evaluación de los resultados del aprendizaje orientadas a la evaluación
Descripción del desarrollo y las fases
RESUMEN DEL PROYECTO

 

Este proyecto se enmarca en el ámbito de la docencia en ferrocarriles y conlleva a la ejecución de una herramienta para reproducir, de una manera flexible en configuración, la explotación ferroviaria de estaciones y trayectos sobre un modelo a escala para comprobar la programación funcional de las instalaciones de seguridad en la circulación en lo relativo a los sistemas de protección al tren (enclavamientos y bloqueo).
Para ello, se instrumentará un conjunto a escala 1:50, comercialmente H0, con objeto de tener un escenario de vías donde poder ensayar configuraciones para la protección del tren. En concreto, se dispondrá de sensores en vía para delimitar tramos, secciones de estación o cantones de trayecto, señales, para la autorización de movimiento y control del avance del tren.
Una herramienta informática, sobre un PC dotado de entradas y salidas para el mando y supervisión de los elementos instalados en la maqueta H0, incorporará las reglas funcionales que existen en las instalaciones reales en los equipos de enclavamiento y bloqueo a fin de asegurar la circulación trenes sin choque ni alcance. Estas reglas funcionales se harán de acuerdo a la especificación técnica aplicada en ADIF, Ente Público Administrador de las Infraestructuras Ferroviarias, para enclavamientos eléctricos y la metodología de diseño software y hardware se hará siguiendo los principios de las normas UNE-EN 50126, UNE-EN 50128 y UNE-EN 50129.
De esta manera, se constituye un demostrador para que los alumnos puedan desarrollar el programa de explotación completo de un enclavamiento, definiendo la lista de movimientos y las causas de incompatibilidad entre los mismos, así como del bloqueo de vía entre estaciones colaterales que podrá programarse como unidireccional o bidireccional de cantón único o múltiple (hasta 6 trenes simultáneos).
La innovación de la propuesta estriba en que este demostrador, que aquí se propone, tiene la ventaja de hacer un control que no recae en aplicaciones embutidas en una máquina tipo PC, sino que, tal y como se encontrarán los alumnos en la realidad ferroviaria, las aplicaciones de control ferroviaria han de disponer de un interfaz con la vía en el que intervienen factores eléctricos y mecánicos asociados a la circulación del tren. De esta manera, los alumnos podrán recibir no sólo los conceptos acordes a las reglas funcionales de los equipos, sino a tratar con la conexión en vía y con los problemas propios de instalación y que llevan a situaciones de peligro tales como deslizamientos del movimiento del tren o solape entre secciones de vía consecutivas.
OBJETIVOS DEL PROYECTO

 

  • Dotar de un laboratorio para el desarrollo de la docencia en ferrocarriles que sea acorde a la demanda de formación que solicita el sector.
  • Disponer de un prototipo con principios operativos y de diseño en consonancia con los que están disponibles en la red ferroviaria de interés general.
  • Desarrollar un conjunto de ejercicios prácticos para tener una mejora de la metodología de formación de los alumnos y de evaluación en las técnicas de instalaciones para el control de trenes y la repercusión en la seguridad en la circulación.
JUSTIFICACION DEL PROYECTO

 

La docencia actual en ferrocarriles se imparte en la actualidad mediante lecciones magistrales con power point y trabajos grupales, realizando problemas y ejercicios fundamentalmente de corte teórico. La realidad industrial de las instalaciones se puede concretar en una visita al puesto demando ferroviario de Metro o Adif.
La carencia fundamental es la ausencia de una sala donde realizar prácticas en un entorno orientado a la solución que existe en el sector ferroviario para las instalaciones de protección de trenes. Las instalaciones representan un 40% de inversión en una línea de nueva construcción y son el punto crítico de la explotación y la gestión ferroviaria.
Por otro lado, la interoperabilidad ferroviaria es una realidad transfronteriza que, sólo atendiendo a las líneas de alta velocidad, representa un horizonte creciente hasta el 2020; lo que supone una demanda importante de ingeniería, destacando la industrial, para afrontar estas actuaciones. La demanda del sector ferroviario viene siendo ascendente desde el inicio de los años 90 en ingenieros que puedan afrontar la redacción y ejecución de los proyectos de instalaciones y el mantenimiento de las instalaciones objeto de ejecución.
Frente a este marco resulta evidente la necesidad de innovar en esta materia, reforzando la metodología existente en la formación y evaluación; permitiendo la ejecución de este proyecto contribuir a esta tarea, pudiendo observar la contribución a la innovación educativa en este ámbito en el anejo denominado “formulario_para_la_innovación_en_asignaturas.xls”.
FASES DEL PROYECTO

 

  1. Búsqueda del estado del arte en tres actividades: sensorización e instrumentación, software de manejo fácil y entorno amigable, funciones y equipos ferroviarios.
Este punto es el principal en formación del equipo de trabajo, pues permitirá adquirir el conocimiento general y específico necesario para el logro de los objetivos.
  1. Diseño de la instalación y acopio de material.
Este punto, también orientado a la capacitación del equipo investigador dentro de las funciones de aplicación ferroviaria, permitirá concretar y dimensionar las dependencias de circulación (estación y trayecto) a considerar:
§         Capacidad del tramo: hasta 6 trenes para generar conflictos de adelanto, cruce y apartado. Todo ello basado en una maqueta comercial a escala H0.
§         Estación: vías de circulación, dispositivos de aguja, secciones de vía y señales de inicio y final de movimiento.
§         Trayecto: funcionalidad de bloqueos bidireccionales o unidireccoionales, con capacidad para un tren o múltiples trenes. Conceptos de circulación a contravía.
§         Reglas para posición de las señales y repercusión de los aspectos de las mismas.
§         Definición del equipamiento hardware para el control de la instalación, la supervisión de la vía y el mando de avance y parada del tren. Para ello, se definirán interfaces eléctricos que serán de entrada optoacoplada y de salida por contacto libre de potencial, en un máximo de 12 V, para impedir riesgos eléctricos.
§         Búsqueda de proveedores de componentes, equipos y medios a emplear en el proyecto, evaluación de ofertas, aprobación y generación de las órdenes de pedido.
  1. Definición del Programa de Formación del alumno. Definido el alcance de la instalación, se procederá a generar un plan estructurado que, de la vía a un equipo de control, permita al alumno practicar y adquirir el conocimiento específico:
§         Definición de las funciones incorporadas en el demostrador de la instalación y objetivos del programa de ejercicios.
§         Ejercicios para la definición y nomenclatura de los elementos de campo: vías, desvíos, señales, cantones.
§         Ejercicios para descripción de los interfaces de operación: catálogo de mandos e indicaciones.
§         Ejecución de mando de avance del tren (en maqueta) y algoritmos de seguimiento del tren en puesto de control
§         Ejercicios para identificación de rutas admisibles con la generación de la lista de movimientos.
§         Ejercicio para asignar las condiciones de seguridad de cada ruta, mediante la identificación de las secciones implicadas, la posición de las agujas y el aspecto de las señales.
§         Ejercicios para determinar la compatibilidad de movimientos, identificando las causas de las mismas.
§         Ejercicios para determinar la explotación del bloqueo y programación de sucesión de trenes.
  1. Desarrollo Hardware.
En la parte referida al hardware consta de circuitos para detección del tren, se dispondrá de una fuente de alimentación regulable y el desarrollo de una electrónica básica basada en la medida del consumo en las vías de la maqueta H0 en presencia o ausencia de tren.
En la parte relativa al control del avance del tren, desarrollo de una electrónica básica que permita polarizar los carriles de cada vía (alimentados a 12Vcc) para permitir la circulación bidirteccional en cada vía de estación y trayecto.
 
Como equipo de control, para puesto de instrucción del alumno, un PC dotado de suficientes tarjetas de adquisición de Entrada y Salida discretas para supervisar la posición del tren, ordenar el sentido de circulación del tren, mandar y supervisar los aspectos de las señales (constituidas por dos leds, rojo y verde para definir la orden de parada y avance, respectivamente, del tren). Se considerará de manera especial el aislamiento de este puesto según UNE-EN50129 para equipos electrónicos en aplicaciones ferroviarias.
Una fuente de alimentación regulable, máximo 24 Vcc y 2 A, para la alimentación de los interfaces, sensores y tarjetas de entrada y salida.
  1. Desarrollo software.
Se propone considerar  LabWindows en su versión 8.5, cuyo lenguaje de programación es C++.
El software se desarrollará considerando la metodología de UNE-EN50128 para aplicaciones ferroviarias.
Habrá de considerarse tres módulos fundamentales:
§         Cuerpo funcional, de acuerdo a las especificaciones técnicas de ADIF para el suministro de enclavamientos eléctricos, con objeto de incorporar las reglas básicas que definan la operativa de la instalación.
§         Cuerpo práctico, para programar los ejercicios objeto de esta innovación educativa y que incluya dos modos de funcionamiento: uno semiautomático, para desarrollar ejercicios paso a paso, y otro automático,  para pruebas de conjunto y verificación de resultados finales
§         Interfaz gráfica para el manejo acorde al desarrollo de los ejercicios, con una representación sinóptica en consonancia con los sistemas videográficos habituales del sector ferroviario.
  1. Integración, pruebas y documentación de diseño, manuales de usuario, manual del instructor y cuaderno del alumno. Estos resultados estarán disponibles en las plataformas de tele-enseñanza moodle, de manera más general, y aulaweb, como herramienta de acceso a todos los alumnos de la E.T.S. de Ingenieros Industriales.
Planificación:

Fase
Identificación
Programación en Meses Curso 2009-1010
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
Estado del arte
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2
Diseño de la instalación y acopio de material
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3
Programa de formación del alumno
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4
Desarrollo Hardware
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5
Desarrollo software.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6
Integración y pruebas.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

EVALUACION DE RESULTADOS

 

Se propone una serie de actuaciones:
  1. Para verificación de resultados y coincidiendo con el final de la fase 6 del proyecto
  • Uso del demostrador, mediante voluntarios con formación ferroviaria, entre alumnos de curso 2009-2010 y profesorado que hagan una valoración cualitativa y cuantitativa en cuanto a los siguientes términos:
o        Valoración cualitativa: realidad de la solución, utilidad en la formación de enclavamientos y bloqueos, facilidad de uso.
o        Valoración cuantitativa de los conceptos clave: enclavamiento, bloqueo, elementos de campo, programa de explotación, cuadro de incompatibilidades.
  •   Uso del demostrador, mediante voluntarios sin formación ferroviaria pero con interés en el sector, profesores y alumnos para valorar cualitativa y cuantitativamente los mismos criterios que el grupo de individuos con formación.
  1. Con los alumnos del curso académico 2010-2011 (primeros usuarios), se crearán dos grupos de trabajo en los que, recibiendo la totalidad de alumnos la misma formación, se pueda medir la aceptación del demostrador frente a la única lección sobre power point; alterando el orden práctica-lección. A estos alumnos se les hará una prueba para medir el nivel de conceptos y se les facilitará una encuesta en los términos de los individuos del punto 1.