IoT ferroviario embarcado (on-board railway IoT)

Si bien es conocido que el desarrollo de la tecnología ferroviaria evoluciona lentamente y su capacidad de abrazar tecnologías disruptivas es lenta, observamos que la tecnología basada en IoT (Internet of Things) está teniendo una implantación rápida y de relevancia en equipos utilizados tanto en el material rodante del ferrocarril como en la propia infraestructura.

De este modo, presentamos en este artículo algunas de las innovaciones basadas en IoT que se están implantando en la industria ferroviaria y en particular, en sistemas embarcados en el tren, haciendo un repaso de las características técnicas que requieren estos sistemas electrónicos. Describiremos además de forma muy llana, cinco factores clave que deben considerarse en el diseño de sistemas electrónicos IoT que se utilizarán a bordo de un tren, metro o tranvía.

El IoT es un concepto que se refiere a la agrupación e interconexión digital de dispositivos electrónicos a través de una red (pública o privada) donde todos ellos pueden ser visibles e interaccionar, sin la necesidad de la intervención humana explícita, estableciendo comunicaciones M2M, es decir, de una máquina a otra máquina.

Numerosos proyectos innovadores basados en IoT ya están en marcha en el sector del transporte, ofreciendo enormes beneficios para diferentes actores del mundo de ferrocarril. En particular, abordando 7 grandes áreas:

• Ver y gestionar el estado y el rendimiento de los trenes y otros activos ferroviarios, aumentando su disponibilidad y mantenibilidad.
• Conocer la ubicación de los trenes o locomotoras con monitoreo remoto con GPS.
• Recibir alertas sobre el estado o ubicación de los equipos.
• Tener información al alcance de cualquier dispositivo en tiempo real (interface web), de forma fiable y segura.
• Crear planes de mantenimiento mediante la recepción de notificaciones de los dispositivos embarcados o en la vía.
• Mejorar o enriquecer el servicio prestado a los viajeros.
• Utilización de datos objetivos para la toma de decisiones.

Algunos ejemplos...

Las administraciones de infraestructuras ferroviarias, mantenedores y fabricantes, utilizan la tecnología IoT para controlar el estado de sus sistemas, material rodante, y el entorno que rodea el tren. Por ejemplo, sensores alrededor de las ruedas y frenos de un tren hoy en día ya detectan cambios en las vibraciones y predicen situaciones que podrían causar un accidente, mientras que los sensores en la infraestructura ferroviaria detectan cambios en la temperatura y el clima críticos para una explotación segura por parte de la administraciones de infraestructuras ferroviarias . El uso de sensores proporciona un control continuo de las condiciones técnicas y de contorno. Su coste acostumbra a ser bajo e ideal para cubrir lugares que son difíciles de alcanzar para el personal, como por ejemplo, operarios de mantenimiento. Sin duda, la gestión de la infraestructura ferroviaria es una operación costosa y la IoT está ayudando a su eficiencia en muchas áreas.

Otros ejemplos vistos son la gestión durante el ciclo de vida de la disponibilidad de algunos equipos, mejorando de forma drástica los tiempos MTTR (Tiempo medio de reparación, ver publicación link): análisis del funcionamiento de las puertas y el aire acondicionado, o proporcionar pedidos y reposición automáticos de suministros para los coches-restaurante. Algunas administraciones de infraestructuras ferroviarias ya están midiendo el número de pasajeros: esperando en las estaciones, dentro de cada tren, etc. El análisis de estos datos pueden guiar a los operadores en la optimización de los horarios teniendo en cuenta la demanda de los pasajeros.

El IoT también ofrece muchas mejoras en la experiencia de viaje de los pasajeros del tren. Recientemente, una administración de infraestructuras ferroviaria ha introducido en su aplicación de móvil para clientes, el posicionamiento GPS en tiempo real sobre una interface tipo Google Maps.

Se trata del sistema llamado Geotren que estos días se ha presentado en el Smart Mobility Congress en el marco del Smart City Expo World Congress. De esta manera, los pasajeros sabrán en cada momento donde se encuentra cada tren, su destino, las próximas paradas, la puntualidad, su desempeño horario y la capacidad disponible de tren.

Este sistema también es una plataforma de datos abiertos, lo que significa que la información la podrán utilizar terceras personas para construir sus propias aplicaciones, por ejemplo.

El ámbito de los sistemas embarcados y las CINCO consideraciones básicas de diseño para la electrónica de a bordo.

Existen requisitos estrictos para los llamados equipos electrónicos embarcados para aplicaciones ferroviarias, que se establecen, normalmente, en la norma EN50155 "Aplicaciones ferroviarias. Equipos electrónicos utilizados sobre material rodante". La seguridad en el ferrocarril es siempre la principal preocupación, debido a la gran cantidad de personas que puede estar viajando a bordo de un solo tren. Esto significa, por ejemplo, que cada componente de un subsistema debe evaluarse, por ejemplo, como riesgo de propagación de fuego y humo, debiendo ser ignífugo para que no emita humo tóxico en caso de un incendio a bordo [consideración 1].

También deben estar protegidos de interferencias electromagnéticas (EMI) [consideración 2] o a cambios de temperatura exterior o interior. En el exterior de los vagones de ferrocarril, incluso durante el funcionamiento normal de los trenes, la temperatura ambiente puede variar desde frío extremo hasta calor extremo en pocos minutos (recordemos que hay trenes que pueden viajar a más de 300 km/h y los túneles presentan diferencias térmicas muy altas), mientras que las temperaturas a bordo pueden llegar a ser muy cálidas.

Esto significa que los equipos electrónicos para uso en ferrocarriles deben tener una tolerancia a la temperatura, mucho mayor que un hardware estándar de un equipo doméstico y cubrir los llamados "choques térmicos" [consideración 3]. El movimiento constante de un tren en marcha con fuertes vibraciones y aceleraciones y deceleraciones, es un entorno altamente complejo para los equipos electrónicos o equipos mecatrónicos, ya sea con piezas fijas o móviles [consideración 4]. Finalmente, el suministro eléctrico (tensión de entrada del sistema) para equipos electrónicos a bordo de un tren puede no estar garantizado, pudiendo por ejemplo aparecer ocasionales interrupciones en el suministro (cortes o micro cortes de energía) a medida que los trenes viajan a través de diferentes áreas [consideración 5].

La EN50155 llama en detalle a las siguientes normas para el cumplimiento de las CINCO grandes consideraciones de los equipos embarcados y que los sistemas IoT deberán ser capaces de soportar:

El Marcado CE y los sistemas IoT

Los equipos IoT fabricados en la Unión Europea deberán tener el Marcado CE (ver artículo Marcado CE). El sector del ferrocarril no es una excepción en el cumplimiento de las diversas Directivas Europeas de obligado cumplimiento. Un equipo IoT embarcado o ubicado en la infraestructura ferroviaria, debería cumplir con las Directivas para el Marcado CE siguientes:

• Directiva de compatibilidad electromagnética EMC 2014/30/UE.
• Directiva de baja tensión LVD 2014/35/UE.
• Directiva de equipos radioeléctricos RED 2014/53/UE.
• Directiva de registro, evaluación, autorización y restricción de productos químicos REACH 1907/2006/CE.
• Directiva RoHS de productos prohibidos 2011/65/CE.
• Directiva de residuos de equipos eléctricos y electrónicos WEEE 2012/19/UE.

Como particularidad, los sistemas basados en tecnología IoT deberán cumplir para su Marcado CE, la Directiva 2014/53/UE (RED) al ser equipos de comunicaciones de radiofrecuencia.

Leedeo presenta una experiencia dilatada en el acompañamiento del cumplimiento de la Directiva Europea RED 2014/53/UE para el Marcado CE de equipos con tecnología IoT o similar, los cuales se caracterizan por ser equipos que utilizan el espectro radioeléctrico para desarrollar sus funciones. Cuente con nuestra experiencia para superar su proceso de validación, ejecución de test tipo y homologación del producto.