Sur la bonne voie technologique

Philippe Aretz, Directeur des Réseaux de vente chez Ovarro, examine comment les unités de télémesure (RTU) peuvent aider les exploitants de réseaux ferroviaires à maintenir l’efficacité et la sécurité à un moment où le nombre de passagers augmente.

Un nombre record de déplacements de passagers a été enregistré pour l’Angleterre, l’Ecosse et le Pays de Galles par le bureau du rail et des routes (Office of Rail and Road). Un total de 1,76 milliard de déplacements a été effectué sur le réseau ferroviaire de Grande-Bretagne pendant l’année civile 2018-2019, soit une augmentation de trois pour cent par rapport à l’année précédente. Ces nombres de passagers sans précédent font peser une pression sur un réseau déjà surchargé, ce qui signifie que les équipes de maintenance sont un élément critique de l’assurance que les biens d’équipement ferroviaires fonctionnent en toute sécurité et efficacement.

Les voyageurs du Royaume-Uni ont l’habitude de se déplacer rapidement et efficacement par le train à travers l’Europe et ils sont souvent les premiers à se plaindre des retards et annulations quand ils voyagent dans les trains britanniques. En même temps, les sociétés d’exploitation ferroviaires (SEF) doivent délivrer des revenus à leurs actionnaires, ce qui signifie que tout(e) perturbation ou retard peut avoir pour conséquence une perte de recettes. Un réseau ferroviaire sous-performant supporte des frais considérables pour les passagers, les fonds publics et les actionnaires.

Avec des amendes pour trains retardés ou annulés, les exploitants ont un intérêt direct dans la gestion de la fiabilité. Il y a aussi un besoin de surveiller constamment l’impact sur l’environnement de toute opération et, par-dessus tout, d’assurer la sécurité du personnel et des passagers. La technologie la plus valable pour satisfaire ces KPI toujours plus exigeants est « l’information ». Et le dispositif le mieux approprié pour collecter et traiter ces informations est le RTU ou unité de télémesure. Ces appareils ont des antécédents, prouvés de longue date, d’installation sur les voies, aux gares et sur les biens d’équipement de signalisation et de passages à niveau où ils peuvent collecter, archiver et donner effet aux données quel que soit l’environnement.

En fait, les RTU sont des ordinateurs déployés sur les biens d’équipement ferroviaires. Ils collectent les données localement, leur donnent effet immédiatement, rapportent les données à la salle de commande et maintiennent une banque de données historiques locales à titre de solution de secours supplémentaire. Le RTU est l’appareil installé entre la salle de commande et les instruments de terrain, qui fournit une réponse à latence basse aux conditions changeantes du site et effectue un filtrage des données.

Le RTU assure que seules les informations clés critiques sont transmises par l’intermédiaire des liaisons de communication étroites, minimisant ainsi le flux de données mais en maximisant les informations utiles reçues.

La technologie de RTU est largement utilisée pour les biens d’équipement des voies et des gares. Les types spécifiques des rôles qu’ils assurent comprennent la surveillance et le contrôle de la distribution de l’électricité, la surveillance du sous-système de signalisation à distance, la surveillance des aiguillages et des passages à niveau, la surveillance de l’état des voies et des gares ainsi que des systèmes d’information des passagers. En parallèle, les RTU peuvent assurer la surveillance et le contrôle du système de localisation des trains/voies et des systèmes d’avertissement anticipés pour les trains sans conducteur.

Dossier : contrôle des réchauffeurs de points d’aiguillage pour un réseau ferroviaire européen majeur
Les RTU TBox ont été sélectionnés par un réseau ferroviaire européen majeur pour fournir une surveillance de l’état des réchauffeurs de points d’aiguillage. Le réseau ferroviaire est situé dans un pays où il existe des conditions météorologiques extrêmes et, à ce titre, l’exploitant a des travailleurs dans plus de 700 gares ferroviaires pour répondre sur appel, en continu, et dégager la neige et la glace des points d’aiguillage et les empêcher de se bloquer.

L’équipe d’entretien des voies a décidé d’installer des systèmes de réchauffement contrôlés automatiquement à tous les endroits stratégiques pour réduire le coût significatif de la main d’œuvre. De plus, des centaines de points d’aiguillage ont été équipés de petits réchauffeurs à gaz ou à électricité. En utilisant un algorithme complexe basé sur les données issues des capteurs de température et d’humidité, la glace et la neige sur les rails sont désormais détectées automatiquement. Un système de contrôle proportionnel, intégral et dérivé (PID) complexe démarre les réchauffeurs pour empêcher l’accumulation de neige ou de glace sur les points d’aiguillage.

Dans chaque gare ferroviaire, l’automatisation est assurée par une unité de télémesure (RTU) TBox située dans une armoire de commande. Selon la complexité et la taille de la gare, un ou plusieurs modules entrée/sortie sont installés comme sous-stations sur le terrain pour faire fonctionner et surveiller un groupe de réchauffeurs de points d’aiguillage. Via un réseau RS 485 local qui peut avoir plusieurs kilomètres de longueur, les sous-stations gèrent les tâches de mesure et de contrôle des systèmes de réchauffement individuels. Malgré l’interférence électrique du passage des trains, l’automatisation et les communications restent parfaitement stables. Chaque sous-station a sa propre console d’exploitation pour la maintenance et le contrôle manuel. Un seul appareil est requis pour les communications et pour le contrôle à distance des systèmes de réchauffement.

Toutes les données provenant des RTU (fonctionnement correct des capteurs, points de consigne, température extérieure, pression du gaz, consommation courante, etc.), sont transmises vers une station centrale en utilisant le logiciel SUPERVISION et un réseau Ethernet avec protocole TCP/IP. Le réseau étendu (WAN) utilise la fibre optique et des communications Ethernet. Pour la redondance et la sécurité, chaque RTU TBox a son propre modem GSM qui peut être contacté directement aux fins de maintenance ou de contrôle. Il peut aussi être utilisé pour envoyer des courriels ou des alertes vers les portables GSM.

Les principaux avantages des unités de télémesure, pour les exploitants de réseaux ferroviaires, sont qu’ils délivrent un retour sur investissement extrêmement rapide à cause des importantes économies réalisées sur la consommation d’électricité et de gaz par le système de réchauffement entièrement contrôlé. Le contrôle à distance total de chaque gare ferroviaire, en éliminant le besoin de personnel local pour dégager les points d’aiguillage, a permis que ce personnel soit déployé pour d’autres tâches.

Les derniers RTU offrent la fiabilité des composants matériels et logiciels la plus élevée, ce qui était essentiel du fait de l’environnement extrêmement rude (forte interférence électrique, température basse). De plus, le système permet l’enregistrement des données locales des événements et l’enregistrement de la consommation en énergie, des températures et des périodes de fonctionnement des équipements, ce qui s’avère être une information de valeur pour l’équipe de gestion. Le système fournit une signalisation automatique des alertes au personnel de maintenance chargé des points d’aiguillage.

Non seulement les systèmes de réchauffement assurent la sécurité et la fiabilité, mais ils permettent de réaliser d’importantes économies d’énergie grâce à l’automatisation. En utilisant un appareil programmable comme le RTU TBox, cela offre des économies significatives par rapport aux techniques plus anciennes où les réchauffeurs étaient constamment actifs pendant tout l’hiver ou fonctionnaient sous thermostat.

Progrès dans les RTU

Un besoin accru d’efficacité et de sécurité donne une impulsion au marché pour l’analyse des données et la surveillance des biens d’équipement dans le secteur ferroviaire et l’exemple précédent n’illustre que l’un des avantages pratiques. Les RTU facilitent ces processus parce qu’ils peuvent être déployés sur une vaste gamme de biens d’équipement, depuis les voies et les tunnels jusqu’aux systèmes de signalisation, aux gares et aux gares de triage.

Une fois en place, la vraie valeur d’un RTU est qu’il peut effectuer un contrôle autonome en temps réel puis rendre compte au SUPERVISION qu’il a tout sous contrôle. Les opérateurs, à l’interface SUPERVISION, peuvent « superviser » les opérations en fixant de nouveaux indicateurs de performance clés (KPI) (points de consigne) ou en actualisant les instructions (ouvrir/fermer ceci, démarrer/arrêter cela, par exemple) sur lesquels les RTU agiront et qu’ils géreront localement.

Les caractéristiques clés requises dans un RTU sont la sûreté et la résistance à l’environnement du site, une capacité de fonctionnement avec un prélèvement minimal sur les ressources en électricité et la puissance de traitement locales, pour exécuter les algorithmes de contrôle locaux de façon autonome. Il est aussi bénéfique d’avoir une capacité de diagnostic étendue et un délai moyen de réparation (Mean Time To Repair – MTTR) bas, pour réduire le temps que les ingénieurs doivent passer sur le site, améliorant ainsi l’efficacité et la sécurité du personnel.

De plus, parce que les RTU font tout localement, cela signifie que si les communications sont interrompues, elles continuent à fonctionner, maintenant ainsi un enregistrement historique et le transmettant plus tard. Dans les localisations distantes, les communications sont régulièrement interrompues, bien que les RTU puissent gérer cela. Par exemple, les données collectées par le RTU peuvent être utilisées à l’appui des décisions de maintenance et pour vérifier que les obligations concernant l’environnement sont respectées. Actuellement, la plupart des RTU ne sont utilisés que pour les opérations, bien qu’ils puissent soutenir les équipes de maintenance, les initiatives de santé et de sécurité et la gestion de l’environnement. Cette capacité de fournir des données précises en temps réel permet aux sociétés exploitantes de réseaux ferroviaires de prendre des décisions meilleures et plus informées. Quand on considère l’avenir, les RTU ultérieurs, qui sont déjà des « mini-PC sur le terrain », peuvent transformer un bien d’équipement ferroviaire vieillissant en un bien « intelligent ». Cela est possible en installant un RTU pour lui permettre de déduire des tendances, d’interpréter et de donner effet à des données recueillies auprès de ce bien d’équipement âgé.

Enfin, un dernier point mais pas le moindre, la cyber-sécurité devient aujourd’hui une préoccupation majeure. La sécurité des TBox devient une préoccupation majeure. Le RTU TBox intègre toutes les fonctionnalités nécessaires pour protéger le bien d’équipement contre les attaques extérieures en utilisant un mécanisme de début de session, le chiffrage, le pare-feu, la protection contre les dénis de service et la protection contre les attaques en force.

Conclusion

Les RTU continuent à évoluer et à devenir plus puissants et, comme le secteur ferroviaire recherche des moyens plus efficaces de traiter des nombres record de passagers, leur utilisation semble destinée à s’accroître. Une innovation continue aidera à impulser ce changement ; il est déjà possible de déployer des RTU sur une vaste gamme de biens d’équipement ferroviaires, quels que soient leur taille et leur âge. Une redondance et une résilience intégrées aident également, en évitant les défaillances de systèmes. En même temps, des améliorations dans la puissance et le flux de traitement aident les RTU à suivre le rythme de la demande croissante concernant les données.

Avec des biens d’équipement dispersés géographiquement et de multiples processus qui produisent tous d’énormes quantités de données, la clé de l’assurance que ces améliorations favorisent la performance, c’est d’être capable de les capturer et de les interpréter en temps réel. La toute dernière technologie hautement robuste des RTU est spécifiquement axée sur cela, aidant ainsi les sociétés exploitantes de réseaux ferroviaires à respecter leurs engagements à l’égard de leurs investisseurs et de leurs clients.