UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INSTITUTO DE POSTGRADO Y FORMACIÓN CONTINUA

MÁSTER EN GESTIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA EN EL SECTOR ELÉCTRICO

TESIS DE MÁSTER

SISTEMA DE FACTURACIÓN DEL CONSUMO

DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL NUEVO

MARCO REGULATORIO FERROVIARIO

Autor: José Ramón de Miguel Mansilla

Madrid, Enero 2.004

i Enero-2.004

Índice

1. Antecedentes ....................................................................................... 1

2. Objeto .................................................................................................. 3

3. Justificación de la solución adoptada................................................. 5

4. Descripción general de la solución adoptada..................................... 8

5. Descripción técnica del equipo móvil .............................................. 11

5.1 Funcionalidad requerida para el equipo móvil........................................... 11

5.1.1 Datos a registrar .............................................................................. 12

5.1.2 Autonomía de registro .................................................................... 13

5.2 Solución adoptada para el equipo móvil .................................................... 14

5.2.1 Arquitectura ..................................................................................... 14

5.2.2 Componentes ................................................................................... 16

5.2.3 Funciones de autotest ..................................................................... 24

5.2.4 Interfaz con equipos exteriores ...................................................... 26

5.2.5 Modos de funcionamiento .............................................................. 26

5.2.6 Identificación del vehículo .............................................................. 27

5.2.7 Requisitos de interoperabilidad...................................................... 28

5.2.8 Requisitos dimensionales ................................................................ 28

6. Centro de control............................................................................... 29

6.1 Funcionalidad requerida .............................................................................. 29

6.1.1 Comunicación con los equipos móviles .......................................... 29

6.1.2 Comunicación con SITRA ................................................................. 30

6.1.3 Comunicación con sistema de telemedida. .................................... 32

6.1.4 Módulo de facturación .................................................................... 35

6.1.5 Identificación geográfica de los consumos .................................... 37

6.1.6 Tipificación de consumos ................................................................ 38

6.1.7 Tratamientos de circulaciones sin medida directa ......................... 43

6.1.8 Estimación de los coeficientes de reparto...................................... 44

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6.1.9 Asignación de consumos a las subestaciones y cálculo de la energía de pérdidas ......................................................................... 46

6.1.10 Cálculo del coste de la energía........................................................ 48

6.1.11 Generación de facturas.................................................................... 51

6.1.12 Soporte de ampliación para el tratamiento de la energía consumida en otras infraestructuras ferroviarias.......................... 53

6.1.13 Otras funcionalidades...................................................................... 55

6.2 Solución adoptada para el centro de control ............................................. 56

6.2.1 Introducción ..................................................................................... 56

6.2.2 Entorno de aplicaciones .................................................................. 57

6.2.3 Arquitectura hardware del centro de control ................................ 62

7. Descripción técnica del sistema de comunicaciones ........................ 66

7.1 Funcionalidad requerida para el sistema de comunicaciones.................... 66

7.2 Solución adoptada para el sistema de comunicaciones............................. 68

7.2.1 Metodología de registro ................................................................. 68

7.2.2 Registro de incidencias .................................................................... 73

7.2.3 Estructura del paquete de información a transmitir ..................... 74

7.2.4 Hardware empleado para proceso de comunicaciones................. 75

8. Anexos ............................................................................................... 78

8.1 Ley sector ferroviario ................................................................................... 78

8.1.1 Introducción y antecedentes........................................................... 78

8.1.2 Del monopolio al mercado competitivo ......................................... 79

8.1.3 Gestión de la infraestructura .......................................................... 79

8.1.4 Operadores y adjudicación de red.................................................. 80

8.1.5 Administración ferroviaria .............................................................. 81

8.1.6 Calendario de apertura.................................................................... 81

8.2 Precio de la energía ...................................................................................... 82

8.2.1 Introducción ..................................................................................... 82

8.2.2 Sistema tarifario............................................................................... 84

8.2.3 Cálculo del precio de la energía consumida................................... 87

8.2.4 Otras posibilidades de eficiencia energética.................................. 89

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8.3 Bibliografía.................................................................................................... 91

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1. Antecedentes

En este momento en España los principales sectores económicos se encuentran involucrados en un gran proceso de transformación que les afecta, fundamentalmente por dos factores clave:

? Los procesos de liberalización, que como consecuencia de nuestra pertenencia a la Unión Europea obligan a los gobiernos a eliminar las barreras a la entrada de competencia extranjera por una parte y a la eliminación de monopolios y su sustitución por mercados transparentes donde sea posible la entrada de nuevos agentes por otra.

? Las políticas de reducción de costes que, beneficiadas de los procesos de liberalización anteriores, permiten la optimización del uso de los recursos de las empresas y la necesidad de un cambio en los modelos de gestión de costes tradicionales.

Uno de estos sectores que están sufriendo la transformación a un entorno en competencia es el del transporte ferroviario.

Del marco regulado vigente en España, donde una única empresa verticalmente integrada en el negocio abarcaba todas las actividades, se pasará en breve a un entorno liberalizado donde varios operadores ferroviarios podrán ofrecer sus servicios al ciudadano.

El sector ferroviario en la Unión Europea está inmerso ya en un proceso de cambios orientados hacia la apertura de sus redes a nuevos operadores que puedan ofrecer sus servicios en todo el territorio europeo.

La necesidad de convertir el ferrocarril en un modo de transporte competitivo y de abrir los mercados ferroviarios nacionales al transporte internacional de mercancías realizado por las empresas ferroviarias establecidas en cualquier estado de la Unión Europea, ha hecho preciso aprobar un conjunto de directivas dirigidas a dinamizar el sector ferroviario europeo.

El pasado 29 de Octubre de 2003 el pleno del Congreso de los Diputados aprobó la nueva Ley del Sector Ferroviario, que traspone a la legislación española las tres directivas comunitarias denominadas “paquete ferroviario” (directivas del Parlamento y del Consejo 2001/12/CE, 2001/13/CE y 2001/14/CE de 26 de febrero de 2.001). La ley desarrolla un nuevo modelo ferroviario que permitirá la progresiva apertura hacia un mercado en competencia y supone en la práctica el pistoletazo de salida de una profunda reestructuración que abarcará la práctica totalidad del ferrocarril español.

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Ante el nuevo marco regulador que se avecina es ingente el número de retos tanto técnicos como regulatorios a los que se deberá hacer frente en un breve periodo de tiempo.

En breve se constituirá un ente administrador de la infraestructura ferroviaria (A.D.I.F.) que dará servicio a una serie de futuros operadores ferroviarios que actuarán en competencia.

De igual modo a lo que sucede con el negocio eléctrico o el de las telecomunicaciones, el sector ferroviario cuenta con unas características especiales que deben ser tenidas en cuenta. En concreto no se puede obviar la necesidad de una infraestructura ferroviaria que necesita ser separada y gestionada adecuadamente aparte del negocio liberalizado de la prestación de servicios ferroviarios.

Para las tradicionales empresas ferroviarias, en general públicas y verticalmente integradas, esta nueva situación supone la necesidad de preparar su estructura y sus procesos para poder adaptarse al nuevo marco regulatorio.

Pero el aluvión de transformaciones que se requieren debe contemplarse como una oportunidad para obtener una ventaja competitiva más que como un mal necesario impuesto por la nueva normativa.

En este contexto, y particularizándolo en el caso de España, es interesante aprovechar las sinergias que resultan de la coincidencia de dos circunstancias singulares:

? La liberalización del sector ferroviario europeo, que abrirá las redes a nuevos operadores que podrán ofrecer sus servicios en toda la Unión.

? La liberalización del sector energético, que abre importantes oportunidades de reducción de costes.

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2. Objeto

El consumo de energía para tracción es uno de los costes más importantes en la prestación de servicios ferroviarios. Se estima que un 10% de los costes en que incurre un operador ferroviario se debe al consumo de energía eléctrica para la tracción de su material rodante.

La tabla siguiente muestra el porcentaje sobre el total de sus costes que supone el consumo de energía para las actuales unidades de negocio de Renfe dedicadas a la prestación de servicios de transporte. Las cifras son relativas al ejercicio 2.002.

Unidad de Negocio

Regionales Cercanías Alta

Velocidad Grandes Líneas Cargas Transporte

Combinado Coste energía (millones de euros) 8,9 64,271 10,86 24,207 38,061 19,17 Total costes (millones de euros) 177,356 465,905 150,526 388,222 285,297 160,913 Porcentaje 5,02% 13,79% 7,21% 6,24% 13,34% 11,91%

* Se ha de tener en cuenta que parte de la cobertura de servicios prestada por Renfe se proporciona mediante el empleo de tracción diesel. De ahí los menores porcentajes en las U.U.N.N. de regionales y grandes líneas.

Partiendo del entorno descrito y teniendo en consideración que el consumo de energía eléctrica es uno de los costes más importantes en los que un operador ferroviario incurre para el desarrollo de su negocio, se plantea la necesidad de desarrollar un sistema de facturación del consumo de energía eléctrica que dé respuesta a dos retos fundamentales:

? Facturar a cada operador ferroviario, de forma precisa y transparente, el coste real de la energía eléctrica que consume en su utilización de la infraestructura ferroviaria con su material móvil. Esta facturación debe incluir las pérdidas que el consumo de cada operador produce tanto en subestación como en catenaria.

? Ofrecer a los operadores información suficiente para facilitarles su correcta gestión energética e incentivar un consumo eficiente. De este modo será posible colaborar con la tan necesaria gestión de la demanda: por un lado se incentivarán las circulaciones en horas valle y por otro se empezarán a desarrollar políticas de conducción más eficientes que traten de buscar un ahorro energético.

El objeto de la presente tesis de master es definir el sistema de facturación automática que permita lograr los dos objetivos propuestos. Si bien el sistema, en su concepción más general, podría ser empleado por cualquier gestor de infraestructura ferroviaria, nuestro

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estudio se basará en el entorno de la infraestructura ferroviaria española tradicional, alimentada en corriente continua.

El sistema deberá ser en la medida de lo posible altamente automatizado, para conseguir una facturación precisa y con los mínimos errores posibles.

El sistema debe ser concebido para tratar las circulaciones ferroviarias entre las fronteras de los países, si bien actualmente en España no existe ningún tránsito internacional de material motor eléctrico; es decir no existe ningún tren que circule por la infraestructura española y también por la infraestructura portuguesa o francesa.

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3. Justificación de la solución adoptada

Antes de abordar el planteamiento de las diferentes opciones técnicas que permitan lograr los objetivos del sistema de facturación, es preciso considerar las siguientes circunstancias:

• Precio de la energía contratada por Renfe:

El precio de la energía contratada por Renfe es fijo y diferente para cada subestación. El precio de la energía se contrata anualmente con un comercializador, sin considerar el momento en que se realicen los consumos ni los desvíos que se produzcan posteriormente entre la energía consumida y la energía contratada. De este modo Renfe no asume ningún riesgo de precio ni de cantidad en la compra de su energía.

Para contratar su energía Renfe aporta las curvas de carga horaria de cada subestación para que el comercializador calcule un precio de oferta para cada una de ellas. Posteriormente se realiza una comparativa con el precio de la tarifa eléctrica vigente y elige el más beneficioso.

Esta situación es un claro ejemplo de la falta de reglas favorecedoras del correcto funcionamiento del mercado eléctrico en España, si bien no forma parte del contenido de esta tesis el discutir dicha situación ni plantear otra posible regulación al respecto.

En el futuro cercano está situación cambiará y el precio de la energía en cada subestación podría ser contratado por el gestor de la infraestructura ferroviaria mediante un precio mensual de referencia (acordado en contrato con el comercializador o indexado al precio del pool) más los costes de peajes, costes comerciales, desvíos, etc.

Puesto que los contratos se realizan por subestación, el precio de la energía varía entre las subestaciones distribuidas por la geografía nacional.

? Precio de la energía imputada a cada operador ferroviario:

Para lograr un consumo de energía eléctrica eficiente entre los operadores ferroviarios es fundamental que el precio de la energía que se les factura sea el correspondiente a la energía que realmente consumen. Por tanto el precio de la energía imputada a los operadores debe variar en función de las subestaciones desde las que se ha alimentado su material móvil.

Una vez que Renfe contrate la energía como se propone en el apartado anterior, no resultará viable realizar un reparto de los diferentes conceptos de los costes de la

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energía consumida entre las diferentes circulaciones, dada la elevadísima dificultad que conllevaría.

La alternativa más sencilla es considerar para la imputación de costes únicamente un sistema de periodos tarifarios similar al de tarifas generales de acceso de alta tensión establecido en el R.D. 2820/1998 de 23 de Diciembre, pero considerando como base el precio contratado por Renfe para cada subestación. En el anejo 8.2 se profundiza en una propuesta de precios para facturar el consumo a los operadores.

• En la red convencional de Renfe, la alimentación en catenaria para la tracción se realiza en corriente continua a 3.000 V. Cada tramo de catenaria puede ser alimentado desde una o dos subestaciones. Estas subestaciones como se ha reseñado pueden tener precios de energía diferentes, por lo que se deberá realizar un reparto de los consumos de los equipos móviles entre las subestaciones entre las que estén circulando. Este problema no se plantea en las nuevas líneas de alta velocidad alimentadas en corriente alterna, ya que cada tramo de catenaria se alimenta únicamente desde una subestación.

Teniendo en cuenta los condicionantes expuestos, para conseguir el objetivo final de facturación a los operadores por el coste real de la energía consumida, se pueden considerar tres alternativas básicas:

a) Simulación:

El sistema de facturación se basaría en un simulador alimentado con los datos necesarios del trazado de las vías, perfiles de velocidad, puntos singulares, configuración del sistema de alimentación eléctrica, características y comportamiento del material móvil, planes de explotación ferroviaria, escenarios de explotación, etc. Con estos datos y corriendo diversos escenarios posibles de explotación se obtendrían las circulaciones previstas y sus consumos.

Posteriormente se realizaría una simulación eléctrica para obtener las intensidades circuladas, las tensiones, las potencias suministradas por las subestaciones, los coeficientes de reparto entre subestaciones y las pérdidas producidas.

El modelo debería ser ajustado mediante la medición de datos de consumo reales.

Finalmente se procedería a la facturación mediante la aplicación de los precios de la energía vigentes por subestación y periodo horario.

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Esta opción contiene una elevada indefinición en la manera de considerar las circulaciones y muy posiblemente los resultados de las circulaciones obtenidas disten mucho de las circulaciones reales. Del mismo modo los consumos finales son estimados por un simulador y no medidos, por lo que su fiabilidad se reduce.

Otra problemática importante es la dificultad de simular los distintos comportamientos en la conducción, al tratarse éste de un factor humano.

Pero el mayor déficit de esta solución es que la transparencia del método de facturación es muy escasa, pues la facturación a los distintos operadores depende de un complejo modelo de simulación nada accesible a los operadores.

Si bien el método no necesita la instalación de equipos de medida en el material móvil para su funcionamiento, sí los requiere para su ajuste.

b) Precio único sin discriminación espacial.

Esta segunda alternativa implica equipar los terminales móviles con equipos de medida. A cada circulación se le facturará un precio proporcional a su consumo medido y no al consumo estimado.

El precio unitario del kWh consumido será una ponderación de los precios de las diferentes subestaciones que permita igualar la suma de las facturaciones a todos los operadores ferroviarios y el coste total de la energía consumida en la infraestructura.

Este segundo método no resuelve la problemática de que el precio contratado en cada subestación es diferente.

c) Localización geográfica de los consumos.

Como mejora sobre la alternativa anterior, este sistema equipa adicionalmente el material rodante con un equipo de localización geográfica. Con la ayuda de un sistema geográfico de información se podrá ubicar con precisión cada consumo en el espacio y en el tiempo, lo que proporcionará los datos de partida para el reparto de las energías consumidas entre las subestaciones que alimentan cada tramo.

Se adopta esta solución para su estudio detallado, al considerarse la más completa de las tres expuestas.

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4. Descripción general de la solución adoptada

Antes de abordar la descripción detallada del sistema de facturación propuesto conviene hacer una presentación de carácter general previa, con el fin de obtener una idea básica de los componentes que configuran el sistema y cómo sus funcionalidades particulares alcanzan en conjunto el objetivo buscado: lograr la facturación a los distintos operadores ferroviarios.

Para la consecución del objetivo propuesto es necesario contar con:

• Los datos del lugar y el momento en que se producen los consumos de cada circulación:

Es necesario recoger los datos de campo del consumo realizado por cada vehículo y conocer dónde y cuándo se produjo ese consumo. Para ello, se instalarán en el material móvil sistemas de:

- Medición de energía (contador horario).

- Localización geográfica (GPS).

- Reloj/calendario en tiempo real.

- Comunicación con el centro de control (GSM o GPRS).

? Un centro de control de control donde se realice la centralización de las comunicaciones con los equipos móviles con objeto de recibir y recopilar los datos de consumo y localización registrados por los equipos instalados en el material rodante, realizando posteriormente las operaciones de tratamiento y gestión de datos que permitan la facturación de su consumo a cada operador.

Las operaciones básicas a realizar en el centro de control serán:

- Recepción de los datos de consumo y su localización espacio-temporal.

- Estimación del reparto de la energía consumida por los vehículos en un tramo entre las subestaciones situadas en sus extremos.

- Asignación a cada vehículo de la energía de pérdidas que le corresponda, tanto de transformación, rectificación y transporte.

- Tipificación de los consumos por tramos, vehículos y velocidad media, de cara a estimar el consumo de circulaciones que no cuenten con sistema de medida de consumo de energía.

- Localización espacio-temporal de circulaciones que no dispongan de medida directa, para lo que se hace necesaria la comunicación con el sistema SITRA que permite conocer todas las circulaciones producidas.

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- Recopilación de los datos de consumos de las subestaciones mediante la comunicación con el concentrador de información del sistema de telemedida de Renfe.

- Generación automática de facturas mensuales para cada vehículo mediante la aplicación de un adecuado sistema de precios.

Uno de los pilares principales para que el sistema pueda implantarse con fiabilidad es que no conlleve una alta participación humana en la introducción de datos y su posterior tratamiento para la elaboración de las facturas; es decir el proceso debe ser lo más automático posible.

Para lograr esta automatización, hasta que todo el material móvil no cuente con equipos de localización y medida, se debe plantear un método para detectar estas circulaciones y proceder con posterioridad a estimar sus consumos. Renfe dispone de un sistema de control denominado Sitra que contiene la información de la posición de cada tren en cada momento en toda la geografía nacional. Por tanto será habilitado un canal de comunicaciones con el sistema Sitra para la obtención de los datos necesarios para el sistema de facturación. Los datos obtenidos de Sitra no sólo permitirán la detección de trenes que no dispongan de equipos de medida embarcados, sino que también permitirá localizar equipos que sí dispongan de ellos pero que por circunstancias particulares no realicen correctamente su función (avería, fallo en la cobertura por entrada en un túnel, problemas del operador de comunicaciones, restricciones en el servicio GPS, etc.).

Para realizar correctamente el balance global de energías se deben conocer los consumos de las subestaciones de tracción. Renfe dispone de un sistema de telemedida instalado en las subestaciones y que proporcionan el consumo de las subestaciones en forma de curva de carga horaria. Se establecerá un enlace con este sistema de telemedida para obtener los datos del consumo producido en las subestaciones.

Un diagrama genérico de los distintos grupos funcionales de los que se compone el sistema de facturación se muestra en la figura:

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Los tres capítulos siguientes describen en detalle los tres componentes básicos en los que se cimenta el sistema de facturación: equipo embarcado, puesto de control central y sistema de comunicaciones.

Los tres capítulos se subdividirán en dos aspectos principales. Primero se estudiará la funcionalidad requerida para lograr un funcionamiento eficiente del sistema y después se procederá a describir la manera de implementar la funcionalidad descrita.

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5. Descripción técnica del equipo móvil

5.1 Funcionalidad requerida para el equipo móvil

El equipo embarcado permitirá realizar la funcionalidad de registro y envío al centro de control de toda la información necesaria para realizar el proceso de facturación.

Los datos necesarios para la posterior facturación a los operadores que serán registrados periódicamente son:

• Energía consumida.

• Energía devuelta a la red mediante el freno regenerativo.

• Posición del vehículo.

• Fecha y hora de consumo.

El registro de datos en el equipo embarcado se producirá con una periodicidad de 5 minutos con el fin de no contar con un volumen de información diario demasiado elevado para su posterior transmisión rápida y fiable al centro de control.

La determinación de los consumos del material rodante, incluyendo la localización y el horario de los mismos, se realiza con independencia del volumen de información que se almacena. Sin embargo los procesos de comunicación de esta información hacia el centro de control, así como su coste asociado, tienen una relación directa con el volumen de información a transmitir y la capacidad de almacenamiento de datos del equipo remoto.

Por ello se planteará una metodología de registro y transmisión de datos que minimiza el volumen de la información manejada. Los detalles del proceso de comunicaciones entre el equipo embarcado y el centro de control se describen en detalle en el apartado 7, donde se define una metodología de registro de longitud variable, basada en el conocimiento del estado de consumo y movimiento del vehículo.

El diseño del equipo móvil se realizará teniendo en cuenta la posible evolución tecnológica de los sistemas de comunicaciones. Para hacer frente de forma eficiente a estos cambios, se propone una arquitectura del sistema basada en un diseño modular, que permita la fácil sustitución de un módulo por otro de una tecnología más moderna.

El equipo móvil procesará y registrará las incidencias que se produzcan en el terminal embarcado, con el fin de facilitar las labores de mantenimiento del equipo y para analizar adecuadamente la validez de los resultados transmitidos en el centro de control.

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El equipo embarcado dispondrá de un calendario que permita la marcación horaria de los distintos eventos y medidas procesados por el equipo embarcado en caso de fallo o malfuncionamiento del GPS o por falta de una adecuada cobertura.

Las señales medidas de tensión e intensidad serán procesadas, tratadas y filtradas adecuadamente para poder realizar posteriormente la integración que permita calcular los valores de energía consumida y devuelta a la catenaria.

5.1.1 Datos a registrar

El equipo móvil registrará, tanto la información referida al consumo, localización y horario, como la referida a incidencias relevantes. Se registrarán:

• Energía consumida y energía entregada a la catenaria a través de los frenos regenerativos.

• Localización del tren, latitud y longitud.

• Fecha, hora y minuto correspondientes al consumo registrado.

Se deberán registrar adicionalmente datos de incidencias procedentes de señales externas o calculadas, y cada incidencia estará marcada con:

• Fecha y hora de la aparición/desaparición de la incidencia.

• Registro de incidencias activas. Identificará las incidencias activas en el equipo.

Las precisiones de los datos a registrar se detallan a continuación, habiéndose definido para el rango de temperatura entre O°C y + 70°C.

• La precisión en la medición de la energía consumida y recuperada del equipo de medición propuesto cumplirá la Norma UNE-EN-61036: "Contadores estáticos de energía activa para corriente alterna (clases 1 y 2)". El porcentaje de error de la medida de la energía en contadores monofásicos no debe sobrepasar los valores indicados en la siguiente tabla.

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* Donde Imáx es la intensidad máxima que puede consumir

Por tanto, partiendo de una tensión en catenaria de 3.000 V y una intensidad del orden de las centenas de amperios, la resolución necesaria es del orden de los kWh

• Precisión GPS. La precisión mínima del sistema de localización GPS en cualquier instante y condición de funcionamiento será de 15 m. Los datos de posición que registrará el equipo móvil serán la localización del tren, latitud y longitud, con precisión de décimas de segundo.

• Precisión del reloj/calendario utilizado por el equipo móvil. En el supuesto de inutilización de la sincronización GPS, el módulo reloj/calendario ofrecerá una

precisión de ± 2min/año.

5.1.2 Autonomía de registro

El sistema dispondrá de memoria suficiente como para almacenar la información correspondiente a 3 meses de funcionamiento.

Para el cálculo de la capacidad de almacenamiento se toman unas condiciones teóricas de funcionamiento del móvil en las que, como media diaria, se encuentre 8 horas parado con el pantógrafo desconectado, 8 horas parado con el pantógrafo conectado y 8 horas en movimiento con el pantógrafo conectado.

Utilizando registros de longitud variable las necesidades de memoria para almacenar la información correspondiente a 3 meses de funcionamiento son de 118 Kbytes.

Puesto que hay que prever espacio en memoria para llevar a cabo el registro de incidencias (16 Kbytes), la necesidad mínima es de 134 Kbytes.

El cálculo completo de la necesidad de memoria en el equipo móvil para el almacenamiento de los datos de 3 meses se describe en detalle en el capítulo 7.

Valor de la Intensidad Factor de potencia

Porcentaje límite de error de la medida.

Clase 2.

0,1 Ibase ≤ I < Imáx. 1 ± 2%

0,2 Ibase ≤ I ≤ Imáx. 0,5 inductivo

0,8 capacitivo

± 2%

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5.2 Solución adoptada para el equipo móvil

El equipo móvil estará basado en equipos estándar de telecontrol. Será requisito imprescindible la modularidad del equipo embarcado, por un lado para facilitar la sustitución de piezas averiadas y por otro para permitir la sustitución futura de alguno de sus componentes por equipos más avanzados.

5.2.1 Arquitectura

El equipo móvil se compondrá de los siguientes elementos:

• Rack de montaje del equipo, teniendo en cuenta las dimensiones disponibles en cada tipo de tren.

• Tarjeta madre (backplane), donde se conectarán los módulos de control y proceso. Del backplane se alimentarán directamente algunos de los módulos del equipo embarcado.

• Fuente de alimentación.

• Módulo CPU.

• Módulo de entradas/salidas digitales – Memoria - Reloj/Calendario.

• Módulo de entradas analógicas.

• Módulo de acondicionamiento de señales.

• Transductores de tensión e intensidad.

• Módem comunicaciones GSM.

• Equipo de localización geográfica GPS.

• Interfaz de usuario.

La arquitectura propuesta para el equipo móvil se muestra en la siguiente figura:

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donde,

• GPS: es el receptor GPS para la localización y la sincronización horaria del equipo móvil.

• GSM: es el módem para las comunicaciones con el centro de control.

• CPU: es el módulo principal de control, encargado de la gestión de todos los procesos de comunicaciones con el centro, almacenamiento de datos, etc. La CPU no se encarga del procesamiento de las medidas, tarea que recae sobre el módulo de procesamiento de medida (EA).

• Módulo de entradas/salidas digitales: es un módulo diseñado para procesar las entradas/salidas digitales necesarias, la implantación del reloj en tiempo real y con la capacidad de memoria necesaria para el almacenamiento de los datos registrados por el equipo durante 3 meses.

• Módulo de entradas analógicas. Recibe las señales de los transductores de tensión e intensidad, a través de un regletero de adaptación y filtrado, y las procesa proporcionando a la CPU los valores de energía consumida y devuelta a la red, los valores de tensión y los valores de intensidad.

CPU

ED

SD

EA Reg

EA

FA

ED

GSM

SD

EA SA

Transductor Tensió

Transductor Intensida

GPS

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• FA: es la fuente de alimentación.

5.2.2 Componentes

5.2.2.1 Backplane

Como ya se ha comentado el equipo embarcado se basará en una arquitectura modular.

El sistema se compondrá de un bus (backplane) donde se alojarán los módulos de control.

Los módulos estarán compuestos por tarjetas de electrónica en formato “simple Europa” y conector DIN41612F alojadas en una caja de plástico de protección. Esta caja protegerá los componentes electrónicos durante las operaciones de inserción, cableado y mantenimiento.

El backplane dispone de elementos activos tales como una memoria serie EEPROM que permitirá la identificación del sistema. Los datos de identificación de las locomotoras, parámetros de conversión, etc., estarán almacenados en este circuito del backplane, por lo que puede haber un intercambio total de módulos enchufables entre distintas locomotoras sin producir ningún error en el sistema y ejecutándose esta operación sin necesidad de terminal de configuración.

5.2.2.2 Módulo de alimentación

La unidad de alimentación se surtirá de la línea de batería de la locomotora, y proporcionará las alimentaciones necesarias para el funcionamiento de todos los componentes del equipo embarcado.

El equipo se basará en un convertidor DC/DC con aislamiento entrada/salida. Sus principales características serán las siguientes:

• Tensión de entrada DC: 72 / 110 Vdc. Se adaptará a las tensiones normalizadas de 72 V y 110 V automáticamente, estando preparada para trabajar dentro del rango de tensiones situado entre 49 V y 137,5 V.

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• Potencia de salida: 50,4 W. Los requerimientos de consumo de la totalidad del equipo embarcado es inferior a la mitad de la potencia proporcionada por la fuente, por lo que se podrán instalar equipos adicionales de control en el futuro.

• Tensión de salida: 24 ó 48 Vdc.

• Diseño para aplicación en servicio móvil.

• Circuito impreso con tratamiento tropicalizante para resistir la atmósfera agresiva del interior de la locomotora.

5.2.2.3 Módulo CPU

Dispondrá de la capacidad de control y proceso de todo el sistema embarcado.

Será el dispositivo encargado de:

• Concentrar toda la información del equipo embarcado.

• Almacenar parte de los datos registrados.

• Establecer y supervisar los procesos de comunicaciones con el centro de control.

• Supervisar el correcto funcionamiento de todos los módulos del equipo embarcado.

La memoria de la CPU almacenará la información referente a:

• Programa principal de funcionamiento de la CPU.

• Identificación del equipo.

• Parámetros del sistema.

• Registro de eventos relacionados con las operaciones de autotest, apagado/encendido del equipo, etc.

La integridad de esta información estará garantizada contra la ausencia de la alimentación del equipo. Se utilizará memoria no volátil, tipo flash o EEPROM para el almacenamiento de los datos no sujetos a modificaciones continuadas: datos correspondientes al programa principal, a la identificación del equipo y a los parámetros del sistema. La información almacenada podrá modificarse "on line" desde el centro de

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control o a través de una línea de comunicación RS-232, por medio de un ordenador o consola portátil.

Los datos de consumo, localización temporal, localización espacial e incidencias se registrarán en el módulo de entradas y salidas digitales. Para mayor seguridad en la protección de la información de consumo registrada, se utilizará memoria no volátil del módulo CPU para el respaldo de la RAM del módulo de entradas/salidas digitales. Se realizará un volcado de datos desde el módulo de entradas/salidas digitales sobre la memoria no volátil del módulo CPU (flash EEPROM) cada periodo de tiempo a definir.

El centro de control tendrá capacidad de telecomando de los equipos móviles para la evaluación de su estado operativo, para la recepción de la información almacenada y para la actualización de los parámetros del sistema. Para ello, el equipo móvil interpretará comandos recibidos desde el centro de control para realizar las siguientes funciones:

• Control autotest.

- Petición ejecución auto test.

- Petición de envío de resultados.

• Funciones de puesta en hora.

- Petición de envío fecha/hora.

- Actualización reloj calendario

• Funciones gestión datos almacenados.

- Petición de envío de datos pertenecientes a un periodo determinado de tiempo, o desde la posición del último dato enviado.

- Borrar memoria.

• Funciones de envío de parámetros activos en el móvil.

- Identificación del vehículo.

- Número de SIM.

- Identificación del equipo.

- Factores de escala de los transductores.

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5.2.2.4 Módulo de entradas/salidas digitales

En el módulo de entradas/salidas digitales implementará las 6 entradas digitales optoacopladas y 6 salidas digitales por relé para cubrir las necesidades actuales y futuras de control:

• Pantógrafo elevado.

• Señal de tensión de catenaria existente en el móvil.

• Señal de corriente existente en el móvil.

• Desconexión de equipos. (protección baterías).

• Indicación de averías.

Los datos de incidencias procedentes de señales externas o calculadas se procesan en el módulo de entradas/salidas digitales.

Para el almacenamiento de los datos de consumo y el registro de los eventos producidos durante tres meses de funcionamiento estándar de la locomotora se utilizará la memoria RAM del módulo de entradas/salidas. La memoria RAM estará respaldada por pila de litio con autonomía de 8 años, teniendo en cuenta que el equipo pueda estar sin alimentación externa durante 5 días al mes por término medio.

El módulo dispondrá adicionalmente de una memoria no volátil para la creación de las colas de incidencias y eventos.

El módulo de entradas/salidas implementará un reloj/calendario en tiempo real para fechar los registros y eventos en caso de no poder disponer de la señal horario del equipo GPS. Garantizará desviaciones menores de 2 minutos al año.

El reloj/calendario será de bajo consumo y estará respaldado por pila de litio (la misma que respaldará la RAM) cuando falle la alimentación del sistema.

El reloj/calendario se actualizará periódicamente, apoyándose en la sincronización horaria GPS instalada en el equipo móvil. Esta actualización será automática y se realizará sistemáticamente. La señal horaria proporcionada por el GPS tiene una precisión de milésimas de segundo, por lo que servirá de referencia para la sincronización horaria de todos los equipos. A su vez, esta sincronización servirá para averiguar el estado operativo del módulo.

En el caso de que el módulo GPS no esté operativo por falta de servicio, situación de sombra de señal, avería, etc., el módulo reloj/calendario marcará el tiempo. El programa

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de control del equipo móvil controlará la correcta operatividad del módulo, pues el sistema de facturación, en su globalidad, está basado en la sincronización de todos los móviles.

Un fallo simultáneo del GPS y del reloj/calendario llevará al sistema a funcionar sin referencia horaria, lo cual quedará reflejado en el registro de incidencias, para que posteriormente el centro de control pueda interpretar los datos obtenidos correctamente.

En todo caso el módulo permitirá su actualización, vía comunicaciones desde el centro de control, como respaldo a posibles disfunciones del sistema GPS.

5.2.2.5 Módulo de entradas analógicas

Este módulo recibe las señales desde los transductores de tensión e intensidad, y las procesa transmitiendo la información de energía consumida y energía devuelta a la red a la CPU.

Inicialmente el equipo sólo necesita 2 entradas analógicas para el tratamiento de las señales de tensión e intensidad. El equipo embarcado dispondrá de 6 entradas analógicas para cubrir los requisitos de interoperabilidad al poder producirse en el futuro sus circulaciones por infraestructuras de otros países, 2 entradas analógicas para V e I en cada infraestructura.

El módulo de procesamiento de entradas analógicas implementará algoritmos de filtrado de los datos de medida recibidos desde los transductores, de forma que se corrijan los efectos de ruido que se puedan producir debido a:

• La dinámica de interacciones pantógrafo-catenaria, que provocan variaciones de tensión e intensidad en los despegues. Se caracterizará la señal de ruido provocada por esta interacción y se aplicarán algoritmos de filtrado analógico y discreto que anulen estos efectos.

• Los "choppers" de entrada existentes en todos los vehículos modernos, que provocan que el consumo de corriente se produzca por impulsos. Este modo de trabajo será tenido en cuenta en la definición de los algoritmos de filtrado de las medidas que se efectuarán.

Este módulo estará basado en un microprocesador DSP (Digital Signal Processing), que realizará un muestreo a 32kHz de las señales de tensión e intensidad, realizando el proceso de obtención de energía cada 20 ms. Estos valores se integrarán por medio de un microprocesador de propósito general también dispuesto en el módulo de entradas analógicas y se almacenarán en una memoria no volátil para ser entregados a requerimiento del módulo CPU del sistema.

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La precisión de las medidas están principalmente limitadas por los transductores empleados, pues la electrónica de adquisición descrita y los algoritmos de cálculos disponen de una precisión significativamente superior a la requerida.

5.2.2.6 Transductores

Tanto el transductor de tensión como el de corriente tendrán como salidas señales analógicas normalizadas en el rango usual de los equipos de control comerciales (0-20 mA, 0-10 V).

a) Transductor de corriente

El transductor de intensidad tendrá las siguientes características:

• Rango de corriente: el necesario para cada móvil (máx. 0-4000 A).

• Precisión 1 %.

• Estabilidad ante vibraciones severas.

• Rango de temperatura -25°C a + 70°C.

b) Transductor de tensión

El transductor de tensión tendrá las siguientes características:

• Rango de tensión 0-4000 V. Precisión 1 %.

• Estabilidad ante vibraciones severas.

• Rango de temperatura -25°C a + 70°C.

5.2.2.7 Módulo GPS

El equipo de recepción de GPS será de tipo “concha” para ser montado en el techo del material móvil y contará con antena incorporada.

El GPS seguirá hasta doce satélites a la vez proporcionando actualizaciones de posición cada segundo.

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La presentación del módulo será en una caja resistente al agua y a prueba de golpes, con la forma y tamaño de un “mouse”. Se comunicará mediante un canal serie con el módulo CPU.

Su memoria interna le permitirá el almacenamiento de datos críticos como últimas posiciones, parámetros orbitales de los satélites, fecha y hora.

Las principales características del equipo serán:

• Receptor: 12 canales paralelos para el seguimiento continuo de hasta 12 satélites para establecer y actualizar la posición.

• Tiempo de adquisición:

- Caliente: aproximadamente 15 seg.

- Frío: aproximadamente 45 seg.

- Autolocate: aproximadamente 5 min.

• Precisión:

- Posición: 15 m RMS

- Velocidad: 0,1 m/s RMS estado estable

• Interfaces: Canal RS-232 con selección de velocidad.

• Salidas:

- Posición, velocidad y hora

- Estado del receptor y del satélite

- Identificación de la estación de referencia diferencial y tiempo de RTCM Data

- Geometría y errores estimados

• Batería interna de litio, con 10 años de vida

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5.2.2.8 Módulo de comunicaciones

El equipo móvil dispondrá de una unidad de telefonía móvil para la comunicación GSM con el centro de control. Este equipo será un módem serial GSM/GPRS de banda dual (GSM 900/1800MHz)

El módem podrá enviar y recibir datos por GPRS, HSCSD, CSD, SMS y fax, así como soportar llamadas de voz.

Se utilizará una antena externa pasiva de 900 MHz para su montaje empotrado sobre el techo del material móvil. Tendrá forma de ratón y un grado de protección IP66. La antena estará protegida con los mecanismos necesarios para que, en ningún caso, un lavado o agente externo la puedan deteriorar.

Algunas de las principales características del equipo GSM serán las siguientes:

• Sensibilidad en la recepción del equipo móvil: 104 dB.

• Posibilidad de transmitir y recibir mensajes cortos.

• Interfaz RS-232.

• Velocidad de transmisión GSM de 9600 Kbit/s.

• Cable de antena apantallado para evitar interferencias.

• Antena externa pasiva de 900 MHz.

Dada la evolución del sector de la telefonía móvil y la previsible próxima aparición de nuevas tecnologías de comunicación (UMTS), se ha optado porque el módulo de comunicaciones sea completamente independiente de la CPU y que el intercambio de información se realice vía RS-232/485. De este modo, esta unidad será reemplazable en el futuro por otra tarjeta compatible con dichas tecnologías.

5.2.2.9 Módulo interfaz de usuario

El equipo dispondrá de un display-teclado externo. Será un terminal de operador con pantalla alfanumérica, compuesta por 2 filas con 20 caracteres cada una y 8 teclas operativas (5 teclas de función).

Sus funciones serán:

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• Visualización de parámetros de estado del equipo:

- Fecha y hora.

- Diagnóstico del "autotest".

- Nivel de cobertura de comunicación.

- Estado de carga de la pila de litio.

- Estado del equipo:

§ Conexión/ Desconexión.

§ Transmisión/ Recepción.

- Información sobre sucesos durante la transmisión.

- Operaciones de mantenimiento.

• Visualización de datos eléctricos:

- Intensidad instantánea, con su signo correspondiente.

- Tensión instantánea.

- Potencia instantánea, con su signo correspondiente.

• Funciones del teclado:

- Establecimiento de conexión con el centro de control.

- Transmisión de datos con inicio manual.

La conexión de este módulo con el módulo CPU se realizará vía puerto serie RS-232.

5.2.3 Funciones de autotest

• Memoria.

Al conectar el equipo se realizará un test de validación, tanto del estado operativo de la memoria del sistema, como de la integridad de los datos almacenados.

• Hardware

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Se realizará una monitorización permanente del estado de cada módulo hardware del equipo móvil. En caso de fallo, y cuando sea posible, el sistema entrará en un estado de recuperación. Cada módulo hardware realiza su propio autochequeo y envía señal de alarma en caso de producirse alguna anomalía.

• Watchdog

El equipo incluirá un sistema de vigilancia de la funcionalidad del software operativo, de modo que la errática del programa lleve al sistema a un estado de recuperación. Cuando esto ocurra se registrará un fallo del equipo.

• Sensores V e I

El control de la fiabilidad de las medidas efectuadas se llevará a cabo en el módulo de entradas analógicas, a través de la detección de medidas erróneas o falsas y de la operatividad de los sensores.

- Técnicas de filtrado de señales.

- Control de la continuidad de la medida.

• Precisión de la cadena de medida

Esta función de autotest recae también sobre el módulo de entradas analógicas, el cuál efectuará regularmente tests internos de control de la precisión de la cadena de medida, tanto de tensión como de intensidad, introduciendo señales patrón (corriente o tensión) compensadas en temperatura. La señal de medida será comparada con la señal patrón aplicada. Las discordancias entre las señales medidas y las señales patrón se registrarán como incidencias, discriminando entre las distintas señales aplicadas.

• Indicación de error

Antes de entrar en estado de recuperación, el procesador registrará e indicará que un determinado evento ha tenido lugar.

• Actualización del registro de incidencias

Generación de registros de mantenimiento en función de los resultados de las operaciones de autotest.

- Nivel de batería.

- Información elementos no operativos

- Información sobre disfunciones.

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5.2.4 Interfaz con equipos exteriores

Con el fin de permitir el acceso a la información procesada por el equipo móvil por parte de otras aplicaciones específicas de operador, el equipo dispondrá de las siguientes líneas de comunicación con el exterior:

• Línea serie RS232/485. A través de esta línea se pondrá a disposición de equipos externos, con una cadencia de 1 s, la siguiente información:

- Consumo

- Localización GPS

- Reloj/calendario

- Identificación del vehículo

- Registro de incidencias

- Tensión instantánea

- Intensidad instantánea

• Salidas analógicas de transductores. El equipo proporcionará señales de las salidas analógicas de todas las entradas de transductores, de tal forma que puedan ser utilizadas por otros equipos sin interferencias mutuas. Las salidas serán proporcionadas por el módulo de adaptación de señales analógicas, el regletero de entradas analógicas.

5.2.5 Modos de funcionamiento

El equipo embarcado se alimentará de la línea de batería del material móvil.

Ante determinadas condiciones de operación el equipo de control embarcado pasará a modo de funcionamiento stand-by para disminuir su consumo energético.

En este modo sólo estarán alimentados los siguientes componentes: CPU, RAM, GPS y GSM.

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Las condiciones de entrada en el modo stand-by será básicamente el transcurso de un periodo de tiempo determinado tras la bajada del pantógrafo.

Las condiciones de salida del modo stand-by será:

• Elevación del pantógrafo.

• Inicio de un proceso de comunicación con el centro de control.

5.2.6 Identificación del vehículo

El equipo móvil será intercambiable y la identificación del vehículo será independiente del equipo instalado.

La locomotora poseerá un dispositivo electrónico, inherente a la misma, que tendrá almacenada su codificación en una memoria no volátil. El montaje de un nuevo equipo en el vehículo exigirá su conexión con este dispositivo.

Se utilizará un sistema de codificación compatible con la normativa UIC de numeración del material rodante, de forma que la relación vehículo-código será unívoca.

El sistema de identificación estará protegido contra la manipulación. Se instalará una memoria flash en el backplane del equipo embarcado, de forma que no pueda ser manipulado mientras que éste está conectado. La unión del equipo al backplane estará precintada para evitar su desconexión.

Se tratará de un circuito activo que dispondrá de un pequeño banco de memoria flash. La información grabada en la memoria se podrá modificar después de introducir una clave de acceso que solo conocerá personal autorizado. En la memoria se grabarán:

• Identificación del vehículo.

• N° de tarjeta SIM que lleva instalado el equipo.

• N° de serie del equipo.

• Factor de escala de los transductores instalados en el vehículo: mA/KA, mA/KV.

• Fondo de escala.

• Información adicional.

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Los equipos se podrán intercambiar, siendo la relación entre los equipos móviles, los vehículos y el número de SIM conocida en todo momento por el centro de control. El equipo móvil detectará cuando es conectado el dispositivo de identificación y generará un mensaje SMS hacia el centro de control con la asociación del número del equipo, número de vehículo y número de SIM.

El centro de control contendrá en sus bases de datos una tabla de asociación de equipos embarcados con vehículos ferroviarios de forma que, al recibir los mensajes desde los equipos móviles, esta tabla se actualizará automáticamente.

El equipo móvil dará por buena su instalación cuando reciba un acuse de recibo del mensaje enviado al centro de control.

5.2.7 Requisitos de interoperabilidad

En previsión de circulaciones por infraestructuras ferroviarias con diferente tensión de alimentación, se dotará a los equipos de los medios que les permitan operar bajo esta circunstancia.

Este aspecto se resuelve, en parte, con la inclusión de 6 entradas analógicas para la conexión de dos pares de transductores diferentes.

5.2.8 Requisitos dimensionales

El equipo se diseñará con las limitaciones dimensionales impuestas por los espacios físicos disponibles en las locomotoras de los diferentes operadores ferroviarios.

Al final de la implantación del nuevo sistema de facturación de la energía, los equipos móviles deberán quedar instalados en todos los vehículos de tracción eléctrica existentes. Por lo tanto, se diseñará pensando en su futura integración en la totalidad de las series, teniendo en cuenta las particularidades inherentes a cada una de ellas:

• Lugar de instalación y hueco disponible.

• Alimentación del equipo.

• Puntos de medida de señales.

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6. Centro de control

6.1 Funcionalidad requerida

Para alcanzar el objetivo de la facturación automática a los diferentes operadores ferroviarios el centro de control debe realizar varias funciones que se describen en detalle en los próximos apartados.

La filosofía de diseño se basa en un sistema de módulos software independientes. De este modo cualquier cambio futuro en la regulación, en los sistemas de precios o cualquier otro cambio que pueda producirse afectará a uno o varios módulos y no a la totalidad del sistema.

6.1.1 Comunicación con los equipos móviles

La primera tarea fundamental del centro de control es la recepción de los datos de consumo y localización enviada desde los equipos embarcados en el material móvil.

Siguiendo con la filosofía general de desarrollo, la lógica de comunicación con los móviles residirá en un módulo software específico encargado de la recogida periódica de datos de los equipos embarcados vía GSM, así como la comunicación SMS específica para el reconocimiento y validación de los mismos.

Módulocomunicación

Móviles

Puesto Central

La misión específica de este módulo se resume a continuación:

• Comprobación de la integridad de la comunicación entre el centro de control y los móviles, detectando los errores producidos e interpretando los datos recibidos.

• Control de la operatividad de la flota de equipos embarcados, mediante el envío de mensajes SMS de reconocimiento y validación (se enviarán 2 mensajes

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diarios de este tipo). El equipo embarcado responderá cada mensaje recibido con un mensaje SMS de respuesta que contendrá los datos necesarios para que el centro de control compruebe tanto su posición como su estado.

En el caso de que el equipo embarcado no haya contactado con el centro de control, estos mensajes servirán para comprobar el estado del móvil y la posible causa del retraso en la comunicación.

Cuando un terminal embarcado no realice la transmisión de los datos de consumo al centro de control en el periodo de tiempo reservado para ello, los mensajes de comprobación de estado permitirán comprobar la causa del retraso en la transmisión y optar por medidas alternativas: iniciar proceso de transmisión de datos desde el centro de control, revisión del equipo móvil, etc.

Toda la información proveniente de los equipos embarcados será mantenida por este módulo y, dependiendo de los casos, será almacenada o suministrada a otro módulo para su gestión (por ejemplo, el tratamiento de alarmas y fallos cuando no se reciba la información periódica y tampoco se pueda contactar con los móviles).

6.1.2 Comunicación con SITRA

El sistema SITRA (Sistema de Información de Tráfico) proporcionará al centro de control la información relativa a las circulaciones de los diferentes trenes, como son el número de tren, origen, hora de salida, destino, hora de llegada, identificador del vehículo, punto de regulación rebasado y horario de paso.

SITRA generará una base de datos específica para el sistema de facturación y la refrescará cada 24 horas.

Siguiendo la misma filosofía definida para la comunicación con el resto de sistemas externos, se implementará un módulo para la obtención de los datos de SITRA. La finalidad de este módulo es hacer de interfaz de comunicación entre SITRA y el núcleo del centro de control, de forma que la adquisición de dichos datos sea lo más transparente posible para este último.

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SITRAMódulo

comunicaciónSITRA

Puesto Central

De esta forma, posibles cambios en los protocolos de comunicación entre SITRA y el centro de control sólo afectarán a dicho módulo o interfaz, redundando en un menor tiempo de adaptación del sistema.

Esta incorporación de datos se realizará diariamente, insertando o actualizado la información contenida en los servidores de SITRA.

Tecnológicamente, al igual que el resto de interfaces con los sistemas externos, se emplearán Web Services (Servicios Web) en el centro de control para proporcionar el servicio de introducción de datos desde SITRA.

El centro de control actuará de proveedor del Servicio Web y, como SITRA facilitará la información en base a ficheros de texto planos, será necesario un módulo intermedio que lea el citado fichero y proporcione al centro de control dicha información, invocando el correspondiente Servicio Web. A continuación se presenta un esquema más detallado de la solución propuesta:

SITRAServicio Webentrada datos

SITRA

Puesto Central

Módulo lectura fichero SITRA e invocación Servicio Web

El citado módulo externo, que lee los datos de SITRA y los introduce en el centro de control mediante la invocación del Servicio Web, podría estar ubicado en los propios servidores que albergan SITRA, ya que gracias a la utilización de Java para su desarrollo se garantiza que, independientemente de la plataforma de dicho servidor, este módulo pueda ejecutarse sin problemas.

De esta forma no sería necesaria la utilización de otros recursos para la comunicación de ambos sistemas, como por ejemplo la creación de un directorio compartido donde SITRA depositara el fichero con los datos para su posterior importación al centro de control.

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6.1.3 Comunicación con sistema de telemedida.

Este módulo es el encargado de registrar en la base de datos del centro de control los datos de consumos asociados a las subestaciones para la posterior generación de las facturas de consumo eléctrico correspondientes.

El sistema de telemedida de Renfe registra y almacena valores horarios de consumo de energía eléctrica de todas y cada una de las subestaciones que conforman el territorio nacional.

Independientemente del sistema de almacenamiento del sistema de telemedida, el módulo de comunicación con la telemedida recogerá los valores horarios de consumo de las subestaciones y los almacenará internamente en el repositorio del centro de control. Para ello el módulo de comunicación con la telemedida se divide en dos componentes: un primer componente encargado de la importación de los datos del concentrador de telemedida, en ficheros .DTA, y otro componente que recogería dichos datos una vez traducidos a XML y mediante la invocación de un Web Service (Servicio Web) procede a su almacenamiento en el repositorio del centro de control.

De esta forma se logra el aislamiento tecnológico del centro de control de posibles evoluciones en el tratamiento de ficheros del sistema de telemedida, asegurando la interoperabilidad ante cualquier cambio con sólo modificar el interfaz con el sistema de telemedida.

TelemedidaServicio Web

Entrada Datos

Telemedida

Puesto Central

Importación Ficheros .DTA

Invocación Web Service

TelemedidaCS

Módulo Comunicación

con la Telemedida

Puesto Central

Sistema Telemedida

Módulo Comunicación

con Telemedida

Puesto Central

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En cuanto al refresco o actualización de los datos de telemedida, el proceso de importación de datos se realizará mensualmente, antes del periodo de facturación que se determine.

Respecto al contenido de la información que se importa del sistema de telemedida, correspondiente a los consumos horarios de las estaciones, cabe indicar que antes del almacenamiento de dicha información, se realizará un procesado de la misma, con el objetivo de verificar la coherencia de las medidas. Podría ocurrir que existiesen medidas incorrectas o que no estén recogidos valores de medida real en algunos casos. Si no se realizaran comprobaciones sobre las medidas, ello conduciría inevitablemente a errores en la facturación como consecuencia de asignaciones incorrectas a las circulaciones.

Para solucionar estas eventualidades, se desarrollará un algoritmo de estimación ante falta de datos reales, que en base a cálculos estadísticos, asigne valores medios de energía en aquellos casos en que no haya medida real. El algoritmo de estimación seguirá los procedimientos definidos por REE en el P.O. 10.5.

A continuación se explica brevemente la forma en la que se realizará la estimación de los valores de medida no existentes, basándose en los históricos del punto de medida:

“La energía horaria en punto frontera se obtendrá por una estimación basada en datos

históricos del punto de medida principal. Se pueden dar dos casos:

a) En el supuesto de falta uno o varios intervalos de periodos y el número de periodos de integración consecutivos sin medida es inferior o igual a tres, se utilizará el algoritmo de cálculo descrito en el apartado 3.1 del anexo 3.

b) En el supuesto de falta de uno o varios intervalos de periodos y el número de periodos de integración consecutivos sin medida es superior a tres, el periodo a estimar no superará más de treinta y un días consecutivos y no hay cambio de mes en las medidas a estimar se utilizará el algoritmo de cálculo descrito en el apartado 3.2 del anexo 3.

3.1 Procedimiento de estimación de huecos

La medida a estimar vendrá dada por la media aritmética para cada una de las magnitudes y periodo de integración de las medidas correspondientes a los periodos de integración anterior y posterior a la /s de la / s que se dispone de medida de energía.

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3.2. Procedimiento de estimación ventanas de periodos

El procedimiento de estimación se realiza en tres pasos: a) Obtención muestra histórica. Cálculo de media y desviación típica Se calculará la media aritmética (x) y desviación típica (s) de la muestra de energías de la misma magnitud y periodo despreciando de dicha muestra los valores máximo y mínimo (nota 1). El tamaño de la muestra será de seis medidas obtenidas de acuerdo a los siguientes criterios:

1. La muestra estará formada por 6 medidas del mismo día tipo (nota 2) más próximos del mismo mes de la estimación.

2. Si con la muestra definida en 1 no se alcanza el número de 6 muestras se añadirán los días tipo más próximos de igual temporada (nota 2) hasta alcanzar 6 medidas.

3. Si de la utilización de los criterios 1 y 2 anteriores no se alcanzase el número de 6 muestras se utilizarían los días tipo más próximos del mes anterior al que es necesario realizar la estimación(es decir sin utilizar temporadas).

Nota 1: En caso de que se repita el valor máximo en las muestras sólo se eliminará para el cálculo de la media y desviación típica una de ellas. Análogamente, en caso de que se repita el valor mínimo en las muestras sólo se eliminará para el cálculo de la media y desviación típica una de ellas.

Nota 2: Se definen los días tipo (si aplica) y temporadas de acuerdo a la clasificación establecida en el Real Decreto vigente en el que se establecen las tarifas de

acceso a redes.”

Los apartados referenciados en los párrafos anteriores se encuentran recogidos en el P.O. 10.5 de REE.

Durante el desarrollo del proyecto, se someterá este algoritmo a pruebas meticulosas e intensivas para asegurar la fiabilidad del sistema de facturación.

A la salida del algoritmo de procesado y estimación de datos de medida real, se procederá al almacenamiento en la base de datos del centro de control, de forma que en todo momento se puedan contrastar los valores que han sido utilizados para realizar la facturación.

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6.1.4 Módulo de facturación

La obtención de los datos de los consumos realizados por los vehículos equipados con contadores en el centro de control permiten la implantación de una primera versión del sistema de facturación.

Este primer sistema de facturación utilizará un sistema de precios basado exclusivamente en periodos tarifarios sin consideración del lugar en que se haya producido el consumo energético y, por tanto, sin tener en cuenta la subestación que haya producido el suministro eléctrico.

Las facturas producidas con este sistema mostrarán para cada vehículo dotado con contador dentro del periodo de facturación los siguientes datos:

? El consumo eléctrico producido por el vehículo en cada periodo tarifario.

? El precio del kWh en cada periodo tarifario.

? La cantidad a facturar en cada periodo tarifario, como resultado del producto de los dos elementos anteriores.

? La facturación total para el periodo establecido como la suma de las cantidades de cada periodo tarifario.

La implantación de este primer sistema de facturación requiere pues de la realización de dos tareas:

? La agregación de los consumos efectuados por cada vehículo en cada periodo tarifario.

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? La aplicación del sistema de precios para obtener los datos económicos de la facturación.

Dada la importancia que en estos procesos tiene el sistema de precios basado en periodos tarifarios, su implementación se realizará manteniendo una independencia absoluta entre el sistema de precios y los algoritmos de facturación, de tal modo que los cambios en los periodos tarifarios puedan ser asumidos sin necesidad de modificaciones en el sistema de facturación. Para ello, la agregación de los consumos por periodos tarifarios no considerará unos periodos tarifarios fijos, sino que cada vez que se tenga que realizar consultará al sistema de precios cuáles son los periodos que tiene establecidos y será sobre estos periodos sobre los que se realizará la agregación.

Para simplificar el mantenimiento del sistema de precios, el sistema de facturación estará dotado de una herramienta de mantenimiento, donde sea posible de manera sencilla añadir, eliminar y modificar periodos tarifarios y consultar y modificar las tarifas de cada periodo tarifario.

Sistema de Precios

PeriodosTarifarios

Mantenimiento delSistema de Precios

Agregación deConsumos

Datos deConsumos

Facturación

FacturasFacturas

Facturas

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6.1.5 Identificación geográfica de los consumos

A continuación se resume la funcionalidad del módulo basado en tecnología de Sistema de Información Geográfica (GIS) cuyo objetivo es el de obtener las subestaciones que suministran la energía a cada tren a partir de la información temporal y geográfica recibida desde los equipos móviles. La construcción de este módulo se dividirá en las siguientes fases:

a) Análisis de la información y desarrollo del modelo de datos para el GIS.

Para realizar esta labor, será necesario almacenar en el GIS varios datos:

- Red completa de vías, estructurada en tramos: geometría (ejes) de los mismos, tipología, etc.

- Subestaciones suministradoras de energía: geometría (ubicación), tipología, nomenclatura, codificación, etc.

- Para cada subestación, relación de tramos de vías que alimenta.

Además de esta información, es muy útil disponer de cartografía de fondo del territorio cubierto por la red de vías. Con ello se consigue reconocer visualmente zonas, tanto en pantalla como en planos impresos.

b) Carga de datos en el GIS.

Si los datos con los que debe alimentarse el GIS se disponen en formato digital (ficheros CAD, Shape, etc. para datos geográficos y bases de datos, hojas de cálculo, etc. para datos alfanuméricos), se desarrollarán los procedimientos necesarios para automatizar su carga en el modelo de datos. Estas rutinas serán más sencillas de realizar y manipular cuanto mejor estén estructurados los datos a incluir en el GIS. Si los datos no se disponen en formato digital o bien no disponen de suficiente uniformidad, se procederá a la carga del modelo de datos mediante procedimientos de digitalización.

c) Entrada de datos y salida de datos.

Se desarrollará un interfaz de usuario que permita elegir una base de datos externa, una tabla y un par de campos en los que se encuentre una coordenada X,Y.

A continuación, el usuario lanzará la ejecución de la rutina de obtención de las subestaciones suministradoras del tramo. Este procedimiento rellenará los campos de la

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tabla indicando el identificador de las subestaciones (código o nombre) para cada una de las entradas existentes en la tabla de posiciones.

d) Ejecución del proceso en GIS.

El módulo GIS realizará los siguientes pasos:

• Lectura de una coordenada.

• Localización del tramo de vía más cercano.

• Localización de las subestaciones que suministran al tramo de vía.

• Escritura del identificador de las subestaciones en la base de datos.

Los datos obtenidos por el módulo de localización serán comprobados con los datos provenientes de SITRA.

6.1.6 Tipificación de consumos

El sistema de facturación debe proporcionar resultados fiables y coherentes incluso en aquellas situaciones en las que se disponga de información incompleta para poder realizar una facturación basada totalmente en la medida directa de consumos, bien

Id. Tren

Fecha/Hora X Y Subestaciones

GIS

BD GIS

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porque no todo el material móvil esté dotado de equipos de medida embarcados o bien porque por problemas operativos no se disponga de todos los datos.

De ahí la importancia de contar con la información de los consumos energéticos típicos que realizan los diferentes vehículos de los operadores en los distintos tramos por los que circulan. Esta información será elaborada y proporcionada al resto de módulos del sistema de facturación por el módulo de tipificación de consumos.

La implementación de este módulo se realizará siguiendo la descomposición modular que se indica en el siguiente gráfico. Esta modularización permite aislar el funcionamiento de los distintos elementos, consiguiendo así una independencia entre ellos y permitiendo, por tanto, la simplificación de su implementación, pruebas y modificación:

a) Selección de vehículos

La obtención de la información de consumos típicos se realizará considerando la medida directa del consumo realizado por los vehículos dotados de contadores, ya que es de prever que no todos los trenes estarán equipados, al menos inicialmente, con equipos de medida embarcados. Estos vehículos tendrán que seleccionarse cuidadosamente de tal modo que la selección responda a las siguientes características:

? Amplia distribución tecnológica:

Selecciónde Vehículos

Generaciónhistórico deconsumos

Históricosde consumos

Consulta de consumos

Búsqueda devehículos / tramos

similares

Caracterizaciónde Tramos

Caracterizaciónde Vehículos

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Se instalarán contadores en la mayor parte de los distintos tipos de vehículos de tracción eléctrica. Así se podrá contar con datos de consumo para diferentes tipos de vehículos. Es esencial que cuenten con contadores vehículos de cada una de las series diferentes, si bien se puede elegir un único representante para cada serie (sin considerar las distintas subseries dentro de ella) y sin tener en cuenta las series antiguas o con pocos vehículos en circulación.

? Amplia distribución geográfica:

Se instalarán contadores en vehículos que cubren la mayor parte de los trayectos, por lo que se dispondrá de información de consumo para la mayoría de las rutas del territorio nacional. Por ello, es importante considerar en la selección el ámbito de movilidad geográfica de los vehículos, puesto que hay algunos cuya circulación está confinada en los límites de los núcleos urbanos y sus corredores, y otros están disponibles para ser asignados libremente a distintos servicios.

? Ponderación de las circulaciones:

Los contadores se instalarán en vehículos que realizan trayectos donde se dan las circulaciones más significativas en cuanto a mayor número de vehículos en condiciones similares, pudiendo de este modo inferir con gran precisión las estimaciones de consumos de un gran número de vehículos utilizando un número reducido de equipos móviles.

? Representación de todos los operadores:

Puesto que el fin del sistema es la facturación del gasto energético a los operadores ferroviarios, es imprescindible que un representante de los principales tipos de vehículos de todos los operadores sea dotado de contador. Así será posible llevar a cabo la facturación por la medida directa del consumo o por la estimación a partir de medidas realizadas a vehículos similares en el mismo trayecto.

? Generación de información:

La selección de vehículos en los que se instalen los primeros equipos debe proporcionar una gran cantidad de información sobre los consumos energéticos, de tal forma que haga posible elaborar una estimación precisa e los consumos típicos.

b) Caracterización de vehículos

A partir del conjunto de vehículos seleccionado, se implementará un componente del módulo de tipificación de consumos que ofrecerá la caracterización de vehículos. Ésta consiste en la búsqueda del vehículo equipado con equipo de medida embarcado más parecido a un vehículo cualquiera dado.

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La caracterización de un vehículo será el primer paso que se realice cuando se quiera estimar el gasto energético de un vehículo del que no se puede obtener la medida directa de consumo porque no vaya dotado de contador o porque no se dispongan de los datos correspondientes, bien por fallo del equipo o de las comunicaciones.

c) Generación del histórico de consumos

Este elemento del módulo de tipificación de consumos será el responsable del registro de la información de consumos realizados por los móviles dotados de contadores.

Estará constituido por un algoritmo que registrará en la base de datos las medidas que se

encuentren dentro del rango µ±2σ de la variable estadística energía media consumida, lo que recoge al 95,5% de la población suponiendo que ésta responde a un modelo de distribución normal.

En el momento de comenzar el registro de los datos de consumo para un determinado vehículo, se utilizan todos los valores para el cálculo de la media y la desviación típica sin tener en cuenta si están dentro del intervalo de confianza. Cuando el número de muestras registradas sea mayor de 50, se considerarán para la realización de los cálculos sólo aquellas que estén dentro del intervalo de confianza.

d) Tablas de registro

Los consumos típicos se almacenarán en tablas de la base de datos, considerando dos tipos de circulaciones:

? Composiciones indeformables de trenes: donde la única variable que influye en la composición del tren es el tipo de composición (sencilla, doble o triple).

? Composiciones variables de trenes: los trenes pueden tener una composición muy distinta en cada caso, por lo que la variable más importante a considerar es la masa remolcada por la locomotora.

Se completarán tablas que relacionen la locomotora, la masa remolcada o número de coches o vagones remolcados, velocidad media y tramo, con consumos medios y desviación típica.

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e) Consulta de consumos

Para la consulta de consumos se implementará este elemento del módulo de tipificación de consumos que estará formado por:

? Un componente que realiza, para un vehículo dado, la búsqueda del vehículo más parecido a él entre aquellos de los que se dispone de registro de consumos típicos basándose en la caracterización de vehículos.

? Un componente busca el consumo típico de un vehículo determinado dada una composición o masa (dependiendo del tipo de circulación), una velocidad media y un tramo.

En el periodo inicial de funcionamiento del sistema de facturación, los datos de consumos almacenados podrían no ser suficientes para proporcionar unas estimaciones adecuadas. Para ello se propone el desarrollo de un modelo sencillo que proporcione en el consumo de cada tren en función de unos valores de entrada.

Como datos de partida se deberán introducir:

? Datos del material rodante, entre otros masa, velocidad máxima, resistencia al avance, rendimiento y curva de tracción.

• Datos de las líneas ferroviarias, entre otros: distancias, pendientes, radios de curvatura, posición de estaciones.

• Datos de los horarios estimados de las circulaciones.

• Velocidades máximas en cada tramo.

Con esos datos se simula el movimiento de las circulaciones para que circulen el mayor tiempo posible a la velocidad máxima del tramo, siempre cumpliendo las restricciones de velocidad. Se emplearán como variables de estado el tiempo, la posición y la velocidad.

Denominación de Locomotora XA15XP

Masa 21.553 Kg.

Velocidad Media 85 km/h

Tramo Energía consumida µ s Datos en la muestra

1 345 kWh 10 55

2 386 kWh 12 56

3 747 kWh 14 57

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Se calculará la potencia requerida en cada momento considerando:

• Potencia por ascenso/descenso de pendientes.

• Resistencia al avance.

• Inercia del vehículo.

6.1.7 Tratamientos de circulaciones sin medida directa

Para el tratamiento de circulaciones sin medida directa, el centro de control contará con un módulo que tendrá como cometidos principales la detección de dichas circulaciones y la estimación de su consumo. La estructura de componentes del módulo citado se refleja en el siguiente esquema:

Puesto que el sistema ha de realizar la facturación del consumo de energía eléctrica a todos los vehículos, es necesario que se detecten las circulaciones de las que no se disponen de datos de medida directa mediante contadores embarcados para posteriormente realizar una estimación de su consumo utilizando la información proporcionada por el módulo de tipificación de consumos.

Esta detección se lleva a cabo mediante la comparación de la información proporcionada por SITRA con la información ofrecida por los vehículos dotados de equipos embarcados. Cuando se detecte una circulación procedente de SITRA para la que no existe correspondencia con ninguna medida ofrecida por los contadores, se procederá a la estimación de su consumo.

consumosconsumos

InformaciónSITRA

Detección circulaciónsin medida

Estimación deTipificación de Resultados dela estimación

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6.1.8 Estimación de los coeficientes de reparto

La asignación del consumo de energía eléctrica de los trenes a las subestaciones que abastecen un tramo, se realizará basándose en el uso de un conjunto de coeficientes de reparto de la energía que se aplicarán a los consumos efectuados por los trenes a lo largo de un tramo completo y no se aplicarán a los consumos realizados cuando el tren está parado.

Para llevar a cabo la estimación de estos coeficientes, se implementará el módulo de estimación de coeficientes de reparto que tendrá la siguiente estructura:

a) Generación de coeficientes de reparto teóricos

Este componente realizará el cálculo de los coeficientes de reparto teóricos de la energía consumida por un tren en cada tramo entre las subestaciones situadas en sus extremos partiendo de los datos de consumos y su localización obtenidos de los equipos embarcados o en su defecto del módulo de tratamiento de circulaciones sin medida directa.

Generación derepartos teóricos

Coeficientes dereparto

Tablas derepartosteóricos

Gestión / Mantenimientode repartos

Comparación

Tablas derepartos

empíricos

Generación derepartos empíricos

Ajustespropuestos

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Para ello es necesario contar con los siguientes datos de partida que definan el sistema de electrificación:

• Posición de las subestaciones.

• Caracterización de las subestaciones, fundamentalmente su curva de carga.

• Posición de zonas neutras.

• Número de catenarias que alimenta.

• Sección de la catenaria

• Resistividad de la catenaria.

Para cada instante se planteará un circuito equivalente que represente el sistema catenaria-subestaciones-material rodante. Para resolver el circuito eléctrico resultante se empleará un análisis por nudos. Se considerará una tensión catenaria-raíl de 3.000 V y el raíl se conectará directamente a tierra. Los trenes se modelarán como fuentes de intensidad, de forma que el sentido de la corriente indique si se está consumiendo energía o se está devolviendo energía mediante el sistema de frenado regenerativo.

Resolviendo el circuito mediante la matriz de admitancias nodales se obtendrán las tensiones en catenaria, las intensidades y las potencias suministradas por las subestaciones. Se calcularán tanto las potencias puntuales cedidas por cada subestación al paso del material rodante como las potencias acumuladas en el proceso de paso del tren por el área de influencia de la subestación. A partir de los datos obtenidos se calcularán los coeficientes de reparto instantáneos, que servirán de base para calcular unos coeficientes de reparto fijos por subtramos, independientes de la posición o el consumo del tren dentro del subtramo.

Como resultado de la generación de los coeficientes de reparto teóricos, se obtendrán una serie de tablas donde se relaciona cada tramo con los factores que le afectan con los coeficientes de reparto entre las subestaciones situadas en sus extremos.

b)Generación de coeficientes de reparto empíricos

Se realizarán pruebas del reparto energético utilizando los móviles equipados con equipos de medida embarcados, obteniendo de este modo datos empíricos del reparto que se almacenarán en una serie de tablas donde se relaciona cada tramo con los datos de consumo obtenidos y los coeficientes de reparto correspondientes.

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c) Comparación de coeficientes de reparto teóricos y empíricos

Este componente, realizará bajo demanda del operador, la comparación para cada tramo de los coeficientes de reparto teóricos y empíricos y generará una propuesta de ajustes de los coeficientes para que sea considerada por los operadores del centro de control para su modificación.

d) Gestión de coeficientes de reparto

El módulo de estimación de los coeficientes de reparto contará con una interfaz para la gestión y el mantenimiento de dichos coeficientes, desde la que se podrá:

? Consultar y modificar los valores de los factores que afectan al cálculo teórico de los coeficientes de un tramo.

? Lanzar la generación de los coeficientes de reparto teóricos.

? Lanzar la generación de los coeficientes de reparto empíricos.

? Lanzar la comparación entre los coeficientes de reparto teóricos y empíricos.

? Consultar los coeficientes de reparto (teóricos y empíricos) de un tramo.

? Consultar los ajustes propuestos por la comparación entre coeficientes de reparto teóricos y empíricos.

? Realizar modificaciones en los coeficientes de reparto de un tramo.

6.1.9 Asignación de consumos a las subestaciones y cálculo de la energía de pérdidas

El módulo de asignación de consumos tiene como función básica el reparto entre las subestaciones que alimentan cada tramo de los consumos medidos por los equipos móviles y de los estimados por tipificación de consumos en aquellos vehículos no equipados con contador.

De esta forma es posible determinar para cada circulación cuál ha sido el consumo de energía que ha realizado en cada subestación del trayecto, y por lo tanto poder proceder a la correspondiente facturación por aplicación de los precios de energía correspondientes a esa subestación.

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Adicionalmente es necesario calcular cuáles han sido las pérdidas de energía que se han producido, bien en la propia infraestructura, bien en la utilización por los vehículos móviles. Esta energía de pérdidas debe ser incluida en el total de la energía consumida para su posterior facturación a los operadores de los vehículos.

En el módulo de asignación de consumos propuesto se desarrollarán las siguientes funcionalidades:

? Cálculo de la energía global de pérdidas para cada período de tiempo considerado (en principio horario ya que viene definido por la disponibilidad de datos de consumos medidos por móviles y subestaciones).

Este cálculo se realiza por diferencia entre la suma total de consumos medidos para todas las subestaciones de la red, y la suma total de consumos medidos o estimados para todos los vehículos activos en el período considerado.

? Reparto inicial de la energía consumida por los vehículos a cada subestación

Este reparto se realiza por aplicación de los coeficientes de reparto teóricos para cada tramo de la red, estimados según se define en el apartado 6.1.7, a los consumos medidos o estimados para cada vehículo en movimiento en el tramo y el periodo considerado.

Sumando a estos consumos los correspondientes a tren parado que se asignarán íntegramente a la subestación que alimenta el punto de parada se obtienen los consumos por vehículo y subestación en el período considerado.

? Cálculo de pérdidas estimadas por subestación para cada periodo considerado

Se calcularán las pérdidas estimadas para cada subestación y cada período por diferencia entre el consumo medido para esa subestación procedente del sistema de telemedida y la suma de los consumos asignados a la subestación correspondientes a todos los vehículos activos para ese periodo.

? Algoritmo de ajuste

Dado que el proceso de reparto de la energía a las subestaciones no es matemáticamente exacto, es preciso proceder a realizar un proceso de ajuste para minimizar las desviaciones entre las estimaciones de consumo de los trenes y los consumos reales medidos en las subestaciones.

Para ello se propone utilizar un algoritmo de ajuste que responda a las siguientes condiciones:

Minimizar (Energía global de pérdidas – Suma de pérdidas estimadas por SE)

- Sujeta a las siguientes restricciones:

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? El consumo total estimado de energía por los vehículos en cada SE debe ser inferior al consumo total medido en dicha SE.

? La suma de consumos de un vehículo asignados a las distintas SSEE debe ser igual al consumo medido o estimado para dicho vehículo.

? Una vez recalculados por el algoritmo los coeficientes de reparto definitivos, se almacenarán en la base de datos los valores de los consumos asignados de cada vehículo para cada subestación en el periodo considerado, los valores de las pérdidas para cada subestación en el periodo considerado, y los coeficientes de reparto ajustados para su utilización en posteriores ciclos del algoritmo.

Se representa a continuación el esquema funcional de bloques del módulo de asignación de consumos.

BASE DE DATOSCONSUMOS

MÖVILES

BASE DE DATOSMEDIDAS

SUBESTACIONES

AGREGACIONCONSUMOS

MOVILES

AGREGACIONCONSUMOS

SUBESTACIONES

CALCULOPERDIDASGLOBALES

ALGORITMO DE AJUSTEAPLICACIÓN

COEFICIENTES DE REPARTOPOR SUBESTACIÓN

AGREGACIÓNCONSUMOS MÓVILESPOR SUBESTACIÓN

CONSUMOMEDIDO POR

SUBESTACIÓN

CALCULOPERDIDAS PORSUBESTACIÓN

BASE DE DATOSCONSUMOS MÓVILESPOR SUBESTACIÓN

BASE DE DATOSPÉRDIDAS

POR SUBESTACIÓN

6.1.10 Cálculo del coste de la energía

El sistema definitivo de facturación de la energía consumida por los vehículos móviles se basa en la aplicación de un sistema de precios basado en períodos tarifarios función de la tipificación de días y bloques horarios de consumo. Igualmente se contempla en el sistema de precios la existencia de diferentes precios para cada SE.

En base a estos precios de contrato de suministro de energía por subestación y periodo tarifario, se debe calcular el precio real a aplicar a los consumos realizados por los

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vehículos en cada subestación, de acuerdo con el procedimiento especificado en el apartado 8.2.

Con objeto de mantener una independencia entre el sistema de precios y los algoritmos de facturación y para posibilitar la adaptación del sistema a modificaciones en la definición de los periodos tarifarios o de las condiciones contractuales con los suministradores se propone la implementación de esta funcionalidad mediante la creación de una base de datos de precios con las siguientes características:

? Flexibilidad en la tipificación de días y asignación de bloques horarios a periodos tarifarios, permitiendo la definición y modificación de los parámetros que definen un período.

? Almacenamiento estructurado de la información de precios de contrato para cada subestación, mes y periodo tarifario, con lo que es posible acceder de manera fácil y eficiente al valor del precio aplicable para un momento determinado.

? Asignación de períodos de vigencia de condiciones contractuales (aplicabilidad de precios), para poder mantener diferentes tablas de precios a aplicar si se producen modificaciones en las condiciones contractuales.

? Almacenamiento estructurado de la información de precios de coste de la energía como resultado del correspondiente algoritmo de cálculo para cada subestación, mes y periodo tarifario, con lo que es posible acceder de manera fácil y eficiente al valor del precio para los consumos de los móviles en cada momento.

Las funcionalidades básicas que se desarrollarán en el módulo de mantenimiento de este sistema de precios son:

? Introducción, visualización y mantenimiento de datos maestros:

Se facilitarán formularios de entrada de datos para la introducción, modificación o supresión de datos en las tablas de precios de contrato, periodos tarifarios, días tipo y bloques horarios para cada subestación de la red, y se incorporarán mecanismos para la carga masiva de condiciones similares. Igualmente se facilitará la confección de informes relativos a los mismos datos

? Cálculo de los precios de coste de la energía

Se calcularán, mediante el algoritmo especificado en el anexo 8.2, los precios aplicables para cada subestación y periodo tarifario de la energía consumida por los vehículos en un determinado mes, almacenándose en la base de datos para su utilización por el módulo de facturación de energía.

? Almacenamiento en base de datos de los precios de coste de la energía

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Los resultados del cálculo anterior se almacenarán en la base de datos de precios en forma de tablas para su utilización directa por el módulo de facturación de energía, facilitándose los mecanismos para consulta e informes necesarios.

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6.1.11 Generación de facturas

El sistema de facturación propuesto tiene como objeto el cálculo, la confección y la edición de las facturas correspondientes al consumo realizado por los vehículos en el mes objeto de facturación.

Para ello se estructura este sistema en dos componentes diferenciados:

? Un subsistema de cálculo de la factura para cada vehículo que desarrollará las siguientes funcionalidades:

- Acceso a los consumos de energía por vehículo, día, subestación y periodo tarifario

- Agregación de los consumos diarios de energía correspondientes a los vehículos en cada periodo tarifario definido en el sistema de precios.

- Acceso al precio de coste de la energía calculado en el sistema de precios para la subestación y el mes de que se trate.

- Cálculo del coste de la energía consumida por el vehículo en cada subestación por periodo tarifario aplicando el precio correspondiente para dicha subestación y periodo.

- Agregación de los costes calculados de energía para el mes facturado, obteniendo el coste total por vehículo y periodo tarifario

- Cálculo del precio medio de la energía por periodo tarifario obtenido por cociente entre el coste total de energía y el consumo en el período

- Cálculo y generación de las facturas para vehículo en función de los consumos realizados en el mes dentro de cada periodo tarifario

- Almacenamiento en forma de objeto de los datos correspondientes a la factura para su posterior edición

? Un subsistema de edición de facturas e informes en formato PDF y que desarrollará las siguientes funcionalidades:

- Generación del documento factura en formato XML

- Transformación automática a formato PDF mediante las hojas de definición de estilo para conseguir el formato de documento oficial.

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De esta forma se obtendrían los dos formatos básicos que se recogen a continuación:

Se muestra a continuación el esquema funcional de bloques del sistema de facturación:

BASE DATOSCONSUMOS

MÓVILES

ASIGNACIONCONSUMOS DIARIOS

A PERIODOS TARIFARIOS

BASE DATOSPRECIOS

CALCULO COSTE DIARIOENERGÍA POR

PERIODO TARIFARIO

CALCULO COSTE TOTALENERGIA POR

PERIODO TARIFARIO

CALCULOPRECIO MEDIO PORPERIODO TARIFARIO

BASE DATOSFACTURAS

GENERACIÓNFACTURAS

GENERACIÓNDOCUMENTO

XML

TRANSFORMACIÓN ADOCUMENTO

PDF

BASE DATOSHISTÓRICOFACTURAS

MANTENIMIENTOHISTÓRICOFACTURAS

VISUALIZACIÓNHISTÓRICOFACTURAS

VISUALIZACIÓNFACTURAS

IMPRESIÓNFACTURAS

GENERACIONINFORMES

FACTURACIÓN

CÁLCULO

EDICIÓN

P1 P2 P3 P4 P5 P6123…3031

Totales mesPreciosCostes

Día CONSUMO POR PERIODO TARIFARIO (Kwh)

P1 P2 P3 P4 P5 P6Totales mes

PreciosCostes

CONSUMO POR PERIODO TARIFARIO (Kwh)

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6.1.12 Soporte de ampliación para el tratamiento de la energía consumida en otras infraestructuras ferroviarias

La arquitectura lógica y de aplicación definidas posibilitan la ampliación del sistema para dar cabida al tratamiento de los datos de consumo registrados en los equipos móviles cuando la circulación de los vehículos se realice a través de infraestructuras pertenecientes a otros administradores ferroviarios.

? Discriminación de la infraestructura en que se ha producido el consumo

A partir de las coordenadas que determinan la localización geográfica del móvil, y mediante el mecanismo de asignación contemplado en GIS es posible la identificación de la infraestructura ferroviaria, con tal de que se recoja la cartografía de base (aunque de forma simplificada) de dicha infraestructura en el sistema GIS. Si no se quiere discriminar a nivel de subestación que alimenta la red, se puede asignar una subestación virtual que identifique al administrador de infraestructura a nivel global.

El proceso se recoge esquemáticamente en la figura siguiente

? Ampliación del GIS para poder albergar datos relativos a los diferentes administradores de infraestructuras

Id. Tren

Fecha/Hora X Y Administrador Subestaciones

GIS

BD GIS INFRAESTRUCTRAS

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Tal como se comenta en el punto anterior, es posible introducir con el nivel de detalle que se desee las infraestructuras de red de otros administradores.

? Utilizar datos de circulación de otros administradores de infraestructuras análogos al Sistema SITRA

De acuerdo con la arquitectura de interconexión de aplicaciones diseñada en el centro de control, es posible realizar el intercambio de información con otros sistemas análogos a SITRA, mediante el desarrollo de un módulo específico de comunicación con el sistema de que se trate. Este módulo realizaría la transformación del formato de datos proporcionados e invocaría el mismo servicio web ya desarrollado en el centro de control para SITRA de acuerdo con el siguiente esquema:

SISTEMA EXTERNO

Servicio Web entrada datos SITRA

Puesto Central

Módulo lectura Transformación a formato SITRA e

Invocación Servicio Web

Una vez almacenada la información, el resto del tratamiento en el centro de control sería el mismo que se realiza con la información de SITRA

? Utilizar la información relativa al consumo de las subestaciones eléctricas de los administradores de infraestructuras de forma análoga a la información de telemedida de Renfe.

De acuerdo con la arquitectura de interconexión de aplicaciones diseñada en la propuesta del sistema del centro de control, es posible realizar el intercambio de información con otros sistemas análogos al sistema de telemedida, mediante el desarrollo de un módulo específico de comunicación con el sistema de que se trate. Este módulo realizaría la transformación del formato de datos proporcionados e invocaría el mismo servicio web ya desarrollado en el centro de control para el sistema de telemedida de acuerdo con el siguiente esquema:

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Telemedida Servicio Web

Entrada Datos

Telemedida

Puesto Central

Importación Ficheros DTA

Transformación de formatos e Invocación

Web Services

Una vez almacenada la información referente a las telemedidas, el resto del tratamiento en el centro de control sería el mismo que el que se realiza para la solución propuesta para las subestaciones de Renfe.

? Transmisión a cada administrador de la información que le corresponda.

Si se han recibido los datos de circulación y de telemedida de las subestaciones, y si se dispone de la representación cartográfica de la infraestructura en el sistema GIS al nivel de detalle adecuado, así como del sistema de precios aplicable, sería posible con las adaptaciones necesarias pero sin cambios en la funcionalidad básica realizar la facturación del consumo de energía de los vehículos para las circulaciones por tramos de infraestructura correspondientes a otros administradores.

6.1.13 Otras funcionalidades

Adicionalmente el sistema de facturación podría proporcionar el acceso a la información de facturación por parte de los operadores de vehículos. Mediante los adecuados mecanismos de identificación y seguridad, se facilitará el acceso a la información a través de internet mediante un browser estándar, lo que puede significar una facilidad añadida que se traduce en un mejor servicio a los operadores.

Igualmente en una fase posterior sería posible desarrollar la posibilidad de realizar el envío electrónico de las facturas e incorporar la funcionalidad de pago electrónico, ya que como se ha explicado, se generan y almacenan todos los datos necesarios en formato XML.

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6.2 Solución adoptada para el centro de control

6.2.1 Introducción

La arquitectura propuesta para el desarrollo y puesta en explotación del centro de control se basa en la arquitectura de componentes Enterprise Java Beans (EJB) de la plataforma JAVA 2 Enterprise Edition (J2EE) de Sun Microsystems.

El servidor de aplicaciones propuesto es Bea Weblogic Server, una de las soluciones con mayor implantación en el mercado en este tipo de sistemas.

Adicionalmente a estas tecnologías, que conforman la base de la arquitectura de la solución propuesta, se incluyen tecnologías adicionales ampliamente difundidas en el ámbito de los sistemas empresariales, donde los requerimientos de seguridad, escalabilidad, fiabilidad, tolerancia a fallos y rendimiento son muy importantes.

Estas tecnologías adicionales se centran en la resolución de problemas comunes a este tipo de sistemas, como son:

• Utilización de Web Services (Servicios Web) para el intercambio de información entre diferentes sistemas. Esta tecnología utiliza XML, de forma embebida, como formato de la información intercambiada.

• Utilización de la tecnología Swing, perteneciente también a la plataforma Java, para el desarrollo de los clientes, siempre ligeros, del centro de control.

• Generación de informes en formato PDF a partir de la información obtenida de la base de datos, para lo que se emplearía XML/FOP (Formatting Objects Processor).

Como sistema de gestión de bases de datos relacional se empleará Oracle 9i Standard Edition. Oracle 9i es la versión actual de la solución para la gestión de información Oracle, uno de los productos de mayor difusión en el almacenamiento, gestión, integración y uso de la información corporativa.

Para el GIS del centro de control se propone la utilización de Smallworld (de la compañía General Electric), una herramienta que permite implementar sistemas de información geográfica en entornos empresariales corporativos. La propuesta de utilización de Smallworld se basa en que Renfe actualmente está desarrollando su sistema de información geográfica con esta herramienta. De este modo se podría aprovechar la infraestructura actual para ampliar la funcionalidad con los requerimientos exigidos en el

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sistema de facturación, evitando de esta forma la coexistencia de dos sistemas GIS diferentes.

6.2.2 Entorno de aplicaciones

• Arquitectura lógica

A continuación se presenta un esquema genérico de la arquitectura propuesta:

Desde el punto de vista lógico, la solución propuesta para el desarrollo del centro de control se basa en la utilización de un modelo de tres capas, utilizando siempre tecnología orientada a objetos. Este modelo garantiza la separación lógica de los diferentes componentes que debe tener todo sistema corporativo: capa de presentación, capa de negocio/lógica y capa de acceso a datos.

La capa de presentación, como se aprecia en el diagrama global, está compuesta por varios tipos de clientes que atacan los componentes de lógica de negocio (donde reside

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toda la lógica del sistema de facturación). Básicamente hay dos tipos de clientes: aplicaciones de ventanas desarrolladas empleando Java Swing y servidores web.

Swing es el paquete Java estándar que se emplea en el desarrollo de aplicaciones con interfaces gráficas. Swing es un paquete 100% Java con lo que las aplicaciones desarrolladas con él son totalmente multiplataforma. Este es el cliente propuesto para el centro de control, cliente que sólo se encargaría de presentar y recoger la información introducida por el usuario, ya que todos los cálculos se realizarán el la capa de lógica de negocio (en el servidor de aplicaciones J2EE), siendo por tanto un cliente ligero.

Los clientes del centro de control invocan a petición del usuario los procesos de negocio en el servidor de aplicaciones, y reciben los datos de respuesta de éste para su posterior representación.

El servidor de aplicaciones ejecuta las lógicas de negocio, devolviendo un conjunto de objetos con los datos de respuesta, además de completar el proceso que lleve asociado dicha petición.

La lógica de negocio utiliza la capa de datos para acceder a los datos almacenados en el repositorio del sistema (Oracle), mediante el uso de la tecnología Java JDBC.

En lo que respecta a la lógica de negocio del sistema, la implementación de cada una de las diferentes funcionalidades exigidas se realizará en base a módulos o bloques. Estos bloques actuarán como cajas negras que proveerán servicios tanto a la capa de presentación (al cliente o usuario) como al resto de módulos. De esta forma una funcionalidad concreta residirá siempre en el mismo módulo, y en caso de que otros módulos necesiten acceso a dicha funcionalidad lo harán a través de los servicios externos proporcionados por su módulo correspondiente. Por ejemplo, el módulo de facturación solicitará los datos necesarios para calcular y confeccionar las facturas a los módulos correspondientes, y no accederá directamente a la base de datos para obtener dichos datos.

La implementación en base a módulos proporciona muchas ventajas durante el ciclo de vida del desarrollo de un proyecto:

- en el período de análisis y diseño del sistema, al ser más fácil la identificación de los diferentes procesos y objetos de que se compondrá el sistema. En este período también se definen las interfaces entre los diferentes módulos.

- durante la implementación, ya que el grupo de desarrollo puede ir trabajando de forma independiente y en paralelo sobre los diferentes módulos. A al estar definidas desde un principio las interfaces entre los distintos módulos, el ensamblaje del sistema global es mucho más claro.

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- durante las pruebas, ya que antes de las pruebas del sistema global se pueden realizar de forma independiente y atómica cada uno de los diferentes módulos.

- ante una posible ampliación del sistema, ya que en caso de que la funcionalidad afecte a un determinado módulo, los cambios a realizar estarían localizados.

A continuación se presenta un esquema de bloques del centro de control:

Comunicaciones

Móviles SITRA Telemedida

Núcleo (básico)

FacturaciónIdentificación Geográfica de

Consumos

Tipificación de ConsumosAsignación de Coeficientes de

RepartoTratamiento de Circulaciones

Sin Medidas Directas

Asignación de Consumos aSubestaciones

Gestión de Fallos Sistema de Precios

Arquitectura

Gestión de Usuarios y Perfiles ConfiguraciónAuditoría

Histórico

Gestión Reclamaciones

Sistema de Informes

Mantenimiento de Datos Maestros Mensajes del Sistema Gestión Operación

Gestión Mantenimiento

Control de Estado de Móviles

Núcleo (adicional)

Repositorios

GIS

Oracle(Operaciones)

Oracle (Histórico)

• Plataforma J2EE y componentes EJB

EJB es una especificación de Sun MicroSystems que especifica una arquitectura de componentes distribuidos de la plataforma J2EE aptos para el desarrollo de aplicaciones empresariales. La especificación EJB contiene un acuerdo entre componentes y servidores de aplicaciones, de tal manera que un servidor de aplicaciones que cumple con la especificación pasa a llamarse contenedor o servidor de aplicaciones J2EE y los componentes que cumplen con la especificación se denominan EJB. Un componente que cumpla la especificación EJB puede ejecutarse sobre cualquier contenedor J2EE. Estas características añaden una gran versatilidad a los sistemas diseñados bajo la presente especificación debido a que no se liga los componentes al contenedor sino que queda a

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elección de la persona que finalmente los despliegue la elección del servidor de aplicaciones.

Los componentes EJB son una solución estándar que abordan la resolución de aspectos comunes a cualquier sistema, como son el acceso a base de datos de manera eficiente, modular, segura, transaccional e independiente del sistema gestor de base de datos que se emplee finalmente. Esto último se consigue gracias al empleo de la interfaz de comunicación con base de datos Java Database Connectivity (JDBC), la cual es independiente del sistema gestor de base de datos al que ataca, y el lenguaje de consulta EJB Query Language (EJB-QL), lenguaje de consulta a base de datos definido en la especificación EJB similar a SQL pero independiente de la base de datos empleada.

Otra de las características más importantes es el manejo de transacciones por parte del servidor de aplicaciones. En sistemas críticos del entorno empresarial donde se manejan datos vitales, no son admisibles inconsistencias en los datos que el sistema almacena por lo que es fundamental que todo el manejo de datos dentro del sistema se haga de forma transaccional, es decir, una caída durante una operación del sistema, no deja en un estado inconsistente al sistema. El hecho de que esta parte tan vital y compleja se encuentre ya implementada en el sistema hace que se reduzcan enormemente los costes de desarrollo y se aumente enormemente la robustez y fiabilidad del sistema.

• Generación de Facturas e Informes en formato PDF

PDF (Portable Document Format) es el formato propuesto para la generación de los informes y facturas del sistema, al ser un estándar en la distribución e intercambio de documentos electrónicos.

• Intercambio de información

XML se ha convertido en los últimos años en el estándar de facto para la transmisión de datos y documentación a través de Internet. XML es un potente lenguaje con el que se puede definir cualquier tipo de documento que se desee y representar cualquier conjunto de datos que fuera necesario.

El proceso de generación de los informes sería el siguiente:

- el sistema recopila los datos necesarios para el informe y los introduce en un objeto, utilizado únicamente para albergar dicha información.

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- a partir de este objeto, y mediante un proceso automático, el sistema genera un documento en formato XML.

- a partir de la información en XML y de una hoja FO se realiza un proceso de transformación que da como resultado el documento (informe o factura) en formato PDF.

Todo este proceso se realizaría siempre en el servidor de aplicaciones, nunca en el cliente. Una vez confeccionado el informe o la factura, éste sería enviado al cliente para su visualización o impresión.

Todas las librerías necesarias para realizar estas transformaciones son de código y uso gratuito, por lo que no es necesario comprar ningún tipo de software comercial para la generación de los informes y facturas en formato PDF.

• Comunicación con sistemas externos

La solución propuesta para la interconexión de los diferentes sistemas externos (SITRA, telemedida y GIS) con el centro de control se basa en la realización de módulos específicos encargados de dicha comunicación, de forma que el núcleo del centro de control quede, desde un punto de vista funcional, aislado de estas labores. En caso de que cambien estos sistemas externos, o cambien las interfaces de comunicación con los mismos, sólo será necesario adaptar dichos cambios en los módulos de comunicación correspondientes.

Desde un punto de vista tecnológico se emplearán web services (servicios web) en el centro de control para proporcionar los servicios de comunicación con los sistemas externos.

Los servicios web utilizan protocolos estándar. Las ventajas del uso de esta tecnología radican en que la información que se comparte entre ambos sistemas es XML, y se utiliza el protocolo http para la transferencia de dichos información. De esta forma, si no existiera la posibilidad de conectar los sistemas a través de una LAN o WAN, se podrían conectar a través de internet.

Si en un futuro los diferentes sistemas externos que se comunican con el centro de control no estuvieran en la misma red, el uso de esta tecnología garantizaría la comunicación vía internet entre ellos, con las correspondientes medidas de seguridad de encriptación de los datos y control de acceso.

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6.2.3 Arquitectura hardware del centro de control

Se describe a continuación la arquitectura hardware del centro de control.

6.2.3.1 Equipamiento de comunicaciones

El sistema de comunicaciones entre los equipos móviles y el centro de control se basa en las siguientes modalidades:

- Llamadas de los terminales móviles

- Envío de mensajes hacia/desde los terminales móviles.

Es decir, las comunicaciones se sustentarán en todo momento en el estándar de telefonía móvil GSM, ya sea mediante llamadas o mensajes.

En el caso de las llamadas, los terminales embarcados, los cuáles disponen de un módem GSM, realizarán llamadas a una serie de números fijos que se corresponderán con las líneas fijas asignadas a la centralita.

Se ha establecido un número de 16 líneas fijas que serán atendidas por la centralita para garantizar en todo momento la no saturación de las líneas.

Además, para el envío de mensajes por parte del servidor es necesario incorporar un módem GSM que permita comunicar mediante SMS con cualquiera de los terminales embarcados, con el fin de posibilitar la interrogación acerca del estado del mismo.

Telefónica actualmente no garantiza a día de hoy cobertura GPRS en el 100% de la cobertura alcanzada por GSM, lo que hace desde nuestro punto de vista más aconsejable la adopción de ésta última, configurando una solución escalable hacia futuras tecnologías como GPRS y UMTS.

En el caso de los equipos embarcados, al ser éstos completamente modulares, bastaría con cambiar el módulo específico GSM para poder funcionar con cualquier otra tecnología.

• Centralita de comunicaciones

Como centralita para las comunicaciones con los equipos embarcados se utilizarán dos tarjetas PCI multimódem (cada una con 8 líneas), conectadas en el servidor de aplicaciones (utilizando dos los buses PCI libres). En total se dispondrá de 16 puertos de módem de hasta 56 Kbps para la transmisión de los datos, utilizando tecnología V.90-56k.

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• Módem GSM/GPRS

El módem propuesto para la comunicación del centro de control con los equipos móviles. La gran ventaja de este modelo es que integra tanto GPRS como GSM (banda dual) en un solo equipo, asegurando la compatibilidad con GPRS de cara al futuro. Permite la transmisión de datos, voz, SMS y fax.

El terminal estará conectado al centro de control (servidor de aplicaciones) vía V.24 (puerto serie RS-232).

6.2.3.2 Equipos informáticos

En este apartado se describe la configuración hardware que se propone para el centro de control, resumida en el siguiente esquema:

Servidor Aplicaciones HP ML350 G3

Servidor GIS HP ML350 G3

Servidor Base de Datos HP ML350 G3

SITRASistemaTelemedida

Puesto operaciónHP bus. desktp d330

...Puesto operaciónHP bus. desktp d330

( 8 puestos)

Puesto desarrolloHP bus. desktp d330

...Puesto desarrolloHP bus. desktp d330

( 3 puestos)

Red corporativa Renfe

Router(no suministrado)

16 líneas RTC

GSM / GPRS

Si bien toda la lógica asociada al centro de control podría radicar en un único servidor, por motivos de rendimiento y escalabilidad, es conveniente proponer una arquitectura más compleja que permita dar una respuesta más eficaz a las necesidades del sistema de facturación, asegurando una adecuación a futuras mejoras y ampliaciones de los servicios suministrados por el mismo.

A continuación se describen cada uno de los componentes hardware propuestos.

• Servidor de aplicaciones, donde residirá toda la lógica del centro de control, desarrollada en Java siguiendo los estándares J2EE y sustentada por un software de servidor de aplicaciones.

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• Servidor de cartografía, que albergaría el sistema de cartografía y sobre el que se desarrollará el sistema GIS para la identificación de tramos y recorridos asociados a los trenes.

• Servidor de base de datos, destinado al almacenamiento de todos los datos intercambiados por el centro de control.

• Puestos de operación, en número de 8.

• Tres puestos de desarrollo, con las licencias correspondientes del software utilizado en el desarrollo del centro de control.

• Unidad de backup.

A continuación se describen con más detalle los equipos objeto de suministro.

• Servidor de aplicaciones

- Procesador Intel Xeon 2,8 Ghz

- Memoria 1GB RAM

- 2 discos de 18 GB

- Tarjeta de red 10/100/1000

- Monitor 19´´

• Servidor de GIS

Tiene las mismas características que el servidor de aplicaciones, pero incorpora 3 discos de 18 GB (en vez de 2).

• Servidor de base de datos

Tiene las mismas características que el servidor de aplicaciones, pero incorpora 3 discos de 18 GB (en vez de 2).

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• Estaciones de trabajo y puestos de desarrollo

- Procesador Intel Pentium 4 a 2,66 GHz

- Memoria RAM 256

- Disco duro de 40 GB

- Tarjeta de red ethernet 10/100/1000

- Monitor 19´´

• Unidad de Backup

La unidad de almacenamiento externo propuesta empleará la tecnología magneto-óptica (hasta 2,3 GB de capacidad de almacenamiento) e interfaz USB.

Los cartuchos magneto-ópticos son inmunes a golpes, vibraciones, líquidos, etc., siendo los removibles más resistentes y fáciles de usar, y siempre se pueden reescribir, estando garantizada la información almacenada en un cartucho por 30 años.

A continuación se describen las características de la unidad de almacenamiento externo:

- Capacidad: 2,3 GB

- Interfaz: USB 2.0

- Veloc. transferencia: hasta 8.3 Mb/s

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7. Descripción técnica del sistema de comunicaciones

7.1 Funcionalidad requerida para el sistema de comunicaciones

El sistema de comunicaciones a implantar debe ser capaz de transmitir desde los equipos embarcados al centro de control toda la información de consumos y localización.

La transmisión de datos se producirá de los siguientes modos:

• Transmisión diaria de los datos de consumo, localización, horario e incidencias, según el protocolo de comunicación definido.

La iniciativa para establecer la transmisión recaerá en el equipo móvil. Éste equipo buscará las condiciones óptimas de cobertura y al encontrarse parado para garantizar la calidad de la transmisión, tratará de iniciar la transmisión de datos hacia el centro de control dentro del horario previamente asignado. Se asignarán periodos horarios a cada tren en función del último dígito del número telefónico que tenga asignado.

En caso de no conseguir establecer la comunicación se producirán un número predeterminado de reintentos en el periodo horario asignado. En caso de no lograrlo el equipo móvil reintentará la comunicación el día siguiente, En caso de no conseguirlo en esta segunda ocasión la rutina de comunicación será iniciada por el centro de control.

Los datos transmitidos serán:

- Consumo

- Localización

- Horarios

- Incidencias

El formato de la información será el adecuado para requerir unas necesidades de comunicaciones y unas capacidades de almacenamiento adecuadas. Se establece que la información almacenada durante 3 meses no superará los 134 kbytes

• Envío automático de mensaje corto SMS al centro de control en caso de cualquier anomalía (avería, manipulación, etc.)

Se definirán tres tipos de mensajes SMS de alarma:

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- Fallo interno del equipo.

- Intento de manipulación del equipo embarcado.

- Fallo en la alimentación del equipo.

Al recibir el mensaje en el centro de control se podrá poner en marcha la operativa correspondiente para subsanar la incidencia.

El mensaje SMS tendrá el siguiente formato:

- Identificación del material móvil

- Fecha

- Hora/minuto

- Código del error

- Registro de incidencia

• Recepción cada 12 horas de un mensaje SMS enviado por el centro de control para la verificación del estado del equipo embarcado.

Para controlar el perfecto estado de funcionamiento de los equipos embarcados en los trenes el centro de control enviará dos veces al día a cada tren un mensaje SMS de reconocimiento y validación del correcto funcionamiento de los mismos.

Cada equipo embarcado responderá con un mensaje que contenga los siguientes datos:

- Fecha y hora

- Posición

- Resultado de los tests internos del equipo

- Fecha y hora del último envío de datos

En caso de que el equipo móvil no responda a los mensajes durante un periodo de tiempo configurable (2- 3 días), se emitirá una alarma para que el equipo de comunicaciones sea revisado por el personal de mantenimiento.

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Se implementará un registro de incidencias que permita analizar la validez de los datos de consumo y localización obtenidos, así como para facilitar las tareas de mantenimiento.

La tecnología empleada para realizar las comunicaciones será GSM, ya sea mediante llamadas de datos como de mensajes SMS. No obstante la modularidad del equipo embarcado hará posible una transición sencilla a nuevas tecnologías futuras, GPRS o UMTS.

Todos los equipos suministrados estarán preparados para su adaptación a UMTS. Los equipos embarcados son completamente modulares, y bastará con añadir una tarjeta UMTS o sustituir la tarjeta GSM para lograr la compatibilidad con esta tecnología.

Por su parte, en el centro de control, el equipamiento será completamente compatible con GPRS, ya que el módem de comunicaciones soportará ambos estándares.

El protocolo a emplear será un estándar de amplia difusión en el mercado que permita la detección de errores y posibilite la compresión de datos para aumentar la velocidad de las transmisiones. En caso de detección de un error en la transmisión, el paquete de datos que estaba siendo enviado será retransmitido automáticamente.

7.2 Solución adoptada para el sistema de comunicaciones

7.2.1 Metodología de registro

Para el dimensionamiento de las capacidades de memoria de almacenamiento y de transmisión del equipo móvil es necesario realizar una estimación del volumen de información a manejar.

La información a registrar es la siguiente:

• Energía consumida • Energía devuelta a la red • Posición • Horario del consumo

La información deberá ser registrada cada 5 minutos y transmitida al centro de control una vez al día.

Dependiendo de la metodología de registro empleada el volumen de datos manejados puede variar sustancialmente. Entre las alternativas de registro se puede optar por:

• Registro de longitud fija con periodicidad fija de 5 minutos.

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• Registro de longitud fija con periodicidad variable en función del estado de movimiento y consumo del material móvil.

• Registro de longitud variable con periodicidad variable en función del estado de movimiento y consumo del material móvil.

Evidentemente el tercer sistema de registro es el que permite manejar un volumen inferior de información, pues el periodo de 5 minutos es innecesariamente pequeño para periodos prolongados de tiempo en el que el material móvil se encuentra parado y sin consumir energía, por ejemplo en los periodos nocturnos.

Se definen cuatro periodos de funcionamiento diferentes:

Estado Vehículo

consumiendo Vehículo en movimiento

Condición de registro

0 No No - Registro cada hora - Registro a la entrada - Registro a la salida

1 No Sí - Registro cada hora - Registro a la entrada - Registro a la salida

2 Sí No - Registro cada 15 minutos - Registro a la entrada - Registro a la salida

3 Sí Sí - Registro cada 5 minutos - Registro a la entrada - Registro a la salida

Los registros a la entrada y salida del estado no se realizan de forma instantánea para cada transición, ya que se pueden producir situaciones en las que ocurran cambios de estado reiterados, como pueden ser los casos de vehículos en talleres o que realizan maniobras dentro de una termina o estación. En estos casos, si no se aplican restricciones en las condiciones de cambio de estado, un sistema de registro de este tipo puede generar una cantidad de información muy alta con un valor analítico muy bajo, por lo que se definirá un periodo de tiempo durante el cual el vehículo ha de permanecer estable para considerar que ha cambiado definitivamente de estado. El criterio que se propone es que el registro del nuevo estado se produce en el instante múltiplo de 5 minutos posterior al cambio.

Con esta solución se cumple el objetivo de filtrar los cambios de estado esporádicos. Es una solución sencilla de implementar en el programa principal del equipo móvil, produciendo un ahorro de registros, al producirse todos ellos en instantes múltiplos de 5 minutos. Los errores cometidos serán bajos, pues, en el peor de los casos, el registro del cambio de estado se producirá 5 minutos después de que realmente ocurra.

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Los registros tendrán una longitud variable, aprovechando el hecho de la repetitividad de ciertos datos entre un registro y los subsiguientes. En función del estado en el que se encuentra el móvil existen datos invariables en el tiempo y que, por lo tanto, no es necesario que sean almacenados sistemáticamente. El valor de estos datos será igual al almacenado en el último registro en el que aparecen. La tabla siguiente muestra los valores que permanecen constantes en cada periodo.

El formato básico de los mensajes para transmitir los datos al centro de control serán:

- Cabecera: 4 bytes - Registro de información: 1 Byte - Fecha: 3 bytes - Hora: 1 Byte - Minuto: 1 Byte - Energía consumida: 2 bytes - Energía devuelta: 2 bytes - Posición: 8 bytes

• Cabecera (4 bytes)

La cabecera permitirá identificar unívocamente el comienzo de una serie de datos correspondientes a un equipo móvil y a un estado determinado. Existirá una cabecera en la transmisión siempre que se produzca un cambio de fecha, un cambio de hora o un cambio de estado.

La cabecera incluirá los siguientes registros:

- Código identificativo del vehículo.

- Versión del hardware y software del equipo móvil.

- N° de tarjeta SIM asociada al equipo.

Estado Datos invariables

0 - Energía consumida - Energía devuelta - Posición

1 - Energía consumida - Energía devuelta

2 - Energía devuelta - Posición

3 - Ninguno

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- Fecha/hora/minuto inicial de los datos que se envían.

- Fecha/hora/minuto final de los datos que se envían.

Toda esta información, excepto las fechas, se encuentra almacenada en la memoria flash, situada en el backplane del equipo.

Para conocer la fecha de inicio de los datos que hay que transmitir, la memoria RAM del equipo móvil tendrá reservado un pequeño espacio dedicado al almacenamiento de las fechas de los últimos envíos.

• Registro de información (1 byte).

Este registro indicará el estado en el que se encuentra o al que transita el móvil, definiendo la estructura de los registros que le suceden, así como la cadencia con que han sido grabados.

X X X X 3 2 1 0

Bits 0 y 1. Codificación de estado

Bit 2. Cambio de horaBit 3. Cambio de fecha

La siguiente tabla muestra, tanto el periodo de almacenamiento, como los datos a registrar en función del estado del vehículo:

Estado

Periodo de almacenamiento

Datos a registrar Longitud de registro

0 (0,0) 1 h Ninguno* 0 bytes

1 (0,1) 1 h Posición 8 bytes

2 (1,0) 15 min. Energía consumida 2 bytes

3 (1,1) 5 min. Energía consumida Energía devuelta** Posición

2 bytes 2 bytes**

8 bytes

* Sólo se graba la cabecera. Comprobación de que el sistema está operativo y en correcto funcionamiento.

** Suponiendo que el vehículo está equipado con freno regenerativo.

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Cuando se produzca un cambio de estado, se realizará un último registro perteneciente al estado que se abandona, y, seguidamente, se situará una cabecera sucedida por un nuevo registro de información de datos y del minuto de cambio de estado.

Por otra parte, los dos bits: 'cambio de hora' y 'cambio de fecha', indican que se ha realizado un registro por cambio de cualquiera de estas dos variables:

- Si el bit 'cambio de hora' es '1', indica que se ha producido un cambio de hora, registrándose la información de la nueva hora, así como los datos necesarios en función del estado del vehículo.

- Si el bit' cambio de fecha' es '1', indica que se ha producido un cambio de fecha, registrándose la información de la nueva fecha, así como los datos necesarios en función del estado del vehículo. En este caso el bit 'cambio de hora' también será '1'.

• Minuto de cambio de estado (1 byte).

Este dato se registrará detrás del registro de información únicamente si se ha producido un cambio de estado.

• Hora. (1 byte)

Este dato se registrará detrás del registro de información únicamente si se ha producido un cambio de hora.

• Fecha. (3 bytes)

Este dato se registrará detrás del registro de información únicamente si se ha producido un cambio de fecha.

• Consumo último periodo (2 bytes)

Este dato se registrará únicamente si el vehículo se encuentra en los estados 2 ó 3.

• Devolución de energía último periodo (2 bytes).

Este dato se registrará únicamente si el vehículo se encuentra en el estado 3 y si el vehículo está equipado con freno regenerativo.

• Posición. (8 bytes)

Este dato se registrará únicamente si el vehículo se encuentra en los estados 1 ó 3.

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Con el método de registro propuesto, se calcula la memoria necesaria para el almacenamiento de los datos asociados a un periodo temporal de 3 meses.

Se supone que el móvil durante un día de trabajo se encuentra 8 horas en estado 0 (parado y sin consumir energía), 8 horas en estado 2 (parado y consumiendo) y otras 8 horas en estado 3 (en movimiento y consumiendo). Se supone también que las 8 horas en estado 0 se producen sin interrupción y que los estados 2 y 3 se alternan en 10 ocasiones. Se considera que el cambio de fecha se produce mientras que el móvil se encuentra en estado 0. Se supone que cada mes se compone de 25 días.

En el estado 0 se producirán:

- 8 registros de 6 bytes por cambio de hora: 8x6=48 bytes - 1 registro de 6 bytes por cambio de estado: 1x6=6 bytes - 1 registro de 8 bytes por cambio de fecha: 1x8=8 bytes

Total: 62 bytes

En el estado 2 se producirán:

- 8 registros de 8 bytes por cambio de hora: 8x8=64 bytes - 8 registros de 8 bytes por cambio de estado: 8x8=64 bytes - 3 registros de 2 bytes cada hora al cambiar de periodo cuarto-horario:

3x8x2=48 bytes

Total: 176 bytes

En el estado 3 se producirán:

- 8 registros de 18 bytes por cambio de hora: 8x18=144 bytes - 8 registros de 18 bytes por cambio de estado: 8x18=144 bytes - 11 registros de 12 bytes cada hora al cambiar de periodo de 5 minutos:

11x12x12=1.056 bytes

Total: 1.344 bytes

Por tanto cada día serán registrados un total de 1.582 bytes.

Y a lo largo de tres meses: 1.582x3x25 = 118.650 bytes = 118 kbytes.

7.2.2 Registro de incidencias

El equipo embarcado estará dotado de sistemas de detección de incidencias y realizará el registro de éstas para facilitar tanto acciones de mantenimiento correctivo como la interpretación por parte del centro de control de la veracidad de los datos recibidos.

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Para ello se define una estructura de un registro de incidencias, de forma que éstas queden correctamente identificadas. El registro contendrá los siguientes campos:

• Fecha y hora de aparición/desaparición de la incidencia (4 bytes).

Este campo indica la fecha y la hora (MM/DD/HH/MM) en la que aparece o desaparece una incidencia.

• Incidencias activas (4 bytes).

Este campo identificará las averías o disfunciones existentes en el equipo, pudiéndose observar todas las incidencias activas en el momento. Se asignará un bit para cada incidencia, con lo que podemos identificar 32 incidencias diferentes. La identificación de la incidencia que provoca el nuevo registro se realizará por comparación con el campo de incidencias activas del registro anterior.

Se reservarán 16 Kbytes de memoria RAM para el registro de incidencias, lo cual equivale a 2048 registros, en previsión de que puedan existir averías de carácter intermitente que puedan originar gran cantidad de registros.

Las incidencias a registrar serán entre otras:

- Desconexión de transductores de medida. - Error en las lecturas de los transductores. - Fallo módulo de medida. - Fallo en módulo GPS. - Fallo línea comunicaciones. - Falta de cobertura GSM. - Fallo módem GSM. - Fallo alimentación. - Memoria datos completa. - Fallo módulo reloj/calendario. - Fallo entradas/salidas. - Fallo CPU. - Número SIM incorrecto - Número CPU incorrecto.

7.2.3 Estructura del paquete de información a transmitir

La información almacenada en la memoria del equipo se transmitirá al centro de control con el siguiente formato:

CC55 Cabecera CC55 AA55 Datos consumo, localización y horario AA55 BB55 Incidencias BB55

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La separación entre bloques de información se realizará mediante la inserción registros XX55. Las secuencias de bits obtenidas no se repetirán en el resto del paquete de información y, por lo tanto, marcarán inequívocamente el inicio de un nuevo bloque.

Existirán tres tipos de registros separadores:

• AA55: Situados al principio y al final del bloque de datos

• BB55. Situados al principio y al final del bloque de incidencias

• CC55. Situados al principio y al final del bloque de cabecera

7.2.4 Hardware empleado para proceso de comunicaciones

7.2.4.1 Equipo embarcado

Para el equipo embarcado se opta por una unidad de telefonía móvil para la comunicación GSM con el centro de control. La descripción detallada de este módulo se ha realizado en el capítulo dedicado al equipo embarcado.

7.2.4.2 Centro de control

En el centro de control se recibirán todos los datos provenientes de los equipos embarcados. Para ello es necesario el correcto dimensionamiento de los canales de comunicaciones requeridos.

En el futuro existirán aproximadamente un total de 1.000 equipos embarcados, que tendrá asignado un número telefónico. La transmisión de datos se efectuará en el periodo valle telefónico, es decir entre las 22 y las 8 horas.

El periodo de tiempo necesario para establecer la comunicación y transmitir los datos registrados del día será de 1 minuto.

Por tanto serán necesarios 1.000 minutos para transmitir toda la información registrada. Se dispone de 8 horas para realizar la comunicación (de 22 a 8 horas), 600 minutos.

Por tanto con dos líneas telefónicas podría teóricamente ser suficiente para descargar al centro de control la información registrada a lo largo de un día.

Pero esto es sólo una primera aproximación teórica ya que la iniciativa para establecer la comunicación recae en los equipos móviles para garantizar la máxima cobertura y las

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mejores condiciones de transmisión; por lo que varios equipos móviles podrían coincidir en el tiempo a la hora de intentar establecer comunicación con el centro de control.

Para solucionar el problema planteado es necesario aumentar el número de líneas telefónicas en el centro de control y asignar franjas horarias para la comunicación a los equipos móviles.

Se contratarán 10 líneas telefónicas en el centro de control. Cada una de las 10 horas disponibles de periodo valle de comunicaciones se dividirá en 4 periodos de 15 minutos, por lo que se contará con 40 periodos cuarto-horarios.

Se agruparán los equipos móviles en 10 grupos de 100 unidades correspondiéndole a cada grupo 4 periodos de 15 minutos. Esta agrupación se realizará en función del último dígito del número telefónico de cada equipo embarcado. Los periodos cuarto-horarios correspondientes a cada grupo de equipos embarcados será distribuido uniformemente durante el periodo valle de comunicaciones, es decir al primer grupo le corresponderán los periodos cuarto-horarios número 1, 11, 21 y 31 (correspondientes a 00.00-00.15, 00.30-00.45, 03.00-03.15 y 05.30-05.45 horas).

Al disponerse de 10 líneas telefónicas en el centro de control cada grupo de 10 equipos embarcados dispondrá de 4 periodos de 15 minutos para comunicar con el centro de control. Las líneas se asignarán en función del segundo dígito del número telefónico. Por tanto cada grupo de 10 trenes dispone de 60 minutos para transferir sus datos, lo que teóricamente se realiza en 10 minutos.

En el centro de control se instalarán dos tarjetas en el servidor de aplicaciones, cada una con capacidad para gestionar de 8 líneas analógicas. Se tendrá pues una capacidad de 16 líneas, empleándose 10 para atender las llamadas de los equipos embarcados en los trenes y reservando líneas adicionales de reserva.

La descripción detallada de los equipos de comunicaciones se ha realizado en el capítulo dedicado al centro de control.

Gracias a este sobredimensionamiento, y partiendo del esquema de asignación de comunicaciones descrito, se pueden tomar varias estrategias para mejorar la capacidad de respuesta del centro de control. Entre otras:

• Incremento de la ventana temporal (franja horaria) en la que los equipos móviles pueden establecer las comunicaciones.

• Disminución del número de móviles por línea empleando las líneas de reserva citadas, de forma que haya menos competencia en el uso de la línea.

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• Reserva de algunas líneas para dedicarlas a emergencia, de forma que un terminal que no pueda establecer comunicaciones de forma repetida, utilice alguna de ellas como alternativa.

En cuanto a las comunicaciones vía SMS se suministrará un módem GSM/ GPRS para el envío y recepción de dichos mensajes desde el centro de control.

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8. Anexos

8.1 Ley sector ferroviario

8.1.1 Introducción y antecedentes

El pasado 29 de octubre el pleno del Congreso de los Diputados aprobó la Ley del Sector ferroviario, transponiendo a la legislación española las directivas dictadas por la Comunidad Europea. Esta aprobación supone la reestructuración del ferrocarril español e inicia el proceso de liberalización y apertura a la competencia del mercado ferroviario en España.

La necesidad de convertir el ferrocarril en un modo de transporte competitivo y de abrir los mercados ferroviarios nacionales al transporte internacional de mercancías realizado por las empresas ferroviarias establecidas en cualquier Estado miembro de la Unión Europea, hizo preciso abordar un conjunto de directivas dirigidas a dinamizar el sector ferroviario europeo.

La potenciación del nuevo ferrocarril responde plenamente a la necesidad de promover modos de transporte con escasa incidencia sobre el medio ambiente y con un menor consumo energético.

Las directivas fundamentales en la reforma del sector han sido hasta la actualidad:

• Directiva 2001/12/CE de 26 de febrero de 2.001, donde se establece la separación del negocio en dos actividades principales e independientes: administración de infraestructura y la explotación de los servicios de transporte. Se establece la separación al menos contable de estas actividades y la obligación de todos los estados miembros a la apertura de sus redes al transporte de mercancías principalmente.

• Directiva 2001/13/CE de 26 de febrero de 2.001, donde se establecen los principios de concesión de licencias a las empresas del sector de cara a garantizar un trato justo, transparente y no discriminatorio.

• Directiva 2001/14/CE de 26 de febrero de 2.001, donde se establece el concepto de capacidad de infraestructura, su adjudicación a los distintos operadores, los cánones a pagar por su empleo y los certificados necesarios para solicitarla.

• Directiva 2001/16/CE de 26 de febrero de 2.001, donde se establece la interoperabilidad de la red de transporte europea.

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8.1.2 Del monopolio al mercado competitivo

Tradicionalmente la explotación del ferrocarril se efectuaba de manera verticalmente integrada en régimen de monopolio, es decir abarcaba la infraestructura y la explotación de los servicios ferroviarios. La ley vigente hasta ahora en España, 16/1987 de 30 de Julio sobre la Ordenación del Transporte Terrestre, consideró que para el ferrocarril el conjunto camino-vehículo constituía la unidad básica de explotación, atribuyendo la explotación unitaria de las líneas y servicios a Renfe.

El nuevo modelo propuesto por la ley se sustenta en la separación del sector en dos actividades principales, la administración de la infraestructura y la explotación de los servicios de transporte, que serán desarrolladas desde ahora de manera totalmente independiente.

La actividad de administración de infraestructura por sus características particulares se desarrollará en régimen de monopolio regulado, de manera similar al transporte de energía eléctrica en el negocio eléctrico. Sin embargo la actividad de explotación de servicios ferroviarios se abrirá a la competencia y provocará la entrada de nuevos agentes que proporcionarán mejores servicios al ciudadano.

Un punto a destacar de la nueva ley es la concepción del transporte ferroviario como un servicio de interés general y especial que se presta en régimen de libre concurrencia; no un servicio público.

8.1.3 Gestión de la infraestructura

Un concepto básico para el nuevo modelo es la denominada Red Ferroviaria de Interés General, integrada por las infraestructuras esenciales para garantizar un sistema de transporte ferroviario para todo el territorio nacional.

La definición y planificación de esta red corresponde al Ministerio de Fomento.

Para administrar, gestionar, mantener y explotar esta red ferroviaria se crea el ADIF (Administrador de Infraestructuras Ferroviarias).

Englobará a parte de la actual RENFE y al Gestor de Infraestructuras Ferroviarias (GIF), y tendrá la forma de entidad pública empresarial.

Tendrá además las siguientes funciones:

• Aprobar y construir los proyectos de nuevas instalaciones pertenecientes a la Red de Interés General.

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• Definir la capacidad de red y adjudicación a los distintos operadores. • Cobro de los cánones por el uso de la infraestructura. • Fijar las tarifas por los servicios adicionales, complementarios y auxiliares.

Obviamente el ADIF no podrá prestar ningún tipo de servicio de transporte y deberá mantener la completa neutralidad respecto de cualquier operador.

El nivel de inversión anual será fijado por los Ministerios de Fomento y Hacienda, que determinarán asimismo la cuantía de las aportaciones económicas del Estado mediante un contrato-programa.

Los cánones principales por el uso de la infraestructura serán:

• Canon de acceso a la red ferroviaria de interés general (Modalidad A), por adquirir el derecho de de utilización con carácter general de de la Red Ferroviaria de Interés General o de parte de ella.

• Canon por reserva de capacidad de un trayecto en una franja horaria (Modalidad B), por la disponibilidad del trayecto solicitado.

• Canon de circulación o uso de la capacidad reservada (Modalidad C), por la utilización efectiva de la capacidad reservada.

• Canon por el tráfico producido en la red (Modalidad D), por el tráfico producido sobre la infraestructura ferroviaria.

8.1.4 Operadores y adjudicación de red

Mediante Orden Ministerial se publicarán las características de las infraestructuras puestas a disposición de los operadores e informará sobre la capacidad de cada tramo y sobre las condiciones de acceso a la misma.

Para realizar la adjudicación de la capacidad el ADIF asignará franjas horarias definidas en la declaración de red a los diferentes operadores ferroviarios para que un tren pueda circular entre dos puntos en un periodo de tiempo determinado.

Los operadores ferroviarios, una vez obtenida la licencia de empresa ferroviaria, deberán presentar previamente su solicitud de capacidad

La licencia de empresa ferroviaria será válida para todo el territorio comunitario y deberá ser renovada cada 5 años.

El proceso de adjudicación de capacidad no se define en la ley y será determinado en el futuro mediante Orden Ministerial de Fomento.

Una vez adjudicada la capacidad de red no podrá cederse a otros operadores ni negociar con ella, bajo revocación de la licencia ferroviaria.

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Inicialmente las unidades de negocio de Renfe dedicadas al transporte tanto de mercancías como de pasajeros constituirán una entidad pública empresarial que se denominará Renfe-Operadora.

8.1.5 Administración ferroviaria

El Ministerio de Fomento, como máximo responsable del sector ferroviario, ejercerá las siguientes funciones:

• Planificación estratégica del sector. • Establecimiento de la regulación del sector. • Otorgar las licencias de empresas ferroviarias. • Otorgar los certificados de seguridad. • Definición de régimen de tarifas y cánones. • Aplicación de sanciones.

Se creará el Comité de Regulación Ferroviaria, cuyas funciones principales serán: • Salvaguardar la pluralidad de la oferta en la prestación de servicios ferroviarios

sobre la red de interés general. • Velar por la igualdad entre empresas públicas y privadas • Resolver los conflictos que pudieran producirse.

8.1.6 Calendario de apertura

Para el transporte internacional de mercancías, y conforme a la normativa comunitaria, se establece el siguiente calendario de apertura para los servicios de transporte internacional de mercancías:

• Tras la entrada en vigor de la Ley del Sector Ferroviario, 6 meses después de su publicación en el BOE, apertura por la Red Transeuropea de Transporte Ferroviario de Mercancías.

• Antes del 1 de Enero de 2.006 por la Red Ferroviaria de Interés General.

Para el transporte de pasajeros el calendario será determinado por la Unión Europea.

Internamente tras la aprobación de la ley se prevé el desarrollo de la siguiente normativa que regulará el sector:

• R.D. de aprobación de los estatutos del ADIF y de Renfe-Operadora.

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• Reglamento de desarrollo de la Ley del Sector Ferroviario que se aprobará por Real Decreto.

• Órdenes Ministeriales sobre: - Declaración sobre la red y proceso de adjudicación de capacidad. - Fijación de los cánones por la utilización de la infraestructura de la Red

Ferroviaria de Interés General. - Determinación del personal y patrimonio de Renfe-Operadora.

8.2 Precio de la energía

8.2.1 Introducción

Una parte fundamental del sistema de facturación es la determinación del precio de la energía a aplicar a cada operador ferroviario en cada caso, dependiendo de la ubicación en el espacio y en el tiempo de cada consumo.

El precio de la energía contratada por Renfe es diferente para cada subestación y se contrata a un precio fijo con un comercializador, sin considerar el momento en que se realicen los consumos ni los desvíos que se produzcan posteriormente entre la energía consumida y la energía contratada.

Para contratar su energía Renfe aporta las curvas de carga horaria de cada subestación para que el comercializador calcule un precio de oferta para cada una de ellas.

Este precio único por subestación incluye todos los conceptos de coste:

• Coste de la energía en el mercado. • Tarifas de acceso a las redes (término de potencia, término de energía, excesos de

potencia activa y reactiva, pérdidas y moratoria). • Desvíos de consumos producidos respecto a la energía contratada.

Posteriormente se realiza una comparativa en cada subestación entre el precio de la tarifa eléctrica vigente y las ofertas de los comercializadores, eligiéndose el más beneficioso.

En el futuro cercano está situación cambiará y el precio de la energía en cada subestación será contratado por el gestor de la infraestructura ferroviaria de manera muy diferente. Una posibilidad, regulatoriamente más adecuada que la actual, sería un precio mensual con los siguientes componentes:

• Precio mensual de referencia (acordado en contrato con el comercializador o indexado al precio del pool).

• Peajes de red (término de potencia y de energía, excesos de potencia, pérdidas, etc.).

• Desvíos producidos. • Costes comerciales.

Una vez que Renfe contrate la energía como se propone en el apartado anterior (precio mensual más peajes de red más desvíos), no resultará viable realizar un reparto de los

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diferentes conceptos de los costes de la energía consumida entre las diferentes circulaciones, dada la elevadísima dificultad que conllevaría.

La alternativa más adecuada es considerar para la imputación de costes únicamente un sistema de periodos tarifarios similar al de tarifas generales de acceso de alta tensión establecido en el RD. 2820/1998 de 23 de Diciembre, pero considerando como base el precio contratado por Renfe para cada subestación.

Como se ha indicado anteriormente la idea fundamental es aplicar un precio por kWh consumido a los operadores que iguale la ecuación:

Consumo operadores x precio aplicado a operadores = consumo medido en acometida de las SSEE x precio aplicado a Renfe por comercializadoras.

De esta ecuación se deben extraer los consumos de algunos servicios auxiliares no directamente empleados en la tracción ferroviaria y en otros servicios relacionados con la operación ferroviaria, como puede ser la iluminación de edificios de otras unidades de negocio de Renfe. Se procederá la medición de estos consumos y su posterior facturación al gestor de infraestructuras.

En la ecuación anterior la incógnita a despejar es el precio que se aplica a los operadores.

Al ser el precio de cada SE diferente y discriminar el sistema de facturación el lugar dónde se produce cada consumo, los precios a aplicar a los operadores deben ser función del punto donde se realiza el consumo. De este modo se cumple con el principio básico del sistema de buscar una facturación que refleje el coste real de la energía consumida.

Del mismo modo el precio aplicado debe ser función del instante temporal en que se produzca el consumo, de manera que la facturación contemple la energía es de periodo de punta, de llano o de valle. Este requisito es imprescindible, pues con él se conseguirá enviar una señal eficiente en el corto plazo a los operadores para tratar de adecuar sus circulaciones, especialmente las de mercancías, a periodos donde el precio de la energía sea menor y por tanto ayudar a aplanar la curva general de la demanda. Esa señal de corto plazo se transformará adicionalmente en el medio plazo en una señal que incentive a los operadores a trabajar en la implantación de políticas de conducción orientadas a disminuir el consumo, a emplear material móvil con un consumo energético menor, etc.

Como se ha expuesto previamente el precio y los componentes del coste de la energía entregada en las acometidas de las SSEE muy probablemente variará en el futuro. Por ello el módulo del centro de control que determine los precios debe ser independiente y

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fácilmente configurable, para poder afrontar de manera rápida y fiable los cambios que se produzcan a lo largo de los años.

8.2.2 Sistema tarifario

Inicialmente se pretende hallar una relación que permita cuantificar las reducciones a aplicar en los precios de los periodos valle y llano respecto al precio del periodo punta.

Para determinar el sistema tarifario a emplear se parte de los periodos tarifarios definidos en el Real Decreto 2820/1998 de 23 de diciembre que define las tarifas generales de acceso a las redes. El capítulo III establece las tarifas de acceso de alta tensión y define tres temporadas:

• Temporada alta: noviembre, diciembre, enero y febrero. • Temporada media: marzo, abril, julio y octubre. • Temporada baja: mayo, junio, agosto y septiembre.

En los últimos años la tendencia es que la curva de demanda tenga un pico importante también en los meses estivales. Por este motivo la diferenciación anterior deberá sufrir un cambio en el futuro, si bien para mantener la coherencia con la regulación actual se mantiene el criterio del RD vigente.

Se clasifican los días del año en cuatro grupos:

• Tipo A: de lunes a viernes no festivos de temporada alta. • Tipo B: de lunes a viernes no festivos de temporada media. • Tipo C: de lunes a viernes no festivos de temporada baja salvo agosto. • Tipo D: sábados, domingos y festivos más el mes de agosto.

Los periodos tarifarios definidos son:

Tipo de día Periodo tarifario

A B C D

1 16-22 h.

2 8-16 y 22-24 h.

3 9-15 h.

4 8-9 y 15-24 h.

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5 8-24 h.

6 0-8 h. 0-8 h. 0-8 h. 0-24 h.

La siguiente tabla muestra en pesetas/kWh los precios de energía de los distintos periodos en cada nivel de tensión:

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Periodos tarifarios

Niveles de tensión 1 2 3 4 5 6

1 1-14 kV 3,26 3,05 2,72 1,79 1,17 0,91

2 14-36 kV 2,59 2,42 2,16 1,42 0,93 0,72

3 36-72,5 kV 2,37 2,22 1,98 1,3 0,85 0,66

4 72,5-145 kV 2,18 2,03 1,82 1,19 0,78 0,61

5 >145 kV 1,98 1,85 1,65 1,09 0,71 0,55

6 Conexiones internacionales 0,29 0,29 0,15 0,15 0,16 0,15

Calculando las reducciones en el precio de la energía entre cada periodo y el periodo tarifario 1 en los distintos niveles de tensión (salvo el de conexiones internacionales al no ser aplicable) se obtienen los siguientes porcentajes de reducción:

Reducción respecto al periodo 1

Nivel de tensión Periodo 2 Periodo 3 Periodo 4 Periodo 5 Periodo 6

1 1-14 kV 6,44% 16,56% 45,09% 64,11% 72,09%

2 14-36 kV 6,56% 16,60% 45,17% 64,09% 72,20%

3 36-72,5 kV 6,33% 16,46% 45,15% 64,14% 72,15%

4 72,5-145 kV 6,88% 16,51% 45,41% 64,22% 72,02%

5 >145 kV 6,57% 16,67% 44,95% 64,14% 72,22%

Media 6,56% 16,56% 45,16% 64,14% 72,14%

Redondeando el porcentaje de reducción al entero más cercano para facilitar el desarrollo posterior, podemos expresar el precio de todos los periodos tarifarios en función del precio del periodo tarifario 1:

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• P2 = 0.93 P1

• P3 = 0.83 P1

• P4 = 0.55 P1

• P5 = 0.36 P1

• P6 = 0.28 P1

Por tanto para los días definidos como de tipo A los precios aplicables son:

• De 16 a 22 horas: P1

• De 8 a 16 y de 22 a 24 horas: P2 = 0.93 P1

• De 0 a 8 horas: P6 = 0.28 P1

Para los días definidos como de tipo B los precios aplicables son:

• De 9 a 15 horas: P3

• De 8 a 9 y de 15 a 24 horas: P4 = 0.66 P3

• De 0 a 8 horas: P6 = 0.34 P3

Para los días definidos como de tipo C los precios aplicables son:

• De 8 a 24 horas: P5

• De 0 a 8 horas: P6 = 0.78 P5

Y para los días definidos como de tipo D el precio aplicable es:

• De 0 a 24 horas: P6

Con estos cálculos se reducen las incógnitas (precio de la energía) a una sola por tipo de día.

8.2.3 Cálculo del precio de la energía consumida

Para realizar el cálculo del precio que se debe facturar por kWh consumido a los operadores se dispone de los siguientes datos:

• Cij o coste del kWh en la subestación i para el mes j (actualmente definido por el contrato correspondiente o la tarifa)

• Etij o energía total consumida por la subestación i durante el mes j (obtenido por el sistema de telemedida y por los contadores de la compañía suministradora)

• Epij o energía de pérdidas en la subestación i durante el mes j (incluye las pérdidas de transformación, rectificación y óhmicas en catenaria). Se calcula como la diferencia entre la energía total consumida en la subestación y la energía consumida por el material móvil.

• Epoij o energía de pérdidas a imputar a los operadores en la subestación i durante el mes j (definida por el módulo de reparto de pérdidas del centro de control)

• Epiij o energía de pérdidas a imputar al gestor de la infraestructura en la subestación i durante el mes j

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Las pérdidas totales son la suma de las pérdidas debidas a los operadores y a la infraestructura:

Epij = Epoij + Epiij

• Emij o energía total consumida por el material móvil en la subestación i durante el mes j

Por tanto la energía consumida por el material móvil es:

Emij = Etij - Epij

Y para cada periodo tarifario k la energía consumida por el material móvil de la subestación i en el mes j será Emijk

Se pretende calcular el precio del kWh para cada periodo tarifario en cada subestación en cada mes Pijk.

El coste total de la energía consumida por el material móvil de cada operador es Cij × Emij

El coste de las pérdidas imputables a los operadores será Cij × Epoij

El coste de las pérdidas imputables a la infraestructura será Cij × Epiij

Las pérdidas imputables a los operadores serán facturadas de manera proporcional a su consumo.

En cada periodo tarifario el coste total de la energía consumida por los móviles y las pérdidas que producen debe ser igual a la suma de la facturación de los distintos operadores.

Cij × ( Emij + Epoij ) = ?k ( Pijk × Emijk ) = Pij1 × Emij1 + Pij2 × Emij2 + Pij3 ×

Emij3 + Pij4 × Emij4 + Pij5 × Emij5 + Pij6 × Emij6

Aplicando el resultado obtenido del RD de tarifas

• Pij2 = 0.93 Pij1

• Pij3 = 0.83 Pij1

• Pij4 = 0.55 Pij1

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• Pij5 = 0.36 Pij1

• Pij6 = 0.28 Pij1

Se obtiene:

Pij1 = Cij × ( Emij + Epoij ) / (Emij1 + 0.93 × Emij2 + 0.83 × Emij3 + 0.55 × Emij4 +

0.36 × Emij5 + 0.28 × Emij6 )

Particularizando para los días de tipo A:

Pij1 = Cij × ( Emij + Epoij ) / (Emij1 + 0.93 × Emij2 + 0.28 × Emij6 )

Pij2 = 0.93 Pij1

Pij6 = 0.28 Pij1

Particularizando para los días de tipo B:

Pij3 = Cij × ( Emij + Epoij ) / (Emij3 + 0.66 × Emij4 + 0.34 × Emij6 )

Pij2 = 0.66 Pij3

Pij6 = 0.34 Pij3

Particularizando para los días de tipo C:

Pij5 = Cij × ( Emij + Epoij ) / (Emij5 + 0.78 × Emij6 )

Pij6 = 0.78 Pij5

Particularizando para los días de tipo D:

Pij6 = Cij × ( Emij + Epoij ) / Emij6

8.2.4 Otras posibilidades de eficiencia energética

Obviando la corrección del sistema actual de precios pagados por Renfe como gran consumidor y la protección dada por la tarifa, el sistema tarifario propuesto para

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determinar el precio a aplicar a los operadores ferroviarios cuenta con dos virtudes principales:

- Internaliza la diferencia de realizar los consumos en unos lugares u otros. - Incentiva el consumo en periodos valle y llano.

Indirectamente provocará el desarrollo e implantación de políticas de conducción menos costosas energéticamente e incentivará el desarrollo de equipos tractores y material arrastrado de menor consumo.

Adicionalmente el sistema de facturación propuesto permitirá otras aplicaciones complementarias como las descritas a continuación.

La información recogida por los equipos móviles permitirá detectar periodos de prolongada inactividad en los trenes, por ejemplo paradas a final de trayecto. Se podrán diseñar rutinas de desconexión de equipos embarcados de iluminación, aire acondicionado, calefacción, información al viajero, etc., desde el centro de control; con el importante ahorro energético asociado.

También se podrá ordenar el apagado de los motores del material móvil mediante una llamada al personal de mantenimiento. De este modo se conseguirá también evitar el uso prolongado de estos equipos auxiliares de manera innecesaria, alargando de manera importante su vida útil y controlando de manera precias el número de horas de funcionamiento para realizar convenientemente las tareas de mantenimiento.

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8.3 Bibliografía

• [MIRE98] Mantenimiento de Infraestructuras, Renfe “El camino del tren. 150 años de infraestructura ferroviaria”. Fundación de los F.F.C.C. Españoles, 1.988.

• [RENF03] Renfe “Informe anual 2.002”. Renfe 2.003.

• “R.D.2820/1.988 de 2 de Diciembre, Establecimiento de tarifas de acceso a redes.”

• “Ley 39/2003 de 17 de Noviembre del Sector Ferroviario”.

• [MONT02] Jesús Montesinos/Manuel Cardona “Tecnología de catenaria”.Tecnoraíl, 2.002.

• “Norma UNE-EN-61036, Contadores estáticos de energía activa para corriente alterna (clases 1 y 2)”.

• [REE_03]Red Eléctrica. “Procedimiento de Operación 10.5. Estimación de medidas y cálculo del mejor valor de energía en puntos frontera”. 27/1/2.003.

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