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1 - CONTEXTE

  • 1.1 - Démarche
  • 1.2 - Définition et convention
  • 1.3 - Justification rédactionnelle
  • 1.4 - Évolution historique

2 - DÉCOMPOSITION FONCTIONNELLE

3 - TECHNOLOGIES ET SOLUTIONS

  • 3.1 - Ethernet et technologies web
  • 3.2 - Internet des objets
  • 3.3 - Intelligence artificielle

4 - FUTURS ENJEUX ET CHALLENGES

  • 4.1 - Automatisation de la conduite et autonomie
  • 4.2 - Connectivité train/sol et distribution applicative
  • 4.3 - Digitalisation et virtualisation
  • 4.4 - Maintenance prédictive
  • 4.5 - Sécurité et cybersécurité

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : TRP3075 v1

Technologies et solutions
Le contrôle/commande ferroviaire

Auteur(s) : Christian CHAUMETTE

Date de publication : 10 déc. 2020

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Auteur(s)

  • Christian CHAUMETTE : Architecte général Contrôle/Commande et Systèmes d’Information Alstom, Saint-Ouen, France

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INTRODUCTION

Le contrôle/commande est au cœur de l’architecture électronique des systèmes de transport ferroviaire qui sont embarqués à bord des trains. Il supporte en effet la grande majorité des fonctions opérationnelles nécessaires à l’exploitation et à la maintenance de ces derniers, de la gestion des mouvements proprement dits, jusqu’au divertissement des voyageurs pour les transports de personnes, en passant par la surveillance et le diagnostic des sous-ensembles constitutifs. Cet article fait le choix de traiter toutes les fonctions d’automatismes ferroviaires embarquées sauf celles relatives aux fonctions de protection de signalisation.

Dans un premier temps, cet article ambitionne d’en définir et d’en borner les contours afin d’appréhender cette diversité fonctionnelle et son évolution continue au cours du temps. Il traite de l’architecture électronique et informatique embarquée sans oublier le complément réalisé par le relayage basse tension. Les composantes essentielles du système de contrôle/commande sont présentées et leurs rôles respectifs dans la gestion des différentes opérations qui y sont rattachées sont détaillés. L’article présente les concepts architecturaux sur lesquels il est construit avec une description des solutions techniques et technologiques principales qui sont mises en œuvre pour son implémentation avec une focalisation sur les plus récentes et les plus emblématiques. Il met ainsi en lumière les technologies qui sont déjà à l’origine de la transformation numérique du domaine et celles qui sont susceptibles de le transformer encore plus profondément comme par exemple les technologies de l’Internet (IP), de l’Internet des objets (IoT) ou de l’intelligence artificielle (IA).

Il se poursuit par une présentation non exhaustive des grands enjeux et challenges auxquels le contrôle/commande est ou sera très prochainement confronté pour continuer d’assurer et d’élargir son rôle pour servir toujours plus efficacement les opérations d’exploitation et les attentes légitimes et croissantes des passagers. Les grandes orientations techniques relatives à la digitalisation, à la virtualisation et à la connectivité sont ainsi décrites pour appréhender le concept de distribution applicative bord/sol qui se profile dans une convergence des technologies de l’information (IT) avec celles plus classiques dédiées aux opérations (OT).

L’article précise l’émergence de la très prometteuse maintenance prédictive mais également l’automatisation de la conduite même si cette dernière reste encore hypothétique quant à sa capacité à être compatible avec les exigences de sûreté de fonctionnement.

Il se termine par un exposé relatif à un des enjeux sans doute les plus significatifs et déterminants qui se présente quant à son évolution future à savoir la cybersécurité. L’adoption massive des technologies numériques conduit en effet à une augmentation des risques et des menaces dont il est nécessaire de se prémunir dans le respect des contraintes liées elles à la sûreté de fonctionnement.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-trp3075


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3. Technologies et solutions

La présente section n’a pas la prétention de couvrir de manière exhaustive les technologies mises en œuvre dans le domaine ferroviaire mais simplement de mettre en lumière quelques-unes d’entre elles, à savoir celles qui sont déjà à l’origine de la transformation numérique du domaine et celles susceptibles de transformer encore plus profondément les systèmes et les opérations qui y sont attachées.

3.1 Ethernet et technologies web

Née dans les années 1970 chez Xerox comme une technologie interne et propriétaire, Ethernet a été normalisée ensuite vers les années 1980 au sein de l’organisme IEEE sous la référence 802.3 et est très largement adoptée depuis au point de devenir aujourd’hui un standard de communication incontournable.

Ethernet désigne une technologie qui permet aux équipements d’un réseau local de données LAN (Local Area Network) de communiquer entre eux. Selon le modèle international de communication réseau de l’OSI (Open Systems Interconnection), Ethernet regroupe les deux premières couches dites « matérielles » pour la description du support physique sur lequel les informations sont échangées (câble à paires torsadées, fibre optique) et l’accès au médium pour l’adressage des équipements MAC (Media Access Control).

IP (Internet Protocol) désigne quant à lui le protocole de communication réseau de la couche 3 de ce modèle OSI. Il représente la manière dont les datagrammes sont structurés en vue de leur échange sur le support Ethernet sans préciser comment ces données sont véhiculées jusqu’à leurs destinataires.

C’est la couche transport de niveau 4 du modèle qui précise justement le mode d’acheminement des messages. Deux modes de transmission principaux cohabitent au-dessus de IP, à savoir le protocole TCP (Transmission Control Protocol) et le mode UDP (User Datagram Protocol). Le protocole TCP est de type connecté c’est-à-dire que l’émetteur et le récepteur doivent se reconnaître avant d’échanger des données. Cette connexion permet de garantir ensuite la bonne transmission avec des mécanismes de tentatives multiples (retry) en cas d’échec ou de corruption. Au contraire, le protocole UDP est déconnecté et unidirectionnel. L’émetteur...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Architecture fonctionnelle électrique du train : de la logique câblée à la logique programmée.  -  Revue Générale des Chemins de Fer, n° 235, janvier 2014.

  • (2) -   Sécurité du système de contrôle/commande et signalisation ferroviaire : nouvelle approche d’analyse préliminaire des risques.  -  5e Conférence Internationale Francophone d’Automatisme, HAL 00339947, novembre 2008.

  • (3) - VILLEMEUR (A.) -   Sureté de fonctionnement des systèmes industriels  -  . Éditions Eyrolles (1988).

  • (4) - FRANCASTEL (J.-C.) -   Ingénierie de la maintenance : de la conception à l’exploitation d’un bien.  -  Éditions Dunod.

  • (5) -   30 ans de grande vitesse  -  , Revue Générale des Chemins de Fer (2011).

  • ...

NORMES

  • Railway applications – Classification system for railway vehicles. Part 4 – Function groups. - NF EN 15380-4 - 03-13

  • Matériel électronique ferroviaire – Réseau embarqué de train (TCN) – Partie 1 : architecture générale. - IEC 61375-1 - 06-12

  • Applications ferroviaires – Systèmes de signalisation, de télécommunication et de traitement – Logiciels pour systèmes de commande et de protection ferroviaire. - NF EN 50128 - 10-11

  • Programmable controllers – Part 3: Programming languages. - IEC 61131-3 - 03-13

  • Driver Machines Intefaces for EMU/DMU, Locomotives and driving coaches – Functional and system requirements associated with harmonised Driver Machine Interfaces. - UIC 612 - 06-09

  • Information technology — Telecommunications and information exchange between systems – Local and metropolitan area networks – Specific requirements – Part 1: Overview of Local Area Network Standards. - ISO/IEC 8802-1 - 10-01

  • Information...

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