La diagnostica al servizio della infrastruttura a rete

Introduzione

La rete ferroviaria italiana è costituita da circa 17.000 km di linee, classificate in base alle loro caratteristiche in linee fondamentali, caratteriz­zate da un’alta capacità di traffico e da una ele­vata qualità dell’infrastruttura (comprendono le direttrici internazionali e gli assi di collegamento fra le principali città italiane), linee complemen­tari, con minori livelli di densità di traffico (con­nettono tra loro le linee in ambito regionale e le direttrici principali), ed infine linee di nodo, situa­te nell’ambito di aree metropolitane (consentono il collegamento tra linee fondamentali e comple­mentari).

Negli ultimi decenni si è assistito ad un incre­mento del peso, della lunghezza, della velocità e del numero di convogli transitanti al giorno sulla rete ferroviaria italiana. A ciò corrisponde un aumento delle sollecitazioni derivanti da un esercizio ferroviario più intenso e, in definitiva, una maggiore velocità di evoluzione dei feno­meni di degrado dell’infrastruttura. Particolare attenzione meritano quei fenomeni che possono condurre a condizioni di potenziale pericolo per la circolazione ferroviaria.

In questo scenario il gestore dell’infrastruttura, con l’obiettivo di mantenere ai massimi livelli la sicurezza e la regolarità della circolazione dei treni, ha intensificato l’attività di controllo dell’in­frastruttura e si è dotato di una flotta di treni mi­sura attrezzati con apparecchiature diagnostiche in grado di rilevare i parametri che caratterizza­no lo stato di salute della linea.

I sistemi di diagnostica al servizio dell’infrastruttura a rete

I sistemi di diagnostica mobile, installati sulla flotta di treni misura, impiegano le più moder­ne tecnologie e sono specializzati per misurare i parametri relativi ai 4 sottosistemi infrastrutturali quali il binario con i suoi accessori, energia, tele­comunicazioni e segnalamento.

Le misure riguardano principalmente i parametri caratterizzanti la geometria del binario (Figura 1) nonché l’usura e la sanità interna della rotaia per il sottosistema armamento, i parametri relativi alla geometria e usura della linea di contatto (Figu­ra 2), parte del sottosistema energia, i parametri rappresentativi del funzionamento delle apparec­chiature deputate all’invio dei segnali a bordo per il controllo/protezione della marcia del treno in ambito segnalamento, ed i parametri qualificanti la copertura radio voce del sistema di comunica­zione cellulare sulle frequenze dedicate agli ope­ratori ferroviari (GSM-R) e pubblici (GSM).

Solitamente per ogni parametro monitorato sono individuati 3 livelli di qualità: un primo livello en­tro il quale non è necessario programmare al­cun intervento manutentivo, un secondo livello in cui è ancora consentito il normale esercizio ferroviario ma è necessario analizzare la causa del degrado, monitorarne la velocità di evoluzio­ne e, in funzione di questi fattori, programmare eventuali attività di manutenzione, ed un terzo livello che ancora consente l’esercizio ferrovia­rio senza restrizioni a condizione che vengano programmati ed eseguiti interventi manutentivi prima che venga superato il valore massimo per questo livello. Pertanto, al superamento del pri­mo livello di qualità di un parametro corrisponde un “difetto” all’infrastruttura. Per convenzione, a valori del parametro nel secondo livello di quali­tà corrispondono i “difetti in attenzione”, a valori nel terzo livello di qualità corrispondono “difetti in intervento” ed a valori oltre il terzo livello di qualità corrispondono i “difetti rilevanti”. Oltre il terzo livello di qualità il parametro assume valori indicativi di una condizione di guasto tale da imporre restrizioni all’eserci­zio ferroviario e richiedere interventi manutentivi immediati.

Normalmente è opportuno ridurre la velocità massima consentita ai con­vogli sul tratto interessato da degrado. Nei casi più gravi è necessario interrompere la circolazione ferroviaria. Tali restrizioni alla circolazione ferroviaria potranno essere rimosse solo dopo aver effettuato interventi manutentivi tali da riportare il parametro all’interno dei livelli di qualità so­pra menzionati.

Organizzazione del servizio diagnostico

È evidente che il trend di evoluzione del degrado dei parametri monitorati è differente a seconda della densità di traffico e della qualità dei compo­nenti strutturali delle linee; pertanto, è necessario calibrare la frequenza dei controlli in maniera da intercettare il fenomeno di degrado prima che raggiunga la condizione di guasto.

Per assicurare la necessaria frequenza dei controlli su un’infrastruttura a rete, RFI ha organizzato un servizio diagnostico nazionale che si occupa di controllare i binari di corsa delle linee fondamentali e complementari elettrificate ed un servizio diagnostico territoriale che controlla tutti gli altri binari delle linee fondamentali e complementari, i binari delle linee comple­mentari non elettrificate e quelli dei nodi.

Il servizio diagnostico nazionale è svolto mediante una flotta diagnostica costituita da un elettrotreno denominato “Diamante” (Figura 3 e Figura 4) che, realizzato con lo stesso materiale rotabile dei treni Frecciarossa, rag­giunge la velocità di 300 Km/h ed ispeziona le linee ad alta velocità, un tre­no denominato “Archimede” che, costituito da materiale rotabile in grado di raggiungere la velocità di 200 Km/h, controlla le linee fondamentali diverse da quelle alta velocità, ed una carrozza “Talete” che può raggiungere la velocità di 160 Km/h ed è dedicata alla verifica delle linee complementari elettrificate. Appartengono alla flotta diagnostica nazionale anche altri ro­tabili specializzati per alcune tipologie di controlli come il treno misure “Ga­lileo” che effettua la valutazione tramite ultrasuoni della sanità interna della rotaia e 2 automotori diagnostici, denominati Caronte 1 e 2, che effettuano controlli sulle apparecchiature di terra costituenti i sistemi di segnalamento con la funzione di controllo/protezione della marcia dei treni.

Il servizio diagnostico territoriale è effettuato invece con automotori nor­malmente circolanti ad una velocità non superiore a 60 Km/h.

Il principale obiettivo del servizio diagnostico è quindi quello di fornire indi­cazioni sui parametri misurati (dato diagnostico) al personale della manu­tenzione per l’effettuazione di interventi di manutenzione preventiva al fine di evitare che essi raggiungano la condizione di guasto.

Il dato diagnostico, oltre alle informazioni di difetto riguardanti il singolo parametro, comprende anche indici di qualità ottenuti incrociando più pa­rametri su una stessa estesa di binario (200 m.). Questi ultimi consentono al manutentore di avere una visione sintetica dello stato di qualità dell’in­frastruttura e quindi di programmare in maniera più efficiente gli interventi manutentivi.

Le misure ed i grafici dei parametri monitorati, i difetti e gli indici di quali­tà sono archiviati e disponibili ai manutentori sui portali informativi della diagnostica e della ma­nutenzione al completamento dell’attività di vali­dazione dei dati che comincia a bordo treno con i tecnici dedicati alle postazioni diagnostiche e si completa al Centro Diagnostico Nazionale con il personale addetto alla post-elaborazione dei dati.

Conclusioni

RFI sta investendo molte energie per rinnova­re la flotta diagnostica ed individuare tecnolo­gie, principi di misura ed algoritmi sempre più performanti in grado di assicurare una corretta acquisizione dei parametri in qualsiasi condizio­ne di misura e ridurre progressivamente la ne­cessità dell’intervento umano per la validazione dei dati. Tutto ciò è propedeutico alla realizza­zione del progetto “diagnostica impresenziata” che consentirà di intensificare i controlli sulla rete mediante l’attrezzaggio di treni in esercizio commerciale con sistemi di diagnostica mobile e la realizzazione di centri di elaborazione dati per la archiviazione delle misure e la validazione au­tomatica delle stesse. Il risultato finale della mi­sura, ovvero il rilievo diagnostico impresenziato, si otterrà sovrapponendo e sincronizzando spa­zialmente le acquisizioni dei parametri, ottenute dai vari treni attrezzati che percorrono la linea, scartandone quelle che non superano i controlli di qualità ed attuando, sulle restanti, algoritmi di calcolo basati sui principi della teoria della mi­sura. L’impiego dei treni commerciali, in luogo di treni misura dedicati, permetterà di diminuire i costi di esercizio del servizio diagnostico ren­dendolo economicamente sostenibile anche su linee a scarso traffico. Nel portare a compimento questo progetto si è scelto di partire dall’impre­senziamento del sistema di diagnostica della ge­ometria e dell’usura del binario, e di attrezzare i treni e le linee della Sardegna entro il 2018. Al contempo RFI ha intenzione nel prossimo quin­quennio di estendere la funzione di impresenzia­mento anche ai sistemi diagnostici relativi ai set­tori energia, segnalamento e telecomunicazioni, e di attrezzare almeno tutte le linee a scarso traf­fico della rete ferroviaria italiana.

L’ispezione continua della rete ferroviaria con­sentirà di anticipare sempre l’origine di un gua­sto e la conseguente necessità di un intervento di manutenzione correttiva attraverso l’indivi­duazione del parametro, quando ancora si trova in un livello di attenzione o di intervento e co­munque prima che esso raggiunga valori com­portanti vincoli all’esercizio, e la realizzazione di un adeguato intervento di manutenzione preven­tiva per riportarlo a valori nominali.

Marco Gallini, Responsabile Struttura Organizzativa Servizi per i Rotabili e la Diagnostica, RFI

Gennaro Alterisio, Responsabile Unità Organizzativa Ingegneria di Diagnostica, RFI