Telediagnostica

Introduzione

A completamento delle esposizioni del numero di maggio sugli aspetti della diagnostica e tele diagnostica presentiamo l'articolo della Knorr-Bremse sul sistema di telediagnostica.

Nel prossimo numero verranno riportati alcuni casi applicativi di questo sistema in opera in diversi paesi europei a conferma dell'importanza delle nuove impostazioni.

Bruno Sasso, Coordinatore Sezione Trasporti A.I.MAN.

L'applicazione di Internet al mondo degli oggetti e dei luoghi concreti ricopre un ruolo sempre più importante anche nell'industria ferroviaria, perché introduce nella gestione e manutenzione della flotta veicoli approcci nuovi e dall'ottimo rapporto costi/benefici.

La possibilità di trasmettere via web grandi moli di dati di processo, i "Big Data", ha permesso la realizzazione in ambito ferroviario del cosiddetto sistema di telediagnostica che vede l'integrazione dei dispositivi di controllo bordo treno con un

Telediagnostica

La piattaforma iCOM di Knorr-Bremse centro di elaborazione a terra attraverso il canale di comunicazione "web". Gli apparati di bordo mettono in rete i propri dati diagnostici (es. un guasto, un allarme) nonché i dati di processo (es. una temperatura, una pressione) creando così la massa dei "big data". La rete di bordo provvede alla trasmissione a terra ai centri di elaborazione e/o ad idonei datalogger installati sul treno e destinati alla memorizzazione locale. Il centro di elaborazione a terra, tramite opportuni algoritmi, è in grado di analizzare i dati e rilevare in maniera predittiva eventuali anomalie che potrebbero portare a guasti o malfunzionamenti in esercizio ed allerta, in tempo reale, il personale preposto che può così organizzare gli interventi di manutenzione, non solo in funzione di quanto già programmato in ambito di "manutenzione preventiva", ma anche sulla base delle reali condizioni del treno rilevate in esercizio.

Ovviamente parte delle analisi dei dati può essere svolta anche direttamente dagli apparati di bordo, ma il principio resta comunque lo stesso. In questo scenario possiamo senz'altro affermare che i tradizionali sistemi diagnostici si stanno trasformando in sistemi "prognostici".

La raccolta e l'analisi dei big data consente di ottimizzare i cicli, le procedure ed i tempi di fermo per manutenzione, assicurando un maggiore utilizzo della flotta e limitando gli eventuali guasti in linea ed i conseguenti disagi ai passeggeri ed i maggiori costi operativi.

In sintesi dunque l'impiego della telediagnostica è in grado di:

• Limitare, con la prevenzione, i casi di guasti in esercizio: le informazioni fornite in tempo reale dal sistema di bordo, grazie all'elaborazione delle grandezze fisiche acquisite da sensori dedicati, e/o grazie a logiche di correlazione tra i segnali diagnostici disponibili, consentono di desumere il potenziale stato di degrado nonché il residuo di vita utile dei componenti monitorati e di predire la possibile insorgenza di guasti prima del loro accadimento in esercizio. Un ulteriore innegabile vantaggio di questa metodologia è che la riparazione o sostituzione del componente può avvenire solo quando è realmente necessario (estensione del servizio fino al limite della vita utile) e non ad intervalli di tempo o di percorrenza predefiniti, con conseguente beneficio economico.
• ottimizzare i processi di manutenzione sia preventiva/correttiva che predittiva, ridurre il Mean Time To Repair (MTTR): i manutentori sono in grado di monitorare con continuità ed in tempo reale, potremo dire "on-line", lo stato della flotta. La pianificazione della manutenzione viene ottimizzata e l'approvvigionamento di parti di ricambio può essere fatto in funzione di priorità e vincoli operativi. La disponibilità della flotta aumenta, i costi di gestione diminuiscono significativamente ed infine viene migliorata la qualità del sevizio offerto alla clientela.

In questo contesto si inserisce il sistema iCOM di Knorr-Bremse. Le applicazioni e i servizi ad esso collegati offrono una piattaforma universale aperta per il mondo del treno digitale. iCOM di Knorr-Bremse è una piattaforma al momento suddivisa in 4 ambienti operativi:

• iCOM Monitor - unisce misurazioni dettagliate e processi analitici a funzioni diagnostiche automatiche, fornendo informazioni sulle condizioni e sui requisiti di manutenzione di tutti i principali impianti del treno.
• iCOM Assist (LEADER©) - è l'ausilio alla guida per il macchinista.
• iCOM Meter - misura i consumi energetici.
• iCOM back-office - elabora i dati di bordo fornendo una panoramica veloce, su misura del singolo cliente, di tutte le funzioni installate.

La piattaforma HW è costituita dalla centralina iCOM installata sul rotabile, che, opportunamente interfacciata con gli apparati di bordo e con il sistema di gestione del treno TCMS via rete o con connessioni punto -punto, raccoglie informazioni su sistemi critici come porte, impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento aria, sistema frenante e di trazione (elettrica o diesel) senza interferire nella normale operatività dei suddetti sistemi. Opera quindi come uno "sniffer" che elabora i dati raccolti e trasmette i risultati ed i dati "grezzi" sotto forma di informazioni diagnostiche nell'ambito di un'applicazione web server al centro di raccolta dati di terra. Il physical layer trasmissivo è costituito dai propri canali di comunicazione (Wifi/UMTS) oppure da quelli esistenti del TCMS. È altresì disponibile il collegamento locale (cablato o wifi), direttamente verso PC o tablet del manutentore.

Monitoraggio degli stati operativi e diagnostica

L'applicazione "iCOM Monitor" fornisce informazioni inerenti lo stato operativo degli impianti di bordo ed implementa specifici algoritmi "Condition Based Maintenance" (CBM,) per analizzare i dati e avvisare l'operatore della probabile insorgenza di qualsiasi guasto a carico dell'impianto o dell'apparato sotto controllo. In altri termini, "iCOM Monitor" è la base per passare dall'attuale approccio, largamente preventivo, ad una manutenzione predittiva basata sulle condizioni reali del componente.

Un esempio di questo tipo di analisi è il controllo dello stato di usura delle boccole degli assili. Il sistema iCOM è collegato ad una opportuna sensoristica che consente di misurare le vibrazioni originate dal rotolamento delle boccole. Tramite l'analisi spettrale dei segnali ricevuti, e con un algoritmo di autoapprendimento, è possibile predire qual è il residuo di vita utile della boccola e richiedere l'intervento

sostitutivo solo quando il residuo è al di sotto di un certo valore predefinito.

Sistema di ausilio al macchinista iCOM assist è l'evoluzione del sistema di ausilio al macchinista LEADER©, sviluppato negli anni passati per il mercato Nord America. Esso è in grado di fornire informazioni relative alla tratta (informazioni statiche, es. livelletta, limiti di velocità predefiniti, etc?), ai tempi di percorrenza e indicazioni che possono orientare il macchinista verso uno stile di guida più efficiente in termini sia di consumo energetico che di consumo dei componenti soggetti ad usura come quelli del sistema frenante.

In particolare iCOM assist accede ad una banca dati on-line relativa a configurazione del treno, itinerario, orario. Questi dati, insieme alla velocità e posizione attuali del treno, vengono messi a disposizione del macchinista attraverso un monitor specifico e forniscono informazioni sulla condotta di guida ottimale.

E così possibile, ad esempio, ridurre anticipatamente la trazione in vista della successiva fermata allo scopo di evitare un inutile accumulo di energia cinetica che andrebbe semplicemente persa durante la frenatura.

Ciò fa risparmiare energia, migliora la puntualità e riduce l'usura dei pads del sistema frenante. Questo sistema viene testato in esercizio dal 2013 su locomotive gestite da DB Schenker Rail. I ritorni dal campo dimostrano che è ottenibile un risparmio energetico medio oscillante tra il 7% e il 9%.rispetto a locomotive che non ne sono dotate.

Misurazione dei consumi energetici

iCOM Meter, detto anche "EcoMeter", è collegato ad opportuni trasduttori volt/amperometrici, realizzati da Knorr-Bremse con propria tecnologia, che misurano l'energia attiva e reattiva assorbita dalla catenaria. Il sistema è conforme allo standard EN50463 che regolamenta la tariffazione dei consumi agli operatori ferroviari da parte dei gestori. Oltre agli aspetti legati alla tariffazione, iCOM Meter unitamente alla funzione LEADER di iCOM Assist, fornisce utili indicazioni sui margini di riduzione del consumo attraverso una adeguata condotta di guida e sui reali costi di gestione della flotta in termini energetici.

Back Office

Anziché documentare e visualizzare le informazioni relative a ciascuna applicazione separatamente, iCOM Back Office integra tutti dati diagnostici, di guida, di consumo e rappresenta un'unica interfaccia utente per la gestione della flotta in tempo reale. Il link con "iCOM Assist", "iCOM Monitor" e "iCOM Meter" permettere di avere una panoramica armonizzata sul funzionamento dei veicoli, sui profili di guida, su trazione e frenatura. ICOM Back Office diviene così lo strumento per valutare più accuratamente le condizioni operative di determinati apparati e per prendere le giuste decisioni riguardo alla ottimizzazione degli intervalli di manutenzione programmata.

Giovanni Pucci

Knorr-Bremse Rail Systems Italia - Rail Service Director

Paolo Mattera

Knorr-Bremse Rail Systems Italia - Innovation Manager

Lorenzo Berlincioni

Knorr-Bremse Rail Systems Italia -Quality Manager