L’affidabilità del servizio ferroviario dipende dall’efficienza di sistemi meccanici ed elettrici complessi, con migliaia di parti in movimento. Da qui la necessità di una corretta manutenzione
Oggi sempre più compagnie ferroviarie fanno richiesta di nuovi sistemi, che siano automatici, veloci e a basso costo, per il monitoraggio e l’ispezione delle linee elettriche catenarie delle proprie reti. Una catenaria aerea è il sistema adoperato per fornire energia elettrica alla locomotiva di un treno, mediante un pantografo installato sul tetto del locomotore stesso. Tali sistemi tipicamente fanno uso di almeno due cavi: uno di supporto meccanico e un secondo di contatto, che entra appunto in contatto con le spazzole del pantografo. Il sistema è tipicamente sospeso su tralicci e sottoposto a una tensione meccanica atta a garantire la migliore aderenza con il pantografo. Una rete catenaria, di norma, è molto estesa e nella maggior parte dei casi è intensamente utilizzata, per cui è necessario che sia sempre efficiente per mantenere alta la qualità del servizio offerto. Spesso gli operatori ferroviari si trovano di fronte a problemi che riguardano le catenarie aeree, per lo più in termini di surriscaldamento anomalo. Questo è dovuto all’attrito che si genera tra le spazzole del pantografo installato sul locomotore e la linea aerea, mostrando in taluni casi delle vere e proprie anomalie difficilmente riscontrabili con altre tecniche sinora adottate. Il più delle volte gli addetti alla manutenzione imputano il problema al traffico intenso della linea in esame, suggerendo di adottare delle soluzioni che prevedano il rafforzamento del sistema di cavi in sospensione, senza però di fatto riuscire a porre rimedio al problema.
Confronto di un’immagine acquisita nel campo del visibile con una termografica per effettuare misurazioni di temperatura sul punto di contatto tra pantografo e linea aerea
Misurazione effettuata di notte confrontando un’immagine sul visibile e una termica e analisi dell’anomalia]
La questione desta poi particolare attenzione quando si iniziano a registrare con una certa frequenza molteplici anomalie a causa del surriscaldamento delle catenarie, che possono causare l’interruzione di contatto tra queste e i pantografi. Proprio a causa del calore generato, i cavi elettrici iniziano a surriscaldarsi e a dilatarsi per effetto joule, perdendo la loro originaria tensione meccanica e iniziando a incurvarsi. Si sono riscontrati anche dei casi-limite in cui il cavo è riuscito ad avvolgersi attorno al pantografo. Questo provoca il blocco totale del transito del treno, rendendo la linea ferroviaria totalmente inagibile e causando forti disagi ai passeggeri, nonché un accumulo di ritardo per tutti i treni che devono transitare sulla medesima linea. Purtroppo, la riparazione delle linee aeree richiede tempo, con tutte le conseguenze immaginabili che si innescano in cascata, specialmente se si tratta di linee densamente occupate nelle ore di punta. Per far fronte a questa esigenza Intellisystem Technologies ha messo a punto la soluzione denominata Tocis (ThermalTronix overhead catenaria inspection system) che, basandosi principalmente su misure termografiche realtime dei punti di contatto tra il pantografo della locomotiva e i cavi della linea catenaria, rende possibile ispezionare un’intera linea aerea, lunga anche diverse centinaia di chilometri, senza fermare il traffico dei treni, permettendo di avere un quadro esatto del modello di riscaldamento dei punti di contatto tra il conduttore e il pantografo. Si tratta di un dispositivo di misurazione ad alta precisione appositamente progettato e realizzato per la manutenzione e l’ispezione dei sistemi OCS (Overhead Catenary System), da installare direttamente a bordo del locomotore.
Un sistema già testato
I primi esperimenti di misurazione condotti dal team di ricerca e sviluppo di Intellisystem Technologies hanno dimostrato che, al fine di ottenere una mappatura completa della catenaria era necessario installare delle particolari telecamere CCD ad alta risoluzione, corredate da appositi illuminatori a LED ad alta potenza, affiancate da altrettante sofisticate termocamere. Grazie alla preziosa collaborazione di alcuni gestori ferroviari esteri è stato messo a punto un locomotore di test appositamente equipaggiato con il sistema Tocis, che ha permesso il test dell’intero sistema. Il sistema proposto è particolarmente innovativo poiché totalmente automatizzato grazie all’uso delle più moderne tecnologie di elaborazione realtime delle immagini, riprese sia nel visibile sia nel termico, entrambe geo-referenziate grazie all’uso di dispositivi GPS integrati.
Esempio di installazione del sistema Tocis su un locomotore di test
Le particolari telecamere impiegate, siano esse visibili o termiche, permettono di effettuare le misure indifferentemente sia di giorno sia di notte, garantendo una frequenza di scansione delle immagini che permette di visualizzare al meglio anche i dati catturati dalle linee attraversate ad alta velocità. La telecamera operante nel visibile permette di visualizzare i punti delle catenarie che emettono particolari scintillii, eccedenti quelli standard, permettendo così di incrociare i dati catturati simultaneamente con il sistema termografico. Quando viene rilevato un valore anomalo di temperatura, superiore a quello tipico, è possibile controllare lo stato dei cavi di contatto in modo molto dettagliato utilizzando le immagini catturate, prima di programmare un’ispezione manuale on-site, che prevede l’invio di una squadra di manutenzione e il blocco della relativa linea ferroviaria. Grazie all’utilizzo di una particolare telecamera ad alta risoluzione con funzionalità day&night è possibile effettuare le ispezioni anche di notte, quando presumibilmente le linee ferroviarie sono meno trafficate. Inoltre, grazie alla qualità delle misurazioni è possibile individuare con estrema precisione il punto su cui intervenire, conoscendo a priori il possibile problema che potrebbe essere causa di un futuro e imminente guasto alla linea, permettendo una programmazione preventiva e ottimizzata delle squadre di manutenzione.
Uno strumento per la manutenzione
I controlli periodici giocano un ruolo cruciale nel programma di manutenzione preventiva dell’intero sistema ferroviario. Oltre al sistema installato sul tetto del locomotore, all’interno di quest’ultimo un particolare sistema di acquisizione basato su PC si occupa della registrazione di tutte le informazioni numeriche catturate dai sensori. Entrambi i sistemi installati a bordo del locomotore fanno riferimento a uno specifico data center remoto, che provvede a un’accurata ricezione delle misure acquisite, permettendone l’analisi e la memorizzazione su opportuni database. In particolare, si è prestata particolare attenzione nel progettare il sistema in modo che le telecamere in esso contenute siano non solo immuni da vibrazioni, ma anche con una forma particolarmente robusta e aereodinamica, caratterizzata da un design compatibile con quello dei più moderni locomotori. L’intento del sistema mira anche alla formazione di persone che siano capaci di analizzare i dati acquisiti, veicolando tali informazioni a chi si occupa della manutenzione delle linee aeree, fornendo dunque strumenti utili a chi esegue gli interventi, che dovranno ricevere su un palmare o su un tablet tutte le indicazioni per poter agire nel più breve tempo possibile. Occorre quindi una buona integrazione con il campo, per rendere efficace il lavoro di chi deve effettuare gli interventi di manutenzione. Intellisystem Technologies ha investito molto in questa attività, che probabilmente in fase di roll out richiederà ulteriori investimenti e partnership strategiche. In termini di risultati, il driver di riferimento è sicuramente l’ottimizzazione degli interventi di manutenzione. Quanto al ROI, un punto percentuale di miglioramento sui costi di manutenzione delle catenarie aeree ripagherà largamente gli investimenti in ambito ICT.
Il sistema Tocis porterà notevoli ottimizzazioni e miglioramenti in termini sia di performance dei rotabili, sia di qualità del servizio al pubblico
Valido utilizzo dei Big Data
Il sistema Tocis rappresenta di fatto un esempio innovativo di applicazione dell’Internet of Things alle moderne tecniche di ‘predictive analysis’ basate sui Big Data. Grazie infatti all’utilizzo di migliaia di micro sensori (bolometri) integrati nelle termocamere si ottengono informazioni precise e dettagliate sullo stato delle catenarie aeree. Questo enorme volume di dati viene poi rielaborato con modelli di ricerca operativa basati sul concetto dei Big Data e quindi applicato alla manutenzione per ottenere informazioni rilevanti sugli indicatori dello stato di salute e di usura di tutti i componenti del sistema. L’obiettivo finale è anticipare i problemi risolvendoli prima che possano accadere, effettuando interventi programmati sui singoli componenti, indipendentemente dalla vita degli stessi. È un cambio di paradigma epocale per un’azienda di trasporto ferroviario, che alla luce di queste moderne tecnologie è oramai necessario.
A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Automazione Oggi N. 393 – Ottobre 2016.
Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista, seguire il link riportato di seguito http://www.intellisystem.it/it/portfolio/ao-ottobre-2016.
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Intellisystem Technologies (www.intellisystem.it) ha introdotto di recente sul mercato la linea di termocamere industriali denominata ThermalTronix, di cui la famiglia TT1000LN è tra le prime al mondo appositamente realizzata per il monitoraggio termico a distanza e senza contatto di impianti industriali. Grazie alla tecnologia termica a infrarosso è possibile scorgere il più piccolo dettaglio anche in condizioni metereologiche avverse, quali presenza di nebbia, pioggia o vapore. La telecamera TT1000LN, nata per il monitoraggio video professionale di ambienti industriali critici, grazie alla sua solida struttura vanta una robustezza ‘industrial-grade’ non indifferente. Il suo utilizzo è destinato a industrie del comparto oil&gas e ad altri ambienti caratterizzati da alte temperature e atmosfere particolarmente corrosive, in cui è importante una costante verifica e analisi dello stato di corrosione, per esempio in serbatoi per lo stoccaggio di idrocarburi. Il sistema di ripresa può essere comandato anche a distanza grazie al sistema di comunicazione Ethernet integrato, che rende fruibili le immagini riprese in modalità realtime attraverso Internet. Permettendo la sorveglianza di aree di grande estensione per la rilevazione incendi e di materiali potenzialmente pericolosi e infiammabili, il sistema assicura il costante monitoraggio delle condizioni problematiche e pericolose in genere, al fine di prevenire possibili incidenti e interruzione della produzione. Infine, TT1000LN è in grado di fornire le massime prestazioni in termini di qualità delle immagini termiche acquisite e relative funzioni di analisi integrate, con gestione di allarmi.
Intellisystem Technologies (www.intellisystem.it) presenta un router wireless compatibile con la normativa EN 50155, relativa al settore trasporti, progettato per applicazioni wireless industriali e ferroviarie. In particolare, il router wireless 4G IT-2601-4G-M12 è stato sviluppato per soddisfare a pieno lo standard Ieee 802.11 a/b/ g/n per veicoli e applicazioni ferroviarie. Si tratta di un router wireless 4G affidabile con due porte LAN pienamente compatibile con la certificazione EN 50155. Facilmente configurabile per operare in tre modalità di funzionamento di routing (routing IP dinamico e statico, autenticazione PPPoE e modem cellulare dial-up), garantisce la massima flessibilità. Gli utenti possono impostare l’ambiente Wlan in modo flessibile e rapido, al fine di soddisfare le varie esigenze di applicazioni di diversa natura, mediante una semplice connessione modem cellulare dial-up. Il punto di forza del dispositivo è rappresentato dall’utilizzo dei connettori della serie M, appositamente progettati per garantire connessioni robuste e un funzionamento affidabile contro i disturbi ambientali, quali vibrazioni e urti. Inoltre, la variante 4GS del modello IT-2601-4GSM12 monta a bordo un dispositivo GPS. Grazie all’integrazione di una porta ETH2 compatibile con lo standard Ieee 802.3af PoE P.D. e alle due connessioni digitali su connettori M12, che garantiscono ciascuna quattro porte in ingresso e altrettante in uscita, il router wireless rappresenta una scelta valida per tutte le applicazioni che richiedono più alta affidabilità e versatilità.
