Components Train Conformity Check System (TCCS )

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1 Components Train Conformity Check System (TCCS )

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3 Il TCCS (Train Conformity Check System)è un sistema tecnologico che ha lo scopo di rilevare in modo automatico situazioni anomale dei rotabili in transito. Caratteristiche Principali Il Sistema analizza i dati acquisiti dai suoi sottosistemi per rilevare gli eventuali difetti e le condizioni di rischio, quali: condizioni fuori sagoma; surriscaldamento dei componenti del rotabile; presenza d incendio a bordo; verifica per mezzo di immagini ad alta risoluzione di eventuali guasti (il Sistema seleziona ed evidenzia determinate zone a rischio). Il TCCS realizza le funzioni di verifica sui convogli che transitano nella Zona di Misura dove sono presenti i dispositivi di acquisizione e di controllo, su entrambi i binari ed in entrambe le direzioni. È comunque possibile configurare il TCCS affinché operi solo parzialmente (monodirezionale / bidirezionale). Il TCCS segnala eventuali condizioni anomale agli Operatori presenti presso il Centro di Controllo affinché possano assumere i provvedimenti necessari. Il sistema è inoltre predisposto per inviare al segnalamento gli allarmi al fine di arrestare automaticamente il treno. Zona di Misura Scanner Laser distanziometro (Basso) Termografo (Basso) Colonna Visibile con Camere e Illuminatori Termografo (Alto) Scanner Laser distanziometro (Alto) Pedali di Binario Pedali di Annuncio Armadio Basso Armadio Alto Pedali di Annuncio Stesso schema di Acquisizione da entrambi i lati dei binari Zona di Misura 3

4 Composizione Sistema TCCS TM Il Sistema TCCS TM può integrare i seguenti sottosistemi: Sottosistema rilevamento riconoscimento rotabili: che realizza la funzionalità di Composizione e Spostamento; Sottosistema rilievo sagoma: che realizza la funzionalità di Acquisizione ed Analisi dei Profili dei Rotabili; Sottosistema termografo: che realizza la funzionalità di Acquisizione ed Analisi Termografica dei Rotabili; Sottosistema visibile con immagini ad alta risoluzione: che realizza la funzionalità di Acquisizione Immagini ad Alta Risoluzione; Acquisizione Tag dei carri e locomotori: che realizza la funzionalità di Identificazione dei carri provvisti di Tag. Come opera il Sistema TCCS TM Il Sistema TCCS esegue le seguenti elaborazioni: Identifica univocamente il convoglio con: ora/data/ binario/direzione di transito. Inoltre il Sistema può associare al transito, se disponibile, il numero del treno inserito dall Operatore o ricevuto dal Sistema di Circolazione. Individua e classifica i singoli rotabili in tipologie standard. Produce eventuali allarmi, se confrontando i valori ricavati dalle misure dei sensori con i corrispondenti valori di soglia associati alla classificazione del rotabili riscontra situazioni anomale. In generale vengono configurate più soglie per i diversi allarmi, ad esempio: Allerta; Allarmi. Memorizza e presenta al Centro di Controllo tutti gli allarmi generati dalle elaborazioni del TCCS. Tali allarmi vengono presentati sul terminale del Centro di Controllo per mezzo di una interfaccia Web. Sono inoltre disponibili a livello di Interfaccia Operatore i dati di transito e le immagini termografiche, di sagoma, e in alta risoluzione di tutti i treni transitati. I dati acquisiti, gli allarmi ed i risultati significativi dell elaborazione sono memorizzati su disco, dove restano disponibili per la consultazione degli Operatori. Gli Operatori possono accedere ai dati memorizzati, sia dalla postazione del Centro di Controllo, che dalla console di manutenzione posta nello Shelter (Garitta) e da una qualsiasi Postazione Web abilitata ad accedere al sistema TCCS. Composizione e Spostamento La funzione Composizione e Spostamento rileva l approccio di un convoglio alla Zona di Misura mediante i Sensori di Annuncio Transito posizionati lungo i binari ad una distanza dalla Zona di Misura sufficiente per attivare le rilevazioni (del rodiggio, di sagoma, termografiche e immagini ad alta risoluzione) prima che il convoglio inizi ad impegnare la Zona di Misura (anche nel caso di transito alla massima velocità ammessa). Il funzionamento del sottosistema si basa sull impiego di Sensori Ruote (Pedali) induttivi montati sul binario. La funzione garantisce quanto segue: attivazione / disattivazione degli altri sottosistemi; rilevamento del treno e misurazione della velocità di avvicinamento; assegnazione tempi di transito e numero treno; calcolo della direzione del treno, velocità del treno, conteggio degli assali, distribuzione spaziale degli assali e composizione del treno; sincronizzazione del sistema, misurazione delle distanze degli assali e rilevamento cinematico del rotabile. Il TCCS dispone di un Database Rotabili dove sono memorizzate le caratteristiche fisiche (rodiggio e dimensioni fisiche) di tutte le tipologie di rotabili, noti o distinguibili, che attraversano la Zona di Misura della linea su cui opera. La funzione Composizione e Spostamento (CS), confronta il rodiggio del treno con quelli presenti nel Database Rotabili del TCCS e permette di: suddividere il convoglio in singoli rotabili; assegnare ogni asse del treno al rotabile cui appartengono; individuare i carrelli se presenti, assegnandoli al rotabile cui appartengono ed associandoli ai corrispondenti assi; assegnare ai singoli rotabili la tipologia risultante dal Database Rotabili. 4

5 Acquisizione ed Analisi dei Profili dei Rotabili Il TCCS rileva il Profilo di Ingombro dei Rotabili e dei loro carichi mediante Scanner Distanziometrici. Per riconoscere eventuali eccedenze del Profilo dei Rotabili, il TCCS : utilizza le informazioni di posizione e spostamento provenienti dalla funzione Composizione e Spostamento per riproporzionare l immagine in modo da compensare le eventuali variazioni di velocità avvenute durante l acquisizione ottenendo un immagine proporzionata del treno in transito e quindi dei singoli carri che lo compongono; utilizza l informazione relativa alla scomposizione in singoli rotabili prodotta dalla funzione Composizione e Spostamento sulla base dei risultati del calcolo di segmentazione per isolare la parte di immagine corrispondente ad ogni singolo rotabile; segmenta l immagine finale in modo da comprendere l intero rotabile; utilizza l informazione relativa alla tipologia di ogni singolo rotabile per applicare i criteri di analisi specifici. Per ogni tipologia di rotabile, è infatti possibile definire i criteri di allarme e le soglie che devono essere applicate; confronta la posizione di punti rilevati con i corrispondenti Profili di Massimo Ingombro. Il sistema disponendo della tipologia del rotabile e del profilo 3D acquisito, può applicare i profili limite e le regole di generazione allarmi specifiche per quella tipologia di rotabile. Questo consente di trattare correttamente le diverse casistiche ed eccezioni, ad esempio: i casi di quei veicoli che, circolando in deroga rispetto ai limiti di sagoma, potrebbero altrimenti causare allarmi impropri; le casistiche di rotabili che, per costruzione, frequentemente presentano allarmi (es. tendine svolazzanti che, pur essendo oggettivamente fuori sagoma, non richiedono generazione di allarme in quanto non sono considerate normalmente fonte di pericolo). Viene garantita la correttezza della funzionalità e della misura mediante: Autodiagnostica: ogni scanner produce ad ogni ciclo di acquisizione un set di dati diagnostici rilevati con sensori interni (temperatura interna, temperatura del laser, stato laser, stato motopoligono, corretta velocità di rotazione, intervento di blocchi, anomalie Firmware, ecc). Tali dati sono monitorati dal TCCS allo scopo di assicurare il corretto funzionamento dei sensori; Autocalibrazione: ogni scanner implementa un meccanismo interno di autocalibrazione (verifica e correzione dell offset di misura), attivato ad ogni scansione, che compensa le derive di accuratezza di piccola intensità e rileva malfunzionamenti del sistema di misura; Filtro: gli scanner dispongono di un filtro Software che sopprime le acquisizioni che potrebbero causare falsi allarmi; Analisi: sull immagine di sagoma acquisita per ogni rotabile, il TCCS esegue una verifica di consistenza in termini di presenza di un numero congruo di punti acquisiti. 5

6 Acquisizione ed Analisi Termografica dei Rotabili Il TCCS rileva le aree a temperatura anomala sulla superficie dei rotabili e dei loro carichi mediante Termografi Lineari Infrarossi. Per riconoscere eventuali aree a temperatura anomala il sistema termografico esegue le seguenti operazioni: acquisisce le scansioni verticali di misura e le affianca allo scopo di formare una immagine termografica del treno in transito; utilizza le informazioni di posizione e spostamento provenienti dalla funzione apposita per riproporzionare l immagine in modo da compensare il sovra campionamento e le eventuali variazioni di velocità avvenute durante l acquisizione ottenendo un immagine termica proporzionata del treno in transito e quindi dei singoli carri che lo compongono; utilizza l informazione relativa alla scomposizione in singoli rotabili prodotta dalla funzione Composizione e Spostamento sulla base dei risultati del calcolo di segmentazione per isolare la parte di immagine corrispondente ad ogni singolo rotabile; individua all interno dell immagine finale le linee di riferimento (inizio e fine veicolo, posizione degli assi, ecc.) necessarie al sistema di analisi termografica a zone; utilizza l informazione relativa alla tipologia di ogni singolo rotabile per selezionare la mappa di riferimento che consente di applicare soglie di allarme differenziate per zone del rotabile. Queste informazioni sono contenute nel Database Rotabili che, per ogni tipologia di rotabile, definisce le zone termografiche ( aree geometriche) e le soglie di temperatura che ad esse devono essere applicate; confronta le temperature misurate dallo Scanner Lineare a Infrarossi (IRS) in ogni punto della superficie del rotabile con quelle delle soglie di allarme definite per ognuna delle zone del rotabile che costituiscono la mappa di allarme per quella tipologia di rotabile; emette allarmi classificati (per zona e per intensità) nel caso le soglie di allarme definite nella mappa di riferimento per la tipologia costruttiva, vengano superate dai valori misurati dai termografi. La generazione di allarmi termografici avviene suddividendo l immagine in zone di forma arbitraria ( celle ) e verificando all interno di ogni cella il superamento dei vincoli imposti. I vincoli sono collegati alla temperatura (soglie termiche) ed alla forma delle macchie termiche presenti. La procedura si avvale di un sistema altamente versatile la cui configurazione è basata su tre elementi differenti: Griglia: contiene la suddivisione geometrica dell immagine in zone, Mappa: contiene le soglie di allarme (temperature) e le regole di filtratura per ogni zona, Algoritmo di selezione in cascata: permette di selezionare la corretta accoppiata di mappa e griglia da utilizzarsi per il veicolo in analisi. I file di griglia contengono la suddivisione in zone geometriche ( celle ) dell immagine in analisi. La suddivisione è funzionale all applicazione di soglie di temperatura e/o regole di filtratura specifiche per ogni cella. Autodiagnostica, autoverifica e filtri L unità di elaborazione a bordo del sensore termografico effettua una serie di verifiche di efficienza del proprio funzionamento e di integrità del proprio stato. L architettura software modulare implementata permette di verificare, in tempo reale, il corretto svolgimento di tutte le fasi durante il transito di un convoglio. Ad ogni transito, per garantire maggior accuratezza alla misura, viene effettuata una procedura di reset della dark current del sensore. Questa operazione ripristina il valore di zero originario della tensione di buio compensando le derive di accuratezza di piccola intensità. Sono previsti alcuni accorgimenti per affrontare situazioni straordinarie impreviste e garantire alta disponibilità del Termografo: sull unità di elaborazione è implementato un dispositivo di watch-dog controllato dalla applicazione principale in grado di resettare l unità stessa automaticamente in caso di blocco dovuto a eventuali problemi di software e di rimettere immediatamente il termografo in condizioni di perfetto funzionamento; a sua volta l unità di elaborazione può resettare il microcontrollore di controllo del sensore qualora rilevasse incongruenze fuori controllo e rinormalizzare rapidamente le condizioni. Anche per la parte termografica è previsto un sistema di verifica della integrità della catena di acquisizione. Sono previsti specifici provvedimenti per filtrare i riflessi solari. 6

7 Acquisizione Immagini in Alta Risoluzione Il TCCS rileva immagini ad alta risoluzione mediante camere in bianco e nero lineari ad alta definizione. Per elaborare le immagini ad alta risoluzione il sistema d acquisizione immagini ad alta risoluzione esegue le seguenti operazioni: acquisisce le scansioni verticali di misura e le affianca allo scopo di formare una immagine del treno in transito; utilizza le informazioni di posizione e spostamento provenienti dalla funzione apposita per riproporzionare l immagine in modo da compensare il sovra campionamento e le eventuali variazioni di velocità avvenute durante l acquisizione ottenendo un immagine proporzionata del treno in transito e quindi dei singoli carri che lo compongono; utilizza l informazione relativa alla scomposizione in singoli rotabili prodotta dalla funzione Composizione e Spostamento sulla base dei risultati del calcolo di segmentazione per isolare la parte di immagine corrispondente ad ogni singolo rotabile; individua all interno dell immagine finale le linee di riferimento (inizio e fine veicolo, posizione degli assi, ecc.); utilizza l informazione relativa alla tipologia di ogni singolo rotabile per selezionare la mappa di riferimento che consente di scegliere le aree d interesse che si vogliono visualizzare automaticamente per ogni tipo di rotabile. Queste informazioni sono contenute nel Database Rotabili che, per ogni tipologia di rotabile, definisce le zone d interesse che devono essere visualizzate. Il sistema opera sia di giorno che di notte, utilizzando un illuminazione NIR (quasi-infrarossa) allo stato solido, la quale evita qualsiasi disturbo ai macchinisti. Le immagini ad alta risoluzione vengono utilizzate dagli Operatori remoti per verificare gli allarmi generati, senza necessità di arrestare i convogli. Le immagini vengono memorizzate per l utilizzo on-line e off-line. Il sistema-visibile può essere configurato e può selezionare in automatico i più importanti componenti della vettura sulla base dei requisiti specifici del Cliente, ad esempio: ceppi dei freni; organi di aggancio; molle delle sospensioni; leve di disaccoppiamento; cunei anti-attrito ed estremità delle aree delle travi ballerine; gradini delle soglie; cappucci terminali dei cuscinetti; telaio laterale del carrello; condotta del freno. Il sottosistema di produzione immagini in alta risoluzione genera un immagine ad altissima risoluzione di circa 70 MB per ciascuna vettura. A dipendere della banda a disposizione e per ridurre il più possibile i tempi di trasmissione, tali immagini vengono compresse del 90%, in modo da ottenere immagini di dimensioni medie di 7 MB. Considerando ad esempio una larghezza di banda pari a 20 Mbps, tutto ciò si traduce in un ritardo di circa 3 secondi: è prevista la possibilità di regolazione in base alla larghezza di banda disponibile. Ciò non riguarda le parti evidenziate selezionate che si vogliono vedere automaticamente, le quali verranno messe a disposizione in alta risoluzione. Per assicurare la correttezza della funzionalità e della misura: autodiagnostica: ogni camera produce un set di dati diagnostici. Tali dati sono monitorati dal TCCS allo scopo di generare autodiagnostica ed assicurare il corretto funzionamento delle camere. 7

8 Acquisizione Tag di Carri e Locomotori (Radio Frequency Identification) Il sistema consente di acquisire il Tag relativo ai Carri e Locomotori che compongono un treno. I dati acquisiti sono successivamente associati dal Sistema agli allarmi presentati ed alla composizione del treno. Sarà così possibile mantenere la storia ed eseguire analisi nel tempo dei vari Carri e Locomotori transitati nella Zona di Misura. Interfaccia con Sistemi di Comando e Controllo della Circolazione Scopo principale dell interfacciamento è l acquisizione del numero treno per identificare in automatico i transiti sulla Interfaccia Operatore e nell archivio. Il Sistema di Comando e Controllo, se predisposto, può inviare il numero treno dei treni in approccio alle Zone di Misura in cui si trova il portale TCCS. In caso di indisponibilità di collegamento con il Sistema di Comando e Controllo, l Interfaccia Operatore del TCCS consente l inserimento del numero treno da parte dell Operatore. Scopo dell interfacciamento è l invio degli allarmi per consentire al Sistema di Gestione della Circolazione, l arresto del treno. L interfacciamento avviene normalmente attraverso la rete, presso il Centro di Controllo. Si può inviare la composizione reale del treno al Centro di Controllo. Manutenibilità e Sicurezza degli Operatori di Manutenzione Si sintetizzano in questo capitolo i criteri che guidano il progetto ai fini della manutenibilità del Sistema e della sicurezza degli Operatori di manutenzione: il TCCS è progettato e realizzato in modo da non ostacolare la normale manutenzione degli impianti ferroviari che gli sono contigui o prossimi. Il TCCS è progettato e realizzato in modo tale che le emissioni di radiazione ottica di qualunque componente radiante non risultino pericolose, ai sensi delle vigenti normative, per i passeggeri, per il personale viaggiante, per gli addetti alla manutenzione ferroviaria e per chiunque si trovi sulla sede ferroviaria o al di fuori di essa nei dintorni del sito di installazione; le radiazioni luminose prodotte dai laser scanner del TCCS risultano invisibili al personale di macchina. Ricordiamo che i termografi, essendo completamente passivi, non emettono alcuna radiazione; il TCCS è progettato in modo da consentire lo startup anche da remoto; il TCCS è progettato e realizzato in modo tale che le operazioni di manutenzione ordinaria e la sostituzione dei componenti siano realizzabili in modo agevole e sicuro per il personale addetto agli interventi; in particolare l accesso ai sensori per le attività di manutenzione è previsto per mezzo di passerelle fisse in modo da consentire comodamente l esecuzione di eventuali operazioni di verifica e sostituzione anche in corso del normale esercizio della linea; gli apparati di elaborazione sono ospitati in uno Shelter (Garitta) presso la Zona di Misura, sufficientemente ampia da consentire ai manutentori di operare al riparo dalle intemperie; il TCCS è progettato e realizzato in modo da evitare che qualsiasi suo componente installato in posizione elevata possa staccarsi accidentalmente ed arrecare pericolo ai convogli in transito; il TCCS è progettato in modo tale che i suoi componenti soggetti a calibrazione siano pre-calibrati in fabbrica (prima dell installazione o a seguito di riparazioni in fabbrica) e dotati ove opportuno di sistemi di autocalibrazione. Grazie alle soluzioni sviluppate, la sostituzione di un sensore non richiede alcun successivo riallineamento geometrico del sensore, grazie alla ripetibilità dell accoppiamento tra la sede del sensore ed il sensore stesso; l allineamento geometrico del TCCS, ovvero tutto quanto debba essere eseguito in relazione alla regolazione o alla variazione del puntamento dei dispositivi ottici di rivelazione in sede di installazione, è realizzato secondo apposite procedure documentate ed assistite da appositi tool; il TCCS dispone di specifiche procedure documentate ed assistite da appositi tool per la verifica e l eventuale riconfigurazione geometrica del sistema in relazione agli spostamenti del binario (naturale subsidenza, interventi di manutenzione per rincalzi, livellamenti, risanamenti massicciata); tutti i materiali utilizzati nel Sistema sono ignifughi e non rilascianti gas tossici; il TCCS non interferisce con i regimi di circolazione, con i sistemi di alimentazione e con i sistemi di controllo marcia del treno. 8

9 Interfaccia Operatore (HMI) L Interfaccia Operatore proposta è derivata dall esperienza maturata nell operatività di diverse installazioni del TCCS. L Interfaccia Operatore è basata su tecnologia WEB. L accesso avviene con un normale PC dotato di browser standard. Il sistema gestisce le identità degli Operatori. L accesso è protetto da password individuali. L Interfaccia Operatore consente anche di accedere ad informazioni di autodiagnostica maggiormente articolate ed in particolare: autodiagnostica relativa alla acquisizione ed elaborazione del transito di un treno; autodiagnostica relativa allo stato dei componenti del TCCS ; autodiagnostica relativa agli interfacciamenti con i sistemi esterni; annotazioni associate agli allarmi, utilizzabili ad esempio per classificarli in base a tipologie di dettaglio. L Operatore può inoltre registrare: annotazioni associate ai treni transitati, per evidenziare eventi notevoli; annotazioni associate agli allarmi, utilizzabili ad esempio per classificarli in base alle tipologie di dettaglio (es. sportello aperto, carico spostato ecc.) per i fini statistici. L Interfaccia Operatore prevede inoltre una sezione, riservata al manutentore, per la configurazione delle soglie di allarme relative all analisi termografica e di profilo. Tutte le operazioni effettuate dall Operatore con il Login/logoff, riconoscimento di allarmi, introduzione di note sono registrate su Database in modo permanente per un periodo di tempo concorde con il dimensionamento fisico dell HW. Il sistema dispone di una funzione di Backup che garantisce la non perdita di dati in caso di malfunzionamenti HW ai supporti di memorizzazione. L interfaccia consente all Operatore di: Visualizzare la lista dei treni transitati nel sito di installazione; Evidenziare eventuali allarmi con indicazioni visive ed acustiche (se necessario); Visualizzare i dettagli dell allarme; Gestire il riconoscimento degli allarmi transiti; Gestire i dati, le misure e le immagini (immagini ad alta risoluzione, immagini in 3D a scansione laser, immagini termografiche) del vagone selezionato; Tenere traccia delle annotazioni e osservazioni dell operatore relativamente agli allarmi transiti; Visualizzare lo stato diagnostico; Attivare/disattivare ogni singolo sottosistema. L informazione visualizzata sulla HMI Rappresentazione schematica del transito selezionato Informazioni generali relative all ultimo transito Dettaglio del transito Lista dei treni/transiti L informazione visualizzata sulla finestra Gauge L informazione visualizzata sulla finestra Visible 9

10 Sistema di Rilevamento Temperatura Sottocassa Treno Il Sistema di Rilevamento Temperatura del Sottocassa del Treno è in grado di rilevare eventuali anomalie termiche del convoglio in transito e segnalarle in tempo reale all Operatore. Il Sistema di Rilevamento Temperatura Sottocassa del Treno è stato realizzato in funzione di specifici requisiti del Cliente, questo è un esempio dell elevato grado di customizzazione, grazie alla facile configurazione e modularità del TCCS. Il Sistema è configurabile per qualsiasi tipo di treno. Il sistema è composto dai seguenti sottosistemi: sottosistema rilevamento e riconoscimento rotabili; sottosistema analisi termografica; acquisizione Tag dei carri e locomotori (Radio Frequency IDentificator). I Sensori Ruote (Pedali) rilevano il passaggio del treno e attivano l acquisizione dei dati, inoltre rilevano la distribuzione temporale del passaggio degli assi, permettendo di determinare la posizione, il tipo e la velocità del treno, anche qualora la sua velocità vari durante il transito. Lo Scanner Lineare a Infrarossi scannerizza il sottocassa di ogni veicolo rilevando la temperatura acquisendo delle immagini termografiche lineari. Il server di elaborazione dei dati correla le immagini termografiche lineari con le informazioni ottenute dai sensori di ruota ottenendo una mappa termografica del sottocassa del treno. L elevato grado di configurabilità del sistema permette di analizzare diversi componenti del sottocassa del treno suddividendo la mappa termografica in zone e applicando la soglia più adatta sulle zone individuate. È possibile individuare temperature critiche tramite l applicazione di soglie di allarme in modo tale da prevenire eventuali incidenti, garantendo così la sicurezza del treno in transito. Il Sistema di Rilevamento della Temperatura del Sottocassa del Treno controlla e monitorizza i diversi componenti quali: Convertitore Statico; Cassone Chopper; Dischi Freno; Riduttore; Batterie; Compressore Aria; Motore. Disco Freno: Temperatura sopra la soglia Componenti Monitorati dal Sistema Convertitore statico Cassone Chopper Dischi Freno Riduttore Batterie Compressore aria Motore 10

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