The Italian engineering and design at international level/ Le attività delle aziende italiane sul mercato internazionale

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1 Convegno CIFI The Italian engineering and design at international level/ Le attività delle aziende italiane sul mercato internazionale Optical Sensors for the monitoring of the railway infrastructure / Sensori Ottici per la diagnostica dell infrastruttura ferroviaria S.P.I.I. Società per Azioni SARONNO (VA) ITALY rail@spii.it Phone: Fax Quality Certification ISO 9001 VISION 2000

2 PROFILO AZIENDALE S tudio P rofessionale I ngegneria I ndustriale SPII opera da oltre 60 anni in diversi settori industriali e, da oltre 20 anni, più specificatamente e verticalmente nel settore ferroviario in cui ha raggiunto una posizione di leadership per la fornitura di componenti e sistemi. Caratteristica principale della nostra produzione: componenti ad alto contenuto tecnologico. 2

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4 : evoluzione mercato Incremento della velocità dei treni nelle nuove linee AV/AC Innalzamento dei livelli di sicurezza della circolazione Liberalizzazioni e privatizzazioni dei servizi di trasporto su ferro Occorre una sempre più attenta e continua valutazione sullo stato dell infrastruttura ferroviaria (Principalmente: armamento, linea di contatto) per evitare: Svii Assenze di alimentazione Rumorosità Gestore dell Infrastruttura (GI) si troverà a tutelare la propria rete da tutti i soggetti terzi che usufruiranno della stessa. 4

5 Contesto Europeo: le STI UE: indagini congiunte tra Gestore dell'infrastruttura (GI) e Impresa Ferroviaria (IF) => Introduzione delle Specifiche Tecniche di Interoperabilità (STI) Direttiva 2008/57/CE del Parlamento europeo e del Consiglio del 17 giugno 2008 relativa all interoperabilità del sistema ferroviario comunitario «il monitoraggio continuo di punti sensibili attuabile attraverso l'impiego di dispositivi idonei potrà permettere al GI di agire tempestivamente attraverso una adeguata manutenzione preventiva mirata alla correzione dei problemi riscontrati.» 5

6 Monitoraggio continuo per Manutenzione preventiva Introduzione di sistemi di monitoraggio che possano controllare costantemente nel tempo lo stato del sistema al fine di intervenire tempestivamente e di riconoscere la causa specifica del problema, giungendo così ad una manutenzione preventiva basata su una diagnostica predittiva: Diagnostica predittiva: rilevazione in tempo reale di misure dal campo e paragone delle stesse con dati storici (temperatura, dilatazione, carico, audio, accelerazione, pressione, ecc ) Manutenzione preventiva: Dall osservazione dello stato del sistema tramite il monitoraggio continuo, si operano interventi di manutenzione anticipando gli effetti dovuti ad usura, ecc 6

7 Un caso attuale: GALLERIE Considerazione di tutte le misure possibili per ridurre i pericoli ed i rischi connessi con l incendio di un treno all interno di una galleria ferroviaria: DM del 28 ottobre 2005 TSI SRT (Safety Railway Tunnels) TSI RS HS (Rolling Stock High Speed) Serie EN UNI CEI ,2,3 Disposizione RFI n.1/2003 Punti 2.6 (lotta al fuoco) e 2.10 (evacuazione del veicolo in caso di emergenza) 7

8 Materiale rotabile ed Infrastruttura: due contatti I due elementi che costituiscono i punti di contatto tra il materiale rotabile e l'infrastruttura: la catenaria e la rotaia. La misurazione delle interrelazioni meccaniche tra treno e infrastruttura richiede una tecnologia ad elevate prestazioni: Immunità da interferenze elettromagnetiche (presenza di tensioni fino a 25kV e correnti fino a 2500A) Robustezza meccanica (Urti & Vibrazioni sino a 50 gn) Dimensioni ridotte (per la facilità di installazione) 8

9 Sistemi ottici: la risposta tecnologica Applicazione dei sensori ottici a supporto del monitoraggio della rete. Tratti distintivi: Completa Immunità da interferenze elettromagnetiche Elevata flessibilità per le diverse applicazioni Dimensioni ridotte e basso consumo Robustezza meccanica Autonomia di gestione da parte dei manutentori 9

10 Sistemi ottici: la tecnologia - 1 I sensori ottici impiegati sono caratterizzati dal seguente principio: il fascio di luce proveniente dal trasduttore giunge nel sensore la cui distorsione fisica (causata dal cambiamento dell ambiente circostante) genera una variazione nel tempo della riflessione del fascio. Queste variazioni vengono misurate ed interpretate dall Unità Remota. 10

11 Sistemi ottici: la tecnologia - 2 A seconda del fenomeno fisico che si vuole misurare e registrare, il sensore ottico viene disegnato e realizzato in modalità differenti. I sensori ottici a disposizione sono: Rotazione Pressione Temperatura Estensione Accelerazione Suono 11

12 Sistemi ottici: la tecnologia - 3 Fibra ottica: cavo per la trasmissione del segnale. Estensione della fibra fino a 7000 metri tra il sensore (parte passiva) posto sul campo e l unità remota (parte attiva). 12

13 SISTEMI DI MONITORAGGIO PER LA LINEA DI CONTATTO: Interazione LdC / Pantografo Temperatura della LdC Sistemi di Tesatura 13

14 Soluzioni applicative: controllo LdC - componenti ENCODER OTTICO (INCREMENTALE) Caratteristica Valori Impulsi/giro 360 Sistema a molla - L Sistema a molla - Velocità Interfaccia Informazione Frequenza agg. segnale 1,5 m (0,5 mm) 3 m/s 5TTL, 4-20mA Posizione, velocità, Acc. 1 ms Vel. Max (rpm) 8000 Temperature Range -30 to +80 C Tipologia di Emettitore VCSEL (850nm) VCSEL (1300nm) Distanza max sensore-emettitore 3000 metri 7000 metri FIBRA OTTICA (Rail approved) Fibra ottica: E2000 APC duplex (2 x 62.5/125μm, Gl 0.275NA) 14

15 Soluzioni applicative: controllo LdC - componenti ACCELEROMETRO OTTICO (2D) Caratteristica Frequency Response (±5%) Maximum Acceleration Valori Hz 20 g Noise Density (micro-g/ Hz) <100 Nominal Sensitivity 100 mv/g Amplitude Non-linearity < 5 % Transverse Sensitivity < 3 % Base Strain Sensitivity g/micro-m/m Temperature Range -20 to +100 C TERMOMETRO OTTICO Caratteristica Valori Temperature range -30 /+80 C Accuracy +/- 1 C Risolution 0.1 C Analogue output 0 to 10V Max. Length max. 300m 15

16 Soluzioni applicative: controllo LdC - componenti ENCODER OTTICO (ASSOLUTO) Caratteristica Valori Bit/giro 12 Sistema a molla - L Sistema a molla - Velocità Interfaccia Informazione Frequenza agg. segnale 1,5 m (0,5 mm) 3 m/s SSI Posizione, velocità, Acc. 1 ms Vel. Max (rpm) 3000 Distanza max Sensore-Em. 300 metri Temperature Range -30 to +80 C FIBRA OTTICA (Rail approved) Fibra ottica: E2000 APC duplex (2 x 62.5/125μm, Gl 0.275NA) 16

17 Soluzioni applicative: interazione LdC/pantografo SCOPI DEL SISTEMA: Misurazione oscillazioni LdC al passaggio treno/pantografo Identificazione del comportamento del pantografo e classificazione degli stessi Monitoraggio posizione LdC rispetto al punto di taratura 17

18 Soluzioni applicative: controllo Temperatura SCOPI DEL SISTEMA: Misurazione della temperatura della LdC Misurazione della temperatura di alcuni punti specifici della rete 18

19 Soluzioni applicative: controllo stato Tesatura SCOPI DEL SISTEMA: Monitoraggio della posizione dei contrappesi rispetto alle soglie minime e massime Riconoscimento di scostamenti improvvisi sintomo di eventi accidentali sulla LdC (es: caduta, ) Grazie alla versatilità del sistema, esso può installato sia su nuovi impianti sia su impianti già in esercizio e può essere personalizzato per monitorare sistemi tradizionali di tesatura, quali quelli a contrappeso e Regolatori Automatici (RA), sia sistemi più moderni con meccaniche auto-calibranti. 19

20 Soluzioni applicative: sistema integrato SOLAR MODULE SOLAR CONTROLLER GSM / GPRS RS232 12Vdc Power Supply PLC RS485 Fibra ottica BATTERY SENSOR CONTROLLER SENSOR 20

21 Soluzioni applicative: controllo LdC - installazione 21

22 Soluzioni sperimentali: controllo Ruota-Rotaia 22

23 Soluzioni sperimentali: controllo Ruota-Rotaia Mission del progetto: Riconoscimento ruota-piatta Distribuzione carico Riconoscimento usura carrello 23

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25 Grazie per l attenzione S.P.I.I. Società per Azioni SARONNO (VA) ITALY rail@spii.it Phone: / Fax: