Nadia Mazzino Head of Innovation Project. Milano, 24 Gennaio 2013

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1 Sistema Rilevamento Temperatura Sottocassa Treno Nadia Mazzino Head of Innovation Project Milano, 24 Gennaio 2013

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3 Sistema Rilevamento Temperatura Sottocassa Treno Il Sistema Rilevamento Temperatura Sottocassa Treno costituisce un presidio di mitigazione del rischio che migliora in modo preventivo il livello di sicurezza della circolazione metropolitana. La missione del sistema è quella di: Rilevare eventuali anomalie termiche del convoglio in transito, Allertare automaticamente gli operatori che eseguono una verifica del veicolo, Fornire un significativo supporto alle attività di manutenzione.

4 Vantaggi del Sistema Il Sistema Rilevamento Temperatura Sottocasa Treno rileva situazioni anomale e potenzialmente pericolose con i seguenti vantaggi: Non interferisce con la circolazione del treno, Non interferisce con la manutenzione quotidiana delle infrastrutture ferroviarie, I treni analizzati sono elaborati in tempo reale, Gli allarmi sono comunicati al Centro di Controllo in tempo reale.

5 Struttura del Sistema Il Sistema Rilevamento Temperatura Sottocasa Treno è un sistema modulare composto dei seguenti sottosistemi: Sottosistema analisi termografica, Sottosistema di rilievo Riconoscimento Rotabili, Sottosistema di lettura Tag RFID, Interfaccia Operatore.

6 Installazione del Sistema a Metrogenova TAG-Reader Sensori di Ruota Termografo Sistema è in esercizio presso la Metropolitana di Genova dal 2011

7 Sottosistema Analisi Termografica La principale funzione del sottosistema Analisi Termografica è rilevare una serie di anomalie che possono essere riconosciute attraverso il rilevamento della temperatura sulla superficie visibile del treno. Il sottosistema analisi termografica per le Metropolitane scannerizza il sottocassa di ogni veicolo del treno per: Rilevare anomalie termiche del treno in transito in corrispondenza di punti critici. Allertare automaticamente gli operatori fornendoli informazioni di dettaglio utili per controllare il treno.

8 Sensore Infrarosso IRS (1)

9 Sensore Infrarosso IRS (2)

10 Elementi da Monitorare Il sottosistema analisi termografico controlla e monitora i seguenti componenti del sottocassa dei veicoli del treno: Dischi freno; Boccole (interne); Riduttori; Motori di trazione; Compressore aria; Batterie; Cassone chopper; Convertitore statico. Convertitore statico Cassone chopper Dischi freno Riduttore Batterie Compressore aria Motore

11 Sottosistema rilievo Riconoscimento Rotabili Il sottosistema rilievo riconoscimento rotabili e composto da una serie di sensori di ruota installati sulla rotaia. Le funzioni principali del sottosistema rilievo riconoscimento rotabili sono: Rilevamento del treno e misura della sua velocità di avvicinamento, Sincronizzazione del sistema, Misura della distanza tra gli assi, Calcolo della funzione di spostamento nel tempo dei rotabili. Identificazione del transito, Composizione del treno in singoli rotabili.

12 Sottosistema di lettura Tag RFID Il sottosistema di lettura Tag RFID associa le misure ed allarmi provenienti dal sottosistema termografico ad ogni veicolo (car ID). Questa funzionalità è disponibile applicando i seguenti elementi: Antenna di Lettura Tag RFID, installata a fianco della rotaia; Tag RFID, installati sui singoli rotabili. Tag Antenna

13 Interfaccia Operatore L Interfaccia Operatore ha le seguenti funzioni: Per ogni Treno: Composizione del treno (informazione sul numero e tipologia dei carri di cui il treno è composto), Informazioni rilevanti (data/ora di transito, velocità, direzione), Visualizzazione delle immagini termiche associate, Evidenza degli allarmi provenienti dal sottosistema termografico, Visualizzazione dei dettagli del allarme, Registrazione della informazione del treno, Inoltre: Visualizzazione dello stato di diagnostica del sistema (a livello di sottosistema), Statistica degli allarmi (per periodo, car ID, tipo di componente allarmata), Autenticazione del Operatore con Username/Password.

14 Interfaccia Operatore Dati ultimo transito Icone Rotabili Dettaglio transito Storico lista transiti (è possibile selezionare un treno e visualizzare i dettagli)

15 Esempio allarme termico - zona dischi freno Immagine CAD sottocassa Immagine termica Zoom Immagine termica Legenda in falsi colori Temperatura singolo pixel

16 Analisi dei primi risultati di esercizio

17 Dati raccolti dal sistema Per ogni transito il sistema rilevamento temperatura sottocassa treno registra dati ed immagini termiche. Le principali informazioni registrate sulla base dati del sistema sono: Informazioni del treno in transito (data, velocità, ecc), Composizione del treno (numero e tipologia rotabili, assi, ecc), Immagini termiche del sottocassa dei rotabili Per ogni segnalazione di allerta/allarme: Componente allarmata/allertata (dischi freno, boccole, ecc), Temperatura, Possibili note dell operatore. I dati raccolti vengono utilizzati per: Rilevare anomalie termiche del convoglio ed allertare automaticamente gli operatori per garantire la Sicurezza dei treni in transito, Ottenere informazioni che permettono di ottimizzare le attività di Manutenzione.

18 Analisi dei Dati Per calibrare correttamente il sistema sono state eseguite le seguenti attività: Fase 1: sistema attivato con soglie di calibrazione minori rispetto a quelle teoriche; Fase 2 : sistema in esercizio con soglie teoriche impostate in funzione del capitolato di gara, Fase 3: sistema in esercizio con soglie impostate in funzione di analisi dei dati raccolti nelle precedenti fasi. Obiettivo: Utilizzare i dati raccolti nella differenti fasi per migliorare il funzionamento del sistema attraverso una corretta impostazione delle soglie.

19 Fase 2: Sicurezza: Analisi Statistica dei Dati (2) Sistema in esercizio con soglie impostate in funzione del capitolato di gara. Classe Elemento Soglia di allertamento Soglia di allarme imperativo Riduttori 70 C 90 C Compressore aria 70 C 90 C Dischi Freno 350 C 385 C Motore 120 C 135 C Resto del sottocassa 70 C 90 C Conclusione: Soglie troppo basse, il sistema rileva continuamente dei falsi allarmi.

20 Fase 3: Sicurezza: Analisi Statistica dei Dati (3) Sistema in esercizio con soglie impostate in funzione di analisi dei dati raccolti nelle precedenti fasi. Classe Elemento Soglia di allertamento Soglia di allarme imperativo Riduttori 85 C 100 C Compressore aria 90 C 115 C Dischi Freno 350 C 385 C Motore 120 C 135 C Resto del sottocassa 70 C 90 C Conclusione: Corretta calibrazione del sistema. Ogni allarme imperativo viene segnalato agli addetti di manutenzione

21 Esempio di allarme imperativo Disco freno: Temperatura sopra la soglia imperativa Gli altri assi non sono frenati

22 Il sistema di statistica permette di apportare un valido aiuto per le attività di manutenzione sui veicoli. Il sistema consente di analizzare i dati rilevati con le relative percentuali per: treno carro singolo elemento monitorato. Manutenzione Il Sistema Rilevamento Temperatura Sottocasa Treno permette di migliorare le attività di manutenzione: Realizzando una manutenzione preventiva, per esempio rilevando i treni che presentano un determinato numero di allertamenti sullo stesso componente, Impostando correttamente la frequenza dei cicli di manutenzione in funzione del analisi dei dati storici del sistema. Tutto ciò si traduce in riduzione dei costi di manutenzione garantendo la sicurezza dei treni in transito.

23 Esempi di analisi statistica dei dati per la Manutenzione (1) Dati statistici ottenuti con le soglie di calibrazione teoriche:

24 Esempi di analisi statistica dei dati per la Manutenzione (2) Dati statistici ottenuti con le soglie di calibrazione impostate in Fase 2: Conclusione: Necessità di manutenzione sul rotabile 15, Necessità di manutenzione del compressore aria del rotabile 17.

25 Altri sistemi di monitoraggio: Sistema di Pesa Dinamica dei Rotabili

26 Sistema Pesa Dinamica dei Rotabili Funzioni Il Sistema Pesa Dinamica dei Rotabili: Rileva il transito di ogni treno quando il rotabile in movimento passa attraverso i sensori, Calcola la velocità del treno, Conta il numero di assi per ogni treno, Calcola il peso per ogni ruota del treno in movimento, Rileva eventuali sovraccarichi ed sbilanciamenti, trasversali e longitudinali. Il Sistema Pesa Dinamica Rotabili presenta importanti vantaggi: Miglioramento della sicurezza del sistema ferroviario, Riduzione dei costi di Manutenzione, Costi di realizzazione contenuti.

27 Sensori in Fibra Ottica (1) I Fiber Bragg Gratings (FBGs) sono particolari sensori in fibra ottica, ottenuti dall alterazione della struttura della fibra in determinate sezioni. Gli FBG permettono di rilevare la variazione delle caratteristiche di propagazione del segnale che viaggia sulla fibra ottica causate da deformazioni meccaniche. Il sensore FBG è utilizzato in campo ferroviario per misurare le deformazioni del binario causate dal transito del treno, che possono essere messe in relazione con le forze esercitate dalle ruote.

28 Sensori in Fibra Ottica (2) Il sensore FBG presenta le seguenti caratteristiche: ha dimensioni e ingombro ridotti non richiede alimentazione elettrica e risulta elettricamente isolato dal sistema di lettura è immune da interferenza elettromagnetiche consente punti di misura multipli con una sola fibra è integrato nel mezzo di trasmissione (la fibra) presenta bassi costi

29 Lunghezza d onda (nm) Sensori in Fibra Ottica (3) Unità optoelettronica Elaborazione dei Dati Report Segnale nel tempo Sensori in fibra ottica Tempo (s)

30 Lunghezza d onda (nm) Motrice Sensori in Fibra Ottica (4) I sensori FBG opportunamente installati possono fornire informazioni utilizzabili, mediante appositi algoritmi, che determinano il peso di ogni ruota rilevando eventuali sovraccarichi e sbilanciamenti Carri carichi Cubo di cemento (carico) Carri scarichi Tempo (s)

31 Grazie per la vostra attenzione