ITNA20100058A1 - Sistema di comando controllo attivo e diagnostico per pantografo ferroviario. - Google Patents

Sistema di comando controllo attivo e diagnostico per pantografo ferroviario. Download PDF

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ITNA20100058A1
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Gianfranco Borriello
Andrea Collina
Giorgio Diana
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L5/18—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
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    • B60L5/32—Devices for lifting and resetting the collector using fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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Description

Brevetto per invenzione industriale dal titolo;
SISTEMA DI COMANDO CONTROLLO ATTIVO E DIAGNOSTICO PER PANTOGRAFO FERROVIARIO
DESCRIZIONE
Il pantografo à ̈ l'organo che nei treni realizza la captazione della corrente dalla linea aerea di alimentazione
La spinta del pantografo sulla linea aerea di alimentazione à ̈ determinata, per la maggior parte dei veicoli in esercizio, da un sistema motore di tipo elettropneumatico e da forze di tipo aerodinamico.
La richiesta degli esercenti di avere sistemi di captazione sempre più affidabili ed in grado di garantire un adeguato livello della qualità della captazione, in particolare per i treni ad alta velocità, ha determinato l'esigenza dì sviluppare un sistema di comando e controllo attivo e diagnostico per pantografi di tipo ferroviario.
Il sistema, oggetto del presente brevetto per invenzione industriale, permette il controllo continuo della spinta del pantografo in funzione dei parametri di marcia del veicolo ferroviario e realizza un sistema diagnostico atto a rilevare ed a prevenire la difettosità del pantografo e della linea di contatto,
Detto controllo continuo della spinta del pantografo viene effettuato agendo sull 'attuatone pneumatico che, per il pantografo di tipo ferroviario, Ã ̈ costituito da una molla ad aria.
Controllando in maniera continua la pressione della molla ad aria si può ottenere, tramite funzione di trasferimento del pantografo, il controllo continuo della sua spinta.
È possibile, altresì, realizzare una diagnostica del pantografo e della linea di contatto.
Sulla tavola allegata à ̈ riportato un pantografo (1) con uno schema del sistema di comando e controllo attivo e diagnostico.
In particolare il controllo attivo della pressione della molla ad aria (2) Ã ̈ realizzato mediante una valvola (4) di tipo proporzionale che sulla base del segnale di comando, proveniente dalla centralina elettronica (3), regola, in maniera continua, la pressione in uscita.
Il segnale di comando elaborato dalla centralina elettronica (3) à ̈ funzione dei parametri di marcia del veicolo su cui à ̈ installato il pantografo.
Detti parametri di marcia sono trasmessi alla centralina elettronica del bus di veicolo (MVB o ethernet) o da segnali cablati.
I parametri di marcia del treno, trasmessi alla centralina elettronica (3) e necessari per realizzare la funzione di controllo continuo della spinta, sono:
• comando di sollevamento ed abbassamento pantografo,
• tensione di alimentazione della linea aerea di contatto,
• velocità del treno,
» senso di marcia del treno,
• singola o multipla captazione,
* localizzazione treno.
In funzione di questi segnali di ingresso la centralina (3) elabora un segnale di comando in corrente (valore tipico 4-÷·20τηΑΠper la valvola proporzionale (4).
I valori dei segnali di comando della valvola proporzionale, in funzione della velocità del treno, sono, pertanto, specifici della tipologia di linea aerea di contatto, del senso di marcia del treno e della singola o multipla captazione.
È possibile anche elaborare il segnale di comando della valvola proporzionale (4) in funzione della localizzazione del treno.
La valvola proporzionale (4>, in funzione del comando della centralina elettronica (3), fornisce una pressione continua in uscita (valore tipico o÷5 bar] controllata da un sensore di pressione sulla condotta pneumatica in uscita alla valvola stessa. In definitiva il sistema centralina elettronica (3) e valvola proporzionale(4) fornisce, in funzione dei parametri di marcia, una pressione continua e regolata in ingresso dalla molla ad aria del pantografo che determina una spìnta continua e controllata del pantografo sulla catenaria.
La configurazione base della centralina (3) prevede la seguente tipologia di schede:
* Scheda micro (3.1) con interfaccia elettrica/ottica MVB oppure interfaccia elettrica Ethernet (colloquio bus veicolo) e collegamento a scheda diagnostica (5).
* Scheda interfaccia analogica (3.5) (comando valvola proporzionale).
* Scheda interfaccia ingresso digitale (3.3) (interfaccia segnali digitali ingresso veicolo) .
* Scheda interfaccia uscita digitale (3.4) (interfaccia segnali digitali uscita veicolo). â–  Alimentatore stabilizzato (3.2).
La configurazione base della valvola proporzionale (4) prevede:
* parte meccanica per ridurre la pressione di alimentazione alla pressione in uscita richiesta dalla centralina (3) per il pantografo selezionato;
* pilotaggio elettronico per il comando e controllo della parte meccanica;
· sensore di pressione per il feedback sulla pressione di uscita.
Il sistema prevede, oltre al controllo continuo della spinta, anche una diagnostica (5) per rilevare i guasti del pantografo e della linea aerea di contatto realizzandone anche la manutenzione su condizione .
I sistemi di captazione attualmente in esercizio non sono dotati di sistemi diagnostici atti a misurare le accelerazioni degli striscianti del pantografo ed i parametri dinamici del quadro.
L'assenza di tale tipo di sistemi diagnostici sui pantografi tradizionali à ̈ determinata dal fatto che il pantografo à ̈ in tensione (1,5-3~15-25kV) per cui l’utilizzo di sensori di tipo tradizionale, alimentati elettricamente, à ̈ particolarmente onerosa in termini di sicurezza elettrica e di costi di installazione .
Con le nuove tecnologie à ̈ stato possibile utilizzare sensori totalmente ottici, collegati direttamente al pantografo, che risolvono tutti i problemi di isolamento galvanico e di sicurezza.
In particolare, utilizzando sensori totalmente ottici privi di alimentazione elettrica e collegati direttamente al pantografo, Ã ̈ possibile l'elaborazione, nel dominio del tempo e della frequenza, dei segnali misurati per valutare il corretto funzionamento del pantografo e della linea di contatto.
La centralina {5} elaborando i segnali analogici dai sensori ottici installati sul pantografo e, correlandoli alla velocità del treno ed alla sua posizione geografica, può trasmettere informazioni al sistema diagnostico del treno, mediante bus MVB/Ethernet , relativamente a possibili difettosità della :
• testa di captazione,
* telaio mobile,
* sistema motore pantografo (molla ad aria), • linea aerea di alimentazione.
La configurazione base del sistema diagnostico prevede la misura ed elaborazione dei segnali di accelerazione dei singoli archetti del pantografo. La banda passante richiesta per gli accelerometri ottici à ̈ 0,5÷200 Hz e la frequenza di campionamento pari a 2 KHz.
Le elaborazioni richieste dei segnali di accelerazione dei singoli archetti, correlati al senso di marcia, posizione e velocità del treno sono, per ogni km di linea:
* valore efficace totale,
* valori di picco (max 10),
* valore efficace (tipico) in 4 bande di frequenza (0,5+4Hz); (4÷20Ηz); (20÷100Hz); (55+65ΗΖ).
Inoltre, per i valori di accelerazione misurati per ogni km di linea, Ã ̈ effettuata un'elaborazione statistica delle accelerazioni rilevate con il calcolo della;
* media,
* scarto quadratico medio,
* asimmetria,
* curiosi.
Nel caso che si verifichi un superamento dei valori elaborati a valori lìmite, i relativi dati, associati alla velocità ed alla localizzazione del treno, sono trasmessi alla diagnostica del treno tramite il bus di veicolo.
La configurazione base del sistema diagnostico à ̈ costituito da:
* sensori ottici (6) con fibre ottiche e connettori (configurazione base accelerometri ottici) ,
* scheda per la gestione sensori ottici (5.1) e conversione in segnale elettrico analogico (valore tipico 100mV/g),
* scheda di elaborazione segnale elettrico analogico, memorizzazione dati, collegamento alla centralina (5,2) ed interfaccia al bus di veicolo (opzione).
I vantaggi principali del sistema del comando controllo attivo e diagnostico sono:
* miglioramento della qualità della captazione del pantografo in singola e multipla captazione ,
* minore usura degli striscianti,
* minore aggressività del pantografo sulla linea di contatto,
* diagnostica finalizzata alla manutenzione su condizione del pantografo e linea di contatto. Al brevetto potranno essere apportate variazioni, formali e strutturali, nell'ambito dell'idea di soluzione che resta definita dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di comando controllo attivo e diagnostico per pantografo ferroviario caratterizzato dal fatto che realizza il controllo continuo della pressione nell'attuatore pneumatico e, quindi, tramite la funzione di trasferimento del pantografo, della forza di contatto sulla catenaria. Tale controllo avviene grazie a due sottosistemi costituiti da un'apposita centralina elettronica e da una valvola proporzionale.
  2. 2. Sistema, come la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che realizza un dispositivo atto a rilevare la difettosità del pantografo e delle linee di contatto grazie all'utilizzo di sensori ottici e di apposita centralina elettronica di controllo diagnostico.
  3. 3. Sistema, come le precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che le centraline elettroniche di cui alle rivendicazioni 1} e 2} sono di tipo ferroviarie e colloquiano con il BUS di veicolo e tra loro,
  4. 4. Sistema, come le precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la centralina di controllo della spinta del pantografo elabora a partire dai parametri di marcia del veicolo quali velocità, singola o multipla captazione, senso di marcia del treno, tensione di alimentazione della linea di contatto e localizzazione, il segnale di comando per alimentare in maniera continua la valvola proporzionale al fine di regolare la pressione dell 'attuatore pneumatico del pantografo.
  5. 5.Sistema, come le precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la centralina di controllo diagnostica provvede ad elaborare i segnali provenienti dai sensori ottici nel dominio dei tempo e della frequenza. In base all'elaborazione di tali segnali, correlati alla localizzazione del convoglio, il sistema diagnostico segnala eventuali guasti del pantografo o della linea di contatto e fornisce le informazioni per la manutenzione su condizione del pantografo e della linea di contatto.
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