ITTO980668A1 - Sistema di controllo e comunicazione per convogli ferroviari. - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema di controllo e comunicazione per convogli ferroviari"
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un sistema controllo e comunicazione per convogli ferroviari, particolarmente per convogli ferroviari cosiddetti ad elevata composizione, cioè comprendenti un elevato numero di carri o carrozze.
Tradizionalmente, il controllo della frenatura di un convoglio ferroviario è attuato per via pneumatica e nel caso di convogli con elevato numero di carri o carrozze possono verificarsi problemi sia a causa della limitata velocità di propagazione lungo la cosiddetta condotta generale dell'informazione di richiesta di frenatura (velocità che non deve essere inferiore a 250 m/sec. e che solitamente è comunque inferiore a 300 m/sec.), e soprattutto per la lentezza con cui in fase di sfrenatura si realizza la rialimentazione di pressione, tramite la condotta generale, ai serbatoi ausiliari dei singoli carri o carrozze.
Tali problemi fanno sì che per convogli assai lunghi in transito su percorsi caratterizzati da notevoli dislivelli altimetrici, la frenatura risulti praticamente ingovernabile, a meno di ridurre la velocità di esercizio a valori incompatibili con l'esigenza di un ottimale utilizzo delle linee.
Nel caso di convogli ferroviari con elevato numero di carri o carrozze si rende spesso necessario ricorrere a locomotive o motrici supplementari, disposte in multiplo in testa al convoglio, oppure in posizioni intermedie e/o in coda. Tale soluzione comporta in ogni caso l'adozione di provvedimenti per assicurare il sincronismo operativo tra le varie motrici o locomotive, e ciò sia in fase di trazione, sia in fase di "coasting", nonché nelle fasi di frenatura impressa (frenatura dei motori elettrici oppure diesel delle motrici). Il sincronismo operativo fra varie motrici distanti fra loro viene comunemente realizzato ricorrendo al presidio umano di ciascuna macchina di trazione: il macchinista di ciascuna motrice ausiliaria comunica, solitamente tramite radio-telefono, con il macchinista della locomotiva di testa (motrice principale) e riceve le opportune istruzioni sulle manovre da eseguire. Tale soluzione comporta inefficienze operative, perdite di tempo e potenziali errori di manovra facilmente immaginabili.
Solo per taluni determinati treni, generalmente adibiti a servizio viaggiatori, è stato proposto l'impiego di sistemi di telecomando di tipo filare per coordinare operativamente in modo automatico le varie locomotive o motrici di un convoglio.
In tempi estremamente recenti sono state tentate applicazioni sperimentali in cui si è fatto ricorso a sistemi di comunicazione lungo il treno, con l'impiego di supporti bifilari. Tali applicazioni sono peraltro incorse in problemi connessi alla quantità di informazioni trasmissibili. In altre sperimentali non si sono avuti problemi legati alla quantità di informazioni, ma si è prospettata la necessità di introdurre, per l'impiego in convogli ad elevata composizione, apparecchiature ripetitrici intrinsecamente assai costose.
Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un sistema di controllo e comunicazione per un convoglio ferroviario che comprende almeno una motrice principale ed una pluralità di carri o carrozze, il quale sistema consenta di ovviare ai problemi più sopra delineati.
Questi ed altri scopi vengono raggiunti secondo l'invenzione con un sistema di controllo e comunicazione le cui caratteristiche salienti sono definite nella annessa rivendicazione 1.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la figura 1 è una rappresentazione schematica di un convoglio ferroviario provvisto di un sistema di controllo e comunicazione secondo l'invenzione, raffigurato sotto forma di schema blocchi;
la figura 2 mostra l'applicazione di un sistema di controllo e comunicazione secondo l'invenzione ad un convoglio ferroviario includente una motrice o locomotiva principale ed almeno una motrice o locomotiva ausiliaria; e
la figura 3 è uno schema semplificato di un convoglio provvisto di un sistema secondo l'invenzione, in cui è evidenziata una strategia di funzionamento in una condizione di avaria.
Nella figura 1 con 1 è complessivamente indicato un convoglio ferroviario comprendente una motrice di testa o motrice principale 2 ed una pluralità di carri o carrozze 3.
La motrice 2 è ad esempio una locomotiva elettrica, oppure può essere una locomotiva a motore diesel. I carri o carrozze 3 possono essere vagoni o carri per il trasporto di merci o carrozze per il trasporto di passeggeri.
Il convoglio 1 della figura 1 è provvisto di un sistema di controllo e comunicazione comprendente una prima ed una seconda linea di trasmissione bidirezionale, indicate con 4 e 5, che si estendono parallele e distanziate fra loro lungo l’intero convoglio, attraverso i vari carri o carrozze 3.
Le linee 4 e 5 sono convenientemente costituite ad esempio da linee bifilari realizzate con doppini ritorti . Ciascuna di tali linee comprende rispettive tratte o porzioni che si estendono attraverso la motrice e ciascuno dei carri, e che sono fra loro interconnesse, fra la motrice ed il carro ad essa adiacente, nonché fra i singoli carri, tramite spezzoni di accoppiamento 4a e 5a.
Convenientemente, le linee 4 e 5 si estendono, nella motrice ed in ciascun carro, in relazione distanziata fra loro e parimenti distanziate fra loro sono le porzioni di accoppiamento 4a e 5a, al fine di evitare, per quanto possibile, interruzioni accidentali di entrambe le linee in corrispondenza di una medesima sezione.
Come apparirà più chiaramente dal seguito, le linee 4 e 5 sono atte a consentire la trasmissione di energia elettrica di alimentazione lungo il convoglio, nonché di segnali di controllo e di informazione o stato di tipo seriale, con la tecnica delle cosiddette onde convogliate.
Il sistema di controllo e comunicazione comprende un'unità di controllo principale 6 installata sulla motrice 2 e provvista di una coppia di porte bidirezionali di ingresso/uscita 6a e 6b rispettivamente collegate alla linea 4 ed alla linea 5.
L'unità di controllo principale 6 è convenientemente realizzata con l'impiego della tecnologia a microprocessori, ed è collegata a un dispositivo 7 di comando della frenatura del convoglio, installato sulla motrice.
Sulla motrice 2, fra le linee 4 e 5, è collegato un dispositivo alimentatore 8 atto ad erogare a tali linee le correnti elettriche necessarie per l'alimentazione di dispositivi elettrici/elettronici installati sui carri o carrozze 3, di cui si dirà nel seguito. Il dispositivo alimentatore 8 può essere incorporato nell'unità di controllo 6.
Su ciascun carro o carrozza 3 è installata un'unità di controllo asservita 9 provvista di una coppia di porte bidirezionali di ingresso/uscita 9a, 9b, rispettivamente collegate alle linee di trasmissione 4 e 5.
Ciascuna unità di controllo asservita 9 è realizzata ad esempio con l'impiego nella tecnologia a microprocessori ed è atta a ricevere l'alimentazione elettrica necessaria al suo funzionamento, nonché segnali di controllo e/o di informazione o stato, tramite le linee 4 e 5.
In ciascun carro o carrozza 3 all'unità di controllo 9 sono collegati dispositivi sensori, complessivamente indicati con 10, atti a fornire segnali elettrici indicativi di condizioni o stati di dispositivi di bordo, quali ad esempio elettrovalvole dell'impianto di frenatura, e/o segnali indicativi dei valori assunti da taluni parametri sorvegliati, quali pressioni pneumatiche di frenatura, il peso gravante sulle sospensioni, ecc.
L'unità di controllo 9 di ciascun carro o carrozza 3 è inoltre collegata a dispositivi attuatori elettropneumatici 11, quali ad esempio gruppi elettrovalvolari, che controllano l'alimentazione/lo scarico di aria compressa, a cilindri di freno 12 associati al carro o carrozza.
In modo per sé noto il convoglio ferroviario 1 comprende un sistema pneumatico di frenatura includente una condotta pneumatica 13 che si estende lungo l'intero convoglio. A bordo di ciascun carro o carrozza 3 alla condotta generale 13 è in generale collegato un distributore pneumatico 14 di comando della frenatura, atto a controllare l'invio di aria in pressione da (almeno) un serbatoio ausiliario di bordo 15 ai cilindri frenanti 12 del carro o carrozza.
A bordo della motrice 2 la pressione della condotta generale 13 viene regolata opportunamente tramite un dispositivo elettropneumatico 17 associato al dispositivo di comando 7, prelevando l'aria compressa da dispositivi di alimentazione pneumatica di per sé noti e non illustrati.
A titolo di esempio, la condotta generale 13 è mantenuta in condizioni normali ad una pressione di 5 bar.
Negli impianti pneumatici di frenatura tradizionali, l'informazione di comando della frenatura è rappresentata da un abbassamento della pressione nella condotta generale 13, ad esempio da 5 bar a 3,5 bar, a seguito del quale i distributori 14 dei singoli carri o carrozze determinano l'invio di aria in pressione dagli associati serbatoi 15 verso i cilindri di frenatura 12. In tali impianti tradizionali, in fase di sfrenatura, la pressione nella condotta generale 13 viene reincrementata al valore nominale rialimentando aria in pressione ai serbatoi 15 dei carri o carrozze 3, tramite gli associati distributori 14.
Con il sistema di controllo e comunicazione secondo l'invenzione, l'informazione di comando della frenatura viene normalmente trasmessa non più per via pneumatica attraverso la condotta generale 13, bensì per via elettrica, mediante segnali di tipo seriale di controllo della frenatura, che l'unità di controllo principale 6 della motrice 2 invia alle unità di controllo asservita 9 dei singoli carri o carrozze tramite una delle linee di trasmissione 4 e 5. A seguito del ricevimento dei segnali di comando della frenatura, le unità di controllo asservite 9 dei singoli carri o carrozze 3 pilotano i gruppi elettrovalvolari 11 in modo tale per cui questi ultimi determinano il richiesto passaggio di aria in pressione dai serbatoi 15 ai cilindri di frenatura 12 by-passando i distributori 14.
In questo modo il .sistema di controllo e comunicazione secondo l'invenzione ovvia ai problemi dei sistemi anteriori legati alla propagazione per via pneumatica dell'informazione di comando della frenatura. Ciò risulta particolarmente conveniente per convogli ferroviari molto lunghi, ovvero comprendenti un numero assai elevato di carri o carrozze .
Dopo una frenatura, nella successiva fase di sfrenatura la rialimentazione di aria in pressione ai serbatoi 15 dei carri o carrozze 3 viene comunque assicurata tramite la condotta generale 13.
La presenza del distributore 14 a bordo di ciascun carro o carrozza consente peraltro l'invio dell'informazione di comando della frenatura per via pneumatica, tramite una riduzione controllata della pressione nella condotta generale 13, in modo dunque del tutto tradizionale, nel caso in cui il sistema elettronico di controllo e comunicazione associato alle linee 4 e 5 si trovi in una condizione di avaria o guasto non immediatamente rimediabile.
Nel sistema di controllo e comunicazione, l'unità di controllo principale 6 a bordo della motrice 2 è convenientemente predisposta per inviare alle unità di controllo asservite 9 dei singoli carri o carrozze 3 i segnali prioritari per il controllo della frenatura utilizzando una delle due linee di comunicazione 4 o 5, e per ricevere periodicamente da ciascuna di dette unità di controllo asservite segnali di informazione o stato tramite l'altra di dette linee.
Il sistema presenta una ridondanza intrinseca, grazie alla presenza di due linee di comunicazione lungo l'intero convoglio.
Convenientemente l'unità di controllo principale 6 è predisposta per rilevare e localizzare eventuali interruzioni verificatesi su una delle linee di comunicazione 4, 5. Il verificarsi di un'interruzione, e la sua localizzazione lungo il convoglio, possono essere rilevati ad esempio a seguito del fatto che all'unità di controllo principale 6 non pervengono più i segnali di informazione o stato dall'unità di controllo 9 dei carri o carrozze 3 situati a valle dell'interruzione.
In caso di interruzione di una linea 4 o 5, l'unità di controllo principale 6 è predisposta per utilizzare la linea ancora efficiente per l'invio dei segnali prioritari per il controllo della frenatura alle unità di controllo asservite 9 dei vari carri o carrozze. In una tale situazione l'unità di controllo 6 può sospendere l'acquisizione dei segnali di informazione o stato dalle varie unità asservite 9, oppure lo scambio di tali informazioni può comunque proseguire sull'unica linea superstite, in questo caso con prestazioni complessive del sistema parzialmente degradate.
Il convoglio ferroviario 1 può comprendere, oltre alla motrice principale o di testa 2, almeno un'ulteriore motrice ausiliaria, quale quella indicata con 2' nella figura 2. Convenientemente, la o ciascuna motrice ausiliaria 2' è anch'essa attraversata dalle linee di trasmissione 4 e 5, ed è anch'essa provvista di un'unità di controllo 6' collegata a tali linee.
Tale unità è convenientemente realizzata per poter funzionare come unità principale, come descritto in precedenza, o come unità asservita. Ciò al fine di consentire l'utilizzo delle varie motrici sia come motrici principali, sia come motrici ausiliarie. Vantaggiosamente, lo stesso può valere per l'unità 6 della motrice principale 2.
Tale soluzione consente l'invio, da parte dell'unità di controllo principale 6 della motrice di testa 2, di segnali di sincronizzazione all'unità di controllo 6' della motrice o dì ciascuna motrice ausiliaria 2', tramite le linee di trasmissione 4 e 5. Ciò consente di realizzare un adeguato sincronismo di manovra fra le varie motrici del convoglio, ovviando agli inconvenienti delineati in precedenza.
All'unità di controllo 6' della o di ciascuna motrice ausiliaria 2' sono convenientemente collegati sensori o trasduttori 110' per fornire eegnali di informazione o stato destinati ad essere trasmessi all'unità di controllo principale 6 della motrice di testa 2 tramite l'una o l'altra delle linee di trasmissione 4 e 5, per la verifica in retroazione da parte dell'unità di controllo principale 6 della realizzazione sincronizzata delle varie manovre.
Vantaggiosamente, le unità di controllo asservite 9, 6' associate ai carri o carrozze 3 ed alle eventuali motrici ausiliarie 2' sono predisposte per poter acquisire e trasmettere segnali indifferentemente dall'una o dall'altra linea di trasmissione 4, 5. Tali unità di controllo sono inoltre atte, quando ricevono dall'unità di controllo principale 6 uno specifico segnale di comando di trasferimento, a trasferire i segnali di comando o di informazione ricevuti su una linea 4 o 5, sull'altra linea 5 o 4.
L'unità di controllo principale 6 è inoltre vantaggiosamente predisposta per rilevare un'eventuale condizione in cui le linee di trasmissione 4 e 5 risultano interrotte ciascuna fra coppie differenti di unità di controllo asservite, quale la condizione esemplificativamente illustrata nella figura 3, in cui le due interruzioni sono indicate con II e 12. Al rilevamento di una tale condizione, l'unità di controllo principale 6 invia i suddetti segnali di comando di trasferimento ad almeno due unità di controllo asservite fra le quali vi è un'interruzione di una delle linee di trasmissione 4, 5.
Nell'esempio della figura 3, i segnali di comando di trasferimento vengono inviati (ad esempio) alle unità di controllo 9 del primo e del secondo carro 3 seguenti la motrice, fra i quali si è verificata l'interruzione II. In questo modo tutte le unità di controllo asservite 9 ed eventualmente 6' del convoglio risultano comunque in grado di colloquiare con l'unità di controllo principale 6 attraverso una linea di trasmissione provvisoria 16, indicata con linea a tratteggio nella figura 3, la quale comprende porzioni dell'una e dell'altra delle linee di trasmissione 4 e 5, e le unità di controllo asservite 9 o 6' cui sono stati inviati i segnali di commando di trasferimento.
Con il sistema sopra descritto, un'operatività minima essenziale del sistema di controllo e comunicazione risulta comunque assicurabile, salvo nel caso, assai poco probabile, di contemporanea interruzione di entrambe le linee 4 e 5 fra due carri o carrozze consecutivi.
Nel funzionamento di emergenza in una condizione del tipo esemplificato nella figura 3, la linea di trasmissione provvisoria 16 può essere utilizzata per l'invio dei soli segnali di controllo della frenatura, oppure per l'invio di tali segnali nonché di segnali di informazione o stato, in quest'ultimo caso con un parziale degrado delle prestazioni del sistema.
Nel funzionamento in una condizione di emergenza del tipo mostrato nella figura 3, la linea provvisoria 6' è comunque utilizzabile per la propagazione dell’energia elettrica di alimentazione per le varie unità di controllo asservite 9 e 6'.
Il sistema descritto è inoltre in grado di operare in convogli in cui uno o più carri o carrozze o motrici ausiliarie siano muniti di un'unica linea di trasmissione.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema di controllo e comunicazione per un convoglio ferroviario (1) che comprende almeno una motrice principale (2)ed una pluralità di carri o carrozze (3), caratterizzato dal fatto che comprende in combinazione una prima ed una seconda linea di trasmissione bidirezionale (4, 5) che si estendono parallele e distanziate fra loro lungo il convoglio (1); un'unità di controllo operante come unità principale (6) installata su detta motrice principale (2) e collegata, in detta motrice principale, ad entrambe dette linee di trasmissione (4, 5) ed a dispositivi o sistemi (7) di comando della frenatura del convoglio (1); una pluralità di unità di controllo asservite (9), ciascuna delle quali è installata su un rispettivo carro o carrozza (3) ed è collegata, nel rispettivo carro o carrozza, ad entrambe dette linee di trasmissione (4, 5), a gruppi elettrovalvolari (11) associati ad attuatori pneumatici di frenatura (12), nonché a dispositivi sensori (10) associati al carro o carrozza (3); l'unità di controllo principale (6) e le unità di controllo asservite (9) essendo predisposte per colloquiare fra loro tramite dette linee di trasmissione (4, 5) secondo un prestabilito protocollo seriale; l'unità di controllo principale (6) essendo predisposta per trasmettere alle unità di controllo asservite (9) segnali di comando della frenatura di tipo seriale, e per ricevere ed acquisire segnali di informazione o stato, parimenti di tipo seriale, provenienti da dette unità di controllo asservite (9) tramite almeno una di dette linee di trasmissione (4, 5), 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, per un convoglio ferroviario (1) comprendente una motrice di testa o motrice principale (2) ed almeno un'ulteriore motrice ausiliaria (2'); il sistema essendo caratterizzato dal fatto che anche detta motrice ausiliaria (2') è provvista di un'unità di controllo atta ad operare come unità asservita {6') connessa a dette linee di trasmissione (4, 5) e predisposta per ricevere segnali di sincronismo provenienti dall'unità di controllo (6) della motrice di testa (2) e per trasmettere segnali di informazione o stato all'unità di controllo (6) della motrice di testa (2) tramite almeno una di dette linee di trasmissione (4, 5). 3. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo principale (6) è predisposta per trasmettere alle unità di controllo asservite (9, 6') segnali di controllo della frenatura tramite una dì dette linee di trasmissione (4, 5), e per ricevere segnali di informazione provenienti da dette unità di controllo asservite (9, 6') tramite l'altra (5, 4) di dette linee di trasmissione. 4 . Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazione delle seguenti, caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo operante come unità principale (6) è predisposta per rilevare e localizzare lungo il convoglio (1) l'ubicazione di un'avaria di una di dette linee di trasmissione (4, 5) -5. Sistema secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo principale (6) è predisposta, in caso di avaria su una di dette linee di trasmissione (4, 5), per trasmettere quantomeno i segnali di controllo della frenatura, e gli eventuali segnali di sincronismo per una o più motrici ausiliarie {2'), sull'altra di dette linee di trasmissione (5, 4). 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le unità di controllo asservite (9, 6') sono predisposte per acquisire e trasmettere segnali indifferentemente sull'una e sull'altra linea di trasmissione (4, 5) e sono inoltre atte, quando ricevono un segnale di comando di trasferimento, a trasferire sull'altra linea di trasmissione (5, 4) i segnali ricevuti su una linea (4, 5); l'unità di controllo principale (6) essendo predisposta per rilevare una condizione in cui dette linee di trasmissione (4, 5) risultano entrambe interrotte, ciascuna fra coppie differenti di unità di controllo asservite (9, 6'), e per inviare in tal caso segnali di comando del trasferimento ad almeno due unità di controllo asservite (9, 6') fra le quali vi è un’interruzione {II, 12) di una di dette linee di trasmissione (4, 5), in modo tale per cui tutte le unità di controllo asservite (9, 6') risultano in grado di colloquiare con l'unità di controllo principale (6) attraverso una linea di trasmissione provvisoria (16) comprendente porzioni dell'una e dell'altra di dette linee di trasmissione (4, 5) e le unità di controllo asservite cui sono stati inviati detti segnali di comando di trasferimento. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette linee di trasmissione (4, 5) sono inoltre collegate a dispositivi alimentatori di energia elettrica (8) attivabili in almeno una motrice (2), per distribuire tale energia alle unità di controllo asservite (9, 6'). 8. Sistema secondo le rivendicazioni 6 e 7, caratterizzato dal fatto che le unità di controllo asservite (9, 6') sono predisposte per consentire il passaggio di energia elettrica dall'una all'altra linea di trasmissione (4, 5) cui sono collegate, quando ricevono detto segnale di comando di trasferimento, in modo tale per cui quando entrambe dette linee di trasmissione (4, 5) risultano interrotte, ciascuna fra coppie differenti di unità di controllo asservite, tutte le suddette unità di controllo asservite sono aumentabili con energia elettrica propagata attraverso la suddetta linea di trasmissione provvisoria (16). 9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette linee di trasmissione (4, 5) sono linee bifilari ad onde convogliate, atte a trasmettere contemporaneamente energia elettrica e seriali dì tipo seriale. 10. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che è atto ad operare in convogli comprendenti uno o più veicoli (3, 2) provvisti di un'unica linea di trasmissione. 11. Sistema di controllo e comunicazione per convogli ferroviari, sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.
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