1. Introduzione
Il settore del trasporto ferroviario e della riparazione del materiale rotabile in Ucraina richiede un elevato livello di affidabilità dei sistemi di automazione. Le locomotive moderne, le autovetture e il materiale rotabile specializzato sono controllati da sistemi di controllo a microprocessore. La base di questi sistemi sono i controller industriali che funzionano in condizioni operative difficili: vibrazioni fino a 5 g, ampiezza della temperatura da -40°C a +70°C e interferenze elettromagnetiche costanti.
In tali condizioni, l'alimentazione ininterrotta della memoria non volatile dei controllori è una condizione critica. In questo articolo esamineremo gli aspetti tecnici dell'utilizzo della batteria Allen Bradley 1756-BA2 nel settore ferroviario, analizzeremo i guasti tipici e proporremo strategie di manutenzione secondo gli standard DSTU EN e ISO.
2. Componenti critici dei sistemi di controllo del materiale rotabile
I controllori della serie Allen-Bradley ControlLogix sono fondamentali per l'architettura di controllo di molte locomotive elettriche e sistemi di segnalamento modernizzati. Una batteria al litio Allen Bradley 1756-BA2 (3 V, 1200 mAh, litio cloruro di tionile) viene utilizzata per salvare i dati utente e la configurazione in caso di interruzione di corrente. Garantisce la conservazione delle informazioni nella memoria RAM dei moduli processore e nella memoria di controllo secondo gli standard IEC 61131-2.
Oltre alla batteria 1756-BA2 nel quadro di comando della locomotiva funzionano altri componenti interconnessi:
- Allen Bradley 1756-PA72 è un modulo di alimentazione CA/CC ridondante.
- Schneider Electric TeSys D - avviatori elettromagnetici per la commutazione dei circuiti dei motori di trazione degli azionamenti ausiliari (norme EN 60947-4-1).
- WAGO serie 750 sono moduli input-output per la raccolta di segnali dai sensori di dollari e sistemi frenanti.
- Phoenix Contact QUINT POWER - alimentatori con tensione di uscita di 24 V CC e funzione SFB (Selective Fuse Breaking).
3. Una disposizione tipica delle apparecchiature in un materiale rotabile
Il processo di gestione e diagnosi del materiale rotabile si basa su un principio gerarchico. Di seguito è riportata una descrizione del flusso del processo e delle posizioni dei componenti critici:
- Livello sensore (campo): I sensori induttivi di velocità delle coppie di ruote, i sensori di pressione nei condotti dei freni (0-10 bar) e i sensori di temperatura dei cuscinetti scatolati sono installati direttamente sui carrelli delle ruote.
- Livello di raccolta dati: I segnali vengono inviati ai moduli I/O distribuiti (ad esempio WAGO 750) alloggiati in scatole del telaio sigillate (grado di protezione IP65 secondo EN 60529).
- Unità di controllo principale: l'armadio di controllo nella sala macchine della locomotiva contiene un rack ControlLogix con un processore Allen Bradley 1756-BA2 e una batteria. Questa unità elabora i segnali di sicurezza, controlla la trazione e trasmette i dati al pannello di controllo del conducente tramite il bus EtherNet/IP o CANopen.
4. Modalità di guasto e impatto dei tempi di fermo sulla produzione
Un guasto totale o parziale del sistema di controllo dovuto a una batteria 1756-BA2 scarica comporta la cancellazione del programma operativo e dei dati di configurazione nella memoria della CPU. Ciò fa sì che la locomotiva si fermi sul binario o nel deposito.
Nota tecnica: le batterie al litio hanno una curva di scarica non lineare. Una caduta di tensione al di sotto del valore soglia di 2,0 V porta ad una perdita istantanea della memoria del processore durante un ciclo di accensione (Cold Boot).
Le perdite economiche derivanti dai tempi di fermo del materiale rotabile sono molto elevate:
- Il costo del fermo macchina non programmato di una locomotiva elettrica principale sulla linea: da € 1.200 a € 3.500 l'ora a causa di interruzioni degli orari del traffico e multe dei vettori.
- Le spese di evacuazione di un treno in avaria con locomotiva ausiliaria.
- Rischi di situazioni di emergenza (requisiti di sicurezza secondo le norme ISO 26262 / EN 50126).
5. Strategie di manutenzione: prevenzione versus previsione
Per il trasporto ferroviario l'approccio tradizionale “eliminiamo il rifiuto a posteriori” è inaccettabile. L'industria moderna si sta muovendo verso una strategia di manutenzione basata sulle condizioni (Condition-Based Maintenance) e manutenzione preventiva (Preventive Maintenance) secondo ISO 13306.
| Criterio di confronto | Servizio reattivo | Manutenzione preventiva |
|---|---|---|
| Frequenza delle sostituzioni | Dopo un incidente (imprevedibile) | Programmato (ogni 12-24 mesi) |
| Tempo medio di recupero (MTTR) | 8-14 ore (incluso il riavvio del software) | 0,5 ore (scambio a caldo) |
| Rispetto delle norme di sicurezza | Basso (violazione delle norme EN 50128) | Elevata (piena conformità alle normative) |
6. Esempio pratico: rifiuto in deposito e sua eliminazione
Durante l'ispezione pre-gara della locomotiva merci della serie VL80 (aggiornata con sistemi Allen-Bradley), sul display del conducente è apparso il codice di errore "PLC Battery Low". Invece di iniziare la corsa, la locomotiva è stata inviata sul binario di ispezione per evitare un arresto di emergenza durante la corsa.
Avanzamento del lavoro:
- Il team di elettromeccanici ha spento l'alimentazione in ingresso del quadro elettrico (secondo i requisiti di sicurezza elettrica del DSTU EN 50110-1).
- A causa della progettazione dei moduli ControlLogix, la batteria Allen Bradley 1756-BA2 è stata sostituita mentre la CPU era accesa o spenta (a seconda della versione dello chassis con alimentazione in standby durante la sostituzione).
- L'integrità del programma è stata verificata utilizzando il software RSLogix 5000.
- La locomotiva ha superato con successo il test diagnostico ed è stata messa in servizio 45 minuti dopo la rilevazione del malfunzionamento.
7. Gestione dei ricambi
Al fine di garantire il buon funzionamento delle imprese di riparazione del materiale rotabile, è necessario ottimizzare le scorte di magazzino. Le batterie al litio hanno una durata di conservazione limitata a causa della naturale autoscarica degli elementi chimici.
- Scorte di sicurezza minime: tenere in stock almeno il 10% del numero totale di controller installati, ma non meno di 5 unità di batterie 1756-BA2.
- Controllo della data di produzione: acquista batterie solo da fornitori verificati con certificati di origine (CE, UkrSEPRO), poiché le batterie contraffatte perdono la loro capacità in pochi mesi.
- Condizioni di conservazione: conservare le celle al litio a una temperatura compresa tra +15°C e +25°C in ambienti asciutti secondo le raccomandazioni del produttore.
8. Conclusione
L'affidabilità dei sistemi di automazione del materiale rotabile dipende da componenti, a prima vista, piccoli, come le batterie con memoria al litio. Un controllo regolare dello stato delle apparecchiature e l'utilizzo di componenti originali riducono al minimo i rischi di fermi macchina di emergenza. Per selezionare e ordinare componenti di automazione affidabili, visita il Catalogo elettronico UNITEC-D.
9. Riferimenti e fonti normative
- DSTU EN 50126: trasporto ferroviario. Specifiche e dimostrazione di affidabilità, disponibilità, manutenibilità e sicurezza (RAMS).
- DSTU EN 61131-2: controller software. Parte 2. Requisiti per attrezzature e prove.
- ISO 13306: Manutenzione. Terminologia di manutenzione.
- Documentazione tecnica del produttore Rockwell Automation per i sistemi ControlLogix.
