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
21047 SARONNO (VA) ITALY
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Phone: +39 02 9622921
Fax +39 02 9609611
Quality Certification ISO 9001
VISION 2000
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.
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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SPII per l’INFRASTRUTTURA: 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.
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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.»
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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…
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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 45545
•UNI CEI 11170-1,2,3
•Disposizione RFI n.1/2003 – Punti 2.6 (lotta al fuoco) e 2.10 (evacuazione del veicolo in caso di
emergenza)
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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)
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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.
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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).
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
SISTEMI DI MONITORAGGIO
PER LA LINEA DI CONTATTO:
•Interazione LdC / Pantografo
•Temperatura della LdC
•Sistemi di Tesatura
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
Soluzioni applicative: controllo LdC - componenti
ENCODER OTTICO (INCREMENTALE)
Caratteristica
Valori
Impulsi/giro
360
Sistema a molla - L
1,5 m (0,5 mm)
Sistema a molla - Velocità
3 m/s
Interfaccia
Informazione
Frequenza agg. segnale
5TTL, 4-20mA
Posizione, velocità, Acc.
1 ms
Vel. Max (rpm)
Temperature Range
8000
-30 to +80 °C
Tipologia di Emettitore
VCSEL (850nm)
Distanza max
sensore-emettitore
3000 metri
VCSEL (1300nm)
7000 metri
FIBRA OTTICA (Rail approved)
Fibra ottica: E2000 APC duplex (2 x 62.5/125μm, Gl 0.275NA)
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
Soluzioni applicative: controllo LdC - componenti
ACCELEROMETRO OTTICO (2D)
Caratteristica
Valori
Frequency Response (±5%)
1-330 Hz
Maximum Acceleration
20 g
Noise Density (micro-g/√Hz) <100
Nominal Sensitivity
Amplitude Non-linearity
Transverse Sensitivity
Base Strain Sensitivity
Temperature Range
100 mV/g
<5%
<3%
0.0001 g/micro-m/m
-20 to +100 °C
TERMOMETRO OTTICO
Caratteristica
Valori
Temperature range
Accuracy
Risolution
Analogue output
Max. Length
-30 /+80 °C
+/- 1°C
0.1°C
0 to 10V
max. 300m
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
Soluzioni applicative: controllo LdC - componenti
ENCODER OTTICO (ASSOLUTO)
Caratteristica
Valori
Bit/giro
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Sistema a molla - L
1,5 m (0,5 mm)
Sistema a molla - Velocità
3 m/s
Interfaccia
Informazione
Frequenza agg. segnale
SSI
Posizione, velocità, Acc.
1 ms
Vel. Max (rpm)
Distanza max Sensore-Em.
Temperature Range
3000
300 metri
-30 to +80 °C
FIBRA OTTICA (Rail approved)
Fibra ottica: E2000 APC duplex (2 x 62.5/125μm, Gl 0.275NA)
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
Soluzioni applicative: interazione LdC/pantografo
SCOPI DEL SISTEMA:
Misurazione oscillazioni LdC al passaggio
treno/pantografo
Identificazione del comportamento
pantografo e classificazione degli stessi
del
Monitoraggio posizione LdC rispetto al
punto di taratura
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
Soluzioni applicative: controllo Temperatura
SCOPI DEL SISTEMA:
Misurazione della temperatura della LdC
Misurazione della temperatura di alcuni
punti specifici della rete
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
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.
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
Soluzioni applicative: sistema integrato
SOLAR
MODULE
SOLAR
CONTROLLER
GSM / GPRS
RS232
PLC
12Vdc
Power
Supply
RS485
Fibra ottica
BATTERY
SENSOR
CONTROLLER
SENSOR
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
Soluzioni applicative: controllo LdC - installazione
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
Soluzioni sperimentali: controllo Ruota-Rotaia
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SPII per l’INFRASTRUTTURA
Soluzioni sperimentali: controllo Ruota-Rotaia
Mission del progetto:
•Riconoscimento ruota-piatta
•Distribuzione carico
•Riconoscimento usura carrello
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Grazie per l’attenzione
S.P.I.I. Società per Azioni
21047 SARONNO (VA) ITALY
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