Cookie-k az SKF webhelyén

Az SKF cookie-kat használ arra, hogy webhelyei tartalmát minél jobban összehangolja a látogatók preferenciáival - ilyen például a választott ország és nyelv. Elfogadja az SKF által használt cookie-kat?

Will you accept SKF cookies?

Innovatív hálózati rendszer

2016 szeptember 22, 13:00 CEST

Az innovatív hálózat és az új antennakivitel utat nyithat a robusztus vezeték nélküli vasúti állapotfelügyeleti rendszerek legújabb generációjának - nyilatkozta Mario Rossi, az SKF vasútipari szegmensének műszaki igazgatója.

A biztonság és a megbízhatóság növelésére, valamint a karbantartás csökkentésére irányuló törekvéseknek köszönhetően a közlekedés számos más területéhez hasonlóan a vasúti ágazatban is fokozott érdeklődés jelentkezik az állapotalapú karbantartási módszerek iránt. Ez szükségessé teszi az állapotfelügyeleti technológiák fejlesztését, hiszen a hőmérséklet változásai, a rezgés és az egyéb változók normál működés közben a mechanikai problémák korai előrejelzését biztosítják, lehetővé téve ezzel az üzemeltetők számára, hogy még azelőtt javítóintézkedéseket tegyenek, mielőtt a meghibásodások bekövetkeznének. A probléma eddig az volt, hogy a kulcsfontosságú alkatrészekről történő adatgyűjtéshez szükséges érzékelősorok telepítése további bonyolult kábelhálózatot igényelt. A kábelek telepítése költséges művelet, és jelenlétük a rendszeres karbantartást még időigényesebbé és bonyolultabbá teszi.

Az SKF mérnökcsapata két vezető olasz egyetem tudósaival együttműködve kidolgozta, hogyan lehet egy érzékelőhálózatot működtetni alacsony fogyasztású vezeték nélküli kommunikáció alkalmazásával, jelentősen megkönnyítve a tervezést, a telepítést és a karbantartást.

A vasúti állapotfelügyeleti alkalmazásokhoz megfelelő vezeték nélküli hálózat kiépítése több okból is bonyolult feladat. Először is az érzékelőknek hosszú ideig kell működni töltés és csere nélkül. Néhány modern személyvonat esetében például az ágytok-csapágynál arra lehet számítani, hogy több mint egymillió kilométert tesz meg a karbantartások között, és az üzemeltetők arra törekszenek, hogy megduplázzák ezt az értéket. Továbbá az érzékelőknek rendkívül energiahatékonynak kell lenniük, mivel meg kell termelniük és tárolniuk kell a saját energiájukat, ami nagymértékben korlátozza a jelek vezeték nélküli továbbítására rendelkezésre álló energiát.

Az alacsony energiafelhasználással viszont szemben áll a vasúti járművek nagy mérete. Például előfordulhat, hogy az ágytokra szerelt érzékelőnek a jeleket a jármű közepén - csaknem 20 m távolságra - elhelyezett vevőegységhez kell továbbítania. A vasúti kocsik bonyolult környezetet jelentenek a vezeték nélküli átvitelhez is. A forgóvázakon, az alvázon és a járműtesten nagy mennyiségben megtalálható vezetőképes anyag blokkolhatja vagy zavarhatja a jeleket.

Ahhoz, hogy egy olyan vezeték nélküli hálózatot építsenek ki, amely képes megfelelni ezeknek a követelményeknek, az SKF csapatának először ki kellett választani az általuk javasolt rendszerhez megfelelő üzemi frekvenciát. Ezt a választást számos tényező befolyásolta, többek között az elektromágneses spektrum használatát szabályozó helyi előírások, a vonat közelében vagy a vonaton használt más berendezésekkel való interferencia valószínűsége, valamint az egyes frekvenciákon szállítható adatmennyiség és a szükséges hardver mérete közötti kompromisszum.

A csapat eredetileg három potenciális frekvenciát nézett ki: a 434MHz, a 868MHz és a 2,4GHz. Ezután nekilátott a vasúti rendszer jellemzőinek vizsgálatához fejlett szimulációs eszközök alkalmazásával, amelyek modellezték a rádióhullámok reflexióját és diffrakcióját a vasúti kocsi szerkezetén belül és annak környezetében.

A szimuláció számos lehetséges hálózati konfigurációt tárt fel. Többek között egy olyan rendszert, ahol a forgóvázon elhelyezett érzékelők a vonat tetőszerkezete alá szerelt vevőegységre továbbítják az adatokat, valamint egy alternatív megközelítést, ahol az érzékelők fel vannak szerelve mind jeladóval (Tx) mind pedig jelfogó (Rx) antennával, minden szenzor a saját szomszédjával kommunikál, és az adatokat a vonat mentén végigküldik egészen a vezetőfülkében található központi vevőegységig. A 2,4 GHz-es frekvencia terjedési sebességénél problémák jelentkeztek, valamint a fedélzeti Wi-Fi jelekkel is interferencia lépett fel, azonban a 434 MHz-es és a 868 MHz-es jelfrekvenciák jó terjedési értékeket mutattak. Miután a 434 MHz-es frekvencia alkalmazását elvetették, mivel ez nagy méretű és bonyolult antennarendszert igényelt volna, a csapat végül a feladat megoldásához legjobban megfelelő kompromisszumként a 868 MHz-es frekvenciát választotta. A készülék prototípusát egy üzemelő vonatra szerelve tesztelték, és a fizikai vizsgálatok megerősítették a szimuláció eredményeit.

Az új megközelítés következő lényeges eleme a vasúti környezet egyedülálló kihívásaihoz optimalizált új antenna megtervezése volt. Annak érdekében, hogy az érzékelőket oda lehessen telepíteni, ahol szükség van rájuk - például a forgóváz ágytok-csapágyára - az érzékelők, a vezérlő elektronika és az antenna együttesen is csak nagyon kis méretű lehetett. Ahhoz pedig, hogy hosszú ideig tudjon a vonat alatt üzemelni, az antennát meg kellett védeni a portól és a nedvesség behatolásától, valamint alkalmassá kellett tenni a szélsőséges hőmérséklet-ingadozások és a magas rezgésszintek elviselésére.

A csapat az úgynevezett Planar Inverted-F Antenna (PIFA) konfigurációt választotta ki az olyan antenna megépítéséhez, amely megfelel ezeknek az igényeknek. Ebben a kialakításban az antennaelemeket „beépítik" a nyomtatott áramkörbe (PCB), amelyet vezető anyaggal fednek le annak érdekében, hogy alaplapként funkcionáljon. A PCB másik oldalára pedig fémréteggel ellátott dielektromos hordozót helyeznek. Ezzel a módszerrel egy bármely irányú adattovábbításra képes robusztus kivitelű konfiguráció jön létre, amelynek egy másik fontos jellemzője, hogy a nehezen hozzáférhető helyekre is felszerelhető.

A nagyon magas relatív permittivitással (εr = 10,9) rendelkező dielektromos anyag használatával a csapat egy olyan kis méretű antennát tudott létrehozni, amely egy szabványos vasúti ágytokhoz is alkalmazható. A ágytok belsejébe szerelt új antennával végzett vizsgálatokon kiváló eredményeket értek el, és a tapasztalatok azt mutatták, hogy az új antenna teljesítményét kevésbé befolyásolják a közeli nagy méretű fémtárgyak, mint a jelenlegi kereskedelmi forgalomban kapható más kivitelű antennákét. Ezek a kutatási eredmények felbecsülhetetlen értékűek, hiszen az SKF az „Internet of Things” program vasútipari termékeinek következő generációját fejleszti.
_______________________
1 A csapat háttérmunkájában részt vettek Franco Lambertino és Mario Rossi az SKF vasútipari szegmensétől; Gianluca Dassano, Francesca Vipiana és Mario Orefice a torinói műszaki egyetem Antenna és EMC Laboratóriumának (LACE) elektronikai és kommunikációs osztályáról; valamint Sergio Arianos a torinói Istituto Superiore Mario Boella (ISMB) Antenna és EMC Laboratóriumából (LACE). A csoport idén korábban már bemutatta a kutatását a 11. Vasútipari Kutási Világkongresszuson Milánóban.

SKF AB
(publ)

További információt a következő elérhetőségeken kérhet:
Sajtókapcsolat: Nia Kihlström, +46 31-337 2897, +46 706 67 28 97, nia.kihlstrom@skf.com

Az SKF a világpiac vezető szállítója a csapágyak, a tömítések, a mechatronika, a kenéstechnikai rendszerek és a szerviz területén, mely utóbbi terület magába foglalja a műszaki támogatástól kezdve a karbantartási és megbízhatósági szolgáltatásokon át a mérnöki tanácsadást és képzést is. Az SKF a világ több mint 130 országában 17 000 viszonteladóval képviselteti magát. A cég éves bevétele 2015-ben 75 997 millió svéd korona, alkalmazottainak száma pedig 46 635 fő volt. www.skf.com

® SKF az SKF Csoport bejegyzett védjegye

SKF logo