Súbory „cookie“ na webovej stránke SKF

Používame súbory „cookie“, aby sme Vám na našich webových stránkach a webových aplikáciách zabezpečili najlepšie skúsenosti. Ak budete pokračovať bez zmeny nastavenia vášho prehliadača, budeme to považovať za súhlas s prijímaním súborov „cookie“. Nastavenia vášho prehliadača ohľadom súborov „cookie“ si však môžete zmeniť kedykoľvek.

Spojovacia služba

2016 september 22, 13:00 CEST

Inovatívna sieť a konštrukcia antény môžu vydláždiť cestu novej generácii robustných bezdrôtových systémov monitorovania stavu železničných vozidiel, hovorí Mario Rossi, technický manažér pre železnice v spoločnosti SKF.

Podobne ako v mnohých oblastiach dopravy, snaha o zlepšenie bezpečnosti a spoľahlivosti a o zníženie údržby v železničnom sektore vedie k zvýšenému záujmu o prístupy k údržbe na základe stavu. Vyžaduje si to monitorovacie technológie: zmeny teploty, vibrácie a iné premenné počas bežnej prevádzky dokážu poskytnúť včasné upozornenie na mechanické problémy, čo obsluhe umožní prijať opatrenia ešte pred výskytom porúch. Doteraz bol problém v tom, že inštalácia poľa snímačov, potrebných na zber týchto údajov z kľúčových komponentov, si vyžadovala zložité siete dodatočnej kabeláže. Inštalácia takých káblov je nákladná a ich prítomnosť zvyšuje časovú náročnosť a zložitosť bežnej údržby.

Tím inžinierov SKF, spolupracujúci s akademikmi z dvoch špičkových talianskych inštitúcií1 ukázal, ako sieť snímačov dokáže fungovať prostredníctvom bezdrôtovej komunikácie s nízkym výkonom, pričom sa výrazne zjednoduší jej návrh, inštalácia a údržba.

Vytvorenie bezdrôtovej siete, vhodnej pre aplikácie monitorujúce stav železníc, je zložité z niekoľkých dôvodov. Po prvé, snímače musia fungovať dlhú dobu bez dobíjania alebo výmeny. Napríklad u skríň náprav niektorých moderných osobných vlakov sa predpokladá, že medzi generálnymi opravami najazdia viac ako milión kilometrov. A niektorí operátori majú ambície toto číslo zdvojnásobiť. Nutnosť vygenerovať a skladovať ich vlastnú energiu znamená, že snímače musia byť energeticky extrémne efektívne, čo výrazne ovplyvňuje výkon dostupný na prenos bezdrôtových signálov.

Vyrovnanie sa s takouto potrebou pre nízky výkon je náročné kvôli veľkým rozmerom železničných vozidiel. Napríklad snímač namontovaný na skrini náprav musí vysielať k prijímaču uprostred vozidla, vo vzdialenosti takmer 20 m. Železničná doprava je náročným prostredím pre bezdrôtový prenos. Veľké množstvá vodivých materiálov v podvozkoch, rámoch a telesách vozidiel môžu signály rušiť alebo úplne zablokovať.

Na vytvorenie bezdrôtovej siete schopnej splniť tieto požiadavky si tím SKF pre svoj navrhnutý systém najprv musel vybrať vhodnú prevádzkovú frekvenciu. Tento výber bol ovplyvnený početnými faktormi vrátane regionálnych nariadení, ktoré regulujú používanie elektromagnetického spektra, pravdepodobnosti rušenia inými zariadeniami vo vlaku alebo v jeho blízkosti a kompromisom medzi množstvom údajov prenášaných na každej frekvencii a rozmermi potrebného hardvéru.

Tím si najprv vybral tri potenciálne frekvencie: 434 MHz, 868 MHz a 2,4 GHz. Potom sa pustil do skúmania charakteristík železničného systému prostredníctvom pokročilých simulačných nástrojov, ktoré modelovali odraz a ohyb rádiových vĺn od štruktúr železničnej trate a okolo nich.

Počas tejto simulácie sa skúmalo množstvo možných sieťových konfigurácií. Okrem iného aj systém, v ktorom snímače na každom podvozku vysielali údaje k prijímačom, namontovaným pod strechou vlaku, a alternatívny prístup, pri ktorom boli snímače vybavené anténami vysielača (Tx) a prijímača (Rx), pričom každý snímač komunikoval so svojimi susedmi a údaje sa potom odosielali pozdĺž vlaku až do koncového prijímača v kabíne vodiča. Na frekvencii 2,4 GHz sa objavili problémy so šírením a potenciál rušenia palubnými Wi-Fi signálmi, ale frekvencie 434 MHz a 868 MHz sa šírili veľmi dobre. Po zamietnutí frekvencie 434 MHz kvôli nutnosti veľkej a zložitej antény sa tím napokon rozhodol pre frekvenciu 868 MHz, ktorá bola na túto úlohu najlepším kompromisom. Fyzické skúšky prostredníctvom prototypového zariadenia, namontovaného na skutočnom vlaku, potvrdili zistenia zo simulácií.

Ďalším základným prvkom nového prístupu bola nová konštrukcia antény, optimalizovaná pre špeciálne nároky železničného prostredia. Aby snímače mohli byť nainštalované presne tam, kde majú byť – napríklad na telesách náprav podvozku – musia byť celkové rozmery snímačov, riadiacej elektroniky a antény veľmi malé. A aby anténa vydržala pod vlakom dlhú dobu, jej konštrukcia musí byť chránená pred prenikaním prachu a vlhkosti a musí odolať veľkým teplotným výkyvom a vysokým úrovniam vibrácií.

Pri konštrukcii antény, ktorá by spĺňala tieto požiadavky, sa tím rozhodol pre konfiguráciu nazvanú planárna anténa typu obráteného F (PIFA). Anténne prvky sú v tejto konštrukcii „zabudované“ nad doskou plošných spojov (DPS), ktorá je pokrytá vodivým materiálom, pôsobiacim ako uzemňovacia rovina. Na druhú stranu DPS sa pridala dielektrická podložka s kovovou vrstvou. Táto konfigurácia je fyzicky robustná a vysiela do všetkých smerov, čo je ďalšou dôležitou charakteristikou komponentov, ktoré sa musia natlačiť do náročných priestorov.

Použitím dielektrického materiálu s veľmi vysokou relatívnou permitivitou (εr = 10,9) dokázal tím zmenšiť anténu na dostatočne malú veľkosť, vhodnú pre štandardné železničné skrine náprav. Skúšky novej antény, namontovanej v skrini náprav, preukázali jej vynikajúce vlastnosti a menšie ovplyvnenie blízkosťou iných veľkých kovových objektov, než majú súčasné komerčne dostupné konštrukcie. Výsledky tohto výskumu sú neoceniteľné, pretože SKF vyvíja ďalšiu generáciu produktov, využívajúcich internet vecí pre železničný trh.
_______________________
1 Súčasťou tohto pracovného tímu boli Franco Lambertino a Mario Rossi zo železničného segmentu SKF, Gianluca Dassano, Francesca Vipiana a Mario Orefice z laboratória antén a EMC (LACE) fakulty elektroniky a telekomunikácií Polytechnickej univerzity v Turíne a Sergio Arianos z laboratória antén a EMC (LACE) centra aplikovaného výskumu Istituto Superiore Mario Boella (ISMB) v Turíne. Skupina začiatkom tohto roku predstavila výsledky svojej výskumnej práce na 11. svetovom kongrese železničného výskumu.

Spoločnosť SKF
(publ.)

Pre ďalšie informácie sa obráťte na:
Vzťahy s médiami: Nia Kihlström, +46 31-337 2897; +46 706 67 28 97; nia.kihlstrom@skf.com

SKF je vedúcim globálnym dodávateľom ložísk, tesnení, mechatroniky, mazacích systémov a služieb, ktoré zahŕňajú technickú podporu, údržbu a služby zamerané na spoľahlivosť, inžinierske poradenstvo a školenie. Spoločnosť SKF je zastúpená vo viac než 130 krajinách a má približne 17 000 distribučných miest na celom svete. Ročné tržby v roku 2015 dosiahli 75 997 milióna švédskych korún a počet zamestnancov dosiahol 46 635. www.skf.com

® SKF je registrovanou obchodnou značkou skupiny SKF.

SKF logo