Kolej na kolej

W systemie monitoringu położenia wagonów kolejowych zastosowano czujniki bezprzewodowe, działające w ekstremalnych temperaturach, przy dużych wibracjach i zanieczyszczeniu, przez pięć lat bez wymiany baterii.

Producent modułów jezdnych dla wagonów kolejowych może wykorzystać technologię bezprzewodową do kontroli położenia wagonów. Pod warunkiem jednak, że będzie mogła działać w wysokich temperaturach, przy dużym zanieczyszczeniu i wibracjach.
Skorzystał z tego Calbrandt, producent i dostawca urządzeń wykorzystywanych na bocznicach kolejowych do przetaczania, organizacji składów i zliczania wagonów kolejowych.

Wytrzymałość i długa praca bez zasilania zewnętrznego
W omawianej aplikacji podstawowymi urządzeniami są moduły przetaczające wagony zdolne do pociągnięcia masy do 34 ton, wykorzystujące 4,5 m cylindry umieszczane pod podwoziem wagonów. Trzeba zaznaczyć, że bocznice kolejowe, gdzie wagony są wciąż przetaczane, załadowywane i rozładowywane, to miejsca o szczególnie ciężkich warunkach pracy dla wszelkiego typu urządzeń elektronicznych i komunikacyjnych. Ponadto, ze względu na ciągły ruch wagonów, praktycznie niemożliwe jest zastosowanie urządzeń z połączeniami kablowymi (np. kabli zasilania). We wcześniejszych rozwiązaniach stosowano czujniki fotoelektryczne o dużym zasięgu. Montowano je w miejscach, do których możliwe było doprowadzenie linii zasilających. Niejednokrotnie w odległościach sięgających nawet 15 m od toru, na którym „wykrywano” pojawienie się wagonu. Tak znaczne odległości powodowały nieprawidłowe działanie systemu w złych warunkach pogodowych lub na skutek zabrudzenia czujników itp.

Operatorzy odpowiedzialni za obsługę tych procesów wciąż poszukują nowych rozwiązań do poprawy efektywności pracy oraz zmniejszenia czasu pomiędzy kolejnymi procedurami załadunku i wyładunku wagonów. Pojawienie się systemów bezprzewodowych stworzyło całkiem nowe możliwości. Calbrandt zdecydował się na wykorzystanie modułów SureCross Wireless Network DX80 Gateway oraz FlexPower Node firmy Banner Engineering.

Aplikacja: przetaczanie wagonów
Nadjeżdżające koło wagonu dotyka specjalne ramię, którego niewielki ruch powoduje uruchomienie wyłącznika krańcowego podłączonego do modułu SureCross FlexPower Wireless Node. Ten generuje odpowiedni sygnał i/lub podnosi ramię pchające. W efekcie wagon zostaje przepchnięty do przodu, do kolejnego stanowiska załadunku / rozładunku. Bezprzewodowy moduł gatewaya lub sterownika umieszczony jest poza strefą detekcji osi kół wagonów. Odległość pomiędzy węzłem a gatewayem jest zwykle mniejsza niż 30 m, co stwarza możliwość interferencji niepożądanych sygnałów radiowych. Aby zatem ograniczyć liczbę aktywnych sygnałów radiowych i w ten sposób zwiększyć niezawodność systemu monitoringu i sterowania, jeden gateway współpracuje z wieloma węzłami. Przy czym każdy z nich wykorzystuje przy transmisji technologię FHSS (rozpraszania widma w systemach szerokopasmowych) wraz z dwukierunkowymi transceiverami w każdym z urządzeń. Transceivery działają zgodnie z algorytmem potwierdzania poprawności transmisji. Zaimplementowana w tej aplikacji sieć wykorzystuje również metodę TDMA – wielodostępu z podziałem czasowym. Pozwala ona wielu użytkownikom na dostęp do danego kanału transmisyjnego w tzw. szczelinach czasowych. Dzięki temu każdy ma zagwarantowany dostęp do pasma transmisyjnego w określonym przedziale czasowym, co oczywiście zwiększa niezawodność komunikacji.

Pięć lat spokoju
Węzeł sieci bezrzewodowej zasilany jest baterią Banner Engineering FlexPower. Zapewnia jego poprawne działanie przez około 5 lat. Dzięki temu możliwe jest umieszczenie węzła w miejscu trudno dostępnym, bezpośrednio na miejscu wykrywania obecności kół i osi wagonów. W ten sposób system zabudowany przez Calbrandt jest szybszy i bardziej niezawodny, niż dotychczas stosowane układy z czujnikami fotoelektrycznymi.   

– Nie ma już konieczności stosowania modułów zasilanych kablowo oraz montowania specjalnych, wymagających częstego serwisowania czujników na torach kolejowych – podkreśla Brad Goldbeck z Calbrandta. – Inżynierowie firmy Banner ściśle współpracowali z nami, w celu optymalnego dostosowania ich produktów sieciowych do warunków środowiskowych i zasilania specyficznych w omawianej aplikacji. W efekcie stworzyliśmy bardzo sprawnie działający, wysoce niezawodny system, o stosunkowo małych wymaganiach w zakresie utrzymania i serwisu.  

Sieć i moduły SureCross Wireless Network zaprojektowano specjalnie do zastosowań radiowych, z komunikacją dwukierunkową Rx/Tx, stosowaną w układach sterowania i monitoringu. Urządzenia sieciowe mogą być zasilane również z sieci prądu stałego 10-30 V AC lub z baterii słonecznych. Systemy podobne do opisanego stosowane są również w aplikacjach przeładunkowych w portach i zakładach przetwórstwa materiałów sypkich (granulaty, ziarna itp.).

Peter Welander
Artykuł pod redakcją dra inż. Andrzeja Ożadowicza, adiunkta w Katedrze Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie