Automatyzacja wkracza do branży kolejowej

Zadaniem bezprzewodowego systemu zdalnego sterowania LocControl100 produkcji specjalistycznej firmy związanej z technologią kolejową, Schweizer Electronic AG, jest przesyłanie poleceń sterujących z ruchomej konsoli sterowniczej do lokomotywy, z wykorzystaniem bezpiecznej technologii bezprzewodowej. W połączeniu z systemem sterowania PSS4000 firmy Pilz, który jest zainstalowany w lokomotywie TRAXX AC Last Mile firmy Bombardier Transportation, tej platformy sterującej można użyć do wdrażania specjalnych funkcji dodatkowych w sposób bezpieczny i elastyczny, z dokładnym spełnieniem specyfikacji klienta. Zdalny system sterowania ma certyfikat SIL3 i czyni zautomatyzowaną obsługę ruchu kolejowego bardziej elastyczną i bardziej wydajną, bez uszczerbku dla bezpieczeństwa.

Dworzec towarowy w miejscowości Muttenz, w pobliżu Bazylei, wczesnym popołudniem: na jednym z największych dworców towarowych Europy, lokomotywa elektryczna manewruje na równoległych torach. Realizując niewidoczny plan, gromadzi ona zestawy różnych wagonów towarowych; na torze formowania stopniowo łączy je w pociąg o mieszanym składzie, zawierającym ponad 70 wagonów. Jest to codzienna praktyka na stacji rozrządowej. Jednak nie jest to klasyczna lokomotywa rozrządowa, ale lokomotywa magistralowa typu TRAXX AC Last Mile firmy Bombardier. Przypatrując się jej bliżej, zauważamy, że kabina maszynisty jest pusta. 

Bezpieczne, bezprzewodowe czynności rozrządowe o zasięgu tysiąca metrów

Pomiędzy stanowiskami torowymi maszynista lokomotywy rozrządowej uważnie śledzi otoczenie. Jego dłonie utrzymują stały kontakt z przełącznikami, przyciskami i pokrętłem sterującym na zawieszonym na szyi żółtym urządzeniu operatorskim. Ten bezprzewodowy system zdalnego sterowania został specjalnie opracowany przez firmę Schweizer Electronic dla obsługi pociągów. Operator rozrządowy wykorzystuje go do przemieszczania lokomotywy naprzód i wstecz, do hamowania, przyspieszania i, w razie potrzeby, generowania sygnałów wizualnych lub dźwiękowych. Wykorzystując odpowiednie urządzenie po stronie lokomotywy/odbiornika i realizując identyfikację za pośrednictwem klucza RFID, aktywator o niewielkich rozmiarach można wykorzystywać do manewrowania lokomotywami w promieniu do 1000 metrów. Częstotliwości można wybierać bezpośrednio w terenie, zatem urządzenie można zastosować w różnych krajach, z wykorzystaniem tych samych urządzeń. Do typowych obszarów zastosowań należą: manewrowanie, sterowanie natężeniem ruchu oraz rozjazdami. 

Po raz pierwszy lokomotywa trakcyjna została wyposażona w bezprzewodowy system sterowania, i warto przy tym podkreślić, że firmy zajmujące się obsługą pociągów definitywnie przestawiają się na elastyczne, efektywne czynności rozrządowe i koncepcje logistyczne. Lokomotywa magistralowa tego typu może przejąć przynajmniej część procesu podziału pociągu lub komponowania pociągu towarowego. Pozwala to ograniczyć lub nawet wyeliminować konieczność stosowania lokomotyw rozrządowych. 

Kompetencje dotyczące technologii kolejowej

Firma Schweizer Electronic ma swoją siedzibę w Reiden, w Szwajcarii. Dysponując wysokimi kompetencjami oraz wiedzą, w ciągu wielu lat swojej działalności zaskarbiła sobie wielką renomę zarówno w Europie, jak i poza jej granicami. Firma zatrudnia 150 osób i skupia się na rozwiązaniach innowacyjnych, ukierunkowanych na zabezpieczenie placów budowy i przejazdów kolejowych, a także na bezprzewodowych systemach zdalnego sterowania na potrzeby lokomotyw towarowych. „Gdy firma Bombardier przesłała zapytanie o wszechstronny bezprzewodowy system zdalnego sterowania lokomotywami, natychmiast postanowiliśmy rozważyć opracowane już standardowe rozwiązanie”, mówi Thomas Koch, kierownik do spraw produktów dla systemów bezprzewodowych w firmie Schweizer Electronic. Firma Bombardier jest światowym liderem w rozwijaniu współczesnych technologii pojazdów kolejowych. Ten kanadyjski koncern lotniczo-kolejowy ma kilka zakładów produkcyjnych w Niemczech i zatrudnia w nich około 8000 pracowników. 

Projekt ten, uruchomiony wspólnie z firmą Schweizer Electronic, wkrótce stał się bardziej złożony wraz ze zwiększeniem uszczegółowienia: wdrożenie dodatkowych funkcji, wykraczających poza normalny zakres bezprzewodowego systemu zdalnego sterowania, stawiało poważne wymagania przed wszystkimi zainteresowanymi podmiotami. „Musieliśmy przeanalizować możliwość wdrożenia niezbędnych dodatkowych funkcji wydajności i bezpieczeństwa w sposób możliwie najbardziej skuteczny w kategoriach zarówno układów elektrycznych, jak i technologii sterowania. Przetestowaliśmy szereg wersji. Jednak wydawały się one zbyt kosztowne, niedostatecznie elastyczne lub nieodporne na przyszłe zmiany”, wyjaśnia Thomas Koch. 

Interfejs pomiędzy odbiornikiem a systemem sterowania

Szwajcarscy eksperci kolejowi już w poprzednich latach współpracowali z firmą Pilz przy projektowaniu nowych rozwiązań. Pilz, jako dostawca bezpiecznych rozwiązań automatyzacji, dysponuje szerokim doświadczeniem w sektorze kolejowym. Od 1996 roku posiada swój oddział w Szwajcarii, z którym firma Schweizer Electronic nawiązała współpracę na potrzeby wdrożenia skomplikowanego programu aplikacyjnego. 

„W celu wdrożenia dodatkowych funkcji wymaganych przez firmę Bombardier i uzyskania ostatecznego zatwierdzenia, potrzebowaliśmy dodatkowej jednostki, która mogłaby porównać sygnały przesyłane do lokomotywy, pochodzące z funkcji dodatkowych, z przesyłanymi przez maszynę danymi. Następnie miałaby dokonać sprawdzenia pod kątem wykonalności i spójności, wygenerować sygnał zgody do systemu sterowania lokomotywą i zainicjować wymagane działania”, tłumaczy Bernd Maier z Działu wsparcia klienta firmy Pilz. Takie zadanie w niezawodny sposób spełnia system sterowania PSS 4000, jako interfejs pomiędzy odbiornikiem, a systemem sterowania lokomotywą. 

Automatyzacja wkracza do technologii kolejowej

Firma Pilz opracowała sprawdzony w przemyśle system sterowania PSS 4000 zgodnie z normą EN 61508, na potrzeby automatyzacji przemysłowej. Aby móc spełnić specyficzne wymagania transportu kolejowego, stworzyła specjalne moduły R (Railway – Kolejnictwo). Moduły te są odporne na zakłócenia elektromagnetyczne, ekstremalne temperatury i obciążenia mechaniczne typowe dla środowiska kolejowego. Moduły R w systemie sterowania PSS 4000 posiadają zatwierdzenia CENELEC zgodnie z normami EN 50126, EN 50128, EN 50129 i EN 50155, co umożliwia wykorzystywanie systemu PSS 4000-R w zastosowaniach kolejowych. System sterowania pozwala uzyskać poziom nienaruszalności bezpieczeństwa SIL 4 w skali całego projektu.

W rezultacie moduły R są odpowiednie dla różnych zastosowań w sektorze kolejowym: umożliwiają sterowanie i monitorowanie nie tylko jednostek napędowych oraz maszyn do układania torów, ale również sygnałów. W przeszłości system ten udowodnił swoją użyteczność w wagonikach kolejek linowych, w żurawiach portowych, a także w systemach śluz. System sterowania PSS 4000 jest odpowiedni również do wykorzystywania w technologii sterowania i bezpieczeństwa oraz łączeniach nastawni kolejowych. 

Bezpieczeństwo realizowane w jednym etapie

Podczas pracy lokomotywy, system sterowania PSS 4000 monitoruje przewidywaną prędkość. W przypadku niekontrolowanego przyspieszenia system inicjuje hamowanie w trybie awaryjnym. W szafie sterowniczej lokomotywy przestrzeń jest ograniczona, jednak system sterowania PSS 4000 jest stosunkowo kompaktowy i pozwala zaoszczędzić miejsce, wykorzystując moduł główny, 13 modułów wejściowych, 5 modułów przekaźnikowych i 6 półprzewodnikowych modułów wyjściowych. Ogółem system ma do zaoferowania 52 wejścia i 34 wyjścia (10 wyjść przekaźnikowych i 24 wyjścia półprzewodnikowe). Podobnie jak w wersji przemysłowej, system sterowania PSS 4000 zapewnia wyraźne korzyści dzięki zdecentralizowanej strukturze sterowania – bez związanej z tym zazwyczaj złożoności.

Będąc dostawcą usług i urządzeń, firma Pilz była zaangażowana w tworzenie architektury programowej, projektowanie komponentów, wdrażanie, specyfikacje testowe oraz niezbędne testy. „W tym projekcie zwrócono szczególną uwagę nie tylko na zadania sterowania i programowanie, ale również na walidację i dokumentację. Żadnego z tych aspektów nie można uniknąć przy zatwierdzaniu. W tym przypadku firma Pilz udowodniła swoje kwalifikacje i zmysł pracy zespołowej, ściśle współpracując z naszą firmą”, podkreśla Thomas Koch. 

System sterowania PSS 4000 firmy Pilz dowodzi swojej wszechstronności w licznych lokomotywach i systemach kolejowych. „Sądzimy, że w innych krajach działają operatorzy kolejowi, którzy również będą musieli zoptymalizować sterowanie i monitorowanie procesów. W wielu krajach występuje pilna potrzeba zmodernizowania infrastruktury kolejowej; powinno to jeszcze bardziej przyczynić się do zwiększenia popytu na standardowe, przetestowane przez TÜV, ekonomiczne rozwiązanie zatwierdzone przez EBA”, zaznacza Bernd Maier. Elastyczny system sterowania PSS 4000 firmy Pilz jest wystarczająco wszechstronny, by móc do sprostać zadaniom w dziedzinie technologii kolejowej.