Sistema di Collaudo per Encoder SSC-SST

Author(s):
A. Quaranta - ECM

Industry:
Electronics

Products:
Real-Time Module, LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
Realizzare un banco di collaudo per il test funzionale del prodotto Encoder, nell’ambito della fornitura del Sistema di Supporto alla Condotta – Sottosistema di Terra (SSC-SST) alle Ferrovie dello Stato, impegnate nel potenziamento tecnologico e infrastrutturale della rete e nel miglioramento degli standard di sicurezza della marcia del treno. L’Encoder ha un livello di sicurezza (Safety Integrity Level) pari a 4.

The Solution:
Tra le soluzioni possibili, si è scelto di avvalersi di un sistema hardware ausiliario, progettato appositamente, in grado di riprodurre le condizioni reali di funzionamento del sistema e di pilotare tale sistema con una postazione National Instruments, per mezzo di un software di collaudo sviluppato in ambiente LabVIEW.

Introduzione
Il Sistema di Supporto alla Condotta (SSC) è un sistema di protezione automatica della marcia del treno ed è costituito da un Sotto Sistema di Terra (SST) e da un Sotto Sistema di Bordo (SSB).
Grazie ad apparecchiature installate in prossimità dei segnali ferroviari ed, eventualmente, lungo la linea, il Sistema di Terra trasferisce al treno, mediante link a microonde (5.8 GHz), le informazioni necessarie a conoscere la velocità massima ammessa dal treno al variare della sua posizione e una serie di informazioni aggiuntive: aspetto del segnale, grado di frenatura, distanza del prossimo segnale ecc.
Il Sistema di Bordo elabora i dati provenienti dal Sistema di Terra e, se il treno supera la velocità massima consentita in quel punto (per una disattenzione del macchinista o per un qualsivoglia problema a bordo), comanda la frenatura di emergenza fino a treno fermo.
L’apparecchiatura di terra è costituita da un Encoder e da un Trasponder a microonde.
La funzione principale dell’Encoder è quella di acquisire e riconoscere l’aspetto del segnale e di inviare al Trasponder le informazioni corrette, strutturate in appositi Telegrammi (la comunicazione tra SST ed un locomotore equipaggiato con un apparato SSB avviene mediante un protocollo di sicurezza).
Poiché l’Encoder deriva l’alimentazione direttamente dalla lampada del segnale, il suo assorbimento non deve superare i 2W di potenza. Il sistema, infatti, non deve essere intrusivo (togliere luminosità al segnale) né alimentare indebitamente lampade spente.
Il segnale interfacciato può essere di tipo SDO (a specchi dicroici), RS (relay schermo) o di altri tipi a questi riconducibili; può avere un massimo di tre luci e ognuna di queste (anche se con modalità diverse rispetto alla tipologia di segnale) è in grado di generare sia l’aspetto fisso che l’aspetto lampeggiante .
Per un segnale nella sua configurazione massima (tre luci) uno degli aspetti possibili è: “ROSSO/GIALLO+/VERDE-“, dove “+” e “-“ indicano che il giallo e il verde lampeggiano in controfase, mentre il rosso è fisso.
L’Encoder si alimenta (150Vac – 50Hz) dalla prima luce e deve essere in grado di funzionare anche in caso di segnale lampeggiante.

Lavoro svolto
Per il collaudo dell’apparecchiatura si è scelto di progettare un sistema ausiliario, pilotato da una postazione National Instruments, in grado di simulare a tutti gli effetti il segnale ferroviario e, quindi, in grado di fornire l’alimentazione corretta e generare tutti gli ingressi possibili, previsti dalle varie configurazioni del prodotto.
I requisiti da rispettare per consentire all’Encoder di riconoscere esattamente il segnale d’ingresso e, quindi, i dati di progetto sono stati i seguenti:
tensione di ingresso pari a 150Vac [+10%,-15%], 50Hz [±5%] sia per l’alimentazione del sistema che per il riconoscimento di una luce fissa. Fino al 60% in meno (50%, per i segnali RS), rispetto al valore nominale (duty cycle del 50%, periodo 1 sec), in caso di luce lampeggiante;
in corrispondenza di una variazione del segnale, il telegramma aggiornato deve essere inviato al Trasponder entro 750ms, per il riconoscimento di una variazione a luce fissa, 1,6sec per un passaggio da luce fissa a luce lampeggiante, 3sec per una instabilità di segnale;
la presenza di ingressi instabili o incongruenti (non previsti) deve produrre l’invio al Trasponder di un telegramma di default (condizione di massima sicurezza).
Il software di collaudo è stato realizzato con LabVIEW.
L’obiettivo, vista la notevole quantità di pezzi da collaudare e i tempi ristretti, era quello automatizzare il più possibile la procedura; l’interfaccia utente, pertanto, è stata pensata e realizzata in modo da limitare al massimo l’intervento dell’operatore consentendogli un numero limitato di operazioni (login, inserimento del numero di matricola, selezione della configurazione dell’Encoder da testare, avviare il test).
Per effettuare il collaudo è stata caricata a bordo dell’Encoder una configurazione appositamente studiata in modo da poter riconoscere un telegramma di default in corrispondenza di una segnalazione “SPENTO/SPENTO/SPENTO” e per poter provare, su ogni ingresso, l’aspetto fisso e quello lampeggiante, in sequenza.
All’avvio del test, l’operatore seleziona il file di configurazione contenente il pattern di ingressi da inviare e il rispettivo telegramma generato. Il programma trasforma il pattern caricato in una maschera di segnali digitali da inviare alla scheda PXI-6229 e, da essa, al sistema ausiliario di alimentazione: sono i segnali di abilitazione dei relays, cablati a bordo del sistema di alimentazione.
Questi relays, opportunamente eccitati, generano l’aspetto del segnale secondo il pattern caricato e, se l’Encoder lo riconosce, seleziona e invia al Trasponder il telegramma corrispondente, caricato a bordo dei suoi due microcontrollori.
Il sistema di collaudo intercetta, via seriale, il telegramma emesso dall’Encoder prima dell’invio al Trasponder, agganciandosi alla training sequence, come previsto dal protocollo di comunicazione (l’Encoder trasmette telegrammi continuamente) e, una volta analizzata la congruenza del pacchetto ricevuto, verifica la corrispondenza con il telegramma atteso.
Il risultato del confronto viene visualizzato a video tramite un indicatore a led.
Al termine delle prove viene generato un report da allegare al bollettino di collaudo.
Conclusioni
La scelta iniziale di ricorrere alla strumentazione National Instruments, pur comportando un notevole investimento iniziale, ha, senza dubbio, consentito di automatizzare al massimo la fase di test riducendo sia i tempi di collaudo del singolo pezzo che i possibili errori dell’operatore dovuti ad operazioni manuali,
La strada è aperta a nuove applicazioni.

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A. Quaranta
ECM
angela.quaranta@elettromeccanicacm.com

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