Master in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari – A Master in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari – A.A. 2011/2012 Modulo didattico Scambio delle esperienze di stage Roma, 10-14 settembre 2012 Pietro Filippo Nocera Allestimento di una postazione diagnostica per la verifica automatica di funzionalità delle Gate Unit per azionamento di trazione E404 PLT azienda ospitante tutor aziendale Pasquale Orlando tutor universitario prof. Regina Lamedica

Mappa della presentazione La struttura ospitante Ambito della problematica La soluzione proposta Implementazione software Risultati sperimentali e prime osservazioni Conclusioni

OGR di Vicenza Sito di revisione dei locomotori E404 PLT

Ambito della problematica Azionamento del treno ETR500 PLT Convertitore 2Q/4Q e inverter di trazione Segnalazioni di guasto e fermo treno

Ambito della problematica Funzionamento di un inverter A*D = 1, B*C = 0  VRS = VDC A*D = 0, B*C = 1  VRS = -VDC Alternando gli eventi di apertura e chiusura si ottiene un’onda quadra:

Ambito della problematica Un ramo circuitale aggiuntivo permette di passare al regime trifase R, S e T sono sfasate di 120° Massima attenzione per evitare cross-conduction!

Ambito della problematica Inverter: implementazione reale Interruttori a stato solido GTO (Gate Turn-Off)

Ambito della problematica La logica di trazione determina il funzionamento degli interruttori GTO Il modulo TCU comanda due Gate Unit Connessioni in fibra ottica contro i disturbi Funzione di interlock

Ambito della problematica Gate Unit pilotaggio GTO comando ottico moduli indipendenti diagnostica integrata Componenti discreti e disegno modulare

Ambito della problematica I guasti sono inevitabili! VGK deve essere monitorata VBATT e VREF devono essere stabili La Gate Unit non può controllare dinamicamente i parametri elettrici Nessuna verifica sul valore della IGK Le variazioni di corrente non sono monitorate Non vengono fornite informazioni sui guasti eventualmente rilevati

Ambito della problematica Osservare l’andamento nel tempo delle grandezze elettriche permette di ottenere informazioni sul corretto funzionamento delle apparecchiature. I parametri da monitorare sono tre: Corrente di Accensione Corrente di Mantenimento Corrente di Spegnimento

Ambito della problematica Simulazione della presenza del modulo pilota TCU tramite apposita scheda elettronica - TEINV Simulazione della presenza dei moduli GTO tramite diodi di carico Semikron SKR 100/12 IF = 125 A @ 1200 V Montaggio su staffa

Ambito della problematica Misura della corrente senza contatto Telcon HTP 50 Effetto Hall CL, alta precisione (0.5%)

Ambito della problematica Corrente di accensione Ampiezza del picco positivo Ampiezza temporale impulso di accensione    

Ambito della problematica    

Ambito della problematica Corrente di spegnimento Ampiezza del picco negativo Riferimento relativo  

Ambito della problematica Procedura diagnostica del produttore Richiede strumentazione specifica Richiede operatori specializzati Tempi lunghi per il setup di misura Obiettivo: realizzare una postazione di diagnostica automatica che implementi la procedura esistente con il minimo intervento dell’operatore

La soluzione proposta

La soluzione proposta Componenti dell’apparato diagnostico Postazione PC Windows Oscilloscopio programmabile Piattaforma di misura Software di automazione

La soluzione proposta La postazione diagnostica realizzata richiede soltanto pochi collegamenti: Terminali di potenza (G-K, G-K) Sonde di tensione 10X Connessioni di alimentazione Il software sviluppato esegue in modo totalmente automatico le operazioni previste dalla procedura diagnostica

La soluzione proposta Schematizzazione dell’apparato PIATTAFORMA DI SCHEDA DI CARICO E MISURA PIATTAFORMA DI MISURA

La soluzione proposta Piattaforma di misura

Implementazione software Software sviluppato in ambiente Labview Gestione del flusso di informazioni Programmazione grafica Gestione diretta dell’hardware Standard VISA

Implementazione software

Implementazione software

Implementazione software

Implementazione software

Risultati e osservazioni Progetto sperimentale: evoluzione continua dei dati e dei risultati ottenuti Misure raccolte talvolta inattese Test Measure Compare

Risultati e osservazioni Le prime misure provengono dalle GU già smontate e disponibili in laboratorio Il test #3 è fallito!

Risultati e osservazioni I grafici confermano che non si tratta di un errore di misura Corrente di mantenimento troppo elevata

Risultati e osservazioni E se il problema fosse nei diodi di carico? Test: collegamento di un modulo GTO reale alla piattaforma di misura e alla Gate Unit Le misure sono effettuate a banco, con i componenti di potenza forzati al potenziale di massa elettrica

Risultati e osservazioni Il test conferma la bontà dell’apparato Le misure effettuate sono attendibili

Risultati e osservazioni Perché implementare la nuova procedura?

Risultati e osservazioni Il costruttore delle unità fornisce il servizio di revisione al costo unitario di 1800 € La procedura diagnostica può essere eseguita manualmente in un tempo stimato di 40 minuti La stessa procedura eseguita automaticamente dalla postazione di diagnosi realizzata richiede un tempo inferiore ai 10 minuti Sommando i tempi di movimentazione e smontaggio delle unità in prova si ottengono i costi reali: Soluzione manuale  46,8 € Soluzione automatica  12 €

Risultati e osservazioni Situazione attuale Con procedura di diagnosi Con procedura di diagnosi automatica   Loco/anno revisionate 44 GU/anno smontate 264 GU/anno inviate 186 GU/anno controllate Costo verifiche € 1.800,00 € 46,80 € 12,00 Subtotale verifiche € 334.800,00 € 12.355,20 € 3.168,00 GU/anno guaste 55,8 79,2 Costo riparazione € 800,00 Subtotale guasti € 44.640,00 € 205.920,00 Totale primo anno € 379.440,00 € 218.275,20 Totale primo anno* € 234.088,00 Totale a 10 anni € 3.794.400,00 € 2.180.112,00 € 2.115.880,00 Qual è il costo di revisione per le GU?

Risultati e osservazioni Portare in Officina l’attività di controllo e collaudo delle GU permetterebbe all’Azienda di risparmiare ~1.600.000 € nel periodo considerato di 10 anni € L’automatizzazione della procedura diagnostica porterebbe a una ulteriore riduzione dei costi di collaudo di 91.872 € €

Risultati e osservazioni Il costo di allestimento della postazione diagnostica è ammortabile a partire dal terzo anno d’uso

Conclusioni Stato di salute della Gate Unit in prova immediatamente percepibile dall’operatore Elevata ripetibilità delle misure effettuate Metodo immune all’errore umano Vantaggio economico In futuro, implementazione di algoritmi per il riconoscimento dei pattern di guasto Evoluzione verso una diagnostica predittiva

Grazie per l’attenzione!