Master in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari – A.A. 2011/2012 Modulo didattico Scambio delle esperienze di stage Roma, 10-14 settembre

Master in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari – A.A. 2011/2012 Modulo didattico

Scambio delle esperienze di stageRoma, 10-14 settembre 2012

Pietro Filippo NoceraAllestimento di una postazione diagnostica per la verifica automatica di funzionalità delle Gate

Unit per azionamento di trazione E404 PLT

tutor aziendalePasquale Orlando

tutor universitarioprof. Regina Lamedica

azienda ospitante

Master IISF 2011/12 – Modulo Scambio delle Esperienze di StageAllievo: Pietro Filippo Nocera

Mappa della presentazione

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• 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

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Ambito della problematica

• Azionamento del treno ETR500 PLT• Convertitore 2Q/4Q e inverter di

trazione• Segnalazioni di guasto e fermo treno

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• 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:



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• Un ramo circuitale aggiuntivo permette di passare al regime trifase

• R, S e T sono sfasate di 120° • Massima attenzione per evitare

cross-conduction!



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• Inverter: implementazione reale• Interruttori a stato solido

GTO (Gate Turn-Off)



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• 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



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• Gate Unit• pilotaggio GTO• comando ottico• moduli indipendenti• diagnostica

integrata

• Componenti discreti e disegno modulare



• 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

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• 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

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• Simulazione della presenza del modulo pilota TCU tramite apposita scheda elettronica - TEINV

• Simulazione della presenza dei moduli GTO tramite diodi di carico

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• Semikron SKR 100/12• IF = 125 A @ 1200 V

• Montaggio su staffa



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

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• Corrente di accensione• Ampiezza del picco positivo• Ampiezza temporale impulso di

accensione

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• Corrente di spegnimento• Ampiezza del picco negativo• Riferimento relativo

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• 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

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La soluzione proposta

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• Componenti dell’apparato diagnostico

• Postazione PC Windows• Oscilloscopio programmabile• Piattaforma di misura• Software di automazione

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• 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

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• Schematizzazione dell’apparato

SCHEDA DICARICO E MISURA

PIATTAFORMA DIMISURA



• Piattaforma di misura

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Implementazione software

• Software sviluppato in ambiente Labview

• Gestione del flusso di informazioni• Programmazione grafica• Gestione diretta dell’hardware• Standard VISA

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Risultati e osservazioni

• Progetto sperimentale: evoluzione continua dei dati e dei risultati ottenuti

• Misure raccolte talvolta inattese

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• Le prime misure provengono dalle GU già smontate e disponibili in laboratorio

• Il test #3 è fallito!



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• I grafici confermano che non si tratta di un errore di misura

• Corrente di mantenimento troppo elevata



• E se il problema fosse nei diodi di carico?

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• 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



• Il test conferma la bontà dell’apparato• Le misure effettuate sono attendibili

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• Perché implementare la nuova procedura?

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• 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 €

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• Qual è il costo di revisione per le GU?

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Situazione attuale Con procedura di diagnosiCon procedura di diagnosi

automatica

Loco/anno

revisionate44

Loco/anno

revisionate44

Loco/anno

revisionate44

GU/anno smontate 264 GU/anno smontate 264 GU/anno smontate 264

GU/anno inviate 186 GU/anno controllate 264 GU/anno controllate 264

Costo verifiche € 1.800,00 Costo verifiche € 46,80 Costo verifiche € 12,00

Subtotale verifiche € 334.800,00 Subtotale verifiche € 12.355,20 Subtotale verifiche € 3.168,00

GU/anno guaste 55,8 GU/anno guaste 79,2 GU/anno guaste 79,2

Costo riparazione € 800,00 Costo verifiche € 1.800,00 Costo verifiche € 1.800,00

Costo riparazione € 800,00 Costo riparazione € 800,00

Subtotale guasti € 44.640,00 Subtotale guasti € 205.920,00 Subtotale guasti € 205.920,00

Totale primo anno € 379.440,00 Totale primo anno € 218.275,20 Totale primo anno* € 234.088,00

Totale a 10 anni€

3.794.400,00Totale a 10 anni

€

2.180.112,00Totale a 10 anni

€

2.115.880,00



• 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

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• L’automatizzazione della procedura diagnostica porterebbe a una ulteriore riduzione dei costi di collaudo di 91.872 €



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

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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

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