Z tachografem bezpieczniej – monitoring jazdy pociągu

Z usług transportu kolejowego każdego dnia korzystają miliony ludzi pod niemal każdą szerokością geograficzną, a przewożone towary często mają charakter strategiczny lub właściwości, które sprawiają, że skutki ich uszkodzenia mogą być katastrofalne (pożary, zanieczyszczenie środowiska). Z tych względów, zarówno przy przewozie ludzi, jak i dóbr materialnych, ogromny nacisk kładzie się na ograniczenie do minimum ryzyka wystąpienia wypadku, a w przypadku jego zaistnienia – na możliwość poznania jego przyczyn, tak aby wyciągnąć konsekwencje i wnioski pozwalające na podjęcie działań zapobiegających podobnym zdarzeniom w przyszłości. W tym celu infrastruktura kolejowa jest wyposażana w systemy bezpieczeństwa oraz monitorowania, w których skład wchodzą m.in. tachografy kolejowe.

Tachograf kolejowy – czym jest i do czego służy?

Tachograf kolejowy jest urządzeniem wykorzystywanym do monitorowania i rejestracji parametrów związanych z pracą pojazdów szynowych. W odróżnieniu od transportu drogowego, w którym tachografy służą jedynie do rejestracji czasu pracy kierowców samochodów ciężarowych i prędkości ich jazdy, w kolejnictwie urządzenia te są zazwyczaj znacznie bardziej rozbudowane

Obecnie oprócz podstawowych parametrów (droga, czas, prędkość) rejestrują one w czasie rzeczywistym również sygnały związane z pracą systemów bezpieczeństwa, takich jak czuwak (system sprawdzający przytomność maszynisty), powiązany z nim SHP (samoczynne hamowanie pociągu) czy układ hamulcowy (rejestracja zarówno ciśnienia w układzie, jak i samego sygnału włączenia hamowania przez maszynistę). Informacje te są obiektem szczegółowej analizy w momencie zaistnienia zdarzeń kolejowych, zwłaszcza wypadków lub katastrof.

Na tym jednak rola produkowanych dzisiaj tachografów często się nie kończy. Dzięki rozwojowi systemów mikroprocesorowych wzrasta liczba możliwych do podłączenia sygnałów wejściowych. Tachografy stają się swoistymi komputerami pokładowymi, przetwarzającymi dużą liczbę danych i informującymi maszynistę nie tylko o aktualnej prędkości i przebytej drodze, ale również o statystykach związanych z tymi wielkościami, dopuszczalnych prędkościach na określonych odcinkach i ich ewentualnym przekroczeniu, otwarciu drzwi czy parametrach poszczególnych urządzeń (temperaturze, ciśnieniu itp.). Sygnały wyjściowe z kolei stanowią dane wejściowe do pracy innych systemów, takich jak chociażby ułatwiający podróżowanie system informacji pasażerskiej.

Realizacja wspomnianej funkcji wymaga, aby system rejestracji parametrów pracy w swojej architekturze miał m.in. następujące elementy:

• moduł pomiaru prędkości i drogi pojazdu wraz z odpowiednimi przetwornikami,
• wejścia sygnałowe pozwalające na rejestrację parametrów pracy pojazdu, m.in. systemy bezpieczeństwa ABP (automatyka bezpieczeństwa pociągu),
• wyjścia sygnałowe elementów automatyki pojazdu, np. przekroczenie określonych prędkości progowych,
• elementy wskazujące prędkość i drogę pojazdu (wskaźniki prędkości, drogi, czasu),
• elementy rejestrujące.

Powiązania pomiędzy tymi elementami i innymi systemami pociągu przedstawiono na schemacie (rysunek).

Zanim przejdziemy do dokładniejszego omówienia rozwiązań, w które obecnie są wyposażane pojazdy kolejowe, przyjrzymy się tachografom, które można już uznać za historyczne.

Tachografy kolejowe dawniej

Początki kolejnictwa sięgają starożytności. Nie miało ono wtedy zbyt wiele wspólnego z dzisiejszymi rozwiązaniami, jednak już wówczas zauważono, że żłobienie w kamiennych drogach specjalnych rowków ułatwia przemieszczanie się powozów konnych.

U schyłku średniowiecza w kopalniach zaczęto stosować drewniane szyny, po których jeździły wózki z ciężkimi towarami i przedmiotami. Pojazdy te przemieszczały się wciąż z niewielkimi prędkościami i na niewielkie odległości, a na upowszechnienie kolei i jej szybki rozwój trzeba było poczekać do XIX w., kiedy to w Anglii trwała rewolucja przemysłowa. Potrzeby transportowe, zarówno w zakresie przewozu ludzi, jak i towarów, znacznie wówczas rosły, a transport konny nie był na tyle wydajny, aby im sprostać. Wynalazek epoki, jakim była maszyna parowa, wykorzystany jako napęd pojazdów poruszających się po stalowych szynach, rozwiązał problemy komunikacyjne. Kolej w tym momencie przybrała znaną właściwie do dzisiaj postać masowego środka przewozu pasażerskiego i towarowego. Sieć komunikacyjna się rozrastała, a wraz z nią pokonywane odległości.

W parze z tym szła oczywiście potrzeba skracania czasu przejazdu. Projektowano coraz szybsze parowozy, w których maszyniści wciąż wyliczali prędkość na podstawie obserwacji czasu potrzebnego do pokonania dystansów wyznaczanych przez kamienie milowe. Taki stan rzeczy nie mógł trwać długo, ponieważ w miarę wzrostu obciążenia sieci i osiąganych prędkości stawał się po prostu niebezpieczny, a dodatkowo szacowanie prędkości powodowało często opóźnienia.

Zaczęto więc wyposażać lokomotywy w prędkościomierze. Jednym z pierwszych producentów tego typu wyposażenia był Gustav Hasler, który w 1887 r. rozpoczął produkcję prędkościomierza zaprojektowanego przez B. Haushaeltera. Było to oczywiście rozwiązanie mechaniczne, jednak oprócz samego wskazywania prędkości pozwalało również mierzyć czas i drogę przebytą przez lokomotywę.

W latach 30. XX w. rozpoczęto produkcję tachografów serii RT, które nierzadko można spotkać w kilkudziesięcioletnich lokomotywach jeszcze dziś. Taki tachograf przedstawiono na fot.1. Jest to dość skomplikowana konstrukcja mechaniczna, składająca się z napędu prędkościomierza (linki obracanej przez silnik elektryczny zasilany przez prądniczkę sprzężoną z jednym z kół zestawu jezdnego i generującą sygnał elektryczny o wartości proporcjonalnej do prędkości jazdy) powiązanego z mechanizmem pomiarowym, który przetwarza obroty linki na prędkość i drogę i umożliwia ich wskazanie, jak również rejestrację przy użyciu mechanizmu posuwu, w którym umieszczana jest specjalna taśma służąca do zapisu tych parametrów. Posuw taśmy jest zapewniany przez mechanizm zegarowy, dzięki czemu rejestracja parametrów odbywa się w funkcji czasu. Warto dodać, że oprócz rejestracji drogi, prędkości i czasu, możliwy jest zapis sygnału z czuwaka czy też przetworników ciśnienia z układu hamowania.

Bardzo długą tradycją w produkcji wyposażenia do rejestracji parametrów pracy pociągu może poszczycić się również niemiecka firma Deuta-Werke, która już przed rokiem 1910 odnotowała sprzedaż pierwszych wskaźników prędkości dla pojazdów kolejowych. Godny uwagi jest fakt, że pierwszy na świecie prędkościomierz kolejowy WR 2 z funkcją zapisu parametrów pracy lokomotywy został opracowany właśnie przez tę firmę i podczas swojej premiery na Światowej Wystawie w Paryżu w 1937 r. otrzymał nagrodę.

Tachografy kolejowe dziś – przegląd rynku

Obydwie wymienione wcześniej firmy, tj. szwajcarska Hasler (obecnie HaslerRail) i niemiecka Deuta-Werke do dziś są liderami globalnego rynku rejestratorów kolejowych, z najbardziej rozbudowaną ofertą oraz siecią dystrybucyjną i serwisową. Inni producenci działają głównie na rynkach lokalnych lub co najwyżej w obrębie sąsiednich krajów. Zakres dostarczanych przez nie wyrobów jest zazwyczaj mniejszy, ale często są one w stanie dostosować się do indywidualnych potrzeb lokalnego klienta.

Do polskich producentów zaliczyć można przedsiębiorstwa Elte GPS z Krakowa oraz ATM PP i Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP z Warszawy. Oprócz nich na europejskim rynku działają m.in. firmy MESIT přístroje (Czechy), Arrowvale Electronics (Wielka Brytania), Logiplus (Belgia), EKE Electronics (Finlandia) czy MIOS Elettronica (Włochy). Warto w tym miejscu jeszcze wymienić kanadyjską firmę Bach-Simpson, tajwańską Perfectron oraz indyjską Medha Servo Drives. W dalszej części artykułu przyjrzymy się bliżej wyrobom producentów najczęściej spotykanych na polskim rynku.

HaslerRail

Serce systemów obecnie dostarczanych przez szwajcarskiego producenta stanowią rejestratory Teloc oferowane w seriach o oznaczeniach 1200, 1500, 2500, 3000. Podstawowy produkt w tej rodzinie, Teloc 1200, jest przeznaczony do starszych pojazdów przechodzących modernizację oraz do nowych pojazdów tzw. kolei „lekkiej”, tramwajów i metra. Dostępny jest w obudowach o szerokości 10,5’’ oraz 19’’, wykorzystywanych w szafach teleinformatycznych typu rack.

W omawianym urządzeniu nie przewidziano możliwości konfiguracji sprzętowej. Realizuje ono tylko najważniejsze funkcje, przy czym i tak jest to możliwość monitorowania ponad stu sygnałów cyfrowych i kilkudziesięciu analogowych, dzięki czemu może ono współpracować z dość dużą liczbą produktów peryferyjnych, takich jak przetworniki i wskaźniki prędkości czy też np. przyrządy do pomiaru zużycia energii.

Pod względem możliwości dostosowania systemu do konkretnych potrzeb znacznie lepiej wypadają rejestratory Teloc 1500 i Teloc 2500, które mają budowę modułową. Między sobą różnią się głównie sposobem ustawienia poszczególnych modułów (pionowo w serii Teloc 1500, poziomo w Teloc 2500) oraz tym, że rejestrator Teloc 2500 dostępny jest wyłącznie w standardzie 19”, natomiast Teloc 1500 można skonfigurować nawet w wersji half-rack.

Omawiane przyrządy są trzykrotnie wyższe od rejestratorów Teloc 1200, ale zakres dostępnych funkcji sprawia, że mogą być stosowane właściwie we wszystkich obecnie produkowanych rodzajach pojazdów szynowych, również dostosowanych do pracy w systemie ETCS (Europejski System Sterowania Pociągiem). Współpracują one ze wszystkimi urządzeniami peryferyjnymi z oferty HaslerRail, łącznie z modułem pamięci chronionej spełniającym rolę czarnej skrzynki (Hasler CPM), systemami rejestracji głosu i obrazu, transmisji danych i innymi.

Najnowsza seria rejestratorów Teloc 3000 (fot. 2) również daje bardzo duże możliwości konfiguracyjne i jest zabudowywana w standardzie 19”. Może być stosowana jako rejestrator prawny JRU w systemie ETCS. Wspólną cechą wszystkich rejestratorów Teloc jest duża liczba interfejsów komunikacyjnych (m.in. MVB, CANopen, Profibus, Ethernet, RS-485/422, USB) oraz współpraca z narzędziem Hasler EVA+, pozwalającym na zaawansowaną ocenę zarejestrowanych danych, a także (poza serią Teloc 1200) możliwość ich przesyłania do serwera w sposób bezprzewodowy (np. poprzez GPRS), dzięki czemu możliwe jest zdalne śledzenie pracy pociągu. W tabeli 1 zamieszczono podstawowe parametry techniczne rejestratorów z rodziny Teloc.

W ofercie HaslerRail dostępne są trzy rodzaje przetworników przebytej drogi: optyczny generator impulsów (enkoder inkrementalny), przetwornik oparty na zjawisku Halla i przetwornik bezkontaktowy. Optyczny enkoder (fot. 3a) mocowany jest do maźnicy pojazdu. Wewnątrz niego znajduje się tarcza impulsowa sprzężona z kołem pojazdu oraz współpracujący z nią układ optyczny, który generuje impulsy w wyniku jej obracania się, a ich liczba jest proporcjonalna do przebytej drogi.

Omawiany przetwornik może mieć nawet sześć czujników optycznych (sześć kanałów) i dwie różne liczby impulsów generowanych na obrót koła. Umożliwia rozpoznanie kierunku jazdy. Na uwagę zasługuje jego bardzo wysoka odporność mechaniczna i termiczna.

Oparty na zjawisku Halla przetwornik przedstawiony na fot. 3b nie ma własnego wzorca pobudzającego generację impulsów, dzięki czemu charakteryzuje się małymi wymiarami. Może być instalowany np. w pobliżu różnego rodzaju przekładni, gdzie do wytworzenia sygnału można skorzystać z obecności zębów kół zębatych.

Widoczny na fot. 3c przetwornik Corrail 1000 to najnowsze rozwiązanie firmy w dziedzinie przetwarzania drogi. W przeciwieństwie do dwóch wymienionych wcześniej urządzeń, w tym rozwiązaniu źródłem sygnału nie są obroty koła (czy też innego elementu powiązanego z układem przeniesienia napędu), a przemieszczanie się układu optycznego względem szyny, nad którą jest on zamocowany do wózka pojazdu. W ten sposób eliminuje się problem poślizgów kół mogących wpływać na wynik pomiaru. Układ optyczny składa się z diody pracującej w zakresie podczerwieni i oświetlającej szynę oraz detektora, do którego padają promienie od niej odbite.

Jak podaje producent, to rozwiązanie gwarantuje odporność na ciężkie warunki i działa dobrze niezależnie od stanu powierzchni szyny. W tabeli 2 wyszczególniono podstawowe parametry techniczne przetworników HaslerRail.

Ostatnim spośród podstawowych elementów wchodzących w skład tachografu kolejowego – i z punktu widzenia maszynisty najważniejszym – są wskaźniki różnych parametrów (głównie prędkości). W tym zakresie szwajcarski producent oferuje przyrządy w trzech stopniach funkcjonalności.

Najprostsze z nich umożliwiają właściwie tylko wskazanie aktualnej prędkości i ewentualnie przebytej drogi oraz niekiedy ostrzeżenie o przekroczeniu prędkości. Wskazanie prędkości następuje poprzez wychylenie wskazówki za pomocą silnika krokowego (ang. Servo Speed Indicator), ustroju magnetoelektrycznego (ang. Moving Coil Speed Indicator) lub też przy użyciu rozmieszczonych biegunowo i zaświecających się proporcjonalnie do prędkości diod LED (ang. Digital Speed Display).

W bardziej skomplikowanym rozwiązaniu (SPEEDO – fot. 4) wychylenie wskazówki jest realizowane za pomocą silnika krokowego, który ma enkoder ograniczający ryzyko błędnego wskazania oraz dodatkowy wskaźnik pokazujący prędkość nominalną. Ponadto urządzenie to potrafi wygenerować sygnał zewnętrzny informujący o przekroczeniu tej prędkości.

Doskonałą wersją wskaźnika prędkości, w której stanowi ona właściwie tylko jedną z wielu informacji (choć oczywiście najważniejszą i najbardziej wyeksponowaną) jest rozbudowany panel operatorski pod nazwą Multi Functional Speed Display (MFSD), będący właściwie komputerem przemysłowym.

Deuta-Werke

Jednostki centralne tachografów produkowanych przez firmę Deuta-Werke noszą nazwę REDBOX i występują w kilku odmianach (przykładową dość rozbudowaną konfigurację przedstawiono na fot. 5).

Najprostsza z nich, REDBOXlog, charakteryzuje się kompaktową budową i jest dostępna w dwóch wersjach obudowy: do zabudowy w szafie rack lub uniwersalnej, przeznaczonej do pociągów niewyposażonych w tego typu szafę. Nie przewidziano w niej możliwości konfiguracji sprzętowej, dzięki licznym interfejsom może jednak współpracować z wieloma urządzeniami zainstalowanymi w pociągu. Jest kompatybilna z systemem ETCS/ERTMS oraz normami TSI.

Rejestrator REDBOXpro, w odróżnieniu od REDBOXlog ma wejścia i wyjścia analogowe oraz cyfrowe rozszerzające możliwość współpracy z systemami zainstalowanymi w pociągu, opcjonalnie może być też wyposażony w klawiaturę numeryczną i wyświetlacz do wprowadzania i odczytu określonych danych (średnicy koła oraz numeru maszynisty i pojazdu).

Kolejny rejestrator, REDBOXflex, to – jak sama nazwa wskazuje – elastyczna jednostka w kwestii doboru konfiguracji, dzięki czemu zakres jej wyposażenia może być skrojony na miarę zarówno w pociągach lokalnych, jak i długodystansowych. Ma możliwość współpracy z systemem ETCS/ERTMS oraz moduł GPS na potrzeby m.in. śledzenia położenia pojazdu. Obudowa wykonana w standardzie rack ułatwia integrację z takimi elementami dodatkowymi jak moduł bezpieczeństwa Deutasafe+ i moduł pamięci chronionej Deuta PMU oraz umożliwia ich zabudowę w szafach teleinformatycznych stosowanych w nowoczesnych pociągach. Te same elementy można zintegrować również z wcześniej wymienionymi rejestratorami oraz rejestratorami REDBOXopen i REDBOXmaster, mającymi otwartą architekturę i dającymi w związku z tym jeszcze większą swobodę konfiguracji, w tym dokonywania zmian sprzętowych w dowolnej chwili (jednostka REDBOXmaster dodatkowo ma funkcję nadzorowania magistrali MVB).

Wracając do wymienionych już dodatkowych modułów, zastosowanie pierwszego z nich (Deutasafe+) pozwala na osiągnięcie poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa systemu pomiędzy SIL2 a SIL4. Moduł ten monitoruje czuwak, przekroczenie prędkości dopuszczalnej oraz maksymalnej i w razie potrzeby załącza hamulce, wykrywa postój i zabezpiecza w jego trakcie pociąg przed staczaniem się oraz generuje analogowy sygnał prądowy proporcjonalny do prędkości (na potrzeby innych systemów bezpieczeństwa). Moduł pamięci chronionej (Deuta PMU) rejestruje natomiast dane związane z pracą pociągu i ma obudowę chroniącą je w razie wypadku przed zniszczeniem. Dostępny jest w trzech wersjach wynikających z różnych wymagań dokumentów normatywnych dotyczących tego typu sprzętu.

Do analizowania i archiwizacji danych rejestrowanych przez wszystkie omówione jednostki służy oprogramowanie Deuta ADS 4, które umożliwia również śledzenie pojazdów wyposażonych w moduł GPS. W tabeli 3 zaprezentowano wybrane dane techniczne przedstawionych rejestratorów.

Wśród przetworników drogi oferowanych przez firmę Deuta-Werke znaleźć można wiele produktów działających na podobnej zasadzie co opisane już przetworniki HaslerRail. Należą do nich montowane do maźnicy pojazdu przetworniki serii DF (fot. 6) generujące poprzez układ optyczny do 230 imp./obr. na każdy z maksymalnie sześciu kanałów oraz przetworniki z czujnikiem Halla serii HS (fot. 7) do bezkontaktowej współpracy z takimi elementami jak koła przekładni zębatych.

Oprócz czujników tej serii podobnymi wymaganiami odnośnie warunków montażu i pracy charakteryzują w ofercie firmy Deuta również czujniki magnetyczne (seria BM) i oscylacyjne (indukcyjne) (seria BO). Dzięki pomiarowi bezkontaktowemu przetworniki te praktycznie nie podlegają zużyciu, a dodatkowo zajmują bardzo mało miejsca i nie muszą być instalowane tam, gdzie występuje duże ryzyko uszkodzenia mechanicznego.

Firma Deuta, podobnie jak HaslerRail, oferuje również czujniki, w których jako wzorzec wykorzystywana jest szyna kolejowa (fot. 8), dzięki czemu nie występuje w nich wpływ poślizgu kół na rejestrowane wartości prędkości i przebytej drogi. Przetworniki te mają oznaczenie DRS i w odróżnieniu od Hasler CORRAIL 1000 sygnał przemieszczenia jest w nich uzyskiwany dzięki efektowi Dopplera. Dostępne w tym miejscu głowice radarowe występują w wersjach jedno- i dwukanałowych. Rozwiązanie dwukanałowe charakteryzuje się wyższą dokładnością i może mierzyć prędkość do 600 km/h. Jest ono zalecane w szczególności do bardzo szybkich pociągów pracujących w systemie ETCS.

Wybrane informacje dotyczące wymienionych przetworników drogi zamieszczono w tabeli 4.

Omawiany producent bardzo dużo uwagi poświęca również wskaźnikom kabinowym. Najprostsze z nich stanowią tablicowe analogowe przyrządy serii ENG i EQG sterowane napięciem, prądem lub wypełnieniem sygnału (PWM) i dostępne są w kilku wersjach wymiarowych.

Podobną funkcjonalnością wykazują się wskaźniki EGS, jednak wyposażone są one w dwa niezależne ustroje pomiarowe, dzięki czemu oprócz prędkości aktualnej mogą wskazywać również prędkość odniesienia (np. dopuszczalną). Mogą również mieć trzycyfrowe wyświetlacze siedmiosegmentowe.

Wszystkie wymienione do tej pory wskaźniki mają magnetoelektryczny ustrój pomiarowy i mogą wskazywać również inne niż prędkość wartości, np. obroty silnika, ciśnienie w określonych układach, napięcie. W odróżnieniu od nich we wskaźnikach serii ESG (fot. 9) za wychylenie wskazówki odpowiada silnik skokowy, którego pozycja jest przez cały czas monitorowana przez oddzielny układ dzięki obecności enkodera. Dostępnych jest kilka wersji wymiarowych, kształtowych oraz kolorystycznych (tarcza, skala, podświetlenie, wskazówka), możliwy jest również wybór wielkości wskazywanej (prędkość, obroty silnika, ciśnienie itp.) oraz jej zakresu. Wersje mające dwa kontrolery wychylenia charakteryzują się poziomem nienaruszalności bezpieczeństwa SIL 2.

Spośród wskaźników służących do przedstawiania tylko jednej wielkości w ofercie Deuta warto wymienić jeszcze wskaźniki cyfrowe BDA 4, DQA 9 i DQA 14 af z wyświetlaczami siedmiosegmentowymi, których zaletą jest brak ruchomych części mechanicznych.

Znacznie większymi możliwościami od dotychczas przedstawionych wskaźników charakteryzują się panele wielofunkcyjne MFA (fot. 10). Panele te współpracują z magistralą MVB, co znacznie ułatwia ich integrację z odpowiednimi systemami pociągu. Umożliwiają wskazywanie prędkości aktualnej, prędkości docelowej, odległości od docelowego punktu podróży, siły hamowania i innych wielkości wyszczególnionych w zamówieniu przy użyciu wszystkich opisanych wskaźników analogowych i cyfrowych czy też wskaźników w postaci wykresów słupkowych. Mogą mieć kilkadziesiąt lampek sygnalizujących określone zdarzenia oraz przyciski.

Najbardziej zaawansowanym obecnie produktem w ofercie firmy Deuta-Werke w dziedzinie informowania maszynisty są panele stanowiące interfejs człowiek–maszyna o nazwie MFT (ang. Multi-Functional Terminal), które w zasadzie są komputerami przemysłowymi pracującymi pod wybranym systemem operacyjnym. W zależności od wersji są one wyposażane w kolorową matrycę TFT o przekątnej 6,5–12,1” z panelem dotykowym lub klawiaturą membranową. Ze względu na łatwość zmiany wyświetlanych przez nią informacji omawiany pulpit może podawać znacznie więcej danych niż zagospodarowany „na sztywno” pulpit MFA, a dodatkowo współpracuje z kilkoma interfejsami przesyłania danych, jest lżejszy, pobiera mniej mocy i może charakteryzować się poziomem nienaruszalności bezpieczeństwa SIL 3 (technologia IconTrust). Przykładowy panel z tej rodziny przedstawiono na fot. 11.

Elte GPS

Zgodnie z nazwą, firma Elte GPS produkuje tachografy kolejowe, których funkcjonalność opiera się w pewnej części na wykorzystaniu systemu nawigacji satelitarnej GPS. W skład dostarczanych tachografów o nazwie ET-TACHO/KOL wchodzą:

• jednostka centralna ET-GPS-GSM odpowiedzialna za zapis danych związanych z pracą pociągu do pamięci wewnętrznej oraz ich transmisję przy użyciu sieci GSM; ma ona moduł GPS pozwalający na pozyskanie informacji o pozycji i czasie i ich zapis w celu odtworzenia trasy,
• kabinowy wskaźnik prędkości ET-KWP1 (fot. 12) służący przede wszystkim do wskazywania prędkości pojazdu, ale mający również wyświetlacz z dodatkowymi danymi (data, czas, przejechane kilometry) oraz opcjonalnie klawiaturę alfanumeryczną pozwalającą poprzez dostępne menu na podgląd właściwie wszystkich rejestrowanych parametrów, modyfikację pewnych ustawień oraz przeprowadzenie diagnostyki tachografu,
• elektroniczna karta pamięci ET-EKP1 – przenośna pamięć, w której równolegle zapisywane są te same dane, co w pamięci wewnętrznej jednostki ET-GPS-GSM; jej zawartość można odczytać na komputerze przy użyciu dostarczanego przez producenta oprogramowania,
• nadajnik impulsów drogi ET-NID służący do przetwarzania przejechanego dystansu na ciąg impulsów.

W tabeli 5 podano podstawowe parametry tachografu. Jak widać, standardowo umożliwia on rejestrację kilku sygnałów analogowych i dwustanowych, jak również rozszerzenie tej liczby poprzez zastosowanie modułu rozszerzeń ET-R40. Dzięki temu liczba zapisywanych przez ten przyrząd wielkości może wykraczać poza podstawowe parametry jazdy, czy też dane z czuwaka, czujników ciśnienia i sygnał hamowania.

Pewne rozszerzenie funkcjonalności opisanego tachografu stanowi tachograf ET-TACHO/KOL/SHP. Urządzenie to ma w pamięci na bieżąco aktualizowaną mapę z zaznaczonymi miejscami krytycznymi (np. tarczami ostrzegawczymi, semaforami), w których należy skontrolować czujność maszynisty. Na podstawie sygnału otrzymanego z modułu GPS w tych miejscach uaktywnia się w tachografie funkcja SHP, która w przypadku braku reakcji maszynisty po określonym czasie spowoduje zatrzymanie pociągu poprzez uruchomienie dodatkowego przekaźnika sterującego pracą elektrozaworu pneumatycznego, służącego do wypuszczenia powietrza z układu hamowania. Opisywana funkcja stanowi uzupełnienie czuwaka aktywnego.

Na zakończenie warto dodać, że w ofercie producenta znajdują się współpracujące z opisanym tachografem systemy służące do monitorowania różnych parametrów związanych z pracą lokomotywy, w tym zużycia paliwa w lokomotywach spalinowych czy też wykonujące zdjęcia lub serie zdjęć wybranych miejsc (np. obszaru przed lokomotywą) w określonych odstępach czasu lub po zaistnieniu określonych zdarzeń.

ATM PP

Firma ATM PP Sp. z o.o. (Advanced Technology Manufacturing Przedsiębiorstwo Produkcyjne) rozpoczęła swoją działalność w końcu lat 80. XX w. produkcją rejestratorów parametrów lotu. W drugiej połowie lat 90. zaistniała na rynku kolejowym za sprawą współpracy z Metrem Warszawskim.

Obecnie produkowany przez tę firmę rejestrator kolejowy nosi nazwę ATM-RP4. Omawiane rozwiązanie charakteryzuje się otwartą modułową architekturą sprzętu zabudowanego w systemie rack 19” (fot. 13), co sprawia, że daje bardzo duże możliwości konfiguracyjne, a dodatkowo istnieje możliwość dalszej rozbudowy systemu w dowolnej chwili. Obsługa takich sieci, jak CAN, MVB, Ethernet, RS-422 czy USB sprawia, że rejestrator ATM-RP4 może zarówno zbierać dane z różnych systemów informatycznych pojazdu, jak i być źródłem informacji na temat m.in. prędkości, drogi, czasu i położenia z GPS dla innych urządzeń. Obecność modułów GPRS i/lub LTE pozwala na bieżącą transmisję danych z pociągu do centrum zarządzania.

Odczyt danych możliwy jest także poprzez użycie przenośnej karty pamięci, pamięci USB, laptopa, czy sieci Wi-Fi, która pozwala na automatyzację tej czynności w określonych miejscach (np. w zajezdni, lokomotywowni, na przystanku końcowym). Rejestrator może być również wyposażony w wielopoziomowy system kontroli dostępu z wykorzystaniem kart zbliżeniowych. Służy to nie tylko nadaniu określonych uprawnień poszczególnym użytkownikom, ale także zarejestrowaniu wykonania określonych czynności (np. przez ekipy serwisowe, sprzątające itp.).

Wraz z systemem RP4 producent dostarcza oprogramowanie FDS służące do jego obsługi. Do podstawowych funkcji tego oprogramowania należą deszyfracja danych, ich automatyczna analiza na podstawie określonych reguł, prezentacja w postaci graficznej i numerycznej, tworzenie wykresów zależności pomiędzy parametrami, wykrywanie błędów w prowadzeniu pojazdu, usterek technicznych i ich symptomów, wyliczanie danych statystycznych, archiwizacja, tworzenie raportów, eksport danych do MS Word czy Excel i inne.

Firma ATM PP jest również producentem urządzeń współpracujących z rejestratorem i składających się wspólnie z nim na kompletny tachograf. Należą do nich przetworniki prędkości dostosowane do różnych typów maźnic (fot. 14), panele wyświetlania informujące o prędkości, przejechanej drodze itp. (fot. 15) oraz czujniki ciśnienia służące np. do monitorowania.

PIAP

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP istnieje na rynku tachografów kolejowych od 2001 r. Obecnie dostarcza dwa systemy: T-XXXP-mp oraz TC-XXXP (znaki XXX oznaczają zakres wskazań kabinowych wskaźników prędkości wchodzących w skład systemu: do 130 km/h, 160 km/h lub 250 km/h; zakres rejestrowanej prędkości niezależnie od tego wynosi zawsze 255 km/h w T-XXXP-mp i 400 km/h w TC-XXXP). Obydwa wymienione tachografy w podstawowym wykonaniu składają się z jednostki centralnej, impulsowego przetwornika drogi i kabinowych wskaźników prędkości w różnych wykonaniach.

Jednostka centralna tachografu T-XXXP-mp (fot. 16), oprócz obliczania i rejestracji prędkości i drogi w funkcji czasu, umożliwia również zapis ośmiu wejść dwustanowych (np. załączenie hamowania, sygnał czuwaka, otwarcie drzwi itd.). Jednostka ta wytwarza sygnał cyfrowy do sterowania kabinowymi wskaźnikami prędkości, sygnały dwustanowe (wyjścia przekaźnikowe) do sygnalizacji określonych zdarzeń, np. przekroczenia nastawionych prędkości progowych, zapełnienia elektronicznej karty pamięci EKP oraz sygnał proporcjonalny do prędkości. Wyposażona jest w wyświetlacz i klawiaturę do wprowadzania takich danych jak: data, czas, numer pociągu, współczynnik koła, prędkości progowe. Nastawa współczynnika koła, ustawianie prędkości progowych i zerowanie licznika drogi jest zastrzeżone dla serwisu.

Tachograf może być dodatkowo wyposażony w odbiornik GPS w celu synchronizacji daty i godziny. Rejestracja określonych parametrów odbywa się w sposób ciągły w pamięci wewnętrznej oraz w przenośnej elektronicznej karcie pamięci (EKP). Pojemność tej karty pozwala, w zależności od wersji, na zapis 75 godzin lub 190 dni pracy. Po zapełnieniu karty następuje nadpisywanie najstarszych danych. Odczyt i analiza danych realizowana jest z wykorzystaniem programu TACHOxGRAF dostarczanego razem z systemem.

Tachograf TC-XXXP (fot. 17) to nowy produkt o dużo większych możliwościach niż opisany wcześniej tachograf serii T. Umożliwia on komunikację za pośrednictwem dwóch magistral CAN, co pozwala na jego integrację z systemami występującymi w pojeździe, a także łatwą rozbudowę poprzez dołączanie dodatkowych modułów do magistrali. Oprócz tego tachografy serii TC wyposażone są w interfejs RS-232 i USB oraz pewną liczbę wejść i wyjść dwustanowych, analogowych i impulsowych (tabela 6). Liczba dostępnych wejść i wyjść analogowych i dwustanowych może zostać łatwo rozszerzona dzięki dodatkowym modułom dołączanym poprzez magistralę CAN (każdy taki moduł udostępnia łącznie 16 wejść i wyjść). Stany wszystkich sygnałów wejściowych i wyjściowych, prędkość, przebyta droga oraz numer maszynisty i pociągu są zapisywane do rejestratora danych w funkcji czasu. System pozwala na włączenie maksymalnie czterech takich rejestratorów, dzięki czemu zapis może odbywać się w sposób redundantny. Pojemność każdego z rejestratorów umożliwia zapis około 110 dni pracy (po zapełnieniu pamięci następuje nadpisywanie w kolejności od najstarszych danych).

Jeśli tachograf wyposażony jest w moduł GPS, dodatkowo możliwa jest rejestracja pozycji geograficznej pojazdu, jego prędkości (niezależnie od prędkości wyliczonej z wykorzystaniem przetwornika prędkości w pojeździe) oraz czasu. Moduł GPS pozwala też na synchronizację czasu oraz jego automatyczną zmianę z letniego na zimowy i odwrotnie.

Wraz z tachografem serii TC dostarczane jest oprogramowanie służące do odczytu, analizy i archiwizacji danych zgromadzonych na kartach pamięci, jak również do konfiguracji wszystkich modułów systemu. Czynności te realizowane są z poziomu komputera PC z systemem Windows. Za pomocą komputera można też przeprowadzać diagnostykę tachografu. Służące do tego oprogramowanie pozwala na podgląd w czasie rzeczywistym stanu sygnałów wejściowych i wyjściowych, daty i czasu, a także prędkości i drogi oraz wszystkich innych zmiennych procesowych systemu.

Standardowy przetwornik prędkości współpracujący z omówionymi tachografami (fot. 18) jest mocowany do piasty koła. To rozwiązanie działa na podobnej zasadzie jak podstawowy przetwornik firmy HaslerRail, tj. generuje impulsy przy użyciu układu optycznego współpracującego z tarczą impulsową obracającą się z taką samą prędkością kątową, jak koło pojazdu. Ten przetwornik ma stopień ochrony IP67. Możliwe są różne wykonania ze względu na sposób połączenia mechanicznego z maźnicą pojazdu, a także ze względu na liczbę impulsów na jeden obrót (standardowo: 4, 8, 32, 64, 128 imp./obr.).

Alternatywnym rozwiązaniem jest wykorzystanie czujnika indukcyjnego, generującego impulsy we współpracy z dowolnymi elementami metalowymi obracającymi się z prędkością kątową proporcjonalną do prędkości kątowej kół pojazdu i mającymi taki kształt, przy którym można wyróżnić równomiernie rozmieszczone powtarzające się elementy (np. zęby kół zębatych czy otwory wykonane we współrzędnych biegunowych).

W zależności od zapotrzebowania, producent może dostarczyć kilka rodzajów wskaźników prędkości. Każdy ze wskaźników jest wyposażony w możliwość regulacji podświetlenia tła w celu dobrania najkorzystniejszych parametrów względem oświetlenia w kabinie.

Podstawowe rozwiązanie stanowi klasyczny wskazówkowy wskaźnik logometryczny mp-KWP (fot. 19). Inny oferowany model zbudowany jest w oparciu o wyświetlacz LCD i nosi nazwę WskTFT. Oprócz wskazywania prędkości możliwy jest w nim również odczyt bieżącej daty i czasu tachografu, przebiegu pojazdu, a także numeru maszynisty i pociągu. Zaletą tego typu rozwiązania jest brak ruchomych elementów mechanicznych.

Jego rozwinięcie stanowi wskaźnik z panelem operatora WSKiPAN (fot. 20), który jest dodatkowo wyposażony w klawiaturę numeryczną pozwalającą na wprowadzanie nastaw i podstawowych parametrów z pulpitu maszynisty. Wprowadzanie nastaw z pulpitu oraz odczyt podstawowych informacji z jednostki centralnej jest możliwy również przy zastosowaniu dodatkowego panelu maszynisty iPAN.

Największe możliwości, zarówno w zakresie wyświetlanych informacji, jak i wprowadzanych danych, oferują pulpitowe panele maszynisty (fot. 21), zbudowane w oparciu o komputery przemysłowe. Pozwalają one m.in. na diagnostykę systemu, konfigurację tachografu w dużo większym zakresie niż przy zastosowaniu wskaźnika WSKiPAN, a także na uruchomienie usług zdalnych w celu zdalnego monitoringu danych telemetrycznych pojazdu i zdalnej konfiguracji tachografu za pośrednictwem takich kanałów jak: NET Remoting, czy też XML-RPC (pod warunkiem, że pojazd jest wyposażony w modem GSM). Omawiane panele charakteryzują się dużą elastycznością – ich wygląd i prezentowane informacje mogą zostać dostosowane do konkretnych wymagań klienta.

W tabeli 6 podano wybrane parametry techniczne tachografów T-XXXP-mp oraz TC-XXXP.

Podsumowanie

Produkowane obecnie tachografy kolejowe to urządzenia, w których pomiar parametrów związanych z przemieszczaniem się pociągu stanowi jedną z wielu, choć wciąż podstawową i najważniejszą funkcję. Rozwój elektroniki sprawia, że możliwe staje się zarówno monitorowanie coraz większej liczby parametrów pracy pojazdu, jak i przekazywanie różnych informacji do określonych systemów pracujących w pociągu czy też komunikacja on-line z centralą.

Wydaje się, że w kolejnych latach wzrosną możliwości przetwarzania danych pomiarowych i ich analizy, co pozwoli m.in. na przewidywanie usterek różnych zespołów wchodzących w skład pojazdów. Położony zostanie również nacisk na współpracę rejestratorów z Europejskim Systemem Sterowania Pociągiem (ETCS) stanowiącym część Europejskiego Systemu Zarządzania Ruchem Kolejowym (ERTMS).

Pełna wersja artykułu w wydaniu 9/2015 miesięcznika "Automatyka".

source: "Automatyka" 9/2015