Výběr ideálních komponent pro železniční aplikace

Pro uspokojení moderních potřeb se musí vlakový komunikační systém zlepšit ve třech klíčových oblastech: šířce pásma, čase odezvy a spolehlivosti. Mnoho železničních sítí stále používá vizuální signalizační systémy známé strojvedoucím už od 19. století. Nicméně, nové a vznikající technologie umožňují vytvářet pokročilé systémy vlakové komunikace. Tržní požadavky a pokročilé technologie nutí vlakové komunikační technologie k výrazným změnám. Profesionálové musí být připraveni na nové výzvy spojené s tímto přechodem a nepřipravenost je pro ně rizikem.

V tomto článku si podrobně vysvětlíme základy vytváření současných i budoucích systémů pro řízení vlakové dopravy.

• Tři základní požadavky pokročilých aplikací na železnici
• Typy aplikací
• Šest základních požadavků
• Řešení pro současné i budoucí železniční sítě
• Železniční sítě budoucnosti je možné budovat již dnes

Tři základní požadavky pokročilých aplikací na železnici

Vlakové komunikační systémy se musí snažit plnit nové požadavky na železniční komunikaci, jako jsou zajištění větší šířky pásma, rychlejší odezva a lepší spolehlivost v rámci vlakové soupravy, jejího spojení se zemí nebo v traťové síti.

Dostatečná šířka pásma
Moderní cestující očekávají vyšší úroveň pohodlí, bezpečnosti a služeb. K naplnění těchto vysokých očekávání nyní provozovatelé vlakové dopravy používají telefonní a datové systémy pro monitorování v reálném čase a pro moderní informační systémy pro pasažéry zajišťující i zábavu, zpravodajství, informace o počasí, hry a přístup k internetu. Mimo to je dostatečná šířka pásma důležitá pro použití jednoho vlakového zabezpečovacího systému k přenosu hlasu, videa a dalších provozních dat.

Spínací přepětí
Existuje mnoho poruch v elektrických zařízeních, které mohou vést k přepětí. Shozené jističe, zkraty, nebo odběrové změny mohou způsobit spínací přepětí. Tyto neobvyklé děje v elektrickém obvodu mohou být důsledkem zásahu člověka, ale mohou způsobit stejně velké škody jako blesk. Velké rozvodny při svém sepnutí nebo vypnutí mohou vyvolat dostatečně velké přepěťové špičky pro ohrožení citlivých elektronických přístrojů.

Rychlá odezva
Staré metody řízení dopravy spoléhaly na operátory, kteří si předávali informace o dopravě přes kombinace rádia, vizuálních signálů a kolejových obvodů. Tento způsob komunikace má dlouhé časy odezvy. Z bezpečnostních důvodů byly tratě rozděleny na dlouhé segmenty nebo bloky, ve kterých mohl být v jednom časovém okamžiku pouze jeden vlak, aby se zabránilo nehodám.

Zavedení CBTC (Communication-based Train Control) technologie se zlepšila efektivita provozu vlaků tím, že operátoři mohli snižovat délku bloků, aniž by byla ohrožena bezpečnost. Efektivita systému CBTC je ale velmi závislá na čase odezvy. Pomocí odezvy v reálném čase může CBTC efektivně maximalizovat počet vlaku současně se pohybujících na trati.

Spolehlivost
Protože provozovatelé využívají nových možností pokročilých traťových systémů, je provoz vlaků stále více závislý na spolehlivé komunikaci a nová generace komunikačních systémů musí být dostatečně spolehlivá, aby zvládla takovou míru zodpovědnosti. Zejména musí být komunikační zařízení odolná specifickým rizikům spojeným s kolejovou dopravou, jako jsou povětrnostní vlivy, rázy, vibrace a elektromagnetické rušení. Evropské normy EN50155 a EN50121-1/-4 jsou důležitým a užitečným kritériem pro potvrzení, že komunikační zařízení jsou dostatečně robustní pro palubní a traťové aplikace.

Typy aplikací

Bezdrátová komunikace zbavuje provozovatele komplikací, spojených s kabeláží komunikačního systému, která je obzvláště náročným úkolem v aplikacích s pohybujícími se částmi, jako je tomu u železniční techniky. Mezi všemi v současnosti dostupnými bezdrátovými technologiemi vyniká WLAN jako řešení s nejlepším poměrem mezi cenou a funkčností.

Mobilní řídicí jednotka:
Tento systém obsahuje zobrazovací panel, na kterém řidič sleduje stav vozidla. Výkonná výpočetní platforma slouží k připojení různých zařízení, jako jsou analogové nebo digitální I/O jednotky, GPS moduly, audio zařízení a bezdrátové moduly. Rychlý přenos mezi přístupovými body umožňuje okamžitou aktualizaci stavu pro lepší řízení železničního systému a dobrou informovanost cestujících během všech fází jízdy.

Informační systém pro cestující:
Tento systém potřebuje výkonnou výpočetní jednotku pro rychlé zobrazování informací na připojeném displeji a pro spolehlivé připojení do ethernetové sítě využívá průmyslový přepínač. Tento systém může být dále rozšířen o zábavné funkce.

Network Video Recorder:
Spolehlivý systém pro síťový záznam videa je odpovědný za efektivní monitorování videa v reálném čase. Průmyslové PoE přepínače usnadňují instalaci VoIP telefonů a IP kamer na nástupištích bez potřeby samostatného napájecího vedení. Uzly v přední a zadní části vlaku vyžadují vetší výkon pro NVR přehrávání. Vestavné počítače s velkou diskovou kapacitou mohou zajišťovat záznam videa v jednotlivých vagónech.

Šest základních požadavků

Existuje mnoho výrobců grafických řídicích systémů, informačních systémů pro cestující, mobilních řídicích jednotek a zařízení pro IP video. Jen několik výrobců ale produkuje výrobky, které jsou dostatečně odolné vlivům nepříznivého prostředí v aplikacích kolejových vozidel: počasí, rázy, vibrace a elektromagnetické rušení. Při výběru je vhodné se řídit následujícími šesti kritérii:

1. Vysoký a efektivně využitý výkon systému
Dostatečný výkon má zásadní význam pro celý komunikační systém. Obvykle je minimem počítač s Core 2 Duo CPU a 2GB pamětí, protože bývá na jednom počítači provozováno několik souběžně běžících zařízení.

2. Široký rozsah provozních teplot
Počítače a jiná zařízení instalovaná v kolejových vozidlech se mohou dostat do různých klimatických lokalit s extrémně vysokými nebo nízkými teplotami. Zařízení a počítače používané v kolejových vozidlech musí splňovat normy EN50155, které upravují provozní teplotní rozsahy pro různé třídy.

3. Spolehlivá vysokokapacitní úložiště dat
Zatímco u tradičních kolejových vozidel jsou nároky na ukládání dat nízké, u moderních kolejových vozidel se nároky na úložnou kapacitu stupňují. To platí zejména u NVR aplikací, které vyžadují kontinuální nahrávání nebo přehrávání. Implementace velkokapacitních disků je pro výrobce výzvou, protože jsou velmi citlivé na otřesy a vibrace typické pro jedoucí vozidla.a mohou tak být snadno poškozeny. Z tohoto důvodu se někteří výrobci zaměřili pouze na použití SSD (Solid State Disk) úložných zařízení, protože mají rychlejší přístup k datům a zejména vyšší mechanickou odolnost. Nevýhodou SSD disků je ale vysoká cena. Alternativou jsou počítače se speciální konstrukci minimalizující vlivy vibrací a rázů na instalované disky. Tímto způsobem lze levné běžně dostupné disky použít i v mobilních aplikacích a dosáhnout tak cenově efektivního řešení pro spolehlivé ukládání velkých objemů dat.

4. Velký počet spolehlivých komunikačních rozhraní
Hlavním účelem těchto počítačů je připojení různých řídicích jednotek ve vozidlech a proto jsou nezbytná univerzální rozhraní, jako jsou sériové porty, LAN porty a digitální I/O kanály. Pro zajištění bezpečného spojení jsou u některých rozhraní použity konektory M12. Protože v některých aplikacích je potřeba současně zobrazovat informace na více obrazovkách, jsou počítače vybaveny VGA, DVI a LVDS porty pro připojení displejů.

5. Požadavky na napájení
To je dalším klíčovým požadavkem na počítače používané v kolejových vozidlech, zejména proto, protože při rozjezdu a zpomalování vozidel dochází ke kolísání napětí. To je důvodem, proč jsou počítače určené pro kolejová vozidla vybavovány napájecími zdroji se vstupními napětími 24/48/72/100 VDC a tolerancí 30%.

6. Snadno použitelná platforma
Protože existuje mnoho různých aplikací, musí být počítače připraveny a ověřeny pro různé verze operačních systémů. Mezi nejrozšířenější patří Windows XP Embedded, Windows XP, Windows 7 a Linux.

Řešení pro současné i budoucí železniční sítě

Moxa nabízí kompletní sadu komunikačních řešení, která zahrnuje ethernetové přepínače, vestavné počítače a IP kamery s certifikacemi EN50155 a EN50121-1/-4, zaručujícími, že výrobky jsou vhodné pro nepříznivé prostředí na železnicích. Robustní bezdrátová zařízení Moxa pak zajišťují další úroveň spojení. Venkovní bezdrátové univerzální (AP/bridge/client) zařízení Moxa se vyznačují rychlou Turbo Roaming a zvýšenou spolehlivostí spojení zajištěnou dvěma nezávislými RF moduly, redundantním napájením, prachotěsností, odolnosti povětrnostním vlivům a širokým rozsahem provozních teplot.

Tyto vysoce robustní vlastnosti a turbo roaming technologie poskytují provozovatelům železničních sítí ideální kombinaci pro rozsáhlé železniční aplikace. Pomocí dvou venkovních AP/bridge/client jednotek v každém rozvaděči je možné nahradit traťovou kabeláž a vyhnout se tak veškerým komplikacím spojeným s jejím instalací a údržbou. Spolehlivost může být zvýšena duálním redundantním RF spojením. Jak bylo popsáno, může tento systém umožnit pracovníkům bezdrátový přístup do sítě a k nástrojům pro údržbu. S podporou dalších technologií mohou tyto prvky tvořit základ budoucí vlakové komunikační sítě s možností rychlého WLAN spojení se zemí.

Železniční sítě budoucnosti je možné budovat již dnes

Železniční komunikační sítě procházejí rychlým vývojem, na který musí být provozovatelé a integrátoři připraveni. Moxa nabízí kompletní řadu průmyslových zařízení pro kolejová vozidla s podporou Turbo Roaming technologie, širokým provozním teplotním rozsahem, odolnosti proti povětrnostním vlivům, duální RF redundancí a certifikací EN50155 a EN50121-1/-4, pro výstavbu perspektivních systémů s velkou datovou propustností, rychlou odezvou a spolehlivostí potřebnou pro aplikace na železnicích.

Podívejte se, jak provozovatelé železnic využívají produkty Moxa na adrese http://www.moxa.com/event/vertical_markets/railway.