Sperimentazione

RAIL TRANSPORT SYSTEM
WITH
AUTOMATIC GUIDED WAGONS

Di seguito sono illustrate alcune delle componenti implementate su un carro fornitoci da Trenitalia (K12), per mettere a punto il software di gestione del carro.

Il carro è stato attrezzato ed è funzionale per poter effettuare autonomamente tutti gli spostamenti comandati da remoto tramite un sistema computerizzato.

La sperimentazione che abbiamo effettuato ci ha fornito tutti gli elementi utili a far sì che si riesca a fare l’upgrade dei carri attuali senza incidere in alcun modo sulla modalità operativa attuale di gestione degli stessi carri nel momento in cui avviene la commutazione da carro isolato (gestito dal nostro sistema) a carro agganciato, nel quale tutti i sistemi da noi implementati sono completamente disattivati.

I risultati fin qui ottenuti con la sperimentazione ci hanno fornito importanti indicazioni su come procedere nella messa a punto, avendo come primo obiettivo quello di far sì che si possano effettuare automaticamente le manovre per la composizione dei convogli facendo un upgrade poco costoso dei carri.

In particolare abbiamo prestato molta attenzione ai limiti posti dal sistema frenante (westinghouse) della maggior parte degli attuali carri, che ha tempi di reazione lunghi e non precisamente determinati, sia nella fase di frenatura che di rilascio dei freni, per far sì che le manovre di composizione dei convogli possano avvenire in assoluta sicurezza. Abbiamo dovuto sensorizzare il fine corsa dello stantuffo del freno ed adattato il software privilegiando in primis le manovre sicure, più che la velocità e l’ottimizzazione dei tempi di manovra. Stiamo testando diversi sensori per l’avvicinamento e verificando quelli che meglio si adattano alle condizioni operative in ambiente aperto e ricco di interferenze (comprese ad es. la presenza di grossi insetti che rende inutilizzabili i sonar quando si posano sopra).

Gli interventi di aggiornamento effettuati sul carro riguardano il sistema pneumatico di controllo della pressione della condotta principale, il sistema di trazione alimentato a batterie, il sistema di sensori per il posizionamento sulla linea e l’avvicinamento ad altro carro, il sistema di allerta acustico e visivo per segnalare l’avvio della movimentazione ed il sistema di sicurezza per la rilevazione di ostacoli, tutti coordinati e gestiti da un computer a bordo a cui sono collegati tramite PLC di gestione e controllo.

Tranne il sistema di sicurezza per la rilevazione di ostacoli (la cui tecnologia è oggi ampiamente disponibile essendo stata sviluppata per altri sistemi), il resto è già realizzato nelle componenti fisiche e software.

Tutto quello che stiamo implementando sul carro è operativo solo durante la fase di carro “isolato”, mentre in un carro agganciato ad un convoglio, tutte le implementazioni possono essere considerate solo un carico.

Proseguendo nella sperimentazione, abbiamo sviluppato la parte software relativa al “sistema di stazione” per poter gestire gli ordini di movimentazione che saranno eseguiti dal carro.

Questa sperimentazione ha necessitato l’effettuazione della mappatura (anche con coordinate relative per le mappe tematiche) per punti discreti dei binari e degli scambi presenti a S. Ferdinando (almeno di quelli dotati di scambi automatici su sui fare sperimentazione) ed abbiamo definito le modalità di interfaccia tra il nostro sistema ed il gestore della rete (RFI).

Abbiamo cioè realizzato i moduli necessari per poter interfacciare l’operatore che gestisce gli scambi nell’area di stazione, per richiedere la disponibilità di un determinato percorso di manovra (articolato per singole tratte o completo) e potersi coordinare per richiedere la commutazione degli scambi e riceverne la conferma di avvenuta operazione insieme con l’autorizzazione alla percorrenza sia con modalità automatica (tramite il collegamento di una nostra apparecchiatura elettronica collegata al sistema di segnalamento della stazione), sia con modalità manuale.

 

Parte 1: la trazione

Al momento il sistema di trazione prototipale, montato sul carro, è costituito da un motore elettrico proporzionato sulla necessità di movimentare il carro ferroviario a vuoto (tara 13 ton), alla velocità massima, per manovra o per breve trasferimento, di 15 km/h.

 

 

Parte 2: il sistema frenante

Il sistema frenante riproduce, in forma semplificata, il sistema di alimentazione e comando normalmente disposto sulla motrice di un treno. Sono state mantenute inalterate le componenti presenti, inserendo quanto necessario alla produzione dell’aria compressa (p=5,5 bar) ed al comando delle manovre di frenatura (frenatura/neutro/sfrenatura) secondo lo schema seguente.

    

Per la movimentazione del carro assumono ruolo primario i seguenti componenti:

  • La valvola di commutazione VC, tramite la quale è possibile configurare la frenatura del carro a seconda che questo si trovi aggregato ad un convoglio ferroviario (con gestione dei comandi di frenatura da parte della motrice del convoglio) ovvero stia muovendosi come carro singolo (comandi di frenatura gestiti dall’unità di controllo a bordo)
  • La valvola di regolazione della pressione VR, che comanda le manovre di frenatura del carro (in marcia autonoma)

 

Parte 3: la trasmissione

Di seguito si riporta una possibile soluzione per il montaggio del motore e della trasmissione sulla sala del carrello. Sono in progettazione altre soluzioni anche con sistemi di trasferimento del moto diversi.

 


Sperimentazione

Questa sperimentazione è stata effettuata principalmente per testare il software di controllo del sistema presente a bordo del carro, facendo colloquiare il sistema di stazione con il sistema di controllo e gestione degli apparati meccanici e sensoristici del carro.

In particolare le prove hanno permesso di verificare la perfetta esecuzione di comandi volti ad effettuare le manovre necessarie a:

  • Effettuare la percorrenza di una tratta in una direzione richiesta per una precisa distanza.
  • Effettuare il posizionamento ad una precisa distanza da un "bersaglio" posto lungo la linea ferrata per simulare la manovra di aggancio o accostamento ad altro carro.
  • Effettuare il posizionamento in una posizione centrale rispetto a due "bersagli" posti sul lato della linea ferrata per simulare le manovre necessarie per
    • affiancarsi ad una gru per operazioni di carico/scarico containers
    • affiancarsi ad altro carro per operazioni di traslazione di containers con dispositivi presenti a bordo del carro (un esempio è disponibile QUI)
    • posizionarsi in punti precisi predeterminati lungo la linea per operazioni di carico/scarico di merci (ad esempio accanto ad una banchina di carico di un magazzino).

 


Percorrenza di una tratta  

Nel filmato di questa prova sono stati impartiti in sequenza da remoto due ordini che il sistema a bordo del carro ha eseguito in modo completamente autonomo nella gestione di freni e motore:

  • Allontanati in una specifica direzione di 50 metri.
  • Ritorna al punto di partenza.

Le pause nella partenza e ripartenza del carro sono dovuti a tempi obbligati dal sistema frenante del carro.

Per la determinazione della distanza percorsa, in quest caso specifico, non si è fatto uso di sensori, ma solo dell'encoder presente sul motore e di altri parametri calibrati automaticamente (il carro analizza costantemente la velocità di accelerazione/decelerazione e sulla base di questi tara la pressione dell'impianto frenante). La precisione desiderata della distanza percorsa è inferiore al metro, anche se con le misurazioni effettuate risulta essere mediamente inferiore a pochi centimetri.

 


Posizionamento  relativo a bersaglio posto lungo la linea ferrata

Nel filmato seguente è stato eseguito il comando per gestire l'avvicinamento fine utilizzando un sensore di distanza laser che ha puntato un dispositivo riflettente posto lungo la linea.

La prova risulta utile per simulare la movimentazione necessaria ad effettuare un aggancio automatico ad altro carro, nel caso in cui entrambi i carri siano provvisti di questo dispositivo (un esempio è disponibile QUI), o per posizionarsi in modo utile da realizzare un successivo aggancio con manovre tradizionali.

Al carro è stato comunicato di accostarsi ad un dispositivo riflettente posto lungo la linea.

L’ordine è stato eseguito adoperando i sensori laser che hanno ricercato il "bersaglio" e misurando la distanza di avvicinamento. La capacità visiva del laser utilizzato ricopre una distanza di 75 metri.

La misurazione della distanza determina l’effettuazione della manovra con controllo automatico di freni e motore, determinando il punto in cui eseguire la frenata per ottenere il posizionamento fine in cui fermarsi.

Anche in questo caso il sistema effettua una taratura continua delle performances frenanti del carro, variabile in base al carico, alle condizioni atmosferiche o altre variabili, con algoritmi di autoapprendimento. La precisione è di pochi centimetri.  

 

 

Un altro filmato simile è disponibile a questo indirizzo:  www.youtube.com/watch?v=oZf5n_g2F9k

 


Posizionamento relativo a bersagli posti accanto alla linea ferrata

Nei due filmati seguenti le prove sono state effettuate per realizzare il posizionamento del carro rispetto a due dispositivi riflettenti posti sul fianco del binario a distanze variabili rispetto allo stesso.

I laser posti in testa ed in coda al carro incrociano i loro raggi puntando i bersagli conoscendo, dalla mappatura dei binari, la distanza verticale del posizionamento previsto per lo stesso (può essere uno solo con due facce riflettenti o due ad es. posizionati sui piedi di una gru).

Il carro si posiziona nel punto dove le due distanze dai laser sono uguali (con tolleranza di 2 cm).

Nel secondo filmato si è spostato il bersaglio solo per far vedere che costantemente il carro adegua la sua posizione relativa, possibile solo se si ha costantemente la verifica continua delle distanze dai bersagli ed il pieno controllo nella gestione del movimento del carro.

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