Diagnostika jedoucích železničních vozidel

Transkript

1 Ladislav Kovář 1, David Krásenský 2, Vlastimil Polach 3, Zdeněk Zouhar 4 Diagnostika jedoucích železničních vozidel Klíčová slova: horkoběžnost, ploché kolo, diagnostika, bezpečnost provozování dráhy, brzdy Úvod Diagnostika železničních vozidel za provozu je jednou z důležitých oblastí techniky na železnici. Na začátku článku jsou popsány důvody vedoucí k nutnosti používání diagnostických zařízení a principy detekce různých závad na vozidlech. Následuje popis současné situace v síti Správy železniční dopravní cesty, s.o. (dále jen SŽDC) v oblasti diagnostiky vozů a plány pro nejbližší období. Závěrečné kapitoly věnují pozornost výstupním informacím z instalovaných systémů a jejich dalšímu využití. Problematika poškozených vozů a jejich vliv na provoz Hluboké strukturální změny, prováděné na železnici v posledních letech, mají dalekosáhlý vliv nejen na vnitřní organizační strukturu železnice jako celku, ale i na řízení provozu a zajištění bezpečnosti a plynulosti dopravy. Jedním z těchto faktorů je úbytek provozních zaměstnanců v železničních stanicích, vzniklý ať už z důvodu úspory osobních nákladů nebo zapojováním stanic do úseků s centrálním řízením. Důsledkem je, že provozní zaměstnanci, jejichž povinností bylo sledování vlaků při průjezdu dopravnou a kontrola, zda není na projíždějících vozech zjevná technická závada, která by mohla ohrozit provoz, již nejsou schopni tuto povinnost plnit z důvodu jejich prosté nepřítomnosti na místě. 1 Ing. Ladislav Kovář, nar. 1948, Vysoká škola dopravy a spojů Žilina, obor: Bloky a spoje, STARMON s.r.o., zástupce vedoucího Střediska techniky a realizace 2 Ing. Mgr. David Krásenský, nar. 1973, absolvent Fakulty informatiky Masarykovy univerzity Brno a Dopravní fakulty Jana Pernera při Univerzitě Pardubice, obor Technologie a řízení dopravy. Je odborným konzultantem OLTIS Group a.s. pro výzkum, vývoj, inovace a mezinárodní spolupráci 3 Ing. Vlastimil Polach, Ph.D., nar. 1973, Univerzita Pardubice, obor: Technologie a management v dopravě a telekomunikacích, současnost Technologie a řízení dopravy, Výzkum a vývoj, AŽD Praha s.r.o. 4 Ing. Zdeněk Zouhar, nar. 1953, Vysoká škola dopravy a spojů v Žilině, obor Provoz a ekonomika železniční dopravy, SŽDC, s.o.,tudc, specialista 1

2 Dalším faktorem je rozdělení železnice na vlastníka provozovatele dráhy a dopravce, respektive vlastníky vozů. Omezila se tím přímá zodpovědnost provozních zaměstnanců za kvalitu a provozuschopnost dráhy s ohledem na technický stav železničních vozidel. Ani v dobách unitární železnice nebyl vztah mezi těmito dvěma oblastmi vždy jednoznačný, o to víc se tato problematika projevuje nyní. Třetím faktorem je samotný technický stav železničních vozidel, který podléhá pravidelným prohlídkám a revizím. Přesto v době mezi prohlídkami vznikají na vozidlech závady, které jsou způsobeny opotřebením materiálu, provozními podmínkami, přetěžováním vozů a podobně. Snahou dopravců je těmto závadám předcházet z důvodu snížení rizika zdržení zásilky nebo jejího poškození. Závady na vozidlech Druhy závad na železničních vozidlech Hlavním záměrem správce infrastruktury (v té době ČSD) bylo detekovat vozy s přehřátými ložisky, které v té době představovaly největší nebezpečí pro bezpečnost dopravy z důvodu ukroucení čepu nápravy. Tento záměr je i nadále sledován při budování nových systémů jako prvořadý, protože jeho důsledky jsou fatální. Závady tohoto druhu nejsou sice tak časté jako v minulosti, hlavně díky zlepšení kvality ložisek, ale zvyšování rychlosti na tratích a možné následky nehod jsou dostatečným odůvodněním nasazování těchto systémů. Dalším druhem závad jsou přehřáté části brzdy např. brzdové špalky nebo, kotouče a následně obruče železničního kola, které mohou vést k poškození brzdy, obruče kola, zahoření vozu a nákladu, případně ke vzniku požáru v okolí tratě. Tyto závady jsou přísně sledované hlavně před vjezdy do dlouhých tunelů, kde mohou mít dalekosáhlé následky. Třetí oblastí detekovaných poruch jsou závady na jízdní ploše kola, případně na kole samotném nebo na nápravě. Tuto skupinu závad nelze detekovat přímo, používají se nepřímé metody založené na různých fyzikálních postupech a z toho důvodu je množství příčin způsobujících indikaci vysoké a ke škodě věci nesnadno prokazatelné. Důsledky těchto závad neohrožují přímo bezpečnost jízdy, ale mají velký vliv na železniční svršek, vlastní vozidlo a také na komfort jízdy. 2

3 Přehled závad uvádí následující tabulka č. 1. Tabulka č. 1 - Přehled závad Projev závady Závada na kole/ nápravě železničního vozidla Přerušení kontaktu kola a kolejnice Dynamické rázy Přímé měření teploty 1 Horkoběžnost ložisek - - X 2 Horké brzdy - - X 3 Plocha na pojížděném povrchu kola X X - 4 Návarky X X - 5 Ovalita kola X X - 6 Excentricita kola X X - 7 Různý průměr kol na jedné nápravě X Nesouosost kol X Vydrolený materiál na pojížděném povrchu kola Znečištěná místa na pojížděnémpovrchu kola X - - X Vadné odpružení vozu X X - 12 Znečištěná kolej X Vadně ložený náklad - X - 14 Přetížený vůz - X - V minulém desetiletí byly prováděny v Rakousku úvahy o souvislostech příčin poruch a jejich následků v železničním provozu. Byly do nich zahrnuty i poruchy na železničních vozidlech. Viz tabulka č. 2 [3]. 3

4 Tabulka č. 2- Poruchy na železničních vozidlech (autoři Dipl.Ing. Andreas Schöbel, Thomas Maly, Manfred Pisek) Příčina Následek Vykolejení Horké ložisko Zablokované brzdy nebo kolo Poškozený jiskrový plech Poškozené součásti brzdového systému Lom nápravy Lom čepu nápravy Lom kola Poškozená jízdní plocha kola/ploché kolo Poškozená obruč kola Porucha tlumiče a součástí Poškozený rám Nestabilní jízda Nerovnoměrný náklad Přetížení vozu Nedodržení průjezdného profilu Porucha dveří, nakládacích můstků Špatné upevnění a zajištění nákladu Nedostatečné promazání nárazníků Vadný nárazník Překřížení nárazníků Porucha elektrického zařízení vozu Poškozený pantograf Požár vně/uvnitř vozu Objekty mimo průjezdný průřez Rozšířený rozchod koleje Deformace koleje Poškozený povrch kolejnice Vnitřní vady kolejnice Ojetá kolejnice Únava materiálu kolejnice Lom kolejnice Vadné pružné kolejnicové podložky Vadná kolejnicová upevňovadla Staré dřevěné pražce Trhliny v betonových pražcích Nevyhovující kolejové lože 1 Vykolejení X X X X X X X X 2 Horké ložisko X X 3 Zablokované brzdy nebo kolo X X X 4 Poškozený jiskrový plech X 5 Poškozené součásti brzdového systému 6 Lom nápravy X 7 Lom čepu nápravy X 8 Lom kola X X 9 Poškozená jízdní plocha kola/ploché kolo X X X 10 Poškozená obruč kola X 11 Porucha tlumiče a součástí X X X 12 Poškozený rám X X 13 Nestabilní jízda X X 14 Nerovnoměrný náklad X X 15 Přetížení vozu X X X X X X X X 16 Nedodržení průjezdného profilu X X 17 Porucha dveří, nakládacích můstků X X X 18 Špatné upevnění a zajištění nákladu X X X 19 Nedostatečné promazání nárazníků X 20 Vadný nárazník X X X 21 Překřížení nárazníků X 22 Porucha elektrického zařízení vozu X 23 Poškozený pantograf 24 Požár vně/uvnitř vozu 25 Objekty mimo průjezdný průřez X 26 Rozšířený rozchod koleje X 27 Deformace koleje X 28 Poškozený povrch kolejnice X X X X X 29 Vnitřní vady kolejnice X 30 Ojetá kolejnice X X 31 Únava materiálu kolejnice X 32 Lom kolejnice X X X 33 Vadné pružné kolejnicové podložky X 34 Vadná kolejnicová upevňovadla X 35 Staré dřevěné pražce X 36 Trhliny v betonových pražcích X 37 Nevyhovující kolejové lože X 4

5 Principy detekce horkoběžnost Během doby byly vyvinuty různé způsoby detekce závad na železničních vozidlech. Původní snahy se zaměřily na zjišťování horkoběžnosti ložisek, protože následky nehod z důvodu poškozených ložisek a následně ukroucení čepu nápravy jsou rozsáhlé. To se týkalo jak vozů s kluznými ložisky (nyní se již nepoužívají), které se v té době provozovaly ve značné míře, tak i vozů s válečkovými ložisky, u nichž se poruchy ložisek vyskytují méně často, ale na druhé straně gradace závady je mnohem rychlejší. Na tehdejších ČSD byly v sedmdesátých letech minulého století nasazovány zařízení americké firmy Servo, jejichž dovoz zajišťoval podnik zahraničního obchodu Strojexport. Snímače tohoto zařízení byly montovány na speciální konstrukci zabudované v železničním svršku pod úrovní kolejnice. Jako teplocitlivý prvek byl používán bolometr umístěný ve vyhřívaném krytu opatřeném clonkou, která zakrývala optiku se snímačem v klidovém stavu. Obr. č. 1 - Zařízení Servo, (foto Ing. L.Horák, TÚDC) Vyhodnocovací zařízení tohoto systému, umístěné v dopravní kanceláři ve vhodné vzdálenosti od místa snímání, obsahovalo kromě přenosových prvků a elektroniky pro zpracování signálu i analogový zapisovač, který převáděl přivedený signál na výchylku zaznamenanou na teplocitlivém papíru. Velikost výchylky v milimetrech byla přímo úměrná teplotě ložiskového domku každé nápravy projíždějícího vlaku. S nástupem rekonstrukcí koridorů železniční sítě České republiky je tento systém demontován z důvodu narušení homogenity železničního svršku. V devadesátých letech minulého století byl u tehdejších Českých drah zaveden nový systém pod názvem ASDEK/Cyberscan, rovněž od amerického výrobce, nástupce firmy Servo, doplněný vyhodnocovací částí od firmy TENS z Polska. Jeho hlavní výhodou je, že snímače jsou montovány na patu kolejnice a odpadá tak nevhodný zásah do konstrukce železničního svršku a také to, že měřené hodnoty teplot jsou prezentovány digitálně a je možno je dále zpracovávat. Z nového upevnění snímačů vyplývá i změna místa snímání teploty na nápravě. U zařízení 5

6 Servo je snímána zadní plocha ložiskové skříně ve směru jízdy vlaku, u nového zařízení je to místo přechodu čepu nápravy do náboje kola. To umožňuje snímat teplotu kritického místa nápravy bez ohledu na konstrukci podvozků, které mají Obr. č. 2 - Zařízení ASDEK/Cyberscan pod ložiskovou skříní nosný prvek. Digitalizace zařízení také umožňuje jednodušší přenos dat z trati do vyhodnocovacího zařízení a jejich další distribuci. Současně se zařízením Cyberscan byly dodávány i snímače teploty brzdových špalků, obručí kol a kotoučových brzd. Snímač je montován mimo průjezdný průřez koleje tak, že jeho zorné pole zabírá spodní polovinu bližšího kola včetně brzdových špalků a prostor mezi koly, kde jsou umístěny kotoučové brzdy osobních vozů. Jeho účelem je odhalovat přibrzděné vozy, které mohou mít za následek požár vozu nebo požár v blízkosti tratě. Informace o naměřené teplotě jsou rovněž digitálně přenášeny do nejbližší vhodné dopravny. Obr. č. 3 - Snímač teploty brzd a obručí 6

7 Od roku 2005 bylo zařízení Cyberscan nahrazeno novým systémem pro měření teplot ložisek pod obchodním názvem ASDEK/Phoenix. Zařízení pochází od firmy SST a je rovněž kompletováno firmou TENS, která zajišťuje kontinuitu s původním systémem. Zařízení je vybaveno tzv. multibeam snímačem, což je osmikanálový snímač, který je schopný najednou změřit teplotu spodku ložiskové skříně v osmi místech. Jednotlivé paprsky snímače jsou rozmístěny tak, že zachytí alespoň část povrchu ložiskové skříně i v případě, že pod ložiskovou skříní jsou konstrukční části rámu podvozku (např. u podvozku Y25). Snímače jsou montovány do ocelového dutého pražce, který tvoří součást železničního svršku. Obr. č. 4 - Multibeam snímač 7 Obr. č. 5 - Indikátor ASDEK/Phoenix V prostřední části pražce je umístěn snímač teploty brzd, který plní stejnou funkci jako výše zmíněný snímač Cyberscan. Na pražec lze osadit i druhý snímač brzd, ale v praxi se obvykle používá pouze jeden. Z hlediska údržby železničního svršku je zařízení lehce demontovatelné včetně přívodních kabelů. Při zpětné montáži je třeba zařízení znova nastavit a seřídit. V České republice je namontován ještě jeden systém pro zjišťování horkoběžnosti ložisek od rakouské firmy ÖBB Infrastruktur Betrieb AG pod označením TK 99. Zařízení je osazeno v kolejišti vlečky Mostecké uhelné společnosti a.s. v Mostě-Komořanech. Principy detekce nepravidelnosti na jízdní ploše kola Detekce poruch na jízdní ploše kola během jízdy je podstatně složitější problém, než jakým je sledování horkoběžnosti ložisek, protože není možné přímé

8 měření. Postupně byly vyvinuty různé metody, které lze klasifikovat podle fyzikálního způsobu detekce takto: Elektrické Dynamické Akustické Pro označení těchto poruch se všeobecně vžil poněkud zavádějící název ploché kolo, protože jednou z nejběžnějších poruch na jízdní ploše kola jsou skutečně plošky vzniklé smýkáním zabrzděného vozu po kolejnici. Avšak nemožnost přímého měření tohoto jevu vede k tomu, že jsou takto detekovány i jiné poruchy na kole nebo nápravě, které se projevují stejným způsobem v závislosti podle použité metody (viz Tabulka č.1). Prvním systémem založeným na elektrickém principu, který byl použit u ČSD, bylo zařízení firmy Ericsson pod názvem JUL-400. Zařízení pracovalo na principu neohraničeného kolejového obvodu o vysoké frekvenci a měřilo dobu ztráty kontaktu kola s kolejnicí jako jediný parametr, který určoval délku zjištěné plochy. Zařízení bylo nespolehlivé a proto po ukončení typových zkoušek již nebylo zavedeno do provozu. Stejný princip, avšak v jiném provedení, využívá zařízení ASDEK/PMZ polské firmy TENS, které je v síti SŽDC, s.o. používáno od roku Rozdíl proti předchozímu provedení spočívá v několika oblastech: v první řadě to je použití elektromagnetického pole vytvořeného speciální cívkou umístěnou mezi kolejnicemi. Systém měří intenzitu elektromagnetického pole, jehož součástí je kromě cívky i kolejnice, náprava projíždějícího vozu a propojka s kondenzátorem mezi kolejnicemi. Další odlišností je prostorové rozdělení měřícího úseku na čtyři části a použití zpřesňujících parametrů pro výpočet ekvivalentní délky plochy rychlost a tlak kola na kolejnici. Třetí oblastí je digitální zpracování naměřených veličin. Výsledkem je hodnota nazývaná ekvivalentní délka plochy v centimetrech, která prezentuje v číselné podobě celkovou kvalitu kola, resp. nápravy s ohledem na všechny možné detekovatelné poruchy viz Tabulka č. 1. Obr. č. 6 - Snímač plochých kol ASDEK/PMZ 8

9 Veličina prezentující velikost tlaku kola na kolejnici umožňuje orientačně určovat tlak na nápravu a hmotnost vozu. První systém pro zjišťování nepravidelností na jízdní ploše kol využívající dynamický princip, bylo zařízení Caltronic vybavené snímači zrychlení od firmy Brüel and Kjær. Jedno zařízení bylo osazeno u zastávky Černá za Bory před stanicí Kostěnice, při modernizaci tratě bylo zdemontováno a k jeho dalšímu rozšíření u nás nedošlo. V současné době je často využíván princip měření dynamických rázů způsobených odvalováním poškozeného kola po kolejnici. Pro měření této veličiny (udávané v kn) jsou používány nejrůznější snímače na principu tenzometrů. Na Velkém zkušebním okruhu VÚŽ v Cerhenicích je instalováno zařízení ASDEK/Gotcha, které používá laserové snímače dynamických rázů v 6 párech na měřícím úseku. Výhodou tohoto systému je, že nepoužívá elektrické signály pro měření účinků vadných náprav na kolejnici, ale optické signály, které nepodléhají rušení cizím elektrickým polem. Zařízení rovněž vyhodnocuje i tzv. kvazistatické dynamické síly, které určují tlak na nápravu a tím i hmotnost vozu. Současný stav v síti SŽDC,s.o. Vývoj a nasazování diagnostických zařízení jedoucích vozidel spadá zhruba do druhé poloviny 20. století, kdy si i tehdejší Československé státní dráhy (ČSD) plně uvědomovaly negativní důsledky technických závad na vozidlech. V 70. letech byla u ČSD zahájena výstavba indikátorů horkoběžnosti IH (typ Servo) a celkově bylo v krátké době instalováno 25 kusů zařízení kontrolujících tehdy nejzatíženější tratě. Nyní všechna tato zařízení již překročila stanovenou životnost a s postupnou modernizací koridorových tratí jsou stávající zařízení IH postupně demontovány. V současné době vzniká nově budovaná síť digitálních diagnostických zařízení s použitím indikátorů horkoběžnosti ložisek (IHL), indikátorů horkých brzd a obručí (IHO) a indikátorů nepravidelností na obvodu kola (IPK). Z důvodu zavádění centralizovaného řízení a dálkového ovládání tratí je také požadavek na obousměrné datové propojení systému s aplikací GTN (zatím realizováno u 8 diagnostických zařízení typu ASDEK). Podle stanovené Koncepce diagnostiky závad jedoucích železničních kolejových vozidel. Směrnice SŽDC,s.o. č. 36 čj /07-OP bylo předpokládáno vybudování sítě 64 indikačních stanovišť do konce roku V současnosti je však na síti SŽDC, s.o. instalováno pouze 15 bodů vybavených výše uvedenými moderními diagnostickými zařízeními. Tato zařízení splňují stanovené podmínky interoperability, jsou schopné indikovat nežádoucí stavy jedoucích železničních vozidel v potřebné úrovni. Počtu zařízení však odpovídá i podíl kontrolovaných železničních vozidel projíždějících na síti SŽDC, s.o. 9

10 Obr. č. 7 - Poměr kontrolovaných vlaků k celkovému počtu Za současného stavu je kontrolováno pouze % z celkového počtu vlaků na tratích s provozem vlaků EC a IC. Řídké obsazení těchto měřicích stanovišť a jejich velká vzdálenost, navíc neumožňuje (a to ani na koridorových tratích) ve většině případů opakovaně sledovat další vývoj měřeného parametru. Zařízení pracují pouze na lokální úrovni. I v případě, že je naměřena hodnota již téměř kritická, ale stanovenou mez nepřekračující, vůz není již dále zkontrolován a pokračuje v jízdě. Důsledky a následné škody nepodchycené závady na jedoucích vozidlech jsou velmi závažné. Např.: v žst. Liběchov došlo za jízdy Pn vlaku k ukroucení čepu nápravy vozu a k následnému vykolejení. Došlo k poškození vozu, železničního svršku i spodku, trakčního vedení a zabezpečovacího zařízení. Škoda na majetku SŽDC,s.o. byla vyčíslena na Kč. Škoda dopravce Kč. Došlo k úplnému přerušení dopravy na 922 minut. Přerušení dopravy na daných zařízeních je evidováno v celkovém rozsahu min. (doba nefunkčnosti dotčených zařízení dopravní cesty). K vykolejení došlo relativně v malé rychlosti a nedošlo ke střetu s protijedoucími vozidly. Škody by v opačném případě byly řádově vyšší a následky tragické. Opakovanou indikací stavu ložiska, vyhodnocením vývoje a následným opatřením bude možno obdobným případům v rozhodující míře zabránit. Z výše uvedených důvodů bylo rozhodnuto urychleně realizovat doplnění stávající sítě dle Koncepce diagnostiky závad jedoucích železničních kolejových vozidel a současně vybudovat integrovaný celosíťový řídící a kontrolní systém diagnostiky závad na jedoucích vozidlech. Nadřazený informační systém zajistí celosíťovou kontrolu správnosti funkce jednotlivých lokálních prvků a vzájemnou kontrolu sledovaných funkcionalit. V reálném čase bude vyhodnocován vývoj stavu indikovaných závad konkrétních jedoucích vozidel, v časovém předstihu bude možno operativním řídícím aktem ovlivnit jízdu a sled vlaků. Mimo eliminace vzniku nebezpečné události, tak bude možno minimalizovat dopad technické závady vozidla 10

11 do vlastní organizace a řízení provozu na konkrétním rameni, omezit zpoždění vlaků a jiné provozní důsledky, které vznikají při náhlé indikaci závady typu STOP. Adresné komplexní sledování jednotlivých vozidel se závadami podvozku vytvoří také základní předpoklad pro zamezení opakovaného nasazování vozidel s technickými závadami do provozu a tím snížení počtu potenciálního ohrožení bezpečnosti a poškozování infrastruktury. Systém diagnostiky jedoucích vozidel bude provázán mj. s aplikací OSB pro podporu vyšetřování mimořádných událostí. Výstupy ze systému mohou současně sloužit provozovatelům k optimalizaci údržby železničních vozidel. Mimo sledovaných parametrů technického stavu podvozku budou dále sledovány údaje o zatížení vozidla, hmotnosti na nápravu, nerovnoměrné uložení nákladu atd. Tyto údaje budou využity v oblasti provozuschopnosti dopravní cesty (zatížení prvků infrastruktury), smluvních vztahů s dopravci, s provozovateli vozidel atd. Propojení sítě diagnostických zařízení pro kontrolu technického stavu vozidel a současná integrace tohoto systému s informačními systémy pro provozní řízení vlakové dopravy současně umožní i nové optimální umístění vlastních indikátorů na trati do míst, kde za stávajícího stavu techniky a technologie nebylo možno tato zařízení umístit. Tato významná změna umožní kontrolovat technický stav jedoucích železničních vozidel a zasáhnout i v kritických místech na síti tam, kde za stávajícího stavu nebyly pro umístění vhodné podmínky. Zejména bude možno pokrýt úseky bezprostředně za hraničními přechody a zamezit tak technicky nevyhovujícím vozidlům jízdě po síti SŽDC bezprostředně po překročení státních hranic. Ve výše uvedeném smyslu byla novelizována příloha č. 3 směrnice č. 36/2008 Koncepce diagnostiky závad jedoucích železničních kolejových vozidel. Rozmístění diagnostiky závad jedoucích vozidel železniční sítě ČR Obr. č. 8 - Předpokládaný stav rozmístění zařízení 11

12 Dokončení realizace předmětného systému kontroly technického stavu jedoucích kolejových vozidel, včetně nadřazeného kontrolního řídícího systému se předpokládá do roku Provozně bezpečnostní výstupy a jejich využití Při zjištění závady na jedoucím vlaku je nutné příslušné informace přenést v reálném čase na pracoviště řízení dopravního provozu, příp. rovnou i na pracoviště technické podpory vozmistrům. Pro oba tyto výstupy slouží datová komunikace mezi vyhodnocovací jednotkou a informačními systémy používanými na uvedených pracovištích s tím, že se na ně přenáší zprávy o všech diagnostikovaných vlacích, tedy i o těch, u kterých závada zjištěna nebyla. Stanoviště obsluhy je vybaveno terminálem systému ASDEK sestávající z počítače třídy PC s tiskárnou. Na monitoru počítače jsou zobrazeny všechny diagnostikované údaje o vlaku. V případě poplachu se kromě výpisu na monitoru provede rovnou i tisk zprávy o závadě na vlaku a navíc je obsluhující zaměstnanec upozorněn také akustickým signálem. Aby pracoviště dopravních zaměstnanců nebylo sestaveno z celé řady nejrůznějších počítačů, monitorů, klávesnic a myší různých systémů dochází s využitím telematiky k integraci obslužných terminálů do minimálního počtu periferních jednotek a často rovnou i k integraci systémové. V tomto ohledu jsou výstupy terminálu systému ASDEK určené dopravním zaměstnancům datově přenášeny přímo do informačního a řídícího systému GTN (graficko-technologická nadstavba zabezpečovacího zařízení) a terminál ASDEK se v dopravní kanceláři neaplikuje (může se umístit na pracovišti vozmistra). Výsledkem tohoto propojení je, že dopravní zaměstnanec má přímo ve svém řídícím systému k dispozici také informace o diagnostice jedoucího vlaku. A navíc, tento řídící systém má znalost čísla konkrétního vlaku, takže automaticky dojde k přiřazení diagnostické informace ke konkrétnímu vlaku. Číslo vlaku přidělené ke konkrétní diagnostické zprávě je také datově odesláno do systému ASDEK pro další, zejména celosíťové použití. Výsledkem diagnostického procesu je zpráva, která je nejen zobrazena na monitoru terminálu ASDEK, ale i na monitoru provozního řídícího systému GTN. Reakce dopravního zaměstnance tak může být okamžitá. Obsah a design indikace zprávy v systému GTN je proveden obdobně s obsahem a designem zprávy v terminálu ASDEK. To usnadňuje uživatelům orientaci při čtení a další komunikaci výstrah a poplachů. Při průjezdu vlaku kontrolním čidlem, u kterého nebyly zjištěny žádné závady, je zpráva (formulář) zelené barvy a dopravní zaměstnanci mají možnost zobrazování zelené bezzávadové indikace na svém GTN vypnout. Podle nastavených limitů diagnostikovaných veličin ve vyhodnocovací jednotce ASDEK se rozlišují dva stupně poplachu: Poplach a Stop. Ty vyjadřují závažnost zjištění a tím určují reakci dopravního zaměstnance a vozmistra. 12

13 V případě zprávy s indikací Poplach je indikován formulář žluté barvy. V případě zprávy s indikací Stop je indikován formulář červené barvy. Snímané údaje Obr. č. 9 - Příklad zobrazení hlášení u dispečera Provozované systémy na SŽDC poskytují následující informace o vlacích a vozidlech: a) Identifikační údaje o průjezdu vlaku: Datum Místo instalace traťové části Čas Směr jízdy Sestava zařízení Rychlost jízdy vlaku (km/h) Počet náprav Délka vlaku (m) b) Informace o detekovaných závadách na nápravě: Pořadí nápravy od začátku/konce vlaku Druh závady (IHL ložisko; IHO obruč kola, brzdy) Překročení limitu Kontrola nebo Stop 13

14 Identifikace závady na levé nebo pravé straně nápravy (IHL) Rozlišení druhu poplachu teploty ložiska (absolutní, diferenciální) Závada na pojížděné ploše kola ploché kolo Informace podle bodů a) a b) jsou prezentovány obsluze v dopravní kanceláři následné železniční stanice, kde výpravčí reaguje podle pokynů v příloze staničního řádu. Kromě vizuálního upozornění na závadu (viz Obr. č. 10) se spustí ještě akustická výstraha. V případě, že není indikována žádná závada, je o tom obsluha rovněž informována. Obr. č Příklad indikace vadného ložiska Kromě těchto informací jsou v systému ukládána data o průjezdu každého vlaku a nápravy i v případě, že není zjištěno překročení limitů: Venkovní teplota Teploty ložisek Teploty brzd, obručí Rychlost každé nápravy Vzdálenost mezi nápravami Tlak kola na kolejnici Vypočtená ekvivalentní délka plochy Počet odskoků kola od kolejnice Limity pro spuštění poplachů jsou v provozovaných zařízeních nastaveny následovně: Tabulka č. 3 Limity pro spuštění poplachů Indikátor horkoběžnosti absolutní hodnota Diferenciální hodnota 48 C Post train analysis (PTA 48 C Kontrola Stop Poznámka 60 C 90 C Nad okolní teplotou 14 Rozdíl teplot mezi levou a pravou stranou nápravy Rozdíl teplot nápravy proti průměru teplot na vlaku Teplota brzd, obručí 200 C 300 C Nad okolní teplotou Závady na jízdní ploše kola 80 mm 110 mm Ekvivalentní délka plochy Kontrola zastavení vlaku v určené stanici a kontrola nápravy Stop okamžité zastavení vlaku

15 Sekundární využití dat Detekované údaje jsou elektronickou cestou shromažďovány a přímo v základní jednotce na trati jsou zapisovány na disk počítače typu PC (viz obrázek č. 8). Odtud je kopie dat přenášena pomocí modemů prostřednictvím dostupného metalického nebo optického vedení do vyhodnocovací jednotky s monitorem a tiskárnou, která je umístěna u výpravčího určené stanice; ten má za povinnost sledovat především poplachové stavy, doplňovat ručně čísla vlaků, a v případě zjištěné závady zajistit operativní zásah (zastavení vlaku, a to okamžité nebo po dojezdu do stanice). Obr. č Sběr dat ze zařízení v terénu Výsledky diagnostiky jsou nyní využívány pro on-line monitorování vybraných poruchových stavů u železničních vozů (výstraha/alarm). Při vážných, nadlimitních problémech jsou informováni provozní zaměstnanci SŽDC výpravčí železniční stanice, dispečer, kteří zajistí zastavení a případné vyřazení vozu z vlaku. Následně je informován vlastník vozu, který zajistí opravu. Jako hlavní přínos se v současné době jeví zajištění místních provozních výstrah na indikačních místech poté, co se závady na železničních vozech již rozvinuly a dosáhly hodnot ohrožujících bezpečnost. Identifikace dat Identifikace dat a jejich přiřazení ke konkrétním železničním vozidlům je jedním z důležitých požadavků na následné zpracování dat z diagnostických systémů na železnici. Dosavadní praxe, využívající přidělení pořadového čísla nápravy 15

16 od začátku a od konce vlaku pro další zpracování nestačí. Existují různá zařízení pro identifikaci vozů za jízdy, např.: Optické Radiové (RFID) pasivní nebo aktivní Jejich účelem je zachycení identifikačních údajů na vozidle a jejich spárování s naměřenými údaji o závadách na vozidle. Optické systémy pracují na principu snímání obrazu projíždějících vozů a jejich následném rozboru a vyhledání identifikačních znaků. Radiové systémy pracují s identifikátory (tagy), které se umísťují na vozy a obsahují zakódované informace o čísle vozu, typu, hmotnosti atd. Čtečka umístěna vedle trati je schopná tyto údaje přečíst při průjezdu vozu v jejím akčním prostoru. Pasivní tagy přijímají energii z antény čtečky umístěné vedle kolejnice a zpětně vrací signál obsahující zakódovaná data. Aktivní tagy v sobě obsahují miniaturní baterii, která napájí vysílač signálu při průjezdu okolo čtečky. Vazby na vyšší informační systémy Informace o technickém stavu železničních vozidel, které poskytují instalované systémy, směřují k vytvoření nových identifikačních vazeb: vlak vůz s kódem problému správce infrastruktury dopravce (vlastník vozu, atd.) Data shromažďovaná v terénu se tedy opět přenášejí do centrálního serveru, kde jim je ale přiřazena identifikace v podobě konkrétního vlaku, případně také konkrétního vozu. Tento algoritmus identifikace neboli párování s vlakem vychází z časoprostorové incidence vlaku na dopravní cestě s indikátorem a využívá časovou a prostorovou souslednost událostí na vlaku, zachycenou v centrálním systému ISOŘ CDS. Identifikaci konkrétního vozu provádí algoritmus určení čísla vozidla, založený na povinné informaci dopravce o tzv. složení vlaku (Train Composition), nyní definované podle norem TAF TSI. Tato informace definuje množinu vozů ve vlaku včetně jejich pořadí, takže umožňuje i odvození čísla konkrétního vozu. Informační systém ISOŘ CDS, který vlastní společnost SŽDC, státní organizace, poskytuje datové rozhraní formou webové služby pro další systémy SŽDC. Diagnostický server TÚDC, který vlastní SŽDC, shromažďuje data z diagnostických indikátorů rozmístěných po infrastruktuře SŽDC. Cílem je výměna dat mezi oběma systémy. Do aplikace ISOŘ CDS ze serveru TÚDC se přenesou aktuální naměřené hodnoty na indikátoru diagnostiky umístěném na infrastruktuře SŽDC. V opačném směru z aplikace ISOŘ CDS do Serveru TÚDC se přenesou informace o aktuálním složení vlaku v místě umístění indikátoru včetně jedinečné identifikace vlaku (TTID). 16

17 Závěr Detekování závad na jedoucích železničních vozidlech je jednou z důležitých podmínek pro zajištění spolehlivosti a bezpečnosti provozu na železnici. Popsané principy a možnosti diagnostiky vozů tvoří základ pro vytvoření komplexního systému sledování technického stavu železničních vozidel za provozu a umožňují využití získaných informací pro široký okruh účastníků železničního provozu. Zkratky: ASDEK/Cyberscan indikátor horkoběžnosti ASDEK/Gotcha ASDEK/Phoenix ASDEK/PMZ ČD ČSD GTN ISOŘ CDS OSB ÖBB RFID SST SŽDC TAF TSI TENS TTID TÚDC indikátor plochých kol indikátor horkoběžnosti indikátor plochých kol České dráhy, a.s. Československé státní dráhy graficko-technologická nadstavba Informační systém operativního řízení, Centrální dispečerský systém Odbor systému bezpečnosti provozování dráhy Österreichische Bundesbahn Radio Frequency Identification Signal & System Technik GmBH Správa železniční dopravní cesty, státní organizace Technická specifikace pro interoperabilitu subsystému pro telematické aplikace v nákladní dopravě transevropského konvenčního železničního systému Voestalpine TENS Spolka z o.o. Train Transport Identification Technická ústředna dopravní cesty (organizační jednotka SŽDC) 17

18 Literatura [1] Směrnice SŽDC, s.o. č. 36/2008 [2] Výpravčí a dispečeři jsou v reálném čase informováni o závadách na vlaku; Reportér AŽD č.1/2013; Vlastimil Polach, Ladislav Kovář [3] Concept for Crossborder Data Exchange on Wayside Train Monitoring Systems between CD and ÖBB; Konference INFOTRANS 2009; DFJP Univerzita Pardubice; Andreas Schoebel, Thomas Maly, Manfred Pisek Praha, listopad 2013 Lektorovali: prof. Ing. Václav Cempírek, Ph.D. Univerzita Pardubice Ing. Jiří Kaláč SŽDC, s. o. 18