Sistema di protezione antiscivolo SIL 4: mito o realtà?

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Nel trasporto ferroviario, i sistemi di protezione contro lo slittamento delle ruote (WSP) gestiscono il delicato problema dell'aderenza ruota-rotaia. In situazioni asciutte, l'adesione tra la ruota in acciaio e la rotaia in acciaio è già bassa per natura. Questa aderenza disponibile rappresenta il limite fisico delle prestazioni di frenata del treno. Fattori esterni come pioggia, ghiaccio, foglie cadute, inquinamento o contaminazione con olio o grasso possono ridurre ulteriormente l'aderenza disponibile. Per questo motivo, i fornitori di freni ferroviari hanno sviluppato da molti anni sistemi di protezione contro lo slittamento delle ruote. Questi sistemi monitorano la velocità di rotazione dei quattro assi del veicolo in tempo reale, calcolando la velocità media del veicolo e la variazione della velocità di rotazione degli assi. Ogni volta che il sistema rileva lo slittamento di un asse, la protezione antiscivolo delle ruote regola la pressione nei corrispondenti cilindri del freno per garantire che l'asse non si blocchi, evitando il rischio di foratura delle ruote, un potenziale problema di sicurezza nelle operazioni ferroviarie. Il sistema assicura che ogni asse utilizzi l'aderenza disponibile per generare forza frenante.

Nello scenario precedente, sussiste il rischio che uno o più assi rimangano in stato di rilascio del freno in caso di guasto al sistema di protezione antiscivolo delle ruote o se l'aderenza è molto bassa. Ovviamente, rilasciare il freno non è sicuro. Ecco perché tutti i sistemi di protezione antiscivolo delle ruote includono una funzione Watchdog (WD) indipendente che riapplica l'intero sforzo frenante se il rilascio del freno comandato dalla protezione antiscivolo delle ruote è più lungo di un tempo prestabilito (spesso 10 secondi). In definitiva, significa che azionare il freno e rischiare lo slittamento completo dell'asse è preferibile a non frenare affatto.

Questa funzione di controllo è fondamentale per garantire la sicurezza nei tradizionali sistemi antiscivolo delle ruote. Il watchdog è un dispositivo hardware indipendente che lascia la funzione WSP disattivata una volta attivata.

In realtà, la prima generazione di sistemi WSP evitava lo slittamento dell'asse riducendo completamente lo sforzo frenante quando veniva rilevato uno slittamento. Lo svantaggio di questo tipo di sistema era il notevole aumento dello spazio di frenata dovuto alla degradazione dell'aderenza.

La seconda generazione di sistemi WSP (introdotti negli anni '90) è in grado di gestire completamente lo slittamento di ciascun asse, consentendo il miglior utilizzo dell'aderenza disponibile. Grazie a ciò, lo spazio di frenata in caso di aderenza degradata viene notevolmente ridotto, contribuendo a una maggiore sicurezza operativa dei treni.

Tuttavia, alcuni operatori vorrebbero un livello di sicurezza più elevato per il sistema di protezione dallo slittamento delle ruote, specialmente se utilizzato nella frenata di emergenza.

Quando abbiamo sviluppato la nostra famiglia di sistemi di controllo dei freni integrato Metroflexx e Regioflexx, abbiamo utilizzato una doppia architettura elettronica. Un'unità Safety Integrity Level 2 (SIL 2) svolge la normale funzione di Brake Control Unit (BCU) e un'unità SIL 4, con hardware e software SIL 4, esegue le funzioni di monitoraggio e ridondanza. Questa specifica architettura elettronica ha creato nuove opportunità per rafforzare la sicurezza del sistema di protezione contro lo slittamento delle ruote:

• Una funzione di monitoraggio SIL 4 che monitora continuamente la protezione contro lo slittamento delle ruote controllando il comportamento di ciascun asse (velocità, decelerazione, ecc.) e gestisce lo sforzo frenante per ottenere una decelerazione ottimale con aderenza disponibile in tempo reale.
• Una funzione watchdog completamente certificata SIL 4. La tradizionale funzione watchdog rimane attiva, ma il monitoraggio WSP ne impedisce l'attivazione attraverso un controllo rapido e molto accurato. Il monitoraggio WSP riduce quindi in modo significativo il rischio di bloccaggio dell'asse o del forcellino delle ruote in condizioni di aderenza molto bassa, migliorando la sicurezza e la disponibilità dei treni.
• È disponibile una funzione integrata di monitoraggio della rotazione delle ruote SIL4 (WRM) per applicazioni ad altissima velocità, che consente un'enorme semplificazione del sistema sia per il costruttore dell'auto (costo iniziale) che per l'operatore (costi di manutenzione).

La reazione del mercato al rafforzamento della sicurezza e delle prestazioni dei sistemi di protezione contro lo slittamento delle ruote è stata così positiva che abbiamo deciso di offrire la stessa tecnologia sui sistemi frenanti tradizionali, utilizzando BCU e pneumatici separati. Abbiamo sviluppato la scheda SIL 4 Wise ™ da integrare nella nostra tradizionale unità di controllo dei freni Gemini II (BCU). Wise ™ è una soluzione hardware e software SIL 4 dedicata e completamente indipendente che utilizza un proprio alimentatore.

Se dotato di Wise ™, il treno può utilizzare la protezione antiscivolo delle ruote durante la frenata di emergenza senza alcun problema di sicurezza, grazie alla funzione watchdog SIL 4. La funzione di monitoraggio della protezione contro lo slittamento delle ruote SIL 4 può rendere il treno molto più resistente in condizioni di aderenza molto bassa. Inoltre, i costi di manutenzione possono essere notevolmente ridotti grazie a una migliore gestione dell'energia nel punto di contatto ruota/rotaia.

Quindi, tornando alla domanda iniziale sulla protezione antiscivolo SIL 4: mito o realtà? Per il momento rimarrà sicuramente un mito per la maggior parte degli operatori del mercato. Ma per Wabtec e la nostra elettronica Wise ™, è già una realtà, con design e vantaggi comprovati.

Cerchi ulteriori informazioni sui sistemi di protezione antiscivolo SIL 4 e sull'elettronica Wise ™? Contattaci all'indirizzo: brakesandcouplers [at] wabtec [dot] com