ES2929643T3 - Un conjunto de cables para acceder a datos a partir de un bus de campo en material rodante - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de cables (1) para dotar a un sistema de adquisición de datos (2) de mensajes de datos (300) que pasan por un bus de campo (3) de material rodante (10), comprendiendo dicho conjunto de cables (1): - un detector de datos (101) adaptado para escuchar dichos mensajes de datos (300) que pasan por dicho bus de campo (3); - un transmisor de datos (102) adaptado para transmitir dichos mensajes de datos (300) a dicho sistema de adquisición de datos (2); y - un módulo de aislamiento (103) adaptado para aislar eléctricamente dicho transmisor de datos (102) de dicho detector de datos (101) y de dicho bus de campo (3), aislando así eléctricamente dicho sistema de adquisición de datos (2) de dicho bus de campo (3) tal que dicho sistema de adquisición de datos (2) está limitado por dicho módulo de aislamiento (103) a escuchar únicamente dichos mensajes de datos (300) que pasan por dicho bus de campo (3). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Un conjunto de cables para acceder a datos a partir de un bus de campo en material rodante
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a la monitorización y el diagnóstico remotos y a prueba de fallos de los activos y componentes ferroviarios a bordo del material rodante.
Antecedentes de la invención
El ferrocarril juega un papel importante en la creación de un futuro sostenible para el transporte en todo el mundo. El transporte ferroviario puede ayudar a abordar el cambio climático, combatir la congestión vial, generar crecimiento económico para un país, contribuir a la (re)industrialización de este país, y proporcionar movilidad a los ciudadanos. El material rodante es un elemento esencial dentro de los sistemas ferroviarios y de transporte, pero también es uno de los más complejos. El término material rodante se refiere a cualquier vehículo que se desplaza sobre una vía férrea. Por lo general, comprende vehículos tanto con motor como sin motor, por ejemplo, locomotoras, vagones de ferrocarril, autocares, y vagones. A partir del tren de rodaje hasta la protección contra incendios y la salud y seguridad en el trabajo, pasando por la resistencia y la durabilidad, los accionamientos, los frenos, los sistemas de regulación y control, todas las funcionalidades del material rodante relacionadas con la seguridad deben estar en perfecto estado de funcionamiento en todo momento. Los documentos WO2015/088887A1, US2016/359741A1 y US2016/359741A1 describen los sistemas adecuados para la transmisión de datos.
El documento WO 2015/088887 A1 divulga en la figura 5 un conjunto de cables adaptado para proporcionar un sistema de adquisición de datos con mensajes de datos que pasan por un bus de campo, comprendiendo dicho conjunto de cables: un receptor de datos adaptado para escuchar dichos mensajes de datos que pasan por dicho bus de campo; un transmisor de datos adaptado para transmitir dichos mensajes de datos a dicho sistema de adquisición de datos; en donde dicho bus de campo comprende dos líneas de mensajes de datos, estando adaptadas ambas líneas de mensajes de datos para transportar una señal; en donde dicho detector de datos está acoplado a solo una de dichas dos líneas de mensajes de datos y en donde dicho detector de datos solo escucha la señal de una de dichas líneas de mensajes de datos; y un módulo de aislamiento que se interpone de manera eléctrica entre dicho receptor de datos y dicho transmisor de datos y está adaptado para aislar de manera eléctrica dicho transmisor de datos de dicho receptor de datos y de dicho bus de campo, aislando así de manera eléctrica dicho sistema de adquisición de datos de dicho bus de campo.
En la actualidad, la monitorización del rendimiento de los activos ferroviarios y componentes del material rodante se planifica periódicamente para detectar y/o prever un posible mal funcionamiento y/o un fallo de cada activo y/o componente ferroviario. Cada defecto, avería o falla de cada activo o componente ferroviario es detectada de forma individual e independiente, por ejemplo, por un manipulador de material rodante a bordo del material rodante. Cada vez que se identifica una falla o una serie de fallas, el material rodante se lleva a un taller para una inspección profunda y un diagnóstico y reparación. La monitorización y/o diagnóstico del rendimiento de los activos ferroviarios a bordo y los componentes del material rodante requiere, por lo tanto, una inmovilización temporal pero repetitiva a lo largo del año del material rodante. Llevar el material rodante para diagnóstico y reparación aumenta el tiempo de inactividad del material rodante, lo que es muy inconveniente en el contexto de la gestión de una flota ferroviaria.
Otra preocupación en la gestión de flotas ferroviarias es que los operadores y mantenedores se enfrentan a una gran complejidad de datos: cada locomotora o vagón de ferrocarril comprende un conjunto diferente de dispositivos a bordo los cuales pueden ser compatibles con diferentes protocolos de comunicación de bus de campo desarrollados para flotas ferroviarias, por ejemplo, con un Bus de vehículo multifunción también denominado MVB, o Protocolo de instrumentación de Fábrica también denominado FIP, Profibus o Red de Área de Controlador también denominado CAN. Además, el conjunto de dispositivos a bordo varía de una locomotora o vagón a otro. Por ejemplo, la locomotora Prima de Alstom consta de un bus de Protocolo de Instrumentación de Fábrica, también conocido como bus FIP y una batería, a la vez que una locomotora Euro4000 de Stadler consta de un motor EMD, una batería, un EM 2000 y un sensor de combustible.
Por lo tanto, hoy en día quedan diversos desafíos para acceder a los datos del material rodante. Los operadores y mantenedores confían en una pluralidad de PCs de diagnóstico y en la disponibilidad de expertos para realizar el mantenimiento del material rodante. Cada PC de diagnóstico comprende conocimientos especializados y está adaptado para monitorizar y diagnosticar un componente a bordo de la locomotora o vagón de ferrocarril. Es decir, a cada tipo de componente de la locomotora o vagón le corresponde un PC de diagnóstico diferente. Esto aumenta la complejidad de acceder a los datos de los dispositivos a bordo del material rodante. Además, esto da como resultado la creación de bases de datos locales e incompletas en cada PC de diagnóstico las cuales los operadores y los mantenedores deben exportar manualmente después, por ejemplo, a través de memorias USB, etc. Por lo tanto, el conocimiento detallado y fiable sobre el estado de la locomotora o vagón de ferrocarril no está generalizado en primera instancia y no se puede compartir. Por lo tanto, acceder a los datos del material rodante no es procesable y, por lo general, ocurre demasiado tarde. De hecho, la intervención de un experto para diagnosticar la causa de un fallo de un
componente se planifica después de que ya se ha producido el fallo. Esto es incompatible con la implementación de un soporte en tiempo real para el conductor de la locomotora o vagón de ferrocarril.
El acceso a los datos del material rodante en la actualidad plantea aún más problemas de seguridad. Todo el sistema que comprende el material rodante debe cumplir con los requisitos de seguridad de acuerdo con las normas y directivas nacionales e internacionales. Los PCs de diagnóstico y las memorias USB utilizadas por los operadores y mantenedores constituyen una intrusión en el sistema de material rodante y amenazan la integridad de la seguridad del material rodante. De hecho, ejecutar el software desarrollado para probar y diagnosticar equipos originales en material rodante puede restablecer las configuraciones del bus de campo al cual está acoplado el equipo. Existe el riesgo de que acceder a los datos del material rodante ponga en peligro la seguridad de la locomotora o del vagón de ferrocarril.
Es un objetivo de la presente invención divulgar un conjunto de cables que supere las deficiencias identificadas anteriormente de las soluciones existentes. Más concretamente, es un objetivo divulgar un conjunto de cables que permita acceder de forma segura a los datos del material rodante para controlar y diagnosticar de forma remota el rendimiento del equipo a bordo del material rodante, minimizando así el tiempo de inactividad del material rodante.
Resumen de la invención
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, los objetivos definidos anteriormente se logran mediante un conjunto de cables adaptado para proporcionar un sistema de adquisición de datos con mensajes de datos que pasan por un bus de campo de material rodante, comprendiendo el conjunto de cables:
- un detector de datos adaptado para escuchar los mensajes de datos que pasan por el bus de campo;
- un transmisor de datos adaptado para transmitir los mensajes de datos al sistema de adquisición de datos;
en donde el bus de campo comprende dos líneas de mensajes de datos, estando adaptadas ambas líneas de mensajes de datos para transportar una señal diferencial redundante; en donde el detector de datos está acoplado solo a una de las dos líneas de mensajes de datos y en donde el detector de datos solo escucha la señal diferencial redundante solo a partir de una de las líneas de mensajes de datos; y
- un módulo de aislamiento que se interpone de manera eléctrica entre el receptor de datos y el transmisor de datos y está adaptado para aislar de manera eléctrica el transmisor de datos del receptor de datos y del bus de campo, aislando así de manera eléctrica el sistema de adquisición de datos del bus de campo;
en donde el detector de datos está adaptado además para convertir la señal diferencial redundante en una señal TTL y enviar la señal TTL al módulo de aislamiento;
en donde el módulo de aislamiento está adaptado además para transmitir la señal TTL recibida a partir del receptor de datos al transmisor de datos;
en donde el transmisor de datos está adaptado además para convertir la señal TTL en una señal diferencial y enviar la señal diferencial al sistema de adquisición de datos, limitando así el módulo de aislamiento el sistema de adquisición de datos a escuchar únicamente los mensajes de datos que pasan por el bus de campo.
El conjunto de cables de acuerdo con la presente invención se interpone entre uno o más elementos o componentes ferroviarios a bordo del material rodante y un sistema de adquisición de datos también a bordo del material rodante. En otras palabras, el conjunto de cables se introduce a bordo del material rodante entre uno o más dispositivos a bordo de un tren y el tren con el fin de escuchar de forma encubierta la comunicación que pasa en un bus de campo que acopla una pluralidad de dispositivos al material rodante. La instalación del conjunto de cables a bordo del material rodante es fácil ya que el conjunto de cables consta de un conector el cual simplemente debe enchufarse en el bus de campo o en un dispositivo. No hay limitación de ancho de banda ni submuestreo de datos con el conjunto de cables de acuerdo con la presente invención y las dimensiones del conector del conjunto de cables se mantienen cortas para minimizar el impacto del conjunto de cables en el tiempo de propagación de los mensajes de datos. El módulo de aislamiento del conjunto de cables aísla de manera eléctrica el transmisor de datos del receptor de datos y del bus de campo, respectivamente. El conjunto de cables de acuerdo con la presente invención es entonces totalmente pasivo en el bus y recoge una copia electrónica de los mensajes de datos que pasan por el bus de campo sin interferir con los mensajes de datos que pasan por el bus de campo. En otras palabras, el conjunto de cables de acuerdo con la presente invención recopila una copia electrónica de los mensajes de datos que pasan por el bus de campo de una manera no intrusiva en el bus de campo sin afectar los mensajes de datos originales que pasan por el bus de campo y sin afectar las características o las configuraciones del propio bus de campo. A continuación, el conjunto de cables transmite los mensajes de datos escuchados al sistema de adquisición de datos, por ejemplo, a través de un enlace de datos de alta velocidad. Por ejemplo, el enlace de datos de alta velocidad es RS-485 de 1.5 Mbps. Alternativamente, el conjunto de cables transmite el sistema de adquisición de datos escuchado a través de la red Ethernet. El sistema de adquisición de datos no puede escribir comandos y/o enviar mensajes de datos en el bus de campo a través del conjunto de cables. Por lo tanto, el conjunto de cables de acuerdo con la presente invención protege el bus de campo y los activos y dispositivos ferroviarios acoplados de posibles atajos, sobretensiones, inversión de clavijas, etc. que se
producirían en el lado del sistema de adquisición de datos. El conjunto de cables cumple además con los requisitos de seguridad de acuerdo con las normas y directivas nacionales e internacionales.
En otras palabras, el módulo de aislamiento del conjunto de cables de acuerdo con la presente invención impide que el transmisor de datos escriba comandos en el bus de campo y/o envíe o transmita mensajes de datos o cualquier otro tipo de mensajes al bus de campo. El módulo de aislamiento del conjunto de cables de acuerdo con la presente invención impide así que el sistema de adquisición de datos escriba comandos en el bus de campo y/o envíe o transmita mensajes de datos o cualquier otro tipo de mensajes al bus de campo. El conjunto de cables de acuerdo con la presente invención solo intercepta mensajes de datos que pasan por un bus de campo sin interferir con el bus de campo y sin modificar ni los mensajes de datos que son interceptados ni los mensajes de datos que pasan por el bus de campo. En otras palabras, los mensajes de datos que son leídos a partir del bus de campo por el conjunto de cables de acuerdo con la presente invención no se interfieren con el bus de campo. De esta manera, se mantiene la integridad de los mensajes de datos transmitidos por el bus de campo. El módulo de aislamiento del conjunto de cables de acuerdo con la presente invención permite que el sistema de adquisición de datos lea los mensajes de datos que pasan por el bus de campo sin interferir con el bus de campo y sin modificar los mensajes de datos. En otras palabras, el módulo de aislamiento del conjunto de cables de acuerdo con la presente invención permite que el sistema de adquisición de datos reciba los mensajes de datos del bus de campo sin interferir con los mensajes de datos que pasan por el bus de campo y sin modificar los mensajes de datos que pasan por el bus de campo. En otras palabras, el módulo de aislamiento del conjunto de cables de acuerdo con la presente invención permite que el sistema de adquisición de datos monitorice los mensajes de datos del bus de campo sin interferir con los mensajes de datos que pasan por el bus de campo y sin modificar los mensajes de datos que pasan por el bus de campo. En otras palabras, el módulo de aislamiento del conjunto de cables de acuerdo con la presente invención permite que el sistema de adquisición de datos reciba los mensajes de datos del bus de campo sin interferir con los mensajes de datos que pasan por el bus de campo y sin modificar los mensajes de datos que pasan por el bus de campo, y los mensajes de datos siguen pasando por el bus de campo ya que los mensajes de datos no tienen como destino el sistema de adquisición de datos.
De esta forma, el conjunto de cables de acuerdo con la presente invención impide cualquier intrusión no deseada en el bus de campo. Por ejemplo, el conjunto de cables de acuerdo con la presente invención impide que cualquier intruso no deseado piratee el bus de campo para escribir comandos y/o transmitir y/o enviar mensajes de datos o cualquier otro tipo de mensajes en el bus de campo los cuales puedan poner en peligro el funcionamiento correcto y seguro del material rodante y los cuales pudieran poner en peligro la integridad del material rodante y/o de su carga.
El conjunto de cables de acuerdo con la presente invención permite un diagnóstico remoto y en tiempo real y a prueba de fallos de una condición del material rodante. En particular, el conjunto de cables de acuerdo con la presente invención permite la monitorización remota y en tiempo real del rendimiento de los activos y componentes ferroviarios a bordo del material rodante, tales como por ejemplo el sistema de monitorización de la batería de una locomotora y/o el sistema de monitorización de rodamientos de una locomotora o un vagón de ferrocarril, y/o el Sistema de Gestión y Control de trenes de un tren, también denominado TCMS, y/o el sistema de diagnóstico remoto del motor de una locomotora, y/o el sistema de control remoto de energía de un tren, etc. Los mensajes de datos que pasan por el bus de campo comprenden información indicativa del estado de uno o más de los dispositivos acoplados al bus de campo. Gracias al conjunto de cables, la monitorización del rendimiento de los dispositivos y/o el diagnóstico del estado de los dispositivos a bordo del material rodante se realiza de forma continua en el tiempo y, por lo tanto, puede utilizarse para ayudar, por ejemplo, al conductor de una locomotora en tiempo real. De esta manera, el sistema de adquisición de datos puede caracterizar un estado preciso del material rodante y el sistema de adquisición de datos puede detectar eventos transitorios que ocurren a bordo del material rodante. Por lo tanto, el uso del conjunto de cables de acuerdo con la presente invención puede ayudar a un operador y/o un técnico a prever una escasez o falla de uno o más de los dispositivos a bordo del tren y/o puede ayudar al operador y/o al técnico a diagnosticar la escasez o la falla. Además, como el conjunto de cables de acuerdo con la presente invención escucha en un bus de campo al cual se acopla una pluralidad de dispositivos, el conjunto de cables permite que el sistema de adquisición de datos se convierta en una plataforma centralizada de Internet de las Cosas a partir de la cual todos los activos y componentes que se acoplan al bus de campo se pueden comprobar y caracterizar. Esta plataforma uniformada permite la centralización del historial de monitorización y diagnóstico del material rodante, por ejemplo en la nube, y hace que el acceso a los datos del material rodante sea ampliamente accesible para el personal operativo y los expertos que pueden aprovechar el software de análisis de datos.
El conjunto de cables de acuerdo con la presente invención comprende además una fuente de alimentación la cual está acoplada a una unidad de fuente de alimentación incluida en el sistema de adquisición de datos. La fuente de alimentación proporciona energía al receptor de datos y al transmisor de datos del conjunto de cables. Por ejemplo, la fuente de alimentación recibe 5 voltios de la unidad de fuente de alimentación del sistema de adquisición de datos. Alternativamente, la fuente de alimentación del conjunto de cables de acuerdo con la presente invención recibe alimentación de un ordenador, una tableta, un teléfono, un ordenador portátil o una memoria USB.
El conjunto de cables de acuerdo con la presente invención es compacto y se aloja en una carcasa la cual no modifica la impedancia del bus de campo de acuerdo con la especificación. En otras palabras, el conjunto de cables está integrado en una carcasa pequeña y compacta la cual es fácil de montar y acoplar al bus de campo. Un factor de forma pequeño es esencial para impedir el impacto en el bus de campo.
El término material rodante se refiere a cualquier vehículo que se desplaza sobre una vía férrea. Por lo general, comprende vehículos tanto con motor como sin motor, por ejemplo, una o más locomotoras, uno o más vagones de ferrocarril, uno o más coches, y uno o más vagones. En otras palabras, el material rodante comprende motores y vagones que se utilizan en un ferrocarril. En otras palabras, el material rodante comprende uno o más vehículos de ruedas utilizados en un ferrocarril, por ejemplo, una o más locomotoras y/o uno o más vagones de pasajeros y/o uno o más vagones de mercancías y/o uno o más furgones de guardia, etc.
El detector de datos de acuerdo con la presente invención es por ejemplo un transformador tal como por ejemplo el transformador ALT4532M-201-T001 de TDK adaptado para recibir los mensajes de datos del bus de campo, adaptado para convertir los mensajes de datos en señales TTL y adaptado para ser alimentado por la fuente de alimentación. El transmisor de datos de acuerdo con la presente invención es por ejemplo un transmisor tal como por ejemplo el transmisor MAX485 de MAXIM integrado adaptado para convertir las señales TTL en señales diferenciales y adaptado para transmitir las señales diferenciales que comprenden los mensajes de datos al sistema de adquisición de datos y a ser alimentado por la fuente de alimentación. Alternativamente, el transmisor de datos del conjunto de cables es un LAN8720A.
De acuerdo con un aspecto opcional de la invención, el módulo de aislamiento impide que el transmisor de datos transmita mensajes al bus de campo e impide que la adquisición de datos transmita mensajes al bus de campo.
De acuerdo con un aspecto opcional de la invención, el bus de campo es un Bus de Vehículo Multifunción y/o un bus de campo de vehículo que comprende uno de los siguientes protocolos:
- Protocolo de Instrumentación de Fábrica o FIP o WorldFIP;
- Profibus;
- Profinet;
- LonWorks;
- Red de Área de Controlador o CANabierto;
-SAE J1708;
-SAE J1939;
- MODBUS;
- Bus de Tren de Cable o WTB.
Bus de campo de acuerdo con la presente invención es un sistema de red industrial para control distribuido en tiempo real. Bus de campo acopla una pluralidad de instrumentos, dispositivos, componentes y sistemas a bordo de un tren. Bus de campo funciona en una estructura de red la cual normalmente permite topologías de red en cadena, estrella, anillo, rama y árbol. Anteriormente, los ordenadores se conectaban mediante conexiones en serie, por ejemplo RS-232, mediante las cuales solo dos dispositivos podían comunicarse. Bus de campo requiere solo un punto de comunicación a nivel del controlador y permite conectar una pluralidad de puntos analógicos y digitales a bordo de un tren o material rodante al mismo tiempo. Esto reduce tanto la longitud del cable requerido como el número de cables requeridos. Existía inicialmente una forma inicial del estándar IEC 61158 para bus de campo con ocho conjuntos de protocolos diferentes llamados “Tipos”, pero luego los tipos de bus de campo se reorganizaron en familias de perfiles de comunicación, también conocidas como CPFs, por ejemplo, Profibus.
La Red de Comunicación de Trenes, también conocida como TCN, es una combinación jerárquica de dos buses de campo para la transmisión de datos dentro de los trenes. Comprende el Bus de Vehículo Multifunción, también denominado MVB, dentro de cada vehículo y el Bus Tren de Cable, también denominado WTB, para conectar diferentes vagones.
El bus de tren de cable o WTB ha sido diseñado para trenes internacionales de pasajeros con composición variable. El medio consta de un cable de par trenzado blindado duplicado, el cual discurre por los cables UIC entre los vehículos. El conector entre los vehículos es el conector UIC de 18 polos. El conector estándar para los nodos WTB es un conector DIN de 9 clavijas. El nivel físico utiliza niveles RS-485 a una velocidad de datos de 1 Mbit/s. La codificación utiliza un código Manchester II y un protocolo de trama HDLC con un equilibrio de voltaje adecuado para impedir componentes de CC en los transformadores de aislamiento galvánico. El decodificador Manchester utiliza una demodulación de fase/cuadratura, excepto para RS-485 que opera con cruces por cero, lo cual permite abarcar 750 m en las peores condiciones, especialmente cuando solo se equipan los dos vehículos de extremidad, como es el caso de múltiple tracción para trenes de mercancías. Una característica única del WTB es la inauguración del tren en la cual los vehículos recién conectados reciben una dirección en secuencia y pueden identificar el lado del vehículo (llamado babor y estribor como en la marina) para que las puertas se abran en el lado correcto. Se pueden asignar dinámicamente hasta 32 direcciones. Cuando se unen dos composiciones de trenes, las direcciones se reasignan para formar una nueva composición de vehículos con una dirección secuencial. Los vehículos sin nodo WTB no se
cuentan. Las tramas tienen una carga útil máxima de 1024 bits. El WTB opera cíclicamente para proporcionar una operación determinista, con un período de 25 ms, utilizado principalmente para el control de tracción. El WTB también admite la transmisión de datos esporádicos para diagnósticos. El contenido de las tramas periódicas y esporádicas se rige por la norma UIC 556. Dado que el tamaño de la trama es limitado, se utilizó una versión de TCP con sobrecarga reducida para la segmentación y el reensamblaje de mensajes, que al mismo tiempo permite hacer frente a los cambios en la composición, llamada Protocolo en Tiempo Real o r Tp .
El MVB conecta nodos individuales dentro de un vehículo o en un tren cerrado. Cuando el bus de campo es un Bus de Vehículo Multifunción, el conjunto de cables está disponible en tres estándares: Distancias Medias Eléctricas, también denominadas EMD, las cuales utilizan par trenzado blindado con transmisores RS-485 y transformadores para el aislamiento galvánico y para una longitud del conjunto de cables de hasta unos pocos cientos de metros, Distancias Cortas Eléctricas, también denominadas ESD, las cuales utilizan un cableado de plano posterior simple sin aislamiento galvánico y para una longitud del conjunto de cables de hasta algunas decenas de metros, y por último líneas ópticas para distancias de comunicación muy largas y aislamiento galvánico. El MVB opera con 1.5 Mbps a través de pares de cables trenzados y a través de fibras ópticas. Está estructurado con dos canales para garantizar una mayor fiabilidad de transmisión. Estos dos canales están separados en pasajes de un vagón a otro. La transmisión de los mensajes de datos en el MVB está controlada por diversos administradores de bus o solo por un administrador de bus. Con esto, la transferencia de datos es asíncrona. Para el sistema, esto significa que cada administrador de bus tiene su propio reloj. El MVB se basa en el principio maestro-esclavo. El maestro se puede acoplar al bus en cualquier lugar.
De acuerdo con la presente invención, los mensajes de datos pasan periódicamente por el bus de campo y/o pasan esporádicamente por el bus de campo. Por ejemplo, el MVB transfiere principalmente dos tipos de datos: variables de proceso, es decir, datos periódicos, y mensajes, es decir, datos esporádicos. Las variables de proceso son datos cortos, tales como por ejemplo mensajes de datos de 16, 32, 64, 128 o 256 bits, que proporcionan información sobre el estado del tren, por ejemplo su velocidad. Alternativamente, los mensajes de datos comprenden 256 bits. Las variables de proceso se transportan en ciclos, para garantizar una latencia baja, es decir, por debajo de, por ejemplo, 15 ms dentro de un vagón de ferrocarril, y por debajo de, por ejemplo, 100 ms dentro de un tren. Los mensajes son información más larga y permiten el análisis, por ejemplo, de la gestión de la red. La carga del mensaje puede variar en rango a partir de unos pocos bytes hasta megabytes. Los mensajes se envían de acuerdo con la demanda, sin limitaciones de tiempo. Los mensajes de datos periódicos y esporádicos están pasando por el mismo bus en los dispositivos, pero se transmiten alternativamente y nunca juntos. Los mensajes de datos de proceso se transmiten a todos los dispositivos del bus. El maestro es responsable de sondear regularmente al esclavo mediante el envío de una 'Trama Maestra'. Los esclavos monitorizan el bus, y cuando un esclavo recibe una trama maestra solicitando un parámetro que le pertenece, el esclavo envía un mensaje que incluye los datos solicitados.
El Protocolo de Instrumentación de Fábrica o FIP es un protocolo de bus de campo estandarizado definido en la Norma Europea EN50170. Diversos fabricantes de Japón y Estados Unidos se fusionaron con FIP para formar el grupo de estandarización WorldFIP. El primo más cercano de la familia FIP se puede encontrar hoy en el Bus de Tren de Cable para vagones de tren. Sin embargo, un subconjunto específico de WorldFIP, conocido como protocolo FIPIO, se puede encontrar ampliamente en los componentes de las máquinas.
Un Bus de Red de Área de Controlador, también conocido como bus CAN, es un estándar de bus de vehículo robusto diseñado para permitir que los microcontroladores y los dispositivos se comuniquen entre sí en aplicaciones sin un ordenador anfitrión. Es un protocolo con base en mensajes. Como el estándar CAN no incluye tareas de protocolos de capa de aplicación, tal como control de flujo, direccionamiento de dispositivos, y transporte de bloques de datos de más de un mensaje y, sobre todo, datos de aplicación, se crearon diversas implementaciones de protocolos de capa superior. Entre estas implementaciones se encuentran CANabierto - EN 50325-4. CANabierto es un protocolo de comunicación y una especificación de perfil de dispositivo para sistemas integrados que se utilizan en la automatización. En términos del modelo OSI, CANabierto implementa las capas anteriores e incluye la capa de red. El estándar CANabierto consta de un esquema de direccionamiento, diversos protocolos de comunicación pequeños y una capa de aplicación definida por un perfil de dispositivo. Los protocolos de comunicación tienen soporte para gestión de red, monitorización de dispositivos y comunicación entre nodos, que incluyen una capa de transporte simple para segmentación/desegmentación de mensajes. El protocolo de nivel inferior que implementa el enlace de datos y las capas físicas suele ser la Red de Área de Controlador, aunque los dispositivos que utilizan otros medios de comunicación, tales como por ejemplo Ethernet Powerlink, EtherCAT también pueden implementar el perfil de dispositivo CANabierto.
La red operativa local, también conocida como LonWorks, es una plataforma de red creada específicamente para abordar las necesidades de las aplicaciones de control. La plataforma se basa en un protocolo creado por Echelon Corporation para dispositivos de red en medios como par trenzado, líneas eléctricas, fibra óptica, y RF. En cada uno de los estándares creados en torno a la tecnología LonWorks se incluyen típicamente dos tecnologías de señalización de capa física, “topología libre” de par trenzado y portadora de línea eléctrica. La capa de dos cables opera a 78 kbit/s utilizando codificación Manchester diferencial, a la vez que la línea eléctrica alcanza 5.4 o 3.6 kbit/s, dependiendo de la frecuencia. Además, la plataforma LonWorks utiliza un estándar de tunelización de protocolo de Internet afiliado ISO/IEC 14908-4 que utilizan diversos fabricantes para conectar los dispositivos en redes con base en la plataforma LonWorks implementadas previamente y nuevas a aplicaciones con reconocimiento de IP o herramientas de
administración de red remota. Diversas aplicaciones de control con base en la plataforma LonWorks se están implementando con algún tipo de integración de IP, ya sea a nivel de Ul/aplicación o en la infraestructura de controles. Esto se logra con servicios de Red o productos de enrutamiento IP disponibles en el mercado.
SAE J1708 es un estándar utilizado para comunicaciones en serie entre Unidades de Control Electrónico en un vehículo pesado y también entre un ordenador y el vehículo. Con respecto al modelo de interconexión de sistemas abiertos u OSI, J1708 define la capa física. Los protocolos comunes de capa superior que operan sobre J1708 son SAE J1587 y SAE J1922. El estándar define un cable de calibre 18 de 2 cables que funciona a 9600 bit/s. Un mensaje se compone de hasta 21 caracteres, a menos que el motor esté parado y el vehículo no esté en movimiento, en cuyo caso los transmisores pueden exceder la longitud máxima del mensaje de 21 bytes. Los mensajes comienzan con un ID de Mensaje o un carácter MID y terminan con una suma de verificación al final. Los caracteres se transmiten en el formato común 8N1. El hardware utilizado son transceptores RS-485 cableados para operación de colector abierto mediante el uso de una tracción y derribo de las líneas de datos separadas. La transmisión se logra controlando el pin de habilitación del controlador del transceptor. Este método permite que diversos dispositivos compartan el bus sin necesidad de un solo nodo maestro. Las colisiones se impiden al monitorizar el bus a la vez que se transmite el MID para garantizar que otro nodo no haya transmitido simultáneamente un MID con una prioridad más alta.
SAE J1939 es la práctica recomendada del bus del vehículo que se utiliza para la comunicación y el diagnóstico entre los componentes del vehículo. SAE J1939 se utiliza en el área de vehículos comerciales para la comunicación en todo el vehículo, con la capa física definida en ISO 11898. SAE J1939 define cinco capas en el modelo de red OSI de siete capas, y esto incluye la especificación de la Red de Área de Controlador ISO 11898 que utiliza solo el identificador “extendido” de 29 bits para las capas física y de enlace de datos. Bajo J1939/11 y J1939/15, la tasa de datos se especifica como 250 kbit/s, con J1939/14 especificando 500 kbit/s. Todos los paquetes J1939, excepto el paquete de solicitud, contienen ocho bytes de datos y un encabezado estándar el cual contiene un índice denominado Número de Grupo de Parámetros o p Gn , el cual está incorporado en el identificador de 29 bits del mensaje. Un PGN identifica la función de un mensaje y los datos asociados.
Modbus es un protocolo de comunicaciones en serie el cual permite la comunicación entre diversos dispositivos conectados a la misma red. Modbus se usa a menudo para conectar un ordenador de monitorización con una unidad terminal remota en sistemas de control de monitorización y adquisición de datos. A cada dispositivo destinado a comunicarse mediante Modbus se le asigna una dirección única. En redes en serie y MB+, sólo el nodo asignado como Maestro puede iniciar un comando. En Ethernet, cualquier dispositivo puede enviar un comando Modbus, aunque normalmente solo lo hace un dispositivo maestro. Un comando Modbus contiene la dirección Modbus del dispositivo al que está destinado. Solo el dispositivo previsto actuará sobre el comando, aunque otros dispositivos puedan recibirlo. Todos los comandos de Modbus comprenden información de suma de verificación, para permitir que el destinatario detecte errores de transmisión.
De acuerdo con la invención, el detector de datos está acoplado al bus de campo.
De esta forma, el conjunto de cables se enchufa en el bus de campo entre el bus de campo y el sistema de adquisición de datos de tal manera que el detector de datos se acopla al bus de campo. El módulo de aislamiento aísla el transmisor de datos de tal manera que se minimiza la interferencia del conjunto de cables en los mensajes de datos que pasan por el bus de campo.
El módulo de aislamiento se interpone de manera eléctrica entre dicho transmisor de datos y dicho receptor de datos, aislando así de manera eléctrica dicho transmisor de datos de dicho bus de campo.
De esta forma, el conjunto de cables se enchufa en el bus de campo entre el bus de campo y el sistema de adquisición de datos de tal manera que el módulo de aislamiento aísle el transmisor de datos del bus de campo de tal modo que se minimice la interferencia del conjunto de cables en los mensajes de datos que pasan por el bus de campo.
De acuerdo con un aspecto opcional de la invención, el conjunto de cables está adaptado además para escuchar de forma encubierta los mensajes de datos que pasan por el bus de campo, permitiendo así que los mensajes de datos pasen por el bus de campo.
El detector de datos está adaptado además para escuchar de forma encubierta los mensajes de datos que pasan por el bus de campo, permitiendo así que los mensajes de datos pasen por el bus de campo. De esta manera, se mantiene la integridad de los mensajes de datos transmitidos por el bus de campo. El conjunto de cables permite que el sistema de adquisición de datos lea los mensajes de datos que pasan por el bus de campo sin interferir con el bus de campo y sin modificar los mensajes de datos.
De acuerdo con la invención:
- el bus de campo comprende dos líneas de mensajes de datos, estando adaptadas ambas líneas de mensajes de datos para transportar una señal diferencial redundante; y
- el detector de datos solo escucha la señal diferencial redundante solo de una de las líneas de mensajes de datos.
De acuerdo con la invención, el detector de datos no escucha la señal diferencial redundante de la otra línea de mensajes de datos, de tal modo que el conjunto de cables no escucha la señal diferencial redundante de la otra línea de mensajes de datos del bus de campo.
El uso de dos líneas de mensajes de datos en el bus de campo garantiza una mayor fiabilidad de la transmisión de los mensajes de datos. Ambas líneas de mensajes de datos transportan la misma señal diferencial redundante que comprende uno o más mensajes de datos. En otras palabras, cada línea de mensajes de datos comprende dos canales en los cuales se transmite una señal diferencial redundante que comprende uno o más mensajes de datos. El detector de datos solo escucha la señal diferencial redundante de una de las dos líneas de mensajes de datos. De esta forma, en el caso de que se produjera un cortocircuito o fallo en una de las dos líneas de mensajes de datos por el acoplamiento del conjunto de cables y/o por el acoplamiento al sistema de adquisición de datos a través del conjunto de cables lo cual dejaría obsoleta la línea de mensajes de datos, los mensajes de datos podrían seguir pasando por el bus de campo a través de la segunda de las dos líneas de mensajes de datos. En otras palabras, la integridad de la comunicación en el bus de campo está garantizada por el hecho de que el conjunto de cables solo se acopla a una de las dos líneas de mensajes de datos, dejando así la otra línea de mensajes de datos en su estado original. Esto minimiza aún más la interferencia del conjunto de cables con el bus de campo. Esto garantiza además la integridad de la transmisión de datos de los mensajes de datos que pasan por el bus de campo a partir de los activos o dispositivos ferroviarios hasta el material rodante y asegura el funcionamiento normal del material rodante incluso cuando una de las líneas de mensajes de datos está dañada o es defectuosa.
El detector de datos está adaptado además para convertir la señal diferencial redundante en una señal TTL y para enviar la señal TTL al módulo de aislamiento el cual está adaptado para transmitir la señal TTL al transmisor de datos.
El transmisor de datos está adaptado además para convertir la señal TTL en una señal diferencial y para enviar la señal diferencial al sistema de adquisición de datos.
El transmisor de datos transmite una señal diferencial al sistema de adquisición de datos. De esta forma, la señal diferencial puede ser fácilmente procesada por el sistema de adquisición de datos. Por ejemplo, la señal diferencial es compatible con CAN, o RS-485, etc. Alternativamente, el detector de datos convierte la señal diferencial redundante en Ethernet.
De acuerdo con un aspecto opcional de la invención, el módulo de aislamiento es un módulo de aislamiento galvánico.
De acuerdo con un aspecto opcional de la invención, el módulo de aislamiento galvánico comprende una unidad de aislamiento de tierra, adaptada para acceder a una tierra de las dos líneas de mensajes de datos; y el detector de datos está adaptado además para conectar a tierra la señal diferencial redundante de acuerdo con la conexión a tierra.
Por ejemplo, en el caso de un conjunto de cables compatible con ESD, el detector de datos del conjunto de cables escucha los mensajes de datos acoplándose con solo una de las líneas de mensajes de datos a la vez que está de manera eléctrica aislado del bus de campo por el módulo de aislamiento y el módulo de aislamiento galvánico se acopla además a la tierra del bus de campo. De esta forma, el conjunto de cables impide un bucle de masa. El módulo de aislamiento del conjunto de cables aísla el transmisor de datos utilizando la tierra del bus de campo. El módulo de aislamiento proporciona, por ejemplo, un aislamiento de 5 kVolt. Se siguieron las reglas de enrutamiento y las autorizaciones para garantizar 500 voltios de aislamiento entre los dos canales de cada una de las dos líneas de mensajes de datos. Además, se siguieron las reglas de apilamiento de placa y par diferencial para garantizar que la impedancia del enrutamiento integrado estuviera dentro del 10% de la impedancia nominal de 120 ohmios para impedir problemas de integridad de la señal. Se ha tenido cuidado de asegurarse de que la carga introducida en el bus de campo sea lo más pequeña posible, independientemente de que el conjunto de cables esté habilitado (alimentado) o deshabilitado (no alimentado). En este caso, la carga es de 96 kOhms, lo cual introduce una carga menor que 1/64 de un dispositivo ferroviario típico. Se midió que la atenuación entre la entrada del receptor de datos y la salida del transmisor de datos era inferior a 1dB, sin fluctuaciones.
Por ejemplo, en el caso de un conjunto de cables compatible con EMD, el detector de datos del conjunto de cables escucha los mensajes de datos de solo una de las líneas de mensajes de datos. El módulo de aislamiento del conjunto de cables comprende un transformador de aislamiento el cual se utiliza para aislar los circuitos integrados del bus de campo. Se siguieron las reglas de enrutamiento y el espacio libre para garantizar 500 voltios de aislamiento entre los dos canales de cada una de las dos líneas de mensajes de datos. Además, se siguieron las reglas de apilamiento de placa y par diferencial para garantizar que la impedancia del enrutamiento integrado estuviera dentro del 10% de los 120 ohmios nominales para impedir problemas de integridad de la señal. Se ha tenido cuidado de asegurarse de que la carga introducida en el bus de campo sea lo más pequeña posible, independientemente de que el conjunto de cables esté habilitado (alimentado) o deshabilitado (no alimentado). En este caso, la carga es de 96 kOhms, lo cual introduce una carga menor que 1/64 de un dispositivo ferroviario típico. Se midió que la atenuación entre la entrada del receptor de datos y la salida del transmisor de datos era inferior a 1dB, sin fluctuaciones.
De acuerdo con un aspecto opcional de la invención, el conjunto de cables comprende además un filtro de entrada de energía.
De esta forma, el módulo de aislamiento no permite ninguna ruta de conducción directa. En otras palabras, el módulo de aislamiento aplica un principio de aislamiento de secciones funcionales del sistema eléctrico que comprende el bus de campo y el conjunto de cables, impidiendo así que la corriente fluya a partir del conjunto de cables al bus de campo. De esta forma, el ruido generado por la fuente de alimentación del conjunto de cables se filtra para minimizar la propagación del ruido generado por la fuente de alimentación del conjunto de cables al bus de campo por acoplamiento electromagnético. La fuente de alimentación del conjunto de cables comprende además un diodo Zener para proteger el conjunto de cables y el bus de campo contra picos de tensión. Todavía se puede intercambiar energía o información entre el bus de campo y el conjunto de cables por otros medios, tal como por ejemplo capacitancia, inducción u ondas electromagnéticas, o a través de medios ópticos, acústicos o mecánicos. El aislamiento galvánico se utiliza cuando el conjunto de cables y el bus de campo deben comunicarse, pero sus conexiones a tierra pueden tener diferentes potenciales. Es un método eficaz para interrumpir los bucles de tierra al impedir que fluya una corriente no deseada entre dos unidades que comparten un conductor de tierra. El aislamiento galvánico también se usa por seguridad, impidiendo que la corriente accidental llegue a tierra a través del cuerpo de una persona que sostiene el conjunto de cables. El módulo de aislamiento galvánico en general usa transformadores que pueden integrarse en un solo chip, tal como por ejemplo ADM2682 de Analog Devices. Alternativamente, el módulo de aislamiento comprende optoacopladores tales como, por ejemplo, 6N137 de VISHAY.
De acuerdo con un aspecto opcional de la invención, el transmisor de datos comprende una impedancia de entrada superior a 50 kOhms.
De esta forma, el transmisor de datos se aísla aún más del bus de campo, ya que presenta una impedancia superior a la impedancia del bus de campo. Por ejemplo, la impedancia del transmisor de datos es de 60 kOhms, 75 kOhms, o 100 kOhms, etc. y la impedancia del bus de campo es de 100 o 120 Ohms. Los blindajes de los conectores de entrada y salida están conectados internamente a través de la PCB y la caja metálica. El blindaje del conjunto de cables de salida está engarzado en la caja. Todos los blindajes están conectados entre sí.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método para proporcionar un sistema de adquisición de datos con mensajes de datos que pasan por un bus de campo de material rodante usando un conjunto de cables de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo el método las etapas de:
- proporcionar un conjunto de cables de acuerdo con la reivindicación 1;
- escuchar los mensajes de datos que pasan por el bus de campo;
- transmitir los mensajes de datos al sistema de adquisición de datos; y
- en el módulo de aislamiento, aislar de manera eléctrica el sistema de adquisición de datos del bus de campo y limitar el sistema de adquisición de datos mediante el módulo de aislamiento a escuchar únicamente los mensajes de datos que pasan por el bus de campo.
El método de acuerdo con la presente invención permite un diagnóstico remoto y en tiempo real y a prueba de fallos de una condición del material rodante. En particular, el método de acuerdo con la presente invención permite la monitorización remota y en tiempo real del rendimiento de los activos y componentes ferroviarios a bordo del material rodante, tales como por ejemplo, el sistema de monitorización de la batería de una locomotora, y/o el sistema de monitorización de rodamientos de una locomotora o un vagón de ferrocarril, y/o el Sistema de Gestión y Control de Trenes de un tren, también denominado TCMS, y/o el sistema de diagnóstico remoto del motor de una locomotora, y/o el sistema de control remoto de energía de un tren, etc. Los mensajes de datos que pasan por el bus de campo comprenden información indicativa del estado de uno o más dispositivos acoplados al bus de campo. La monitorización del rendimiento de los dispositivos y/o el diagnóstico del estado de los dispositivos a bordo del material rodante se realiza de forma continua en el tiempo y, por lo tanto, puede utilizarse para ayudar, por ejemplo, a un conductor de una locomotora en tiempo real. De esta manera, el sistema de adquisición de datos puede caracterizar un estado preciso del material rodante y el sistema de adquisición de datos puede detectar eventos transitorios que ocurren a bordo del material rodante. Por lo tanto, el uso del método de acuerdo con la presente invención puede ayudar a un operador o a un técnico a prever una falta o un fallo de uno o más de los dispositivos a bordo del tren. Además, como el método de acuerdo con la presente invención escucha en un bus de campo al cual se acopla una pluralidad de dispositivos, el método permite que el sistema de adquisición de datos se convierta en una plataforma centralizada de Internet de las Cosas a partir de la cual todos los activos y componentes acoplados al bus de campo pueden ser probados y caracterizados. Esta plataforma uniformada permite la centralización del historial de monitorización y diagnóstico del material rodante, por ejemplo en la nube, y hace que el acceso a los datos del material rodante sea ampliamente accesible para el personal operativo y los expertos que pueden aprovechar el software de análisis de datos.
El método de acuerdo con la presente invención escucha de forma encubierta la comunicación que pasa por un bus de campo que acopla una pluralidad de dispositivos al material rodante. No hay limitación de ancho de banda o submuestreo de datos con el método de acuerdo con la presente invención. La escucha se realiza estando aislado de manera eléctrica del bus de campo. El método de acuerdo con la presente invención es entonces totalmente pasivo en el bus y recoge una copia electrónica de los mensajes de datos que pasan por el bus de campo sin interferir con
los mensajes de datos que pasan por el bus de campo. En otras palabras, el método de acuerdo con la presente invención recopila una copia electrónica de los mensajes de datos que pasan por el bus de campo de forma no intrusiva en el bus de campo sin afectar a los mensajes de datos originales que pasan por el bus de campo y sin afectar a las características o configuraciones del propio bus de campo. A continuación, el método transmite los mensajes de datos escuchados al sistema de adquisición de datos, por ejemplo, a través de un enlace de datos de alta velocidad. Preferiblemente, el sistema de adquisición de datos no puede escribir comandos y/o enviar mensajes de datos en el bus de campo. Por lo tanto, el método de acuerdo con la presente invención protege el bus de campo y los activos y dispositivos ferroviarios acoplados de posibles atajos, sobretensiones, inversión de clavijas, etc. que se producirían en el lado del sistema de adquisición de datos. El método cumple además con los requisitos de seguridad de acuerdo con las normas y directivas nacionales e internacionales.
En otras palabras, el método de acuerdo con la presente invención impide que el sistema de adquisición de datos escriba comandos en el bus de campo y/o envíe o transmita mensajes de datos o cualquier otro tipo de mensajes al bus de campo. El método de acuerdo con la presente invención solo intercepta mensajes de datos que pasan por un bus de campo sin interferir con el bus de campo y sin modificar ni los mensajes de datos que son interceptados ni los mensajes de datos que pasan por el bus de campo. En otras palabras, los mensajes de datos que se leen del bus de campo de acuerdo con el método de acuerdo con la presente invención no se interfieren en el bus de campo. De esta manera, se mantiene la integridad de los mensajes de datos transmitidos por el bus de campo. El método de acuerdo con la presente invención permite que el sistema de adquisición de datos lea los mensajes de datos que pasan por el bus de campo sin interferir con el bus de campo y sin modificar los mensajes de datos. En otras palabras, el método de acuerdo con la presente invención permite que el sistema de adquisición de datos reciba los mensajes de datos del bus de campo sin interferir con los mensajes de datos que pasan por el bus de campo y sin modificar los mensajes de datos que pasan por el bus de campo.
De esta forma, el método de acuerdo con la presente invención impide cualquier intrusión no deseada en el bus de campo. Por ejemplo, el método de acuerdo con la presente invención impide que cualquier intruso no deseado piratee el bus de campo para escribir comandos y/o transmitir y/o enviar mensajes de datos o cualquier otro tipo de mensajes en el bus de campo que puedan poner en peligro el funcionamiento correcto y seguro de material rodante y que pudiera poner en peligro la integridad del material rodante y/o de su carga.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 ilustra esquemáticamente una realización de un conjunto de cables de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada de la(s) realización(es)
De acuerdo con una realización que se muestra en la Figura 1, un conjunto 1 de cables de acuerdo con la presente invención se acopla a un bus 3 de campo y se coloca entre un dispositivo 30 de bus de campo acoplado al bus 3 de campo y un sistema 2 de adquisición de datos del material 10 rodante. El bus 3 de campo es un Bus de Vehículo Multifunción o un bus de campo de vehículo que comprende FIP o Profibus o CAN o Profinet o LonWorks. El conjunto de cables comprende un receptor 101 de datos, un transmisor 102 de datos y un módulo 103 de aislamiento. El conjunto 1 de cables está acoplado al dispositivo 30 de bus de campo a través de un conector 20. El conector 20 es, por ejemplo, un tipo de conector D-Sub de 9 clavijas. De acuerdo con una realización alternativa, el conector 20 es un tipo de conector Deutsch HD10-9-96P. De acuerdo con otra realización alternativa, el conector 20 es un tipo de conector M12. El receptor 101 de datos escucha los mensajes 300 de datos que pasan por el bus 3 de campo. El receptor 101 de datos escucha de forma encubierta los mensajes 300 de datos que pasan por el bus 3 de campo, lo que permite que los mensajes 300 de datos pasen por el bus 3 de campo entre el conector 20 y el conector 21 del conjunto 1 de cables. El conector 21 es, por ejemplo, un tipo de conector D-Sub de 9 clavijas. De acuerdo con una realización alternativa, el conector 21 es un conector de tipo RJ-45. De acuerdo con otra realización alternativa, el conector 21 es un tipo de conector Deutsch DT04-4P. El bus de campo comprende dos líneas 31; 32 de mensajes de datos, ambas líneas 31; 32 de mensajes de datos llevan una señal 302 diferencial redundante. El receptor 101 de datos está acoplado a solo una de las dos líneas 31; 32 de mensajes de datos, por lo que escucha la señal 302 diferencial redundante solo a partir de una de las dos líneas 31; 32 de mensajes de datos. El receptor 101 de datos no está acoplado a la otra de las dos líneas 31; 32 de mensajes de datos. En otras palabras, la señal 302 diferencial redundante en la otra de las dos líneas 31; 32 de mensajes de datos no es escuchada por el conjunto 1 de cables. El receptor 101 de datos convierte la señal 302 diferencial redundante en una señal 303 TTL y envía la señal 303 TTL al módulo 103 de aislamiento. El módulo 103 de aislamiento se interpone de manera eléctrica entre el receptor 101 de datos y el transmisor 102 de datos. El receptor 101 de datos solo escucha la señal 302 diferencial redundante solo de una de las dos líneas 31; 32 de mensajes de datos. El receptor 101 de datos no escucha en la otra de las dos líneas 31; 32 de mensajes de datos. En otras palabras, la señal 302 diferencial redundante en la otra de las dos líneas 31; 32 de mensajes de datos no es escuchada por el conjunto 1 de cables. El módulo 103 de aislamiento aísla de manera eléctrica al receptor 101 de datos del transmisor 102 de datos y envía la señal 303 TTL recibida del receptor 101 de datos al transmisor 102 de datos. El transmisor 102 de datos convierte la señal 303 TTL en una señal 304 diferencial y envía la señal 304 diferencial al sistema 2 de adquisición de datos. El transmisor 102 de datos está acoplado al sistema 2 de adquisición de datos a través de, por ejemplo, un enlace 301 de datos de alta velocidad. El enlace 301 de datos de alta velocidad es, por ejemplo, un enlace adaptado para transferencias de velocidad de 1.5 Mbits/segundo. De acuerdo con una realización alternativa, el enlace 301 de datos de alta velocidad es, por ejemplo, un enlace
adaptado para velocidades de transferencia de 10 Mbits/segundo. De acuerdo con una realización alternativa, el transmisor 102 de datos está acoplado al sistema 2 de adquisición de datos a través de un cable multipar controlado por impedancia de 100 o 120 ohmios. El módulo 103 de aislamiento comprende un módulo de aislamiento galvánico. Opcionalmente, el módulo de aislamiento galvánico comprende una unidad 104 de aislamiento de tierra la cual accede a la tierra 33 del bus 3 de campo. En otras palabras, la unidad 104 de aislamiento de tierra accede a la tierra 33 de las líneas 31; 32 de mensajes de datos y pone a tierra la señal 302 diferencial redundante de acuerdo con la tierra 33, aislando así de manera eléctrica el transmisor 102 de datos del receptor 101 de datos. El conjunto 1 de cables comprende además un filtro 105 de entrada. El filtro 105 de entrada de energía, por ejemplo, comprende una ferrita y condensadores. El filtro 105 de entrada de energía recibe energía 4 del sistema 2 de adquisición de datos y el filtro 105 de entrada de energía alimenta a cambio el transmisor 102 de datos y el módulo 103 de aislamiento a través de la energía 4.
Aunque la presente invención se ha ilustrado con referencia a realizaciones específicas, será evidente para los expertos en la técnica que la invención no se limita a los detalles de las realizaciones ilustrativas anteriores, y que la presente invención está limitada únicamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, las presentes realizaciones deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas, estando indicado el alcance de la invención por las reivindicaciones adjuntas en lugar de por la descripción anterior. Además, el lector de esta solicitud de patente comprenderá que las palabras “que comprende” o “comprende” no excluyen otros elementos o etapas, que las palabras “un” o “una” no excluyen una pluralidad, y que un solo elemento, como un sistema informático, un procesador, u otra unidad integrada puede cumplir las funciones de diversos medios enumerados en las reivindicaciones. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no se interpretará como una limitación de las respectivas reivindicaciones en cuestión. Los términos “primero”, “segundo”, “tercero”, “a”, “b”, “c” y similares, cuando se usan en la descripción o en las reivindicaciones se introducen para distinguir entre elementos o etapas similares y no describen necesariamente un orden secuencial o cronológico. De manera similar, los términos “superior”, “ inferior”, “sobre”, “debajo” y similares se introducen con fines descriptivos y no necesariamente para indicar posiciones relativas. Debe entenderse que los términos así usados son intercambiables bajo las circunstancias apropiadas y las realizaciones de la invención son capaces de operar de acuerdo con la presente invención en otras secuencias, o en orientaciones diferentes de la(s) descrita(s) o ilustrada(s) anteriormente.
Claims (10)
1. Un conjunto (1) de cables adaptado para proporcionar un sistema (2) de adquisición de datos con mensajes (300) de datos que pasan por un bus (3) de campo de material (10) rodante, comprendiendo dicho conjunto (1) de cables: - un receptor (101) de datos adaptado para escuchar dichos mensajes (300) de datos que pasan por dicho bus (3) de campo;
- un transmisor (102) de datos adaptado para transmitir dichos mensajes (300) de datos a dicho sistema (2) de adquisición de datos;
en donde dicho bus (3) de campo comprende dos líneas (31; 32) de mensajes de datos, estando ambas líneas (31; 32) de mensajes de datos adaptadas para transportar una señal (302) diferencial redundante; en donde dicho receptor (101) de datos está acoplado a solo una de dichas dos líneas (31; 32) de mensajes de datos y en donde dicho receptor (101) de datos solo escucha dicha señal (302) diferencial redundante solo a partir de una de dichas líneas (31; 32) de mensajes de datos; y
- un módulo (103) de aislamiento interpuesto de manera eléctrica entre dicho receptor (101) de datos y dicho transmisor (102) de datos y adaptado para aislar de manera eléctrica dicho transmisor (102) de datos de dicho receptor (101) de datos y de dicho bus (3) de campo, aislando de este modo de manera eléctrica dicho sistema (2) de adquisición de datos de dicho bus (3) de campo;
en donde dicho receptor (101) de datos está además adaptado para convertir dicha señal (302) diferencial redundante en una señal (303) TTL y para enviar dicha señal (303) TTL a dicho módulo (103) de aislamiento;
en donde dicho módulo (103) de aislamiento está además adaptado para transmitir dicha señal (303) TTL recibida de dicho receptor (101) de datos a dicho transmisor (102) de datos;
en donde dicho transmisor (102) de datos está además adaptado para convertir dicha señal (303) TTL en una señal (304) diferencial y para enviar dicha señal (304) diferencial a dicho sistema (2) de adquisición de datos, dicho módulo (103) de aislamiento limitando de ese modo dicho sistema (2) de adquisición de datos a escuchar únicamente dichos mensajes (300) de datos que pasan por dicho bus (3) de campo.
2. Un conjunto (1) de cables de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho módulo (103) de aislamiento está adaptado para impedir que dicho transmisor (102) de datos transmita mensajes a dicho bus (3) de campo y para impedir que dicho sistema (2) de adquisición de datos transmita mensajes a dicho bus (3) de campo.
3. Un conjunto (1) de cables de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho bus (3) de campo es un Bus de Vehículo Multifunción y/o un bus de campo de vehículo que comprende uno de los siguientes protocolos:
- Protocolo de Instrumentación de Fábrica o FIP o WorldFIP;
- Profibus;
- Profinet;
- LonWorks;
- Red de Área de Controlador o CANabierto;
-SAE J1708;
-SAE J1939;
-MODBUS;
- Bus de Tren de Cable o WTB.
4. Un conjunto (1) de cables de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho conjunto (1) de cables está adaptado además para escuchar de forma encubierta dichos mensajes (300) de datos que pasan por dicho bus (3) de campo, permitiendo así que dichos mensajes (300) de datos pasen en dicho bus (3) de campo.
5. Un conjunto (1) de cables de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho módulo (103) de aislamiento es un módulo de aislamiento galvánico.
6. Un conjunto (1) de cables de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dicho módulo de aislamiento galvánico comprende una unidad (104) de aislamiento de tierra, adaptada para acceder a una tierra (33) de dichas dos líneas (31; 32) de mensajes de datos; y en donde dicho receptor (101) de datos está adaptado además para conectar a tierra dicha señal (302) diferencial redundante de acuerdo con dicha conexión a tierra (33).
7. Un conjunto (1) de cables de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicho conjunto (1) de cables comprende además un filtro (105) de entrada de energía.
8. Un conjunto (1) de cables de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho transmisor (102) de datos comprende una impedancia de entrada superior a 50 kOhms.
9.
10. Un método para proporcionar un sistema (2) de adquisición de datos con mensajes (300) de datos que pasan por un bus (3) de campo de material (10) rodante utilizando el conjunto de cables de la reivindicación 1, comprendiendo dicho método las etapas de:
- proporcionar un conjunto de cables de acuerdo con la reivindicación 1;
- escuchar dichos mensajes (300) de datos que pasan por dicho bus (3) de campo;
- transmitir dichos mensajes (300) de datos a dicho sistema (2) de adquisición de datos; y
- en dicho módulo (103) de aislamiento, aislar de manera eléctrica dicho sistema (2) de adquisición de datos de dicho bus (3) de campo y limitar dicho sistema (2) de adquisición de datos mediante dicho módulo (103) de aislamiento a escuchar únicamente dichos mensajes (300) de datos que pasan por dicho bus (3) de campo.
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