ES2929736T3 - Sistema de monitorización y diagnóstico para un vagón de mercancías inteligente - Google Patents
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Abstract
Un sistema de monitoreo y diagnóstico para un vagón de ferrocarril (10), que comprende múltiples unidades de sensores (1a, 1b y 1c), cada una de las cuales comprende dispositivos de sensores (S) y una unidad de transferencia de datos (D), en el que el conjunto de unidades de sensores comprende al menos al menos un recolector de energía (P), que está configurado para convertir la energía ambiental en energía eléctrica, y un medio de almacenamiento de energía (E), que puede configurarse para almacenar la energía eléctrica generada por el recolector de energía (P), un concentrador de sensores (4) que comprende un subsistema de comunicación (cs) y un receptor (5), en el que las unidades de transferencia de datos (D) están configuradas para que las unidades de sensor (1a, 1b y 1c) transfieran datos detectados/medidos al concentrador de sensores (4) y se configura el subsistema de comunicación (cs), para que el concentrador de sensores (4) transfiera los datos al receptor (5), ya sea por cable o de forma inalámbrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de monitorización y diagnóstico para un vagón de mercancías inteligente
La presente invención se refiere a un sistema de supervisión y diagnóstico, especialmente para vagones de ferrocarril o de carga.
El documento US 2007/152107 A1 divulga un sistema de monitorización y diagnóstico para un vagón de ferrocarril, que comprende múltiples unidades sensoras, cada una de las cuales comprende dispositivos sensores y una unidad de transferencia de datos, donde el conjunto de unidades sensoras comprende al menos un recolector de energía, configurado para convertir la energía ambiental en energía eléctrica, y un medio de almacenamiento de energía configurado para almacenar la energía eléctrica generada por el cosechador de energía y un concentrador de sensores, que comprende un subsistema de comunicación y un receptor, donde la unidad de transferencia de datos está configurada para que las unidades de los sensores transfieran los datos detectados/medidos al concentrador de sensores y el subsistema de comunicación está configurado para que el concentrador de sensores transfiera los datos al receptor, ya sea con cable o de forma inalámbrica.
Cuando se utilizan vagones de carga, equipados con sistemas de frenos neumáticos, para transportar mercancías, es necesario controlar y diagnosticar los vagones de carga, en particular sus sistemas de frenos, pero también las mercancías, para que los encargados de los vagones, los operadores de campo (persona que opera los sistemas de freno mediante operaciones de frenado de prueba, al hacer las composiciones de los trenes antes del transporte), los propietarios de la infraestructura y las empresas de transporte dispongan de información detallada sobre sus activos. Esta información comprende principalmente lo siguiente:
- parámetros del sistema de frenado neumático (encargado del vagón y/o operador de campo),
- parámetros de los rodamientos del eje (encargado del vagón),
- parámetros de la rueda (encargado del vagón),
- parámetros de la vía férrea (propietario de la infraestructura)
- parámetros de la mercancía transportada (empresa de transporte y sus clientes), y
- datos estáticos (composición de los trenes, secuencia de los vagones en un tren).
Los parámetros del sistema de frenos son, por ejemplo, el grosor de las zapatas, los niveles de presión en los tubos de freno, los cilindros de freno y las válvulas de control, etc. Las desviaciones de los niveles de presión medidos con respecto a los niveles de presión óptimos pueden indicar posibles fallos en el sistema de frenos, como un fallo de la válvula de freno, un freno atascado o que se arrastra, lentitud en la aplicación del freno, lentitud en la liberación del freno (estos tiempos de reacción (liberación, aplicación, etc.) se describen detalladamente en las normas ferroviarias específicas (EN15355, UIC540). La superación de estos tiempos indica un fallo en el sistema de frenos. Como consecuencia, estos vagones no están permitidos en el tráfico), carga lenta del depósito o fallo de la válvula de vacío/carga. Los frenos atascados o arrastrados pueden ser identificados también por la detección de un desarrollo de calor no permitido debido a la fricción de la pastilla de freno y el disco de freno / rueda (freno de hilo) por los sensores de temperatura. Los frenos que se arrastran también pueden identificarse por las altas presiones residuales en el sistema (debido a un fallo de liberación lenta), o también por la detección de la posición de la mecánica de los frenos. Los fallos de los cojinetes de los ejes, en el peor de los casos, pueden provocar descarrilamientos. Estos fallos pueden identificarse por un desarrollo de calor no permitido detectado por los sensores de temperatura y también por la monitorización de las presiones del sistema de frenos, donde se puede detectar el exceso de frenado y la falta de frenado del vagón. Un exceso de frenado puede provocar un desarrollo excesivo de calor o el pinchazo de las ruedas, mientras que un frenado insuficiente puede provocar un rendimiento deficiente de los frenos. Los parámetros de las ruedas y los problemas de geometría relacionados con los parámetros de las ruedas se pueden identificar mediante sensores de aceleración colocados en los vagones (en el eje de la rueda y/o en el vagón). Los parámetros de la vía férrea y los problemas de geometría relacionados con los parámetros de la vía férrea, al igual que los parámetros de las ruedas, también se pueden identificar mediante sensores de aceleración. Mediante el uso de un sistema de diagnóstico de frenos se pueden evitar los modos de fallo mencionados, tomando las medidas preventivas necesarias. También hay que supervisar las mercancías de transporte, por ejemplo para determinar el peso de las mercancías cargadas en los vagones, lo que es posible mediante el monitoreo de las presiones de las válvulas con válvulas de relé y válvulas de pesaje incluidas en el sistema de frenos. El método de supervisión depende del tipo de mercancías y vagones. Se utilizan sobre todo sensores de temperatura, presión y aceleración. También hay que tener en cuenta otros parámetros, como el estado de apertura/cierre de las escotillas.
Sin embargo, los vagones de carga con la tecnología más avanzada carecen de una línea de alimentación eléctrica que se extienda a lo largo del tren, lo que dificulta la provisión de diversas funciones electrónicas para diagnosticar los componentes de los vagones o supervisar las mercancías transportadas por los mismos.
Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de monitorización y diagnóstico, especialmente para un vagón de tren/carga, que tenga una estructura sencilla y contenga suficiente energía para realizar diversas funciones electrónicas para diagnosticar los componentes del vagón de tren y/o monitorizar las mercancías transportadas por los vagones de carga.
El problema anterior se resuelve con un sistema de monitorización y diagnóstico según la reivindicación 1. Otros desarrollos ventajosos de la invención se reivindican en las respectivas reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la presente invención, un sistema de monitorización y diagnóstico para un vagón de ferrocarril comprende múltiples unidades sensoras, un concentrador de sensores y un receptor, en donde el conjunto de unidades sensoras comprende al menos un recolector de energía y un medio de almacenamiento de energía. Cada unidad de sensor comprende dispositivos de sensor y una unidad de transferencia de datos. El concentrador de sensores también contiene un subsistema de comunicación y, opcionalmente, también dispositivos sensores.
El recolector de energía está configurado para convertir la energía ambiental en energía eléctrica y puede ser, por ejemplo, un panel fotovoltaico, un generador termoeléctrico, un generador piezoeléctrico, un generador de rodamiento de eje o una pequeña turbina. El recolector de energía se proporciona para energizar los dispositivos sensores y/o la unidad de transferencia de datos, y/o cargar los medios de almacenamiento de energía. Al menos una de las unidades sensoras del sistema de monitorización y diagnóstico incluye un recolector de energía.
Los medios de almacenamiento de energía pueden ser cualquier tipo de baterías, acumuladores, condensadores, ultracondensadores, etc. Al menos una de las unidades sensoras del sistema de supervisión y diagnóstico comprende un medio de almacenamiento de energía.
Es posible que una unidad de sensor no contenga ni un recolector de energía ni un medio de almacenamiento de energía. Una unidad de sensor sin medios de almacenamiento de energía se puede alimentar de otras fuentes, por ejemplo, de otra unidad de sensor con medios de almacenamiento de energía, o del concentrador de sensores.
Los dispositivos sensores pueden ser de cualquier tipo, analógicos o digitales, en función de los parámetros medidos. Lo más habitual es que se utilicen sensores de presión para detectar, por ejemplo, las condiciones del sistema de frenos, sensores de temperatura para detectar, por ejemplo, las condiciones de los rodamientos, y acelerómetros o sensores de vibración para medir, por ejemplo, las geometrías de las ruedas y las vías, como la planitud y la redondez.
La unidad de transferencia de datos es responsable de transferir los datos detectados/medidos de los dispositivos sensores al concentrador de sensores o y el subsistema de comunicación es responsable de transferir los datos del centro de sensores al receptor. La transferencia de datos se puede realizar con cables o de forma inalámbrica.
Otros objetos y ventajas de la presente invención se harán evidentes por referencia a la siguiente descripción de una realización preferida y los dibujos.
La Fig. 1 es un diagrama esquemático de un sistema de monitorización y diagnóstico según una realización de la presente invención.
La Fig. 2 es un diagrama esquemático de las unidades sensoras en dicho sistema de monitoreo y diagnóstico de la Fig. 1.
La Fig. 3 es un diagrama esquemático del concentrador de sensores en dicho sistema de monitorización y diagnóstico de la Fig. 1.
La Fig. 1 muestra un vagón de mercancías 10, su mecanismo de freno 12 y un sistema de supervisión y diagnóstico, que comprende unidades sensoras 1a, 1b y 1c, un concentrador de sensores 4 y un receptor 5. En esta realización, la unidad de sensor 1a está fijada al chasis exterior del vagón de carga 10 para medir, por ejemplo, las presiones del sistema de frenado; las unidades sensoras 1b están fijadas al mecanismo de frenado 12 del vagón de carga 10 para medir, por ejemplo, los parámetros relacionados con el sistema de frenado para determinar si el mecanismo se mueve correctamente o no y/o para medir los grosores de las zapatas de freno; y la unidad de sensor 1c se coloca en el interior del vagón de carga para medir las condiciones de la carga, por ejemplo, una temperatura de la carga (por ejemplo, de los alimentos transportados), una presión de la carga (por ejemplo, de los gases transportados, fluidos, mercancías peligrosas), o una posición de la carga (por ejemplo, de las cajas transportadas, carbón, etc.). El concentrador de sensores 4 está situado en el interior del vagón de carga 10 y está configurado para recibir todos los datos detectados de las unidades sensoras 1a, 1b y 1c. El receptor 5 está situado en un servidor de back-office y está configurado para recibir los datos del concentrador de sensores 4 de forma inalámbrica. Alternativamente, el receptor 5 puede ser colocado en la locomotora o en un lado del camino/vía.
La Fig. 2 muestra una de las unidades sensoras 1a, 1b y 1c. En esta realización, la unidad de sensor 1a / 1b / 1c está provista de un recolector de energía (P), que está configurado para convertir la energía ambiental en energía eléctrica, y un medio de almacenamiento de energía (E), que está configurado para almacenar la energía eléctrica generada por el recolector de energía (P). Además, la unidad de sensores 1a / 1b / 1c contiene dispositivos sensores (S) y una unidad de transferencia de datos (D).
En una realización preferida alternativa, cada una de las unidades sensoras 1a, 1b y 1c comprende dispositivos sensores (S) y una unidad de transferencia de datos (D), pero no todas las unidades sensoras contienen un recolector de energía
(P) o un medio de almacenamiento de energía (E). Es posible que sólo una unidad de sensor 1a / 1b / 1c esté provista de un recolector de energía (P) y que sólo una unidad de sensor 1a / 1b / 1c esté provista de un medio de almacenamiento de energía (E) y que las otras unidades sensoras sean abastecidas con energía desde el único medio de almacenamiento de energía (E).
En otra realización alternativa, las demás unidades sensoras reciben energía de un subsistema de alimentación (ps) del concentrador de sensores 4, que se describe con más detalle a continuación.
La Fig. 3 muestra el concentrador de sensores 4 en el sistema de monitorización y diagnóstico de la Fig. 1. El concentrador de sensores 4 contiene puertos de entrada de sensores analógicos y digitales (ai y di, por sus siglas en inglés), un almacenamiento de datos (ds, por sus siglas en inglés), un subsistema de comunicación (cs, por sus siglas en inglés), un subsistema de energía (ps, por sus siglas en inglés) y dispositivos sensores (sd, por sus siglas en inglés) como un sensor GPS. Los puertos de entrada (ai y di) están configurados para conectar con los dispositivos sensores de las unidades sensoras 1a, 1b y 1c. Los datos de los sensores se almacenan en el depósito de datos (ds) o se envían de forma inalámbrica al receptor 5 mediante el subsistema de comunicación (cs). El almacenamiento de datos (ds) contiene un conjunto de datos estáticos que comprenden, por ejemplo, el número del vagón, el tipo de vagón, los datos del encargado del mismo, etc. El subsistema de energía (ps, por sus siglas en inglés) se proporciona para energizar el propio concentrador de sensores 4.
En otra realización, el subsistema de energía (ps) puede configurarse para dar energía a algunas de las unidades sensoras 1a, 1b y 1c, que no tienen medios de almacenamiento de energía o carecen de energía eléctrica. El subsistema de energía (ps) puede contener cualquier tipo de medio de almacenamiento de energía, como baterías, acumuladores, condensadores, ultracondensadores, etc., y puede ser recargado por el recolector de energía (P) de las unidades sensoras 1a, 1b y 1c. El concentrador de sensores 4 puede estar configurado de forma que el subsistema de energía (ps) sea reemplazable.
En otra realización, el concentrador de sensores (4) puede contener sólo una parte de los dispositivos mencionados anteriormente ai, di, ds, cs, ps y sd.
Como otra realización concreta, un sistema de frenos (no mostrado) del vagón de carga 10 contiene una válvula de control (por ejemplo, una válvula KE™), depósitos de aire (depósito, depósito auxiliar, depósito de emergencia, etc.) y cilindros de freno en comunicación fluida entre sí a través de tuberías de freno. La unidad de sensor 1a está conectada directamente con la válvula de control o integrada en la misma para medir la presión del cilindro de freno, la presión del tubo de freno, la presión del depósito de emergencia, la presión del depósito auxiliar, la presión de control, la presión de la señal de peso, etc. Las unidades sensoras 1b están conectadas con el mecanismo de freno 12 para medir los datos relacionados con la geometría de la rueda. La unidad de sensor 1c está instalada en el vagón de carga 10 para medir los datos relacionados con las mercancías.
Los datos medidos por los sensores 1a, 1b y 1c se envían al concentrador de sensores 4 y de éste al receptor 5. Los datos enviados desde el concentrador de sensores 4 al receptor 5 también pueden contener coordenadas GPS y datos estáticos, como el número de vagón y/o la información del encargado del vagón.
En una realización más detallada, la unidad de sensor 1a está provista de un cosechador de energía (no mostrado), que es una microturbina conectada en la trayectoria del flujo de aire en el sistema de frenado (por ejemplo, la salida a la atmósfera). La microturbina es preferentemente una de las llamadas turbinas Tesla, ya que tiene una baja resistencia al aire cuando se coloca en el flujo de aire. También es posible instalar un depósito de aire adicional en el sistema de frenos y conectar la microturbina en la trayectoria del flujo de aire del depósito adicional. En este ejemplo, la microturbina está configurada para generar energía eléctrica a partir del flujo de aire para cargar los medios de almacenamiento de energía (no mostrados), que, por ejemplo, también están provistos de la unidad de sensor 1 a. El sistema de monitorización y diagnóstico está configurado de manera que la energía almacenada en la unidad de sensor 1 a se puede utilizar para energizar algunas o todas las unidades sensoras 1 a, 1 b y 1 c.
Claims (14)
1. Sistema de supervisión y diagnóstico de un vagón (10), que comprende:
- múltiples unidades sensoras (1a, 1b y 1c), cada una de las cuales comprende dispositivos sensores (S) y una unidad de transmisión de datos (D), donde el conjunto de unidades sensoras comprende al menos un recolector de energía (P), configurado para convertir la energía ambiental en energía eléctrica, y un medio de almacenamiento de energía (E), configurado para almacenar la energía eléctrica generada por el recolector de energía (P),
- un concentrador de sensores (4) que comprende un subsistema de comunicación (cs) y
- un receptor (5),
en donde la unidad de transferencia de datos (D) está configurada para que las unidades sensoras (1a, 1b y 1c) transfieran los datos detectados/medidos al concentrador de sensores (4) y el subsistema de comunicación (cs) está configurado para que el concentrador de sensores (4) transfiera los datos al receptor (5), ya sea con cable o de forma inalámbrica y en donde la unidad de sensor (1a) está conectada directamente o integrada en una válvula de control de un sistema de frenos del vagón (10).
2. Sistema de supervisión y diagnóstico de un vagón (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el concentrador de sensores (4) está provisto de dispositivos sensores (sd).
3. Sistema de monitorización y diagnóstico para un vagón (10) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el concentrador de sensores (4) está provisto de un sensor GPS.
4. Sistema de monitorización y diagnóstico de un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el captador de energía (P) es un panel fotovoltaico, un generador termoeléctrico, un generador piezoeléctrico, un generador de rodamiento de eje o una pequeña turbina.
5. Sistema de monitorización y diagnóstico de un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el captador de energía (P) está previsto para energizar los dispositivos sensores (S) y/o la unidad de transferencia de datos (D), y/o cargar los medios de almacenamiento de energía (E).
6. Sistema de monitorización y diagnóstico de un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de almacenamiento de energía (E) son cualquier tipo de baterías, acumuladores, condensadores o ultracondensadores.
7. Sistema de supervisión y diagnóstico para un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos una unidad de sensor (1a, 1b o 1c) no contiene un captador de energía (P) ni un medio de almacenamiento de energía (E) y está configurada para ser alimentada desde otra unidad de sensor (1a, 1b o 1c) que está provista de un medio de almacenamiento de energía (E), o desde el concentrador de sensores (4).
8. Sistema de supervisión y diagnóstico de un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las unidades sensoras (1a, 1b, 1c) comprenden un sensor de presión, y/o un sensor de temperatura, y/o un acelerómetro, y/o un sensor de vibración.
9. Sistema de monitorización y diagnóstico de un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el receptor (5) es un receptor posicionado en la locomotora, un receptor al lado de la vía o un servidor de back office.
10. Sistema de monitorización y diagnóstico para un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el concentrador de sensores (4) está provisto de un almacenamiento de datos (ds).
11. Sistema de supervisión y diagnóstico de un vagón (10) de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el almacenamiento de datos (ds) del concentrador de sensores (4) está configurado para almacenar datos estáticos del vagón (10).
12. Sistema de monitorización y diagnóstico para un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el captador de energía (P) es una microturbina, que está provista para generar energía eléctrica a partir de un flujo de aire.
13. Sistema de supervisión y diagnóstico de un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el concentrador de sensores (4) comprende al menos un puerto de entrada analógico (ai) o un puerto de entrada digital (di).
14. Sistema de monitorización y diagnóstico para un vagón (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el concentrador de sensores (4) comprende al menos un subsistema de energía (ps).
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