Hệ thống giám sát Pantograph của tàu điện với các sản phẩm mô-đun CompactPCI của Advantech
05/05/2021
Giới thiệu
Hầu hết các hệ thống MRT và đường sắt tốc độ cao ở đô thị đều chạy bằng điện và pantograph là thiết bị được gắn trên nóc các đoàn tàu để thu năng lượng từ các dây cáp trên cao và chuyển năng lượng điện cho các đoàn tàu.
Pantographs chứa nhiều thành phần làm cho việc kiểm tra và giám sát an toàn trở nên phức tạp. Việc kiểm tra thủ công truyền thống không hiệu quả nên một số công ty đường sắt đã bắt đầu sử dụng các công nghệ tiên tiến để xây dựng hệ thống giám sát nhằm phát hiện các vấn đề tiềm ẩn về thiết bị để họ có thể chủ động khắc phục. Tuy nhiên, có những khó khăn trong việc phát triển các hệ thống giám sát này. Ngoài việc không gian lắp đặt hạn chế, một hệ thống giám sát phải thu thập một lượng lớn dữ liệu hình ảnh và cảm biến.
Giải pháp giám sát sử dụng các sản phẩm dòng CompactPCI của Advantech vì độ tin cậy cấp công nghiệp và hiệu suất cao. Sử dụng thẻ mở rộng dạng mô-đun, một bảng nối đa năng duy nhất có thể được trang bị nhiều đơn vị xử lý, nhiều cổng giao tiếp và nhiều không gian lưu trữ với khả năng thay đổi nóng để dễ bảo trì. Hệ thống cũng cung cấp thiết kế tản nhiệt tuyệt vời và các tính năng chống rung và hoạt động ở dải nhiệt động rộng.
Yêu cầu hệ thống
Một công ty công nghệ cao ở Trung Quốc chuyên cung cấp các giải pháp giám sát trực tuyến về an toàn giao thông đường sắt đô thị, được nhận dự án thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát pantograph cho đường sắt được sử dụng rộng rãi ở các thành phố cấp một và cấp hai của Trung Quốc. Để cải thiện độ an toàn và độ chính xác của việc giám sát tàu, một công ty đường sắt ở Trung Quốc đã lên kế hoạch nâng cấp hệ thống giám sát pantograph gắn trên tàu của họ. Tuy nhiên, không gian lắp đặt các đoàn tàu được sử dụng cho hệ thống giám sát khá nhỏ và việc tản nhiệt sẽ là một vấn đề.
Hệ thống mới sẽ cần nhiều camera và các thiết bị cảm biến xung quanh pantograph trên nóc tàu để đánh giá tình trạng của thiết bị bằng cách thu thập dữ liệu hình ảnh, video, nhiệt độ và điện áp. Vì hệ thống cần thu thập một lượng lớn dữ liệu và xử lý theo thời gian thực, nên các thông số kỹ thuật của hệ thống cần cao hơn nhiều so với yêu cầu phổ thông về hiệu suất, tính linh hoạt của I/O, dung lượng lưu trữ, độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị.
Nhà tích hợp hệ thống (SI) xác định rằng IPC hoặc Box PC thông thường sẽ không đủ linh hoạt hoặc không hiệu quả về chi phí. Việc sử dụng chúng cũng sẽ gây khó khăn cho việc nâng cấp hoặc mở rộng trong tương lai nên họ đã quyết định lựa chọn các sản phẩm CompactPCI kích cỡ 3U của Advantech và liệt kê các yêu cầu sau:
- Sản phẩm CompactPCI có kích cỡ 3U phù hợp với chiều cao và chiều rộng của giá đỡ trên tàu với đặc tính tản nhiệt tuyệt vời.
- Bảng nối đa năng cung cấp hơn 20 khe trống để định cấu hình nhiều đơn vị tính toán cần thiết để cung cấp hiệu suất tính toán cần thiết.
- Nhiều giao diện I / O để đáp ứng tất cả các nhu cầu thu thập và truyền dữ liệu.
- Các tính năng mở rộng và tương thích tuyệt vời để đáp ứng nhu cầu trong tương lai.
Mô tả hệ thống
Advantech đã cung cấp nhiều sản phẩm CompactPCI 3U cho dự án này thông qua dịch vụ tích hợp một cửa của họ. Các sản phẩm bao gồm vỏ ngoài MIC-3023, bộ xử lý MIC-3332, bảng mạch mang bộ lưu trữ MIC-3954, bảng giao tiếp nối tiếp MIC-3955, mô-đun nguồn MIC-3956, bảng mạch Ethernet MIC-3958C và MIC-3958D Ethernet Switchboard.
Sử dụng giải pháp tổng thể của Advantech, hệ thống giám sát pantograph gắn trên tàu đã giúp thu nhận dữ liệu từ các camera phía trước và thiết bị cảm biến để ghi lại, truyền, lưu trữ và phân tích tất cả các trạng thái hoạt động từ pantograph. Nếu bất kỳ dữ liệu nào vượt quá giá trị tiêu chuẩn, hệ thống sẽ hiển thị cảnh báo đến giao diện người lái (DMI) trong cabin buồng lái, đồng thời gửi các cảnh báo đã thông báo cho người vận hành tại phòng điều khiển trung tâm.
Một sản phẩm quan trọng là bộ xử lý MIC-3332. Việc sử dụng bộ vi xử lý Core-i thế hệ thứ sáu của Intel với bộ nhớ DDR4-2133 lên đến 16GB đã mang lại cho bộ xử lý hiệu năng tính toán vượt trội. Hơn nữa, không giống như bộ nhớ SO-DIMM plug-in thông thường, MIC-3332 sử dụng trực tiếp bộ nhớ tích hợp để có khả năng chống rung tốt hơn. MIC-3332 tuân thủ tiêu chuẩn EN50155 cho các ứng dụng đường sắt. Thiết kế tản nhiệt được tối ưu hóa của nó đã giải quyết hiệu quả các vấn đề tản nhiệt và đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru. Hỗ trợ Plus IO và cung cấp các giao diện I / O phong phú cho phép SI phát huy hết khả năng sáng tạo của họ và thiết kế một hệ thống giám sát hoàn chỉnh.
Một sản phẩm khác, MIC-3023, đã sử dụng khung nVent Schroff 3U, là một vỏ rackmount 19” tiêu chuẩn với một bảng nối thụ động hỗ trợ lên đến 21 khe cắm. Nó phù hợp cho các ứng dụng PCI nhỏ gọn đa hệ thống. Khung máy nVent Schroff có thiết kế mạnh mẽ có thể tản nhiệt hiệu quả cũng như cung cấp khả năng che chắn và bảo vệ RFI vượt trội khỏi chấn động và rung động cao. Ví dụ: bảng nối đa năng có thể chứa ba đơn vị tính toán và hai mô-đun nguồn trên bảng nối đa năng để đáp ứng nhu cầu của hệ thống về tính toán linh hoạt tốc độ cao liên quan đến lượng lớn dữ liệu.
MIC-3954C là bo mạch mang bộ lưu trữ độc lập có tính năng hoán đổi nóng, có nghĩa là nó có thể được hoán đổi nóng trực tiếp mà không cần tắt nguồn. MIC-3955 là một thẻ giao tiếp hỗ trợ nhiều giao tiếp nối tiếp RS-232/422/485. Thẻ giao tiếp cung cấp nhiều chế độ giao tiếp nối tiếp, vì vậy các nhà phát triển có thể chọn chế độ ưa thích của họ theo nhu cầu của dự án mà không cần thay thế thẻ, giúp tiết kiệm chi phí và công sức để tích hợp.
Hơn nữa, MIC-3956 là mô-đun cấp nguồn 110VDC tiêu chuẩn, có thể nhận nguồn điện dưới dạng điện áp đầu vào thông qua đầu cắm M12 hoặc khối thiết bị đầu cuối. MIC-3958C và MIC-3958D là card chuyển mạch Ethernet và Ethernet Gigabit và cả hai sản phẩm đều sử dụng đầu nối M12 tiêu chuẩn để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy.
Advantech có năng lực R&D mạnh mẽ trong các sản phẩm Compact PCI và có nhiều năm kinh nghiệm trong các ứng dụng giao thông vận tải đường sắt. Advantech tiến hành các thử nghiệm toàn diện trên các sản phẩm Compact PCI trước khi chúng xuất xưởng để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm. Do đó, các nhà tích hợp hệ thống có thể tự tin rằng sẽ không gặp rắc rối với việc không tương thích phần cứng để nâng cấp hệ thống trong tương lai.
Sơ đồ hệ thống
Triển khai dự án
- MIC-3023 : 3U CompactPCI enclosure for different types of 3U cards
- MIC-3332 : 3U CompactPCI PlusIO Intel 6th Gen. Quad-Core processor blade
- MIC-3954C : 3U CompactPCI serial carrier board with 2.5" SATA SSD
- MIC-3955 : 3U CompactPCI RS-232/422/485 serial communication card
- MIC-3956 : 3U CompactPCI DC110V input power supply unit
- MIC-3958C : 3U CompactPCI 4 ports M12 X-Code Ethernet card
- MIC-3958D : 3U CompactPCI 3 port/5 port M12 X-Code Ethernet switch card
Kết luận
Để đáp ứng nhu cầu về thu thập dữ liệu quy mô lớn và tính toán tốc độ cao cho hệ thống giám sát pantograph gắn trên tàu, SI cần một giải pháp đa hệ thống với tư cách là máy chủ giám sát, nhưng họ cũng phải giải quyết vấn đề về không gian lắp đặt hạn chế và khó tản nhiệt.
Các sản phẩm mô-đun Compact PCI kích thước 3U của Advantech là một giải pháp mạnh mẽ với hiệu suất tính toán tuyệt vời, tản nhiệt tối ưu, cấu hình linh hoạt, dễ dàng mở rộng và bảo trì dễ dàng. SI đã áp dụng giải pháp Compact PCI của Advantech vì nhiều ưu điểm của nó. Hệ thống giám sát pantograph gắn trên tàu hiện đã được phát triển và triển khai thành công tại nhiều thành phố ở miền nam Trung Quốc, và trở thành một giải pháp tiêu chuẩn để theo dõi chất lượng các pantograph để cung cấp nguồn điện ổn định và an toàn cho hệ thống tàu điện.
-25/MIC-3958A-for-PIS-min20240418110123.png)
-25/MIC-3332-XTM-1-RJ45_r20221206130151.jpg)
-25/MIC-3954_120221107100725.jpg)
-25/MIC-3955-(2)-for-PIS-min20240418110401.png)
