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PROGRAMMA DI RICERCA
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Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
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- 2 - Future applicazioni del paradigma peer-to-peer
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- 7 - Metodologie di progettazione di sistemi multiprocessore on-chip basati sul concetto di piattaforma
- 8 - Metodologie avanzate per il controllo di sistemi ibridi
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- 10 - Convertitori Integrati DC/DC a Commutazione Risonante per Alimentazione Distribuita
Classificazione scientifico-disciplinare
- Area scientifico disciplinare: Ingegneria industriale e dell'informazione
Classificazione brevettuale
- ELECTRICITY
- GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF (systems for regulating electric or magnetic variables in general, e.g. using transformers, reactors or choke coils, combination of such systems with static converters G05F; [N: digital function or clock generators] for digital computers G06F1/00, [N: G06F1/025, G06F1/04]; transformers H01F; connection or control of one converter with regard to conjoint operation with a similar or other source of supply H02J; dynamo-electric converters H02K47/00; controlling transformers, reactors or choke coils, control or regulation of electric motors, generators or dynamo-electric converters H02P; pulse generators H03K [N: ; Static converters specially adapted for igniting or operating discharge lamps H05B41/28]) [C0311]
- EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS (indicating or signalling undesired working conditions G01R, e.g. G01R31/00, G08B; locating faults along lines G01R31/08; emergency protective devices H01H)
- GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
Classificazione geografica
- Regione: Veneto
Bibliografia
Azionamento di trazione[1] A.Avizienis, J.C.Laprie, B.Randell, C.Landwehr: "Basic concepts and taxonomy of dependable and secure computing", IEEE Trans. on Dependable and Secure Computing, vol. 1, n. 1, 2004
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Sistema di Alimentazione
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Equipaggiamenti ausiliari
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Rete di Comunicazione
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[11] R.Isermann, R.Schwarz and S.Stolzl, “Fault-tolerant drive-by-wire systems”, IEEE Control Systems Magazine , vol. 22, n. 5, pp. 64-81, October 2002.
Parole Chiave
APPARATI ELETTRICI; DEPENDABILITY; CONVOGLI FERROVIARI; AZIONAMENTI PER TRAZIONE; ALIMENTAZIONE POLITENSIONE; RETE DI COMUNICAZIONE A BORDO TRENO; AUSILIARI A BORDO TRENOProgettazione orientata alla fidatezza (dependability) di apparecchiature elettriche a bordo dei convogli ferroviari.
Università degli Studi di PadovaAbstract
I moderni convogli ferroviari hanno a bordo un numero elevato di apparecchiature elettriche che possono essere raggruppate in quattro sistemi:- il sistema di alimentazione, formato da un trasformatore (per le linee elettrificate in alternata) e da convertitori statici dell'energia elettrica per la regolazione di tensione sulla condotta di potenza,
- l'azionamento di trazione, formato dai motori in alternata e da invertitori di tensione per l'alimentazione controllata dei motori,
- gli equipaggiamenti ausiliari, formati da una moltitudine di dispositivi (circuiti di illuminazione, motocompressori, batterie, ecc.) e dai convertitori statici di condizionamento della loro tensione di alimentazione,
- la rete di comunicazione, che collega apparecchiature e dispositivi di bordo per una loro gestione integrata.
La qualità del servizio svolto dal sistema treno (e la sua sicurezza) dipende dal corretto funzionamento di tutti i sistemi sopraccitati. L'incremento della complessità dei sistemi, la richiesta di nuove funzionalità e l'impiego sempre più esteso di unità elettroniche di controllo sono fattori che tendono a ridurre la correttezza del servizio.
Il presente programma di ricerca si inserisce in questo scenario, di scottante attualità e di grande interesse sociale ed economico, e si propone di ripensare la progettazione delle apparecchiature elettriche alla luce delle accresciute esigenze di sicurezza e di qualità del servizio. Lo strumento teorico col quale si intende affrontare l'argomento è la teoria della dependability (fidatezza), sviluppata di recente per inquadrare in modo organico lo studio e la progettazione di sistemi critici per la sicurezza. Essa è quindi direttamente applicabile alle apparecchiature elettriche a bordo treno il cui corretto funzionamento è un requisito essenziale per la sicurezza dei viaggiatori, ma anche per l'integrità del convoglio ferroviario e dell'ambiente. Tuttavia la sua applicazione può essere estesa, ancorché con requisiti diversi, anche agli altri apparati elettrici con lo scopo di migliorare la qualità del servizio.
Il programma vede la partecipazione di quattro Unità di Ricerca, che si sono riconosciute nella premessa scientifica sopra delineata, sviluppando programmi di ricerca centrati su una progettazione dependable di apparecchiature elettriche a bordo dei convogli ferroviari. Questa progettazione si contrappone all'approccio classico che si pone come obiettivo il soddisfacimento delle prestazioni mentre il conseguimento del livello di affidabilità è lasciato alla scelta della componentistica.
Le Unità di Ricerca e i sistemi elettrici trattati nel programma sono le seguenti:
- l'Unità di Pisa tratta l'azionamento di trazione
- l'Unità di Napoli tratta il sistema di alimentazione
- l'Unità di Trieste tratta gli equipaggiamenti ausiliari
- l'Unità di Padova tratta la rete di comunicazione.
Il programma prevede quattro fasi che, in sintesi, sono dedicate a
- lo studio della dependability globale e singola delle apparecchiature elettriche a bordo treno,
- la progettazione delle apparecchiature secondo criteri di dependability,
- l'allestimento di prototipi e/o modelli per il test delle apparecchiature,
- la valutazione del grado di dependability raggiunto.
Il risultato della ricerca sarà rappresentato da procedure e soluzioni progettuali delle apparecchiature elettriche a bordo treno, improntate a criteri di dependability. Un risultato non meno importante sarà la competenza acquisita dalle diverse Unità nello studio e nella sperimentazione di sistemi elettrici dependable. Un aspetto di rilievo del progetto è la presenza di collaboratori di ricerca afferenti ad aziende ed enti, fra cui Trenitalia. Se da un lato questa presenza testimonia l'interesse applicativo del tema di ricerca, dall'altro essa potrà supportare le Unità in un'azione di trasferimento tecnologico verso l'esterno delle conoscenze acquisite in materia. <<<
Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Giuseppe BUJA Università degli Studi di PADOVAObiettivo del Programma di Ricerca
Nel passato le apparecchiature elettriche per applicazioni ferroviarie erano progettate secondo criteri di semplicità e di economicità. Molte apparecchiature erano d'ausilio per gli operatori che ne controllavano il funzionamento e, ove necessario, intervenivano direttamente per porre rimedio ad eventuali guasti o, più in generale, ai malfunzionamenti degli apparati. Da qualche anno il contesto tecnologico è cambiato sostanzialmente: le apparecchiature svolgono compiti sempre più numerosi e complessi e spesso sostituiscono completamente gli operatori nell'espletamento di funzioni critiche rispetto alla qualità del servizio ma anche rispetto alla sicurezza. E' diventato pertanto necessario realizzare apparecchiature con prefissati livelli di operatività, ottenuti generalmente con una scelta "robusta" della componentistica. Questa soluzione non si avvale però delle potenzialità che potrebbe offrire un approccio che abbracci la progettazione delle apparecchiature stesse e che la esegua ricorrendo a metodiche e soluzioni rese disponibili dai recenti sviluppi scientifici e tecnologici. Il presente programma di ricerca si propone l'obiettivo di colmare questa lacuna, affrontando la progettazione delle apparecchiature a bordo treno secondo criteri improntati alla teoria della dependability (spesso tradotto con il termine fidatezza).In campo ferroviario, la teoria della dependability è stata di recente adoperata per la progettazione degli impianti fissi di segnalamento. Con il programma di ricerca in oggetto essa sarà applicata anche alla progettazione delle apparecchiature elettriche di un treno. Il programma inizia analizzando le funzionalità delle apparecchiature a bordo treno con particolare attenzione ai guasti e al loro effetto sullo svolgimento del servizio richiesto. Sulla base di questa analisi e al fine di migliorare il livello di dependability delle apparecchiature, il programma prevede di esaminare in sede di progettazione soluzioni architetturali, strutturali e funzionali in grado di contrastare i guasti e i loro effetti. Successivamente questi studi saranno formalizzati in procedure di progettazione e saranno applicati nello sviluppo di apparecchiature di prova. La validità delle procedure sarà verificata mediante test di comportamento ai guasti, condotti dapprima con l'aiuto di programmi di simulazioni e quindi su allestimenti prototipo o su modelli in scala. Lo scopo precipuo di questi test è di sottoporre le apparecchiature alle diverse situazioni di guasto e di dimostrare la loro capacità di reagire secondo le modalità stabilite in sede di progetto.
Nel programma di ricerca saranno prese in considerazione sia le apparecchiature di potenza a bordo treno (il sistema di alimentazione e l'azionamento di trazione) sia gli equipaggiamenti cosiddetti ausiliari (ma di fatto indispensabili per l'operatività di un treno e per il comfort dei passeggeri) sia la rete di comunicazione della quale sono ormai dotati tutti i moderni convogli ferroviari per lo scambio dati tra le apparecchiature. Al programma di ricerca partecipano quattro Unità di Ricerca e ciascuna si farà carico di una tipologia di apparecchiatura. In particolare, l'Unità di Pisa si occuperà dell'azionamento di trazione, l'Unità di Napoli del sistema di alimentazione, l'Unità di Trieste degli equipaggiamenti ausiliari e l'Unità di Padova della rete di comunicazione.
L'obiettivo del programma di ricerca sarà raggiunto tramite passi intermedi. Una tappa importante è l'incontro tra le Unità che avverrà durante la prima fase del progetto con una duplice finalità: la costituzione di una base comune di conoscenze sulla teoria della dependability e un'analisi d'insieme dei requisiti di dependability dei sistemi elettrici a bordo di un convoglio ferroviario. L'analisi avrà lo scopo di individuare le interazioni esistenti tra le apparecchiature in caso di guasto e di determinare i livelli di dependability delle singole apparecchiature.
L'obiettivo finale del programma di ricerca si concretizza in obiettivi specifici per le apparecchiature prese in esame dalle singole Unità.
L'obiettivo dell'Unità di Pisa è lo sviluppo di un'architettura dell'azionamento di trazione con elevate caratteristiche di dependability. L'obiettivo sarà raggiunto selezionando una architettura che si presta ad implementare soluzioni costruttive e/o tecniche di controllo in grado di ridurre e/o reagire efficacemente a situazioni di guasto. L'efficacia delle soluzioni adottate sarà inizialmente esaminata per mezzo di simulazioni. Quindi sarà eseguita la progettazione delle soluzioni che garantiscono il miglior livello di dependability e la validità delle scelte fatte sarà verificata mediante prove sperimentali condotte su un prototipo in scala ridotta.
L'Unità di Napoli ha come obiettivo l'analisi di strutture tolleranti ai guasti per le apparecchiature di conversione statica del sistema di alimentazione a bordo treno. Le apparecchiature forniscono energia sia all'azionamento di trazione che agli equipaggiamenti ausiliari e la loro capacità di reiezione ai guasti è pertanto strategica per il livello di dependability del sistema treno. Saranno analizzate sia strutture che, in caso di guasto, rimangono totalmente operative sia strutture che continuino a funzionare con prestazioni ridotte. Lo studio sarà condotto sui vari tipi esistenti di sistemi di alimentazione (per linee in continua, per linee in alternata e per sistemi di tipo politensione) e prenderà in considerazione anche le caratteristiche di dependability del trasformatore nei sistemi dove esso è presente.
L'obiettivo dell'Unità di Trieste è il miglioramento del livello di dependability dell'equipaggiamento ausiliario elettrico. Per conseguire l'obiettivo, saranno studiate e sviluppate tecniche di tolleranza ai guasti adatte alla peculiarità dell'apparato considerato. Infatti esso può essere pensato come un sistema distribuito, costituito da molte apparecchiature interagenti fra loro e caratterizzate da diversi livelli di criticità. Lo studio si concentrerà principalmente sui convertitori destinati alla alimentazione dei dispositivi ausiliari e sulle relative unità di controllo.
L'Unità di Padova ha come obiettivo l'analisi e la sperimentazione di una rete di comunicazione ad elevata dependability per applicazioni a bordo treno. Il programma di ricerca prevede l'esame dei moderni protocolli di comunicazione appositamente sviluppati per applicazioni critiche rispetto alla sicurezza e la realizzazione di una rete basata sul protocollo con le prestazioni migliori. La rete sarà dapprima provata al banco e successivamente su un dimostratore ferroviario (emulatore H/S delle apparecchiature a bordo treno) realizzato all'uopo con lo scopo di determinare le caratteristiche di dependability (e le prestazioni di comunicazione) della rete in condizioni realistiche. Il programma di ricerca include inoltre il confronto sia in sede di analisi che sperimentale con il protocollo oggi in uso (TCN).
Altri obiettivi del progetto sono la condivisione e il confronto fra le Unità delle esperienze progettuali e dei risultati, anche parziali, ottenuti e la diffusione del know-how acquisito verso la comunità scientifica e industriale. L'azione di condivisione e confronto si rende necessaria per la novità dei contenuti della richiesta ed il suo impegnativo sviluppo; essa favorirà lo scambio delle esperienze, pregresse o acquisite in itinere, da tutti i partecipanti al progetto e da ciò non potrà che trarre giovamento l'attività di ricerca di tutte le Unità. La diffusione del know-how avverrà con iniziative di presentazione e divulgazione della ricerca (sito web, giornata di studi, pubblicazioni interunità). Per la gestione di queste attività sarà costituito un comitato tecnico, formato dai responsabili e dal coordinatore, che si farà carico di garantire lo scambio di informazioni tra le Unità e promuovere le iniziative verso l'esterno. <<<
Durata
24 mesiBase di partenza scientifica nazionale o internazionale
Nei moderni sistemi di trasporto collettivo di rilevante importanza economico-sociale, quale quello ferroviario, la sicurezza, l'espletamento del servizio atteso, la disponibilità del sistema e il ridotto numero di riserve rappresentano requisiti irrinunciabili. Il perseguimento di questi obiettivi è reso ancora più difficile dal fatto che, per ragioni tecniche e storiche, le reti ferroviarie nazionali ed internazionali sono caratterizzate da diversi livelli di tensione e dalla diversa natura dell'alimentazione (c.c. o c.a.). In questi ultimi anni, inoltre, l'unione europea (direttiva 96/48/EC) spinge verso la realizzazione di sistemi di trasporto ferroviario interoperabili; ossia per l'introduzione di locomotori capaci di funzionare con linee aventi caratteristiche elettriche differenti. Pertanto agli apparati a bordo treno, è richiesto -da un lato- il miglioramento continuo delle prestazioni funzionali per soddisfare la domanda del mercato e -dall'altro- la capacità di assolvere compiti sempre più complessi, che spaziano dalla robustezza nei confronti di eventi che possono danneggiare o alterare il funzionamento delle apparecchiature alla diagnosi on-line del materiale rotabile, alla fornitura di nuovi servizi ausiliari di bordo che, per inciso, sono in forte evoluzione e assorbono una potenza non più trascurabile rispetto a quella di trazione.E' evidente che la maggiore complessità strutturale e funzionale degli apparati non deve andare a scapito della loro affidabilità e disponibilità. Al contrario oggi è necessario migliorare tali parametri perché l'utenza richiede un servizio sempre più efficiente, oltre che più sicuro. Il problema della qualità del servizio ferroviario è stato risolto in diversi modi: utilizzando componenti più robusti, impiegando apparecchiature con alta manutenibilità, introducendo sistemi diagnostici sofisticati, ridondando componenti e/o apparecchiature, ecc. Queste soluzioni coprono però solo aspetti settoriali del problema: ad esempio, la diagnostica deve essere accompagnata da adeguate tecniche di tolleranza per garantire la continuità del servizio, le ridondanze risolvono problemi di disponibilità locale dello specifico dispositivo, ecc. In definitiva nella situazione attuale manca un approccio unitario al problema della qualità del servizio e non esiste un quadro di riferimento teorico che fornisca gli strumenti necessari. I partecipanti al programma di ricerca ritengono che la risposta a queste carenze consista da un lato nell'affrontare le problematiche poste dalla qualità del servizio in sede di progettazione delle apparecchiature e dall'altro nell'utilizzare la teoria della dependability per condurre il progetto.
La teoria della dependability fornisce in modo sistematico gli strumenti per lo studio e la progettazione di sistemi critici rispetto alla sicurezza, alla continuità del servizio, ecc. Dopo aver definito la dependability come la ragionevole fiducia che il servizio erogato da un sistema sia quello atteso, la teoria si occupa, tra l'altro, di
- analizzare le cause che compromettono la dependability: sono i guasti che avvengono nei dispositivi e che si propagano nel sistema producendo un suo funzionamento non corretto (malfunzionamento),
- utilizzare grandezze misurabili ben note: l'affidabilità, la disponibilità, la manutenibilità e la sicurezza per quantificare il livello di dependability,
- predisporre le tecniche in grado di aumentare la dependability: le principali sono la prevenzione, la tolleranza, la rimozione e la previsione. La tecnica più nota è la tolleranza; essa consta sostanzialmente di tre stadi (rilevazione del malfunzionamento, il confinamento dello stesso e la riconfigurazione del sistema) con modalità di intervento correlate al livello di funzionalità richiesto per il sistema in presenza di malfunzionamenti. Il livello può essere di tipo operational (il sistema continua a svolgere il servizio), di tipo safe (il sistema si porta in uno stato sicuro) oppure di tipo silent (il sistema si pone in uno stato in cui non interferisce con gli altri sistemi). Le tecniche di tolleranze sono generalmente attuate con l'impiego di risorse addizionali (ridondanze) hardware e/o software capaci di monitorare le funzioni svolte dal sistema e/o di sostituirsi in parte o in toto al sistema. La tecnica più efficace per ottenere un elevato livello di dependability è però la previsione ed è applicata in sede di progetto. Essa si sviluppa in due stadi:
- l'analisi della causa dei guasti e di come essi si propagano per produrre un malfunzionamento,
- l'individuazione di soluzioni progettuali adatte o a prevenire i malfunzionamenti o a reagire ad essi con un impiego ragionato delle tecniche di tolleranza.
Nel programma di ricerca viene considerato un convoglio ferroviario, composto da un locomotore e da un certo numero di vetture passeggeri. Nel locomotore sono alloggiati il sistema di alimentazione, l'azionamento di trazione, una parte dell'equipaggiamento ausiliario elettrico e alcuni dei nodi della rete di comunicazione. Le carrozze, invece, hanno a bordo la parte rimanente dell'equipaggiamento ausiliario elettrico e gli altri nodi della rete di comunicazione.
Il sistema di alimentazione, formato da convertitori statici ed, eventualmente, da un trasformatore, risulta particolarmente complesso nei locomotori politensione. La situazione attuale (EN 50163) prevede linee di alimentazione alternata monofase a 25kV/50Hz e 15kV/16,67Hz e linee in continua a 3kV e a 1,5 kV. Chopper a più livelli per le linee in continua e trasformatore a più secondari con in cascata raddrizzatori a quattro quadranti per le linee in alternata sono le soluzioni base oggi utilizzate per i convertitori statici del sistema di alimentazione, con la coesistenza di entrambe nei locomotori politensione. La disponibilità di componenti a semiconduttore ad elevata tensione nominale e con frequenza di commutazione maggiore rispetto a quelli della precedente generazione consente, nel caso di linee in continua, di semplificare le strutture di conversione e suggerisce, nel caso di linee in alternata, l'impiego di configurazioni innovative. Su queste ultime, ad esempio, si sta valutando l'opportunità di utilizzare un convertitore alternata/alternata connesso direttamente alla linea di alimentazione e di collegare il trasformatore all'uscita del convertitore. Il trasformatore si trova così ad operare a frequenze maggiori della frequenza di linea e le sue dimensioni possono essere notevolmente ridotte. A valle del sistema di alimentazione è collegato l'azionamento di trazione, costituito da un chopper quando i motori di trazione sono a corrente continua oppure da un invertitore trifase a due o più livelli quando i motori di trazione sono di tipo asincrono. Nello stadio intermedio a corrente continua sono pure collegati vari dispositivi con lo scopo di livellare la tensione (condensatori), di filtrare le armoniche (circuiti LC), di proteggere gli stadi a valle da sovratensioni e/o rotture del sistema di alimentazione (crowbar), ecc., dispositivi che svolgono un ruolo essenziale nel garantire il corretto funzionamento delle apparecchiature di potenza. Dall'analisi della letteratura scientifica emerge che l'attività di ricerca sui sistemi di alimentazione e sugli azionamenti di trazione è quasi esclusivamente tesa ad ottimizzare le prestazioni delle apparecchiature, mentre rivolge scarsa attenzione all'analisi di topologie circuitali e tecniche di controllo intrinsecamente tolleranti ai guasti. Solo di recente sono apparsi alcuni articoli in cui si affronta questo tema proponendo l'utilizzo di strutture multilivello con un numero di livelli talvolta maggiore di quelli necessari per sostenere le tensioni di lavoro. Il maggior numero complessivo di componenti è controbilanciato infatti non solo dalla riduzione delle perdite per effetto Joule e dal miglioramento della compatibilità elettromagnetica, ma anche dalla ridondanza intrinseca delle configurazioni che consentono di generare lo stesso livello di tensione con diversi stati di commutazione; se opportunamente sfruttata, tale proprietà può dar luogo a convertitori con un'elevata capacità di tolleranza ai guasti.
L'equipaggiamento ausiliario elettrico dei veicoli ferroviari è un sistema complesso, costituito da numerosi sottosistemi (nel seguito chiamati ausiliari). I principali ausiliari sono i circuiti per il comando a distanza degli apparati di bordo, i circuiti di illuminazione interna e di segnalamento luminoso esterno (fanali), i motocompressori, la batteria di accumulatori e il carica-batteria, i motoventilatori per il raffreddamento delle apparecchiature di potenza, gli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento, ecc. Ogni ausiliario (o gruppo di ausiliari) è alimentato direttamente o indirettamente da un convertitore elettronico (chiamato per brevità convertitore ausiliario) caratterizzato da valori di potenza e di tensione minore rispetto ai convertitori del sistema di alimentazione o dell'azionamento di trazione. In linea di principio l'impiego di due convertitori, uno di riserva all'altro, garantisce il funzionamento del relativo ausiliario anche in caso di guasto di un convertitore. Tuttavia, per ragione di costo e spazio, di solito si adottano soluzioni che si limitano ad assicurare i servizi essenziali. Per esempio, in caso di guasto del convertitore, i circuiti di comando e i circuiti di illuminazione vengono alimentati dalla batteria di accumulatori tampone. Un'altra soluzione consiste nell'impiegare due convertitori ausiliari, di potenza inferiore a quella di un unico convertitore; un convertitore provvede all'alimentazione degli ausiliari critici rispetto al funzionamento del treno (come ad esempio i motoventilatori di raffreddamento dei convertitori di trazione e i motocompressori) mentre l'altro convertitore alimenta carichi non critici. Se il convertitore che alimenta i carichi critici si guasta, il convertitore superstite è commutato sui carichi critici e i carichi non critici restano privi di alimentazione. Da queste considerazioni si riconosce che l'equipaggiamento ausiliario elettrico costituisce un sistema complesso di apparecchiature di tipo distribuito con una forte interazione operativa. Il suo corretto funzionamento richiede pertanto l'applicazione di tecniche di gestione dei flussi energetici con una specifica programmazione dei livelli di dependability. In queste apparecchiature i guasti sono spesso imputabili alle unità elettroniche di controllo dei convertitori e, pertanto, le tecniche di tolleranza per livelli di funzionalità di tipo operational devono prevedere la ridondanza dell'hardware e/o del software delle unità.
Il numero crescente di apparecchiature e dispositivi dislocati nei moderni veicoli ferroviari e la necessità di una loro gestione integrata hanno imposto l'impiego di reti di comunicazione per la loro connessione. Sulla rete transitano informazioni che sono vitali per la sicurezza dei passeggeri e per l'integrità del convoglio e dell'ambiente attraversato. Di conseguenza la rete di comunicazione deve essere dependable. Per quanto riguarda l'hardware l'esigenza è soddisfatta utilizzando componenti robusti e ridondando quelli più cruciali. Per quanto riguarda il protocollo di comunicazione, esso deve possedere le prestazioni necessarie per garantire la correttezza della comunicazione, la rivelazione dei malfunzionamenti e la non interrompibilità delle trasmissioni critiche. La rete di comunicazione impiegata nei treni europei utilizza il protocollo TCN (Train Communication Network), sviluppato negli anni 90 e basato su un modello di comunicazione master-slave. Una peculiarità di TCN, indispensabile per le applicazioni nei convogli ferroviari, è la capacità di configurarsi in modo automatico quando viene variata la sua composizione per l'attacco o lo stacco di carrozze. La rete TCN, tuttavia, non possiede servizi efficienti né per il riconoscimento né per la gestione dei malfunzionamenti di rete; pertanto non garantisce l'operatività della rete anche in caso di malfunzionamenti di poco conto, con la perdita di informazioni che possono essere importanti per la qualità del servizio e, nel caso siano legate alla sicurezza, con l'arresto del treno e la riduzione della disponibilità del servizio ferroviario. Negli ultimi tempi sono stati introdotti protocolli di comunicazione di nuova concezione (i protocolli time-triggered) per applicazioni critiche rispetto alla sicurezza. La loro peculiarità è la dependability, essenzialmente legata ai servizi di comunicazione implementati (modalità di accesso al bus, condivisione fra i nodi delle informazioni sullo stato della rete, meccanismi di riconoscimento dei malfunzionamenti, gestione delle ridondanze). I protocolli time-triggered oggi esistenti sono TTP/C, TTCAN e FlexRay. Il FlexRay, nato per applicazioni automobilistiche, non è componibile e quindi non si presta all'impiego in ambito ferroviario. Gli altri due saranno argomento di studio. Oltre ad essi, verrà preso in considerazione il protocollo FlexCAN che, pur non essendo time-triggered, ha ottime proprietà di dependability in quanto è predisposto per la gestione di nodi ridondati con ridondanza di ordine qualunque.
Al programma di ricerca in oggetto partecipano quattro Unità con competenze di ricerca teorica ed applicata, maturate nell'ambito di programmi universitari e di contratti con aziende, in tema di:
- funzionamento, progettazione e controllo di azionamenti di trazione (Pisa),
- progettazione e sperimentazione di sistemi di alimentazione e di convertitori di potenza (Napoli),
- progettazione e sperimentazione di unità a microprocessore e controllo di convertitori e di azionamenti di piccola-media potenza (Trieste),
- caratterizzazione sperimentale ed applicazione di reti di comunicazione industriali (Padova),
Alle attività del programma partecipa un partner industriale (TTControl srl, società partecipata di TTTech, azienda che ha sviluppato e applicato le prime reti di comunicazione time-triggered) e collaborano tecnici dell'industria e ingegneri di aziende del settore ferroviario.
Sulla base dello stato dell'arte sopra illustrato e tenendo conto delle esperienze scientifiche ed industriali dei partecipanti al progetto, il coordinatore ritiene che esistano le premesse tecnologiche e le capacità professionali per affrontare e portare a compimento con successo il programma di ricerca descritto. <<<



