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经典案例 | 安全!稳定!研华模块化CPCI产品建置车载受电弓监测系统,为轨道列车保驾护航

2021-8-9


对于靠电力行驶的地铁与高铁而言,受电弓是为轨道列车采集和传送电力至铁路车辆的重要设备。由于受电弓的组成组件众多,因此其安全检测项目也相当繁琐。传统靠人力检查不仅缺乏实时性,也有效率不高与易于疏漏等问题。 近来,轨道列车已开始运用科技产品建置车载受电弓监测系统,藉此来侦测受电弓的实时状态,以便早一步发现设备的潜在问题。 然而,车载受电弓监测系统的开发有较高难度与复杂度。除了安装空间受限之外,更得采集大量的图像与感测数据,还要进行高速比对与分析。因此,作为系统核心的监测主机若缺乏足够的性能与配置弹性,系统开发必然困难重重,更难同时满足不同应用场景列车的多样需求。 车载受电弓监测系统 持续提升列车安全性与监测精确性 设 备 需 求 中国一家专门为城市轨道交通安全提供在线监测解决方案的高新技术公司,其针对受电弓所开发的多种监测系统被广泛地应用于中国的一线与二线城市之轨道列车上。


为了持续提升列车安全性与监测精确性,该公司计划为车载受电弓监测系统进行升级。但因列车为监测主机所预留的安装空间相当狭小,影响系统运作稳定性的主机散热问题成为开发系统的一大考验

 

此外,由于新系统将于列车的受电弓周边装设多个摄像机和感测装置,透过取得的图像、视频、温度和电压等数据来实时和动态的了解受电弓健康与否。这样的系统需要收集的数据量相当大,同时需要实时处理所采集的资料因此所需的监测主机不论是运算性能、通讯端口种类与数量、以及储存容量都远高于一般需求。


经过评估,该公司认为一般工控机或嵌入式计算机的性能与功能都已被固定,无法根据需求灵活地搭配出具成本效益的方案,日后要调整或扩充也有困难。


选用3U CPCI产品的性能要求

● 尺寸符合列车机架高度与宽度并有良好散热功能的3U CPCI产品

● 超过20个插槽的背板以便配置多个处理器来提供所需运算性能

● 多样化的I/O接口以满足各式各样的数据采集与传输需求

● 系统具备绝佳的扩充和兼容能力,可透过增加周边板卡满足未来扩充需求


研华多款标准3U CPCI产品

一站式服务满足稳定供电与行车安全

研 华 方 案


研华为此项目提供了多款标准3U CPCI产品,分别是:背板MIC-3023、处理器板卡MIC-3332、储存载板MIC-3954、串行通讯卡MIC-3955、电源模块MIC-3956、以太网络卡MIC-3958C、以太网络交换卡MIC-3958D,以一站式服务满足了此项目的所有需求。

 

透过研华完整解决方案组合而成的监测主机,系统整合厂商所设计的车载受电弓监测系统就能接收来自前端的摄像机与感测装置的数据,从而对受电弓运行状态进行记录、传输、存储与分析,当检测资料超出标准值时,除了会显示于列车车载屏幕与监控中心计算机以示警,同时也会自动发送警报通知相关人员。


整套方案中最关键的产品即是处理器板卡MIC-3332。采用Intel第六代四核处理器与最高可达16GB的DDR4-2133内存,让此款板卡拥有高速且强大的运算性能。而且,不同于一般以插入方式提供SO-DIMM内存,MIC-3332的DDR4-2133是直接内建于板卡上的板载内存,在列车行驶中有更好的抗振能力


此外,符合EN50155铁路应用规范的MIC-3332采用了优化的散热设计,有效解决拥挤空间散热不易的问题,也为系统的顺畅运作提供了最佳保障。而支持Plus IO并拥有丰富的I/O接口则让系统整合厂商可以充分发挥创意设计出完善的监测系统。


而另一款产品MIC-3023采用nVent Schroff 3U机箱搭配21插槽的无源背板,特别适合多系统紧凑型之应用。nVent Schroff机箱具备坚固的结构和有效的散热,并在RFI屏蔽以及高冲击和振动性能提供出色的保护。此项目受惠于MIC-3023提供了足够多的插槽,因此能在背板上配置多达三组运算单元与两组电源模块,满足系统需要高速运算大量数据的要求

在其他产品方面,MIC-3954C是热插入的独立储存载板不需关闭电源即可直接更换,对维护来说相当便利。而MIC-3955是支持 RS-232/422/485多种串行模式的通讯卡,能够一卡抵多卡,因此开发者可依实际需求来选用而不用更换板卡。

再则,MIC-3956是标准110VDC的电源模块,可透过M12或Wago连接器接收电源作为输入电压。而MIC-3958C与MIC-3958D则是Gigabit等级的以太网络卡与以太网络交换卡,两款产品都能提供牢固性较佳的M12接头以确保可靠运作


值得一提的是,研华在CPCI产品的研发实力强,且在轨道交通应用领域有多年的成功经验。像此项目的CPCI系列产品不仅能应用于受电弓监测系统,也能应用在轨道障碍物检测与轮对检测等系统。

 

此外,研华CPCI产品在出厂前都对其功能、性能、兼容性、环境、EMC等项目进行过完整的测试以确保产品的质量与可靠度,并订定有长期且完善的产品发展规划,因此系统整合厂商就能免除日后系统升级面临硬件不兼容的困扰,从而加快升级效率与优化升级成本。




为了满足车载受电弓监测系统的大量数据采集与高速运算需求,系统整合厂商需要多系统的解决方案作为监测主机,但同时又要兼顾安装空间受限与散热不易等问题。 而研华模块化3U标准CPCI产品是具有优异性能、散热优化、灵活配置、便于扩充、易于维护等特色的解决方案,高效帮助系统整合厂商解决项目痛点,更能减少硬件维护和升级投资。 此项目的系统整合厂商也因为研华CPCI解决方案多重优点而选用。目前,车载受电弓监测系统已顺利完成开发与建置,并应用于中国华南地区多个城市的轨道列车上,更成为了确保稳定供电与行车安全的强力后盾。