Référence 1 mars 2020
« Condition Based Monitoring » dans le matériel roulant

Rendre la maintenance des véhicules ferroviaires plus efficace, plus rapide et plus économique : telle est la promesse du « Condition Based Monitoring », c'est-à-dire la surveillance des installations en fonction de leur état. La société Westfälische Lokomotiv-Fabrik Reuschling GmbH & Co. KG montre comment les exploitants ferroviaires peuvent réaliser la surveillance de l'état de leurs véhicules ferroviaires.

Le mode de conduite d'une locomotive pendant l'exploitation influe de manière décisive sur la vitesse à laquelle les pièces s'usent ou les consommables s'altèrent. Il est donc judicieux de surveiller en permanence l'état des véhicules ferroviaires. Ce procédé est également appelé « Condition Based Monitoring », c'est-à-dire la surveillance des installations en fonction de leur état. « Si nous connaissons les sollicitations, nous pouvons entretenir nos véhicules de manière dynamique. Mais pour cela, nous avons besoin de données », explique Udo Pinders, gérant de Reuschling. La société Westfälische Lokomotiv-Fabrik est réputée dans l'Europe entière pour sa fiabilité et son savoir-faire dans la remise en état et la modernisation de véhicules ferroviaires de tous types.

Pour garantir un service efficace et une maintenance en fonction de l'état, l'entreprise basée à Hattingen utilise un système modulaire relié au cloud. La technique d'automatisation de WAGO forme l'interface avec le portail J.I.M, un système basé sur le web dédié à la gestion du parc de véhicules ferroviaires. J.I.M signifie « Jobbased Intelligent Monitoring », c'est-à-dire la surveillance intelligente basée sur les tâches. En clair : au lieu de prendre en compte uniquement le nombre d'heures de fonctionnement, le « Condition Based Monitoring » permet de remplacer les pièces d'usure et les consommables seulement lorsque cela est vraiment nécessaire.

« Condition Based Monitoring » : comment WAGO peut vous aider :

Système modulaire relié au cloud : WAGO offre l'interface performante avec le portail J.I.M basé sur le web.
200 valeurs de mesure par seconde : comme le traitement n'était plus possible avec CODESYS, le contrôleur XTR a été programmé avec Linux^®.
Pression, température, accélération : avec le « Condition Based Monitoring », nous pouvons obtenir des informations sur le mode de conduite du mécanicien de locomotive.

Si nous connaissons les sollicitations, nous pouvons entretenir nos véhicules de manière dynamique. Mais pour cela, nous avons besoin de données.

Udo Pinders, gérant de la société Westfälischen Lokomotiv-Fabrik Reuschling GmbH&Co.KG basée à Hattingen. L'entreprise est réputée dans l'Europe entière pour sa fiabilité et son savoir-faire dans la remise en état et la modernisation de véhicules ferroviaires de tous types.

Voici comment fonctionne le « Condition Based Monitoring » dans le matériel roulant

Pour le « Condition Based Monitoring », l'entreprise Reuschling récupère dans un premier temps les données générées dans la commande de sécurité de la locomotive via Modbus TCP et les enregistre via le contrôleur XTR de WAGO. « Mais cela n'est pas suffisant pour pouvoir détecter l'usure », explique Udo Pinders. Il faut également des capteurs supplémentaires que la société Reuschling active directement sur le système WAGO homologué pour les applications ferroviaires. Les contrôleurs XTR du système d'E/S 750 sont spécialement conçus pour une utilisation dans des environnements extrêmes. La solution d'ES XTR insensible aux pannes affiche ainsi un fonctionnement robuste face aux changements de températures, aux vibrations ou aux chocs. Ce sont précisément ces conditions qui caractérisent l'exploitation d'une locomotive dans le trafic de marchandises et les opérations de manœuvre. Le système satisfait donc aux directives du service responsable de la maintenance dans le trafic ferroviaire européen, l'Entité en charge de la maintenance (ECM).

Le « Condition Based Monitoring » permet de générer une empreinte numérique

Dans le cadre du « Condition Based Monitoring », il s'agit principalement de capteurs de pression, de température et d'accélération que l'entreprise Reuschling intègre dans les machines pour la modernisation d'anciennes locomotives de manœuvre. Par exemple, si nous disposons de données sur le déroulement temporel d'accélérations négatives et positives, « nous pouvons en déduire des enseignements sur le mode de conduite du mécanicien de locomotive », explique Michael Lingen, gérant de la société Ikado GmbH basée à Aix-la-Chapelle. Sa société informatique a programmé le contrôleur XTR de WAGO sur Linux^® et a également conçu et implémenté le portail J.I.M sur ordre de la société Reuschling et en collaboration avec celle-ci. « Si nous enregistrons en continu les paramètres de conduite qui sont importants pour nous, nous obtenons dans l'analyse une empreinte numérique ». Cette dernière permet d'expliquer les situations de conduite, elle nous indique si les opérations de manœuvre se sont déroulées de manière souple ou brusque. Au final, cette empreinte numérique nous permet de déterminer quand la prochaine échéance de maintenance doit avoir lieu.

La conception modulaire du système d'E/S de WAGO rend possible l'exécution de nouvelles tâches conformes à la certification ECM.

Michael Lingen est gérant de la société Ikado GmbH basée à Aix-la-Chapelle. Sa société informatique a programmé le contrôleur XTR de WAGO sur Linux^® et a également conçu et implémenté le portail J.I.M.

L'exploitation toujours bien en vue avec le « Condition Based Monitoring »

Avec la surveillance continue de l'état des installations, les exploitants ferroviaires disposent d'un outil conforme à la norme ECM avec lequel ils peuvent optimiser leur logistique ferroviaire en fonction des incidents. Par exemple, lorsqu'une locomotive est durablement surchargée par des wagons trop lourds et trop nombreux, cela entraîne inévitablement des dommages mécaniques sur une longue distance en raison d'accélérations négatives trop élevées lors de la poussée. Dans une telle situation, l'analyse fournit de précieuses indications pour pouvoir détecter ce comportement en surcharge et réagir correctement ensuite. Dans une autre situation, l'alarme d'un capteur d'accélération transmise immédiatement à un poste de commande par téléphonie mobile peut permettre de signaler un accident.

Surveillance des installations selon leur état et normes ferroviaires

« Nous avons besoin d'une stratégie en matière d'exploitation et de conduite. Pour cela, nous avons aussi besoin de données intelligentes », résume Udo Pinders. La gestion ferroviaire sûre, telle qu'elle est prescrite dans les normes internationales et européennes, est prioritaire. Cette exigence de sécurité impose par exemple des intervalles de temps pour la surveillance technique. Avec les capteurs supplémentaires embarqués, Reuschling transfère la vérification à date d'échéance dans un processus continu. « Nous plaçons un capteur de température sur un palier et nous constatons une tendance : si le capteur est chaud, c'est pour moi un indice technique qu'il faut remplacer le palier », explique le gérant. Les mesures, les enregistrements et la documentation de données de véhicules rendent la maintenance flexible, sans perdre de vue le justificatif de sécurité exigé.

La surveillance des installations selon leur état exige une grande puissance de calcul

Parallèlement à la commande de sécurité de la locomotive, Reuschling utilise le contrôleur XTR de WAGO pour collecter des signaux et effectuer un prétraitement avec des algorithmes correspondants. Sur un véhicule ferroviaire, le « Condition Based Monitoring » exige une puissance de calcul élevée, d'après l'expert en informatique Michael Lingen. À eux seuls, les capteurs d'accélération utilisés génèrent 600 mesures internes par seconde sur les trois essieux. « Sur ce nombre, nous lisons 200 valeurs de mesure », explique Michael Lingen. Le traitement des données n'étant plus possible avec la solution CODESYS largement répandue dans l'automatisation, l'entreprise informatique que dirige Michael Lingen exploite le contrôleur XTR de WAGO avec Linux^®. Les données regroupées et prétraitées par le système d'E/S sont transmises par réseau LTE – et sont dotées d'horodatages et de coordonnées GPS précis. Les fréquences détectées d'incidents peuvent ainsi être attribuées à un lieu précis. Cette aide à la navigation profite non seulement à la maintenance de parcours, mais aussi à l'activité de leasing. Explication : les locomotives louées à titre temporaire peuvent plus facilement être localisées sur les sites des grands centres logistiques et des gares de triage.

Nous avons besoin d'une stratégie en matière d'exploitation et de conduite. Pour cela, nous avons aussi besoin de données intelligentes.

Udo Pinders, responsable technique et fondé de pouvoir de la société Westfälischen Lokomotiv-Fabrik Reuschling

Le « Condition Based Monitoring » n'est qu'un début

Udo Pinders et Michael Lingen sont du même avis : l'analyse des données et le portail J.I.M avec les fonctionnalités actuelles concernant le « Condition Based Monitoring » font partie de la transformation numérique et ouvrent la voie vers de nouvelles possibilités d'application. Une meilleure efficacité et une plus grande disponibilité opérationnelle dans la logistique ferroviaire seront également possibles car, grâce au cloud, les mécaniciens de locomotive peuvent obtenir une assistance précieuse pendant l'exploitation et pour la suppression autonome de petites pannes. Ainsi, il est d'ores et déjà possible, avec le portail J.I.M, de transmettre vers le cloud la visualisation de la commande de la locomotive, et ce avec un décalage temporel minime.

Condition Based Monitoring : le système modulaire s'adapte aux tâches de demain

Au regard des possibilités qui sont encore loin d'avoir été toutes exploitées, les deux entreprises apprécient la flexibilité dusystème d'ES 750 de WAGO dans le niveau de développement XTR. « Lorsque le projet a commencé, nous avions brièvement envisagé de développer un système autonome fermé, c'est-à-dire de concevoir nous-mêmes l'équipement. Mais nous aurions rapidement atteint les limites en termes de fonctions », résume Michael Lingen. La conception modulaire du système d'E/S de WAGO rend possible l'exécution de nouvelles tâches conformes à la certification ECM grâce à la combinaison simple d'autres modules standard dans le réseau.

Texte et photos : Thorsten Sienk

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