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驯服大自然的力量
自动化系统为气候风洞测试提供安全性

【作者: 皮爾磁】2018年01月08日 星期一

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制造商必须在铁路或道路车辆量产前,进行多次关於舒适、安全、性能或效率的测试。位於奥地利维也纳的阿森纳尔铁路技术测试中心(Rail Tec Arsenal, RTA)拥有两座世界最大的气候风洞,能依照需要提供各种天候条件,只要按一下按钮,气候风洞就能产生高达300 km/h的风速,以及太阳、下雪、下雨和结冰等天候条件,而Pilz皮尔磁的Industrie 4.0相容自动化系统PSS 4000,能确保模拟的自然力量不失控。


阿森纳尔铁路技术测试中心(RTA)是一间国际知名专为各种铁路或道路车辆、新式运输系统,以及所有技术设施提供极端天候条件测试的独立研究和测试机构。RTA在其维也纳的厂房内有两座气候风洞(Climatic Wind Tunnel, CWT),能够独立运作并撷取个别测量数据。其中较大型的一座CWT(长度为100公尺)能容纳并测试载重物车辆(HGV)或巴士,而较小型的CWT(长度为33.8公尺)则可容纳火车头与多节车厢。


测试会在极端天候和空气动力条件下进行,CWT可将测试过程最隹化,让天候条件采用模组化设计,包括可选择风速、湿度值、造雨和造雪设备,以及能弹性调整、最高输出达1,000 W/m2的太阳能发电厂。


能测试所有天候状况的风洞


图1 : 在阿森纳尔铁路技术试验中心气候风洞内的结冰巴士(source:c RTA)
图1 : 在阿森纳尔铁路技术试验中心气候风洞内的结冰巴士(source:c RTA)

维也纳气候风洞能记录受测车辆的三个主要领域资料,包含:乘客舒适性和个别电子元件在下雨、下雪或结冰时对机械零件的运作能力,以及能源效率,并且会记录检验车辆在各种情况下的能源平衡。它能同时记录车辆与个别系统元件所需要的总能源消耗例如:变压器、电流变压器或功率计,以便评估车辆内的能量流,其他测量数值包括空调系统中的压力,以及个别车舱的压力差。


阿森纳尔铁路技术测试中心设施管理主任Manfred Kreitmayer说明:「我们记录各种测量值,目的是评估乘客舒适性,在显着点测量温度或空气湿度,以及车辆内部的表面温度和流动速率皆相当重要。为此我们在铁道车厢的乘客座舱内,安装200至250支测量感测器。」因此,CWT中车辆的技术组态设定通常是十分庞大。


刮风、下雨和下雪也能安全控制

Pilz皮尔磁的自动化系统PSS 4000能确保RTA的安全性,气候风洞的完整安全相关控制系统,是透过自动化系统PSSuniversal PLC控制系统来操作,每个E-STOP按钮和所有风速讯号,都采用硬式接线方式连接至控制系统,并且会监控风速讯号,因为控制系统必须确保机门在风速超过50 km/h时会连动锁上,总共由60个I/O透过PSSuniversal PLC执行。


RTA长期以来一直与Pilz皮尔磁合作,Kreitmayer强调可靠性至关重要,他说道:「在维也纳气候风洞这样的国际测试中心,不断有许多国内外的客户轮流进行测试,因此不仅厂房可靠性极为重要,安全相关元件更必须百分之百相容才行!」


以控制技术面而言,两座CWT几??相同,而在硬体部份则完全相同,先前所使用的控制系统也是由Pilz皮尔磁提供,只需要稍微修改,即可直接传输程式设计内容。因此,即使需要将RTA等设备升级,也不需进行新的风险评估。由於厂房和相互搭配的安全标准不须变更,因此只需要将硬体更换成最新系统即可。


安全和自动化适用的自动化系统

控制系统PSSuniversal PLC是自动化系统PSS 4000中的全方位系统:可做为标准集中式安全控制系统(例如用於CWT),或是用於自动化/分散式系统。自动化系统提供各种不同的编辑器,能建立让安全和自动化功能使用的程式。图形程式编辑器PASmulti可轻松执行控制系统PSSuniversal的组态设定或程式设计。可使用PAS STL(结构化文字)、PAS LD(阶梯图) 和AS IL(指令清单)等符合EN/IEC 61131-3的编辑器,以用来编程控制系统PSSuniversal PLC。大量安全和非安全相关软体模块的程式库,能确保高度标准化与多次重复使用。



图2 : 自动化系统PSS 4000能确保位於维也纳、世界最大气候风洞整座厂房的安全性。(source: RTA)
图2 : 自动化系统PSS 4000能确保位於维也纳、世界最大气候风洞整座厂房的安全性。(source: RTA)

自动化系统PSS 4000能以简便的方式执行安全相关和自动化工作:PSS 4000可将厂房或机械设备分成多个机电整合单元,透过自动化系统极隹的弹性,并能在CWT的要求或生产流程变更时进行调整,这是分散式厂房特有的优点,藉由简便的维护和诊断有助於促进机械设备的可用性。


维也纳测试中心能轻松执行模拟天候的紧急停止


图3 : 两座气候风洞的完整安全相关控制系统,都是透过自动化系统PSS 4000的PSSuniversal PLC控制系统操作,总共约有60个I/O。(source:Pilz GmbH & Co. KG)
图3 : 两座气候风洞的完整安全相关控制系统,都是透过自动化系统PSS 4000的PSSuniversal PLC控制系统操作,总共约有60个I/O。(source:Pilz GmbH & Co. KG)

测试中心内曾发生需要操作紧急停止按钮的意外事件,Kreitmayer提到,无论在任何情况,自动化系统PSS 4000的控制系统总能完美无瑕地操作,测试中心能完全依照事先制订的流程关闭。Kreitmayer继续说道:「您可以想像,在CWT周围共有68组需要协调的系统因此不可能在特定时间点将它们全部关闭。这就是为什麽需要记录流程以确保正确关闭Pilz皮尔磁的自动化系统也能控制此部份。」


可视当下的情况,采取不同的方案来执行这些关闭流程。例如,有可能会将变压器切断电源,也可能会维持变压器的作动,以降低风速。由於RTA直接连线至变电所,其连线负载高达10 MW,因此并没有紧急发电机,但配置许多小型不断电系统 (UPS),能为安全控制系统和重要电脑系统提供不断电供应。


我们的客户包括铁道机车制造商、汽车产业,以及奥地利的,跳台滑雪运动员每年会使用维也纳气候风洞进行空气动力测试。Kreitmayer说明:「气候风洞的优点,是只需按一下按钮,即可模拟地球上的任何一种天气。现在汽车业再度采用此一技术,因为它非常方便,不必在极北地区苦苦等待寒冷的天气。」


这些可以归功於最新的自动化技术,让维也纳厂房可方便测试、成本最隹化和安全的目标。


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