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Effiziente Wartung und reduzierte Ausfallzeiten

Predictive Maintenancein Zügen

Mit Drive i. o stellen Ettec Elektronik, Splunk und ESE Engineeringein "Conditon-Based Monitoring "-System zur schnellen, effizientenund sicheren Erfassung und Kommunikation von Zug-Betriebsdaten

und deren Übertragung an übergeordnete Systeme vor.

Das Drive 1.0 Kit beinhaltet alle erforderlichenKomponenten wie Hardware, Software und Servicesfür die schnelle Erfassung und anschaulicheDarstellung von Maschinendaten in Zügen.

Forausschauende Wartung, als Schlag-wort auch Predictive Maintenance ge-nannt, bietet die Möglichkeit, War-

tungszyklen in Abhängigkeit von der Nutzungzu optimieren, Probleme vorherzusehen, bevorsie entstehen, und Ausfallzeiten zu minimie-

ren. Durch vorausschauende Wartung lassensich Probleme bereits im Feld erkennen. Ersatz-

teile frühzeitig bestellen und Instandsetzungs-zyklen verkürzen. Damit stellt die vorausschau-ende Wartung ein Kernelement für die Senkungder Betriebskosten und Erhöhung der Betriebs-Sicherheit im Schienenverkehr dar. Sie vermei-

det unnötige und verkürzt nötige Wartungs-zyklen und reduziert damit die Ausfallszeitenauf ein Minimum. ff-

Vor diesem Hintergrund bieten Eltec Elektro-nik, Splunkund ESE Engineering mit Drive 1.0eine Lösung für die effiziente, schnelle undsichere Erfassung und Kommunikation vonZug-ßetriebsdaten und deren Übertragung anübergeordnete Systeme. Für eine einfacheSystem-lmplementierung des "Condition-Based Monitoring"-Systems steht ein Starter-kit mit allen erforderlichen Komponenten zurVerfügung.

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Bisher lieferten proprietäre Systeme limitierteund in der Regel nicht standardisierte Infor-mationen zu den Betriebsdaten der Züge, Da-rüber hinaus war auch meist kein Echtzeit-

Fernzugriff gegeben. Im Gegensatz dazu bietetdie Lösung der drei Unternehmen eine UIC-559-konforme Fernüberwachung von Instand-haltungsmaßnahmen des Betreibers.

Der UIC-Standard beschreibt die Übertragungvon Diagnosedaten im Schienenverkehr. MitDrive 1. 0 und dem integrierten UIC-559-For-warder werden die Daten in einem standardi-

sierten Format in Echtzeit an die Analyse-Soft-wäre von Spiunk weitergeleitet und bietendem Nutzer die Planungsgrundlage für Betriebund Wartung.

Insgesamt besteht die Lösung der drei Unter-nehmen aus drei Schlüsselkomponenten: derCyBox ED-S, einem bahntauglichen Onboard-Computer für die Erfassung und Vorverarbei-tung der Daten im Zug und ihre Weiterleitungan das übergeordnete Analyse-System, derAnalyse dieser Daten mit Hilfe der Splunk-Plattform und der Visualisierung der Analyse-Ergebnisse durch ESE. Dazu werden die Kom-ponenten und das Know-how von dreiUnternehmen gebündelt: Der Ethernet DataConcentrator CyBox ED-S von Eltec verbindetsich mit dem Zug über eine konfigurierbareSchnittstelle und sammelt als Onboard-Com-

puter die relevanten Daten.

Aufbereitet werden die ausgelesenen Zugdatendann von der Splunk-Big-Data- und loT-Ana-lytics-Plattform. ESE fungiert als IntegratorfürDrive sowohl im Zug als auch an den landsei-tigen Systemen und passt Ubersichtsdarstel-lungen (Dashboards) und Auswertungen aufkundenspezifische Wünsche hin an.

www. markt-technik. de MaiktSftdmik Nr. 8/2019

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All"auf einen Blick-Splunk-Dashboard zur Türüberwachung.Eine Anomalic bei der Stromaufnahme deutet auf eine Störung hin.

Nutzer profitieren von der übersichtlichen Auf-bereitung komplexer Daten, der Echtzeit-Ana-lyse und Verfügbarkeit von Prognosedaten; aufdiese Weise werden letztendlich reduzierteAusfallzeiten und deutliche Kosteneinsparun-gen erreicht.

Als Design- bzw. Implementierungs-Unterstüt-zung beinhaltet das Drive 1. 0 Starterkit alleerforderlichen Komponenten:

. CyBox ED-S mit UIC-559-Forwarder und al-len Kabeln sowie Antennen

. dreimonatige Lizenz für die Nutzung derSplunk-Software

. Integration des Systems inklusive erster kun-denspezifischer Auswertungen sowie Hos-ting für drei Monate

Robuster Datensammler

Die robusten Datenkonzentratoren der CyBox-ED-Linie mit einer leistungsstarken CPU sindmit einer Vielzahl von Schnittstellen ausge-stattet, um die fahrzeug- oder maschinenin-tern gesammelten Sensordatcn an übergeord-nete Systeme oder Leitstellen für zustands-orientierte Wartung zu übertragen. Es ist mög-lich, die Gerätdaten sowohl kabcllos über Mo-bilfunk-WAN als auch überGigabit-Ethernet-Kabel zu übertragen. Die wesentlichen Featuresder CyBoxED-S sind:

. Integrierte ARM-CPU, LMX6 skalierbar biszu vier Cores

. Vielfältige Schnittstellen (Gigabit-Ethernet,4 x seriell, 4 x digital, Relais)

. 1 xminiPCI-Express-SocketfürWLAN/LTE-Erweiterungen

Nr. 8/2019 Maikt&ttchnik www.markt-technik. de

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Forausschauende Wartung, als Schlag-wort auch Predictive Maintenance ge-nannt, bietet die Möglichkeit, War-

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Vor diesem Hintergrund bieten Eltec Elektro-nik, Splunk und ESE Engineering mit Drive 1.0eine Lösung für die effiziente, schnelle undsichere Erfassung und Kommunikation vonZug-Betriebsdaten und deren Übertragung anübergeordnete Systeme. Für eine einfacheSystem-lmplementierung des "Condition-Based Monitoring'-Systems steht ein Starter-kit mit allen erforderlichen Komponenten zur

Verfügung.

er Onboard-Computerx ED-S alle relevanten Datenirientierte Wartung von Zügen.

Bisher lieferten proprietäre Systeme limitierteund in der Regel nicht standardisierte Infor-mationen zu den Betriebsdaten der Züge. Da-riiber hinaus war auch meist kein Echtzeit-Fernzugriff gegeben. Im Gegensatz dazu bietetdie Lösung der drei Unternehmen eine UIC-559-konforme Fernüberwachung von Instand-haltungsmaßnahmen des Betreibers.

Der UIC-Standard beschreibt die Übertragungvon Diagnosedaten im Schienenverkehr. MitDrive 1.0 und dem integrierten UIC-559-For-warder werden die Daten in einem standardi-sierten Format in Echtzeit an die Analyse-Soft-wäre von Splunk weitergeleitet und bietendem Nutzer die Planungsgrundlage für Betriebund Wartung.

Insgesamt besteht die Lösung der drei Unter-nehmen aus drei Schlüsselkomponenten: derCyBox ED-S, einem bahntauglichen Onboard-Computer für die Erfassung und Vorverarbei-tung der Daten im Zug und ihre Weiterieitungan das übergeordnete Analyse-System, derAnalyse dieser Daten mit Hilfe der Splunk-Plattform und derVisualisierung derAnalyse-Ergebnisse durch ESE. Dazu werden die Kom-ponenten und das Know-how von dreiUnternehmen gebündelt: Der Ethernet DataConcentrator CyBox ED-5 von Eltec verbindetsich mit dem Zug über eine konfigurierbareSchnittstelle und sammelt als Onboard-Com-puter die relevanten Daten.

Aufbereitet werden die ausgelesenen Zugdatendann von der Splunk-Big-Data- und loT-Ana-lytics-Plattform. ESE fungiert als Integrator fürDrive sowohl im Zug als auch an den landsei-tigen Systemen und passt Übersichtsdarstel-lungen (Dashboards) und Auswertungen aufkundenspezifische Wünsche hin an.

www.marM-technik.de Markt&ltedmik Nr. 3/2019

iDriiidown: Asset Door Event - Machine Data,0 _" n

Asset:VehiclelD-00273Door-No: 63

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Alles auf einen Blick - Splunk-Dashboard zur Türüberwachung.Eine Anomalie bei der Stromaufnahme deutet auf eine Störung hin.

Nutzer profitieren von der übersichtlichen Auf-bereitung komplexer Daten, der Echtzeit-Ana-lyse und Verfügbarkeit von Prognosedaten; aufdiese Weise werden letztendlich reduzierte

Ausfallzeiten und deutliche Kosteneinsparun-gen erreicht

Als Design- bzw. Implementierungs-Unterstüt-zung beinhaltet das Drive 1.0 Starterkit alleerforderlichen Komponenten:

. CyBox ED-S mit UIC-559-Forwarder und al-len Kabeln sowie Antennen

. dreimonatige Lizenz für die Nutzung derSplunk-Software

. Integration des Systems inklusive erster kun-denspezifischer Auswertungen sowie Hos-ting für drei Monate

Robuster Datensammler

Die robusten Datenkonzentratoren der CyBox-ED-Linie mit einer leistungsstarken CPU sindmit einer Vielzahl von Schnittstellen ausge-stattet, um die fahrzeug- oder maschinenin-tern gesammelten Sensordaten an übergeord-nete Systeme oder Leitstellen für zustands-orientierte Wartung zu übertragen. Es ist mog-lich, die Gerätdaten sowohl kabellos über Mo-bilfunk-WAN als auch überGigabit-Ethemet-Kabel zu übertragen. Die wesentlichen Featuresder CyBoxED-S sind:

. Integrierte ARM-CPU, i. MX6 skalierbar biszu vier Cores

. Vielfältige Schnittstellen (Gigabit-Ethernet,4 x seriell, 4 x digital, Relais)

. 1 xminiPCI-Express-SocketfürWLAN/LTE-Erweiterungen

Nr. 8/2019 Matkt&Teduuk www.markt-technik.de

. GPS-lnterface

. lokaler Datenspeicher

. sichere, verschlüsselte Datenübertragungdurch integrierten Security-Chip

. Weitbereichs-Netzteil (24-110 V DC)

. Prüfberichte gemäß EN 50155 verfügbar

Mit dem EN-50155-kompatiblen Weitbe-reichsnetzteil, den kompakten Abmessungen,dem weiten Temperaturbereich (-40 bis+85 °C) und dem robusten Gehäuse (IP67) istdie CyBox ED-S in unterschiedlichsten Zug-typen und auch in beengten und rauen Um-gebungen einsetzbar. Ihre Konfiguration istdenkbar einfach: Verbindung des Systems viaEthernet mit dem Computer, Komplettierungdes UIC-559-Config-Files mit den zugspezi-fischen Informationen, Einsetzen der SIM-Karte, Verbindung mit den Antennen bezie-hungsweiseGPS, Einschalten der CyBoxED-Sund automatische Verbindung mit dem ESE-Server.

Speicherung und Analyseder Daten

Im Anschluss daran werden die im Zug ausge-lesencn Daten mit der Big-Data- und loT-Ana-lytics-Plattform von Splunk verarbeitet-einergenerischen Lösung für alle textbasierten Ma-schinendaten. Die Verbindung zwischen demCyBox-ED-S-Computer und der Splunk-Soft-wäre erfolgt verschlüsselt, während der Zugriffauf den Computer automatisch überwachtwird. Mit diesem Ansatz erhält man einen ein-fachen, übersichtlichen Blick auf komplexe Da-ten über die unterschiedlichen Datenquellen,Sensoren und Applikationen dank der nahtlo-sen Integration.

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TOP-FOKUSlBAHNTECHNIK .-

Personalisierte Hinweise und Diagnose-Alar-me in Echtzeit ermöglichen ein schnelles undgezieltes Handeln. Dabei korreliert Softwaredie anfallenden Telematik-, Sensor- und Be-

triebsdaten (wie etwa Stromaufnahme). Mitder Kombination aus leistungsfähiger Daten-erfassung und -Verarbeitung ist eine zustand-sorientierte Wartung in Zügen realisierbar -angesichts ständig steigender Wartungs- undReparaturkosten ein wichtiges Kriterium inder Branche.

Ein Beispiel: Türstörungen sind ein häufigesProblem in Zügen und können verschiedeneUrsachen haben wie wetter- und umgebungs-bedingte Einflüsse (Temperaturänderungen,Schmutz, oder ähnliches), hohe Belastung inStoßzeiten oder unsachgemäßer Gebrauchbeziehungsweise Vandalismus. Ein entspre-chendes Splunk-Dashboarcf zeigt alle wichti-gen Kriterien (Asset, Türnummer, Anzahl der

Schließvorgänge und beispielsweise den Ver-lauf der Stromaufnahme über die Schließvor-

gange) auf. So lassen sich Ereignisse mit An-omalien, die auf eine Fehlfunktion hinweisen,

schnell und einfach identifizieren. Hilfreich

kann dabei auch eine Verlinkung der Maschi-nendaten mitThird-Party-lnformationen wieetwa Wetterdaten sein. Diese Möglichkeitbringt Splunk standardmäßig mit.

Der hier vorgestellte Drive-Ansatz ist einwichtiges Element bei der Digitalisierung ei-ner gesamten Flotte. So lassen sich techni-sehe Hilfestellungen erarbeiten, wenn einZugführer während der Fahrt eine Alarmmel-düng erhält. Mit der Splunk-Plattform lassensich die unterschiedlichsten Sensorwerte und

GPS-lnformationen in Echtzeit auswerten.

Alarmfunktionen lassen sich mit Maschinen-

regeln auf Basis einer Fehlertabelle verknüp-fen, um im Fehlerfall die beste Maßnahme zu

ermitteln, wenn etwa die Kühltemperaturzuhoch ist oder der Bremszylinder nicht arbei-tel Tritt ein Fehler verteilt über die Flotte auf,ist es möglich, entsprechend zu reagieren.

KundenspezifischcDashboards

Im Rahmen der Drive- 1.0-Losung bietetschließlich die ESE, die technische Lösungenfür Eisenbahn- und Signaltechnik erarbeitet,Entwicklungsunterstützung bei der System-Integration an. Dazu gehört auch die Reali-sierung von Auswertungen entsprechendden Kundenanforderungen. Zum Lieferum-fang des Entwicklungskits gehört die Ent-wicklung von zwei kundenspezifischen Dash-boards zur Darstellung von Maschinendatensowie Beratung zu möglichen kundenspezifi-sehen Use-Cases. (eg) .

DLR testet Funksystem für die Datenübertragung zwischen Zügen

5G für die Zug-KommunikationFür das berührungstose Kuppeln von Waggons ist eine schnelleund sichere Datenübertragung zwischen Zügen essenziell.Forscher der DLR haben nun getestet, inwieweit sie sich den neuensG-Standard für diese Applikation zunutze machen können.

ie neuen SG-Mobilfunksysteme sollen|eine zuverlässige, sichere und drahtloseDatenübertragung ermöglichen. Im

Schienenverkehr wird damit unter anderem

das virtuelle Kuppeln, das heißt das selbststän-dige und berührungslose Kuppeln von Zügenwährend der Fahrt zu längeren, virtuellen Ein-heiten möglich. Forscher des Deutschen Zen-trums für Luft- und Raumfahrt (DLR) habenbei einer Messkampagne auf dem Testgeländeder RWTH Aachen untersucht, ob Züge mit ei-nern speziell für diese Anwendung entwickeln

ten Millimetcrwellen-Funksystem mit hohenDatenraten und bei minimaler Verzögerungs-zeit untereinander kommunizieren können.»Für eine sichere Automatisierung im Zugver-kehr muss die Datenübertragung selbst unterschwierigsten Verhältnissen - wie zum Beispieleiner hohen Zuggeschwindigkeit - in EchtzeitfLinktionierenu, erklärt Stephan Sand, DLR-Pro-jektleiter und Teamleiter Nachrichtensysteme.»Deshalb haben wirspeziell die Ubertragungs-eigenschaften unter die Lupe genommen.«

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Im Rahmen ihrer Messkampagne haben dieForscher auf einem Schienentestgelände inAachen die Llbertragungsmoglichkeiten zwi-

sehen Zugwaggons auf kurzen und mittlerenDistanzen untersucht. Dabei konnten die For-

scher erstmals in Europa dynamische Messun-

Das automatische Kuppeln von Zügen und die virtuelle Verbindung einzelner Zugwaggons oder ganzer Zügeist ein wesentlicher Schritt hin zu mehr Flexibilität und Effizienz im Schienenverkehr.

www.markt-technik.de MarktSTeduuk Nr. 8/2019

gen der Funkausbreitung zwischen ZügenMillimeterwellen-Band durchführen. Dasstitut für Schienenfahrzeuge und TransporSysteme (IFS) der RWTH Aachen stellte zwsclbstgetriebene Versuchszugwagen zur Vefügung, wodurch die Messungen unter eiseibahnspezifischen Bedingungen durchgefühwerden konnten. Die Millimeterwellen-Funlmodule wurden auf den Kupplungen derZucwagen montiert. »Neben den Übertragung;eigenschaften konnten wir mit dieseiVersuchsaufbau auch den Einfluss der Zugvbrationen und des KopplungsvorgangsaufdiMillimeterwellen-Systeme analysieren«, eiläutert Sand.

Die Gleise der RWTH Aachen bieten auf klein?tem Raum eine Vielfalt an unterschiedlicheUmgebungsbedingungen. So konnten automatische Kopplungsmanöver in verschiedeneUmgebungen, wie freies Umfeld, in der Nähdes Bahnsteigs und neben Bäumen und Busehen durchgeführt werden sowie gerade unigekrümmte Gleisabschnitte verglichen werden. Zur Analyse der Ubertragungseigenschaften wurden die Millimeterwellen-Signale mi'dem sogenannten Channel-Sounder aufge'zeichnet, ein vom DLR entwickeltes Messge.rät, mit dem die Ausbreitung der Funksignalianalysiert wird. Darauf aufbauend könnerdann sichere und schnelle Kommunikations.Systeme entwickelt werden.

Austausch sicherheits-

kritischer Daten per Funk

Die ersten Ergebnisse haben gezeigt: DieKommunikation über Millimeterwellen istselbst über größere Distanzen bis zu 130 Me-tern möglich. Eine vielversprechende Erkennt-,nis, denn auch physisch gekoppelte Zugwa-gen sollen künftig sicherheitskritische Datenüber Millimeterwellen-Funkverbindungenübertragen, die drahtlose Zugsteuerungs- undUberwachungssysteme (Train Control andMonitoring Systems; TCMS) ermoglichen.1Drahtloses TCMS bietet viele Vorteile gegen-'über dem aktuell verdrahteten TCM5. Zu-nächst bietet drahtloses TCMS einen zusätz-|lichen, extrem sicheren Ubertragungsweg zurelektrischen Kupplung, die mehr als 100 sen-|sible elektrische Kontakte enthält. Da dieelektrischen Kupplungen stark elektromecha-1nisch beim Kuppeln belastet werden und auchden Witterungsbedingungen ausgesetzt sind,fallen diese häufig aus und müssen repariertwerden. Dies führt wiederum zu Zugausfällenund Verspätungen. Da drahtloses TCMS inhä-rent kontaktlos die Daten überträgt, kann hierkein Ausfall aufgrund von elektromechani-

Nr. 8/2019 Maikt&Tfeduuk www.markt-technik. de