NavigátorVilág – Dunai hajózás online konferencia

UTB elektronikus útátjáró biztosítóberendezések karbantartása

2000 júliusában állt forgalomszabályzó próbaüzembe az első UTB típusú elektronikus útátjáró-fedezőberendezés a budapesti HÉV Örs vezér tere–Cinkota–Csömör (H9) vonalán. Ehhez a berendezéshez a Fővárosi Közlekedési Felügyelet 2000. december 15-én adta ki a végleges használatbavételi engedélyt. Az UTB – melyről a Vasúti Vezetékvilág elődjének hasábjain már több alkalommal is jelent meg írás (Vezetékek világa 2000/1, 2004/3, 2006/4, 2008/2, 2011/1) – Magyarország első hazai fejlesztésű, teljesen elektronikus biztosítóberendezése, amely már 17 éve szolgálja a közlekedés biztonságát.

Az UTB berendezés fejlesztése 1997-ben kezdődött a Signelit Rt.-ben. 2006-ban a berendezés gyártási, fejlesztési joga a Műszer Automatika Kft.-hez került. Mára már 52 darab UTB típusú berendezés dolgozik fáradhatatlanul a hazai sínek mentén, és további két berendezés állt üzembe Bosznia-Hercegovinában.

Az 17 év alatt nagyon sok tapasztalat gyűlt össze az UTB fenntartását, karbantartását tekintve. Jelen cikkünkben bemutatjuk az UTB berendezéscsalád fejlődéstörténetét, betekintést nyújtunk az elmúlt év hibastatisztikájába, és összefoglaljuk az UTB-k karbantartási tapasztalatait.

 Az UTB berendezéscsalád fejlődéstörténete

A Műszer Automatika Kft. gondozásába került UTB az elmúlt 17 év alatt egy berendezéscsaláddá nőtte ki magát. Az 1. ábrán összefoglaltuk ennek a berendezéscsaládnak a fontosabb típusait, a fejlesztési lépcsők kapcsolatait, feltüntetve az első berendezések üzembe helyezésénekévét.

  1. ábra. Az UTB berendezéscsalád

Az UTB berendezések első – a budapesti HÉV számára készített – sorozata két oldalról nyitható, önálló kültéri (IP54) kivitelű vasszekrénybe építve dacol az időjárással. A szekrényt a berendezés áramellátó rendszerét is szállító PowerQuattro Kft. készítette. A berendezéstípus jellemzői: 1–3 vasúti vágány, pontszerű vagy hosszú szakaszos (pl. tengelyszámlálós szakaszok) vonatérzékelés, minden irányban vasúti fedezőjelző, a Magyarországon alkalmazott MÁV szabványnak megfelelő közúti jelző, szükség szerint félsorompóval kiegészítve.

A boszniai-hercegovinai vasutak számára fejlesztett berendezéstípus az ott rendszeresített építménybe került, melyben nem volt biztosítható a kétoldali hozzáférés, ezért nem csak a vezérlőprogramot, a konstrukciót is módosítani kellett (UTB-B2). A berendezéstípus jellemzői: 1–3 vasúti vágány, pontszerű vagy folyamatos vonatérzékelés, minden irányban bosnyák szabványú vasúti ellenőrző jelző, bosnyák szabványnak megfelelő közúti jelző, hangjelző (kolomp), bosnyák szabványú sorompóhajtómű.

A berendezéscsalád harmadik sorozata a GYSEV számára, országos vasúthálózaton történő alkalmazásra készült. A vezérlőprogram módosítása mellett itt is több átalakítás történt a konstrukcióban és az áramkörökben is, új, korszerű, saját gyártású (Műszer Automatika Kft.) áramellátó rendszert kapott, beton védőházba került (UTB-M1). A berendezéstípus jellemzői: 1 vasúti vágány, tengelyszámlálós vonatérzékelés, magyar szabványnak megfelelő közúti jelző, szükség szerint félsorompóval kiegészítve, ETCS illesztő áramkörök.

A negyedik sorozat (UTB-M1+) ugyancsak a GYSEV számára készült, acélkonténerbe került. A berendezéstípus jellemzői hasonlóak a harmadik sorozatban készült UTB-M1 típusú berendezéshez, de egy adaptermodul (PVA) révén kiegészült a pontszerű vonatérzékelés alkalmazásának lehetőségével.

  1. ábra. Az UTB-M1+ berendezés

Az ötödik típus (UTB+) a budapesti HÉV számára készült, de saját gyártású áramellátó rendszerrel került be kétoldalról hozzáférhető műszerszekrénybe, acélkonténerbe. A berendezéstípus jellemzői azonosak az első sorozatú UTB-vel.

Az UTB típusból a HÉV vonalain 15 telepített berendezés található, míg az UTB+ berendezésből 1 darab. Az UTB-M1 típusból a GYSEV vonalain 34 telepített berendezés található, míg az UTB-M1+ típusból 2 darab.

UTB statisztika: üzemidők, működésszámok és műszaki hibák

 Az UTB berendezéscsalád összes üzemidejét és az összes működésszámát (egy vonat általi teljes lezárási ciklus, vagyis zárás és nyitás becsült értékét) tartalmazza az 1. táblázat. A vizsgálati időszak kezdete minden egyes berendezés esetében az üzembe helyezésének a napja, a vizsgálati időszak vége minden esetben 2017. június 30.

  1. táblázat. UTB berendezés üzemidő és működési ciklusszám

A táblázat alapján megállapíthatjuk, hogy az UTB berendezéscsalád 54 berendezése az elmúlt 17 évben összesen közel 4 millió üzemórát (445 üzemévet) és több mint 10 millió működési ciklust teljesített.

A GYSEV vonalakra telepített UTB-M1 és UTB-M1+ berendezések elmúlt év során tapasztalt műszaki meghibásodásait a 2. táblázatban foglaltuk össze (a táblázat forgalmi okból bekövetkezett hibákat nem tartalmaz).

  1. táblázat. Műszaki meghibásodások összefoglalása az UTB-M1 és UTB-M1+ típusú berendezéseken 2017-ben

A 2. táblázat alapján megállapíthatjuk, hogy egy UTB berendezésre átlagosan évi egy műszaki hátterű meghibásodás jut.

Karbantartási stratégiák

Ebben a fejezetben röviden áttekintjük a közismertebb karbantartási stratégiákat, valamint bemutatjuk, hogy az UTB berendezések esetében melyik stratégiát és milyen módon alkalmaztuk. Négy alapvető stratégiacsoportot ismer a szakirodalom: javítás, megelőzés, előrejelzés és hibakeresés. Ezekhez a gyakorlatban a következő stratégiák tartoznak (a lista nem teljeskörű):

– hibaelhárító stratégia (meghibásodásig való üzemeltetés),
– tervszerű megelőző karbantartás (TMK),
– teljesítmény alapú karbantartás (elvégzett munka alapú),
– állapotfüggő karbantartás (prediktív karbantartás),
– megbízhatóság alapú karbantartás,
– kockázat alapú karbantartás.
– stb.

A felsorolt stratégiák mindegyikének értékelését terjedelmi korlátok miatt nem közöljük, pl. egy jó összefoglaló leírás található róluk itt: [6].

  1. táblázat. Karbantartási stratégiák és alkalmazási példák az UTB karbantartásáról

Megjegyezzük, hogy az EN 5012x szabványcsalád EN 50126 [7] tagja is tárgyalja a karbantartás kérdéseit, pl. olyan fogalmakat vezet be, minthibaelhárítás jellegű karbantartás, karbantarthatóság, karbantartás, karbantartási irányelvek, megelőző karbantartás, javítás, helyreállítás, átlagos helyreállítási idő, karbantartásra fordított átlagos idő stb. A fogalmak bevezetésén túl az EN 50126 szabvány a megfelelő üzemkészségű és biztonságú berendezés érdekében előírja a karbantartás tervezését a RAMS program keretében (A és C mellékletek [7]).

Elektronikus áramkörök élettartama

A hagyományos, jelfogós berendezések esetében természetszerűleg adódik az elektromechanikus elemek élettartam-meghatározó kopása. Időről időre le kell ellenőrizni a jelfogós áramköröket, hogy megfelelnek-e még azoknak a tűréseknek, amelyek garantálják a berendezés megfelelő működését. Az, hogy ilyen fajta számításokra és vizsgálatokra egy elektronikus berendezés esetén is szükség van, nem teljesen magától értetődő. Pedig a hétköznapi életben is találkozunk az elektronikus berendezések kopásával: az analóg rádió-, hifiberendezéseink hangminősége romlik, a zsebszámológép LCD képernyője „elfárad”, a mobiltelefon néhány év használat után üzemképtelenné válik. Persze, amint a felsorolt példák is mutatják, a különböző berendezések másképp viselkednek. Van, ahol csak minőségromlást tapasztalunk, de van, amelyik ténylegesen is üzemképtelenné válik. Felújító karbantartással elérhetjük, hogy az eszközeink a rendeltetésszerű, tartós használhatóság céljából megközelítsék vagy akár teljes mértékben (bizonyos esetben meghaladva) visszanyerjék eredeti állapotukat (3. ábra [8]).

3. ábra. Fűrész diagram [8]

Mitől függ a berendezésünk megfelelő működésének időtartama? Mit mondhatunk ez alapján az elektronikus biztosítóberendezések élettartamáról?

Egy elektronikus alkatrész, jellegzetesen az aktív, félvezetőt tartalmazó integrált áramkör élettartamgörbéje fürdőkád alakú. Az „első bekapcsoláskor” viszonylag nagy a meghibásodás valószínűsége, azonban ez az érték már néhány üzemóra után jelentősen csökken és hosszú ideig alacsony értékeken áll, nem változik. Csak egy bizonyos – általában jelentős – üzemidő után kezd ismét növekedni a (hardware) meghibásodás valószínűsége. Az így kialakult kádgörbe jellemzi az adott alkatrész várható élettartamát (4. ábra). Az ipari célú, igényes berendezésekbe olyan alkatrészeket kell választani, amelyekre hosszú élettartamú működést garantálnak.

  1. ábra. Kádgörbe

A passzív elemek élettartama általában igen magas, ez alól csak a klasszikus elektrolit kondenzátor kivétel (ez utóbbi alkalmazását célszerű is elkerülni a hosszú élettartamra tervezett áramkörökben).

Az aktív elemek élettartama is általában magas, kivéve egyes, nagybonyolultságú áramköröket, amelyek közül elsősorban a különböző tárolóelemek és az írható-olvasható memóriák élettartama alacsonyabb. Jellegzetesen alacsony a beépített elemekkel vagy akkumulátorokkal védett tárolóelemek élettartama, amit valójában az energiatároló eszköz élettartama határoz meg.

Az UTB berendezés hardware tervezésekor természetesen sok más szempont mellett a fenti szempontokat is figyelembe kellett venni. Szerencsére a külsőtéri körülmények között is üzemelni képes ipari, illetve katonai felhasználási célú integrált áramkörök gyári adatai általában eleve hosszú élettartamot garantálnak. Így az UTB berendezések esetében a legrövidebb élettartamú eszköz is minimum 10 év korlátlan rendelkezésre állást garantált. Ezek a hiba- és üzemi naplókat, a legfontosabb változókat őrző úgynevezett NV-RAM-ok és az időmérést is szolgáló RTC-órát tartalmazó integrált áramkörök.

Ezeket az áramköröket a felújító karbantartás során cseréljük ki, melynek periódus idejét 7–10 évben határoztuk meg. Így egy berendezés 25 évre tervezett élettartama alatt legalább két alkalommal kell elvégezni a felújító karbantartást. A felújító karbantartások során az elektronikus biztosítóberendezések tekintetében az 5. ábra szerinti zölddel jelölt útvonalon haladunk végig. Az első döntési pont esetében arról kell döntenünk a berendezés (hiba-) állapota alapján, hogy a felújító karbantartás segítségével el tudunk-e érni olyan berendezés állapotot, mellyel a normál üzemvitel folytatható, vagy pedig le kell selejteznünk a berendezést. Ha a berendezés helyreállítható, akkor egy felújító karbantartást végzünk, ami bizonyosan valamennyi időbe telik (így van helyreállítási idő). A felújító karbantartások során az elektronikus biztosítóberendezések kikapcsolt állapotban (tehát üzemen kívül) vannak.

  1. ábra. Felújító karbantartás döntési fája

Az UTB esetében a felújító karbantartás során cserélt áramkörök:

– mikroprocesszorok,
– RAM, NV-RAM, EPROM és EEPROM memóriák
– RTC-óra,
– PAL, GAL típusú programozható logikai áramkörök,
– programozható hőmérő áramkör.

 A hosszú ciklusú felújító karbantartás lebonyolítása

A felújító karbantartásokat a HÉV vonalain üzemelő UTB berendezéseknél kezdtük meg. Tekintettel arra, hogy ilyeneket korábban nem végeztünk, érdekes feladat volt megtervezni, előkészíteni és kivitelezni a munkát.

Nagy segítséget jelentett, hogy az üzemeltetőnél nagy számban álltak rendelkezésre cseremodulok, így hatékonyan lehetett elvégezni a munkát a berendezések üzemének lényeges megzavarása nélkül. Az egyetlen olyan elem, amelyiket a gyári tartalékok közül kellett biztosítani, a helyi kezelői felület volt, itt ideiglenesen, néhány napra (amíg az adott berendezés saját, egyedi moduljával foglalkoztunk) egy univerzális kezelőfelületet helyeztünk a berendezésbe. Ez, tekintettel arra, hogy a helyi kezelői felület kizárólag szervizcélokat szolgál, nem okozott semmilyen fennakadást a berendezések üzemeltetésében.

A felújító karbantartást a tartalék modulokkal kezdtük. Ezek általában hasonló korúak voltak, mint a berendezésekbe építettek. Egy-egy modul felújítása nem a helyszínen történt, a felújításra szánt modulokat beszállítottuk a Műszer Automatika Kft. telephelyére, ahol gyári körülmények között lehetett elvégezni a munkát (másképpen nem is szabad!).Példaként az egyik legösszetettebb modul, az UVM (univerzális vezérlő modul) felújításának lépéseit soroljuk fel:

  1. A modulkönyv előkészítése.
  2. A modulok (UVM, UFD) konfigurációjának ellenőrzése.
  3. A vezérlőprogramok (P1, P2) azonosítása.
  4. A modul paramétertáblázatának azonosítása, archiválása.
  5. A modulhoz tartozó (vele egybeépített), hiba- és üzemi naplókat tartalmazó „fekete dobozok” tartalmának kiolvasása, archiválása.
  6. A cserére kijelölt integrált áramkörök kiemelése a modulból, a kiemelt áramkörök selejtezése (ezek az áramkörök a továbbiakban nem használhatók fel!).
  7. Új integrált áramkörök beépítése a modulba:

– a vezérlőprogramokat előzetesen bele kell írni a programmemóriákba („EPROM”);

– a logikai áramköröket megvalósító blokkokat előzetesen fel kell programozni („PAL”);

– a paramétertáblázatokat tároló áramköröket előzetesen inicializálni kell („EEPROM”).

  1. A modult a gyártási előírásoknak megfelelően be kell mérni (bemérési jegyzőkönyv készül).
  2. A felújított modult a tesztberendezésnek megfelelő paramétertáblával minimum 1, tipikusan 24 órán át járatni kell.
  3. A modult fel kell tölteni az archivált paramétertáblázattal, és inicializálni kell („hideg RESET”).
  4. A modulhoz UVM csere jegyzőkönyvet kell készíteni.
  5. A modulkönyvben regisztrálni kell a felújítás tényét, a bemérés során tapasztaltakat, valamint mellé kell fűzni a beméréskor készült egyéb jegyzőkönyveket.
  6. A modult el kell látni jelölőcímkével, mely tartalmazza a felújítás tényét, időpontját.

A felújított modulkészlettel felszerelkezve vonult ki a Műszer Automatika Kft. karbantartói csapata egy-egy berendezéshez, célszerűen az adott berendezés esedékes rövid ciklusú karbantartásának (úgynevezett nagykarbantartásának) előre tervezett idején. Jegyzőkönyveztük a berendezés moduljainak cseréjét a már a karbantartáson átesett modulokkal, majd a jelenlévő infrastruktúra szakszolgálat illetékesei elvégezték a nagykarbantartás rutinfeladatait, így a felújítást az erre a műveletre szánt időkereten belül be is fejeztük. Ezt követően a berendezésből kivett modulokat beszállítottuk a telephelyre, és ezek felújításával folytattuk a munkát.

Összefoglalás

Cikkünkben áttekintettük az immár 17 éves UTB berendezéscsalád fejlődéstörténetet és tagjait. Rövid statisztikát adtunk az UTB berendezések üzemeltetési ideje alatti működésszámokról, és összefoglaltuk az elmúlt egy évben történt műszaki meghibásodásokat. Rövid bevezetést adtunk az elektronikus biztosítóberendezéseknél alkalmazható karbantartási stratégiák témakörébe, és bemutattuk az UTB berendezéseknél alkalmazott karbantartási stratégiákat. Megfogalmaztuk az UTB berendezésekben lévő elektronikus áramkörök élettartamával kapcsolatos megállapításokat, végül összefoglaltuk az UTB modulok felújító karbantartásának a folyamatát.

 Instandhaltung für UTB elektronische Eisenbahnkreuzungssicherungsanlage In unserem Artikel haben wir die Evolutionsgeschichte und der Mitglieder der 17-jährigen UTB- Gerätefamilie zusammengefasst. Wir haben einen kurzen Statistik über die Anzahl der Betriebsstunden im UTB-Gerätebetrieb geliefert und die  technischen Fehlen in den letztem Jahr zusammengefasst. Wir haben die  Wartungsstrategien für elektronische Stellwerke beschreiben und die  Wartungsstrategien für UTBs vorgestellt. Wir haben die Erkenntnisse über  die Lebensdauer der elektronischen Schaltkreise in den UTBs formuliert  und den Aufarbeitungsprozess der UTB-Module zusammengefasst. 


Maintenance of UTB electronic level crossing interlocking
system
In our article, we have reviewed the evolution history and members of the  17-yearsold UTB equipment family. We provided a brief statistics on the  number of operating hours of UTB equipments and we summarized the  technical failures in the last year. We give a short introduction to the  maintenance strategies and we describe examples to the applied  maintenance strategies on the UTB equipments. We summarized our opinion about the electronic circuit lifetime and we briefly described  the maintenance process of the UTB equipments.

Hivatkozások

[1]           Elektronikus útátjáró-fedező berendezés elővárosi gyorsvasúti hálózat vonalaira, Vezetékek világa, 2000/1

[2]           Az UTB típusú elektronikus útátjáró-fedező berendezés üzemeltetési tapasztalatai a BKV vonalain, Vezetékek világa, 2004/3

[3]           Az UTB típusú elektronikus útátjáró-fedező berendezés nagyvasúti környezetben történő alkalmazásának kérdései, Vezetékek világa, 2006/4

[4]           Kitekintés a környező országokba: a bosnyák vasút útátjárói, Vezetékek világa, 2008/3

[5]           Új, elektronikus sorompóberendezés telepítése a GYSEV Zrt. vonalain, Vezetékek világa, 2011/1

[6]           Karbantartási stratégiák, http://www.delta3n.hu/gepvedelem/karbantartasi-strategiak-fejlod%C3%A9se

[7]           Vasúti alkalmazások. A megbízhatóság, az üzemkészség, a karbantarthatóság és a biztonság (RAMS) előírása és bizonyítása (MSZ EN 50126:2001)

[8]           Üzemeltetés elmélete, http://www.sze.hu/~zvikli/Eloadas_vazlatok1/%C3%9CE_ea52.pdf

Balog Géza – Lukács Gábor