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Bahntechnik

Zuverlässigkeit bleibt nicht auf der Strecke

1. September 2020, 9:01 Uhr | von Alexander Jäger

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»HeiSys« setzt auf Wireless

Heitec hat im Februar seine »HeiSys«-Systemplattform (Bild 2) vorgestellt, die unter anderem für robuste Anwendungen wie das Schienen- und Transportwesen ausgelegt ist. Sie ist für Rolling Stock/Wayside zertifiziert und deckt alle genannten Normen ab. Die Plattform basiert auf einer Konvektionskühlung – einem lüfterlosen, passiv gekühlten System. Alle externen Schnittstellen sind für robuste Anwendungen wie Schienenfahrzeuge entwickelt. Anschlüsse, die als Serviceschnittstelle dienen, sind mit einer Deckplatte abgedeckt. Optional sind drahtlose Module und Speichermedien vom Kunden installierbar. Außerdem bietet das System einen Weitbereichsspannungseingang, der nominal von 24 bis 110 V reicht. Mit dem Verzicht auf bewegliche Teile ist die Plattform robust und ausfallsicher.

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Ein Erweitern oder Ersetzen bestehender Systeme mit aktueller Wireless-Technik eröffnet Betreibern und Passagieren neue Möglichkeiten – ist jedoch herausfordernd. Funkkommunikationssysteme besitzen unter anderem das nötige Echtzeitverhalten, stoßen jedoch bei Bandbreitenbeschränkungen oder etwa in Tunneln an ihre Grenzen. Mit Diensten über offene ISM-Bänder (2,4 GHz und 5,8 GHz) und daraus resultierenden möglichen Störungen wächst der Druck des Zuweisens spezieller
Frequenzbänder. Aufgrund der erforderlichen Verfügbarkeit und dem Managen von Störfällen wird deshalb nicht allein auf nur eine Funkübertragungsmethode gesetzt.

HeiSys bietet die Möglichkeit, mehrere Wireless-Module gleichzeitig für WLAN, LTE, UMTS, GSM, LPWA sowie GPS/GLONASS bereitzustellen. Sie bietet Betreibern zum Beispiel mit dem Verwenden von maximal acht SIM-Karten unterschiedlicher LTE-Provider eine flexible Funkanbindung – über ein automatisches Umschalten in das am besten geeignete Netz. Mit dem Wählen geeigneter Elektronikkomponenten und Leiterplattenkombinationen erfüllt das Produkt alle brandschutztechnischen Anforderungen nach »EN 45545 HL3« (Hazard Level 3). Hierbei sind unter anderem Basismaterial, Lötstopplack und Lackierung aufeinander abgestimmt. Das Ground/Shield-Konzept, das Einhalten der Sicherheitsabstände von Luft- und Kriechstrecken sowie das Auswählen von Bauteilen, welche die geforderten Isolationsspannungen übertreffen, festigen einen zuverlässigen Betrieb. Ebenso ein spezieller Kühlkörper für die Wireless-Module, der den Betrieb bei bis zu 85 °C gewährt.

Unterschiedliche Standards für mehr Flexibilität

Je nach Bedarf lässt sich die Plattform mit den gewünschten Schnittstellen und On-Board-Modulen ausstatten und mechanisch erweitern. Sie ist sowohl mit einer AC-Stromversorgung als auch einer Weitbereichs-DC-Stromversorgung von 24 bis 110 V zu betreiben. Investitionssicherheit ist insofern garantiert, da sie Upgrade-Fähigkeit sowie Leistungs- und Schnittstellenerweiterung gewährleistet. Hierbei ist sichergestellt, dass Gehäuse und Komponenten wiederverwendbar sind – das spart Zeit und Kosten. Beim Kabelbaum beschränkt sich das Design auf ein Minimum und ist somit weniger störanfällig. Eine kompakte Bauweise und ihr geringes Gewicht von unter 4 kg sind ideal für die Anforderungen moderner, kommunikationsbasierter Steuerungssysteme.

Die Plattform deckt eine große Leistungsbandbreite ab. So ist es möglich, für weniger performante Anwendungen SMARC-Module zu verwenden. Der Ausbau mit lediglich einem COM-Express-Modul schließt dort an, wo SMARC endet und erweitert den Leistungsbereich bis in den Server-Chip-Bereich. Entsprechend bietet der Maximalausbau mit SMARC und COM Express den Kunden unter anderem Mehr-Prozessor-Anwendungen, nahezu unbegrenzt frei wählbare I/O-Schnittstellen und die Möglichkeit, das immer wichtigere Thema KI abzudecken (Bild 3).

COM Express sowie SMARC sind Standards, welche im Host Betrieb operieren. Eine Kommunikation über PCIe ist im Normalfall so nicht möglich, da die Clock-Signale gegeneinander treiben und die PLL (Phase-locked Loop) nicht einrastet. Um das Problem zu umgehen, hat Heitec eine zum Patent angemeldete Methode entwickelt, die eine Kommunikation über PCIe sicherstellt. In dem Fall fungiert das COM-Express-Modul als Host und das SMARC-Modul als Client.

Verwendet man das Modul als Gateway und Steuerung zugleich, benötigt die Plattform weniger Bauteile und ist weniger störanfällig als herkömmliche Anwendungen. Wie in DIN EN 50155 gefordert, wird HeiSys umfassend getestet und neben dem Handbuch mit allen nötigen Dokumenten ausgeliefert.

Anforderungen steigen

Geräte und andere Betriebsmittel im mobilen Einsatz sind kontinuierlich rauen Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, Staub oder elektromagnetischen Störimpulsen ausgesetzt. HeiSys ist aufgrund ihres Designs für den Betrieb unter erschwerten Bedingungen konzipiert. Aufgrund ihrer Skalierbarkeit bietet das Modul vielseitige Ein- und Ausgänge für unterschiedliche Bereiche und kann unter anderem als Passagierinformationssystem, zur Diagnose und Steuerung oder als Gateway zum Einsatz kommen. Die modulbasierte Architektur erleichtert den Einsatz für unterschiedliche Aufgaben.

Aufgrund immer strengerer gesetzlicher Anforderungen erhöht sich einerseits die Systemkomplexität, andererseits ist jedoch eine umfassende, einfache und sichere Fehlerdiagnose erforderlich. Zusätzlich müssen die Komponenten bei Upgrades und im Servicefall leicht zu handhaben sein, möglichst mit einer übersichtlichen Verdrahtung. All jene Aspekte wurden beim Entwickeln von HeiSys berücksichtigt.

Der Autor

Alexander Jäger ist Portfolio-Solution Manager für das Geschäftsgebiet Elektronik bei Heitec in Eckental. Nach seinem Eintritt bei Heitec war er zunächst als Produktmanager für das Unternehmen tätig. Vor seiner Tätigkeit in Eckental war er Produktmanager für ausfallsichere 19-Zoll-Systeme für Rail/Transportation und
Industrial Solutions bei MEN Mikro Elektronik. Er besuchte die Rudolf-Diesel-Fachschule sowie die Georg-Simon-Ohm-Hochschule in Nürnberg und hat einen Abschluss als staatlich geprüfter Elektrotechniker.
elektronik@heitec.de