Source : Eisenbahn-Revue
7/2008
Der Erfolg moderner logistischer Prozesse steht und fällt mit der Fähigkeit, permanent und zuvorlässig eine einfache Frage beantworten zu können: Was ist jetzt gerade wo? Mit Radio Frequency Identification (RAD) ist dieses Problem einfach, kostengünstig und leicht lösbar. Auch im Eisenbahnwesen ist RAD im Begriff, sich als Technik zu etablieren. Dabei spielt die Rhätische Bahn (RhB) eine Vorreiterrolle.
Eine grosse Fluggesellschaft betreibt einige hundert Flugzeuge; von jedem einzelnen ist der Standort zu jedem Zeitpunkt auf einige Kilometer genau bekannt. Ohne dieses Wissen könnten weder Anschlüsse gewährleistet noch Wartungsintervalle gesichert noch die von den Frachtkunden geforderte Termingenauigkeit („just in time") garantiert werden.
Bei der Bahn Ist die Situation anders und ähnlich zugleich. Die Zahl der einzelnen Fahrzeuge ist sehr viel grösser, die Zahl der Züge dagegen relativ klein und das Netz überschaubarer - vor allem statischer – als jenes einer Fluggesellschaft. Sehr ähnlich sind dagegen die betrieblichen Anforderungen an die Überschaubarkeit der Betriebsabläufe und die Verfolgbarkeit der Warensendungen. Auch die Bahn muss gegenüber ihren Kunden Rechenschaft über den Aufenthaltsort des Transportguts ablegen können, muss Fahrzeuge disponieren und die Laufleistung der Wagen und Lokomotiven so steuern, dass sie zum optimalen Zeitpunkt, namlich unmittelbar vor Erreichen der zulässigen Laufleistung, der Revision zugeführt werden können - und dies auch noch so, dass die Werkstätten optimal ausgelastet sind.
Passive RFID-Tags schon im Einsatz
Die SBB haben deshalb schon vor einiger Zeit ihre Lokomotiven und Reisezugwagen mit einfachen passiven RFID-Tags (siehe Kasten) und ihr Netz mit 258 entsprechenden Lesegeräten ausgerüstet. Auf den Tags ist die jeweilige Fahrzeug- oder Referenznummer registriert. Bei der Fahrt Ober das Lesegerät wird die Fahrzeugidentifikationsnummer erfasst und an eine Zentrale übermittelt. So können die Positionen der Fahrzeuge zwar nicht kontinuierlich, aber immerhin punktuell festgestellt werden. Das System entspricht in etwa einem einfachen Lagerkontrollsystem: Die Artikel sind mittels RFID gekennzeichnet und werden beim Lagereingang und beim Verlassen des Lagers registriert.
Güterwagen sind bei den Schweizer Bahnen jedoch noch nicht elektronisch identifizierbar. Einerseits ist ihre Zahl sehr gross (etwa 11 000 sind in der Schweiz registriert), und andererseits verhindern die zahlreichen ausländischen Wagen bisweilen die Kornposition technisch homogener Züge. ist ein Güterzug zusammengestellt begibt sich deshalb immer ein Visiteur (Wagenmeister) mit einer auf Papier gedruckten Liste von einem Wagen zum nächsten und kontrolliert die Korrektheit der einzelnen Wagennummern. Nach der Abfahrt des Zugs ist dann nur noch die mit RFID ausgerüstete Lokomotive unmittelbar Identifizierbar. Der Lauf eines einzelnen Wagens lässt sich hingegen nicht zuverlässig überwachen - ausser indirect durch den Umstand, dass der Zug bekannt ist, in den er eingereiht ist -, ebensowenig seine Laufleistung und seine Position auf der Zeltachse des individuellen Wartungsin tervalls.
RhB geht einen Schritt weiter
Damit ist das Potenzial der RFID-Technik bei weitem nicht ausgereizt. Die RhB will nun eine Etappe weitergehen. Sie hat gegenüber den SBB den Vorteil, auf ihrem Meterspurnetz fast ausschliesslich eigene Fahrzeuge zu bewegen. Ein System zur Fahrzeuglokalisierung lässt sich somit für den ganzen Fahrzeugbestand In einem Schritt implementieren. Später lässt sich das System, wenn es von Anfang an entsprechend ausgelegt ist, mühelos zu einem multifunktionalen Flottenmanagementsystem ausbauen.
Konkret wird die RhB noch im Laufe des Jahres 2008 Ihre gesamte Fahrzeugflotte durch Siemens Transportation Systems mit aktiven RFID-Tags ausrüsten. Dabei geht es um rund 1400 Lokomotiven, Reisezugwagen, Güterwagen und Dienstfahrzeuge. An rund 30 Punkten des Streckennetzes werden In Bahnhofsnähe Lesestellen errichtet. Diese bestehen aus einer in Gleismitte angebrachten Empfangsantenne mit einem Lesegerät, das seinerseits über eine Netzwerkanbindung (LAN) mit einem zentralen Computer verbunden ist, Bei jeder Durchfahrt eines Zuges wird die Identität der einzelnen Fahrzeuge erfasst und an den Zentralrechner gemeldet. Jedes in Betrieb stehende Fahrzeug wird somit mehrmals täglich lokalisiert beziehungsweise sein "Lebenslauf" exakt protokolliert.
Die Tags: robust und vielseitig
Im Unterschied zu den SBB, die mehrheitlich passive RFID-Tags einsetzen, hat sich die RhB für aktive Tags entschieden. Diese können, da mit einer Batterie versehen, grundsätzlich nicht nur fest gespeicherte Informationen wie etwa die Fahrzeugnummer senden, sondern im Rahmen ihrer Speicherkapazität auch von aussen berührungsfrei programmiert werden. Für die SBB mit ihrem international angebundenen Netz besteht diese Option mangels einer europäischen Norm für aktive RFID-Tags derzeit noch nicht.
Die Tags werden an den RhB-Fahrzeugen angebracht und sind unempfindlich gegen hohe und tiefe Temperaturen, gegen Verschmutzungen aller Art (auch durch chemisch aggressive Substanzen). gegen Vibrationen, Schocks und Stösse. Die integrierte Batterie hat eine Lebensdauer von gegen zehn Jahren und kann in der heute verfügbaren ersten Version nicht aufgeladen werden. Bei abnehmender Kapazität sendet sie rechtzeitig vor dem drohenden Systemausfall einen Alarm, so dass der Tag beim nächsten Werkstattaufenthalt des Fahrzeuges ausgewechselt werden kann.
Die Lesegeräte: clever und schnell
Die Lesegeräte sind eine kritische Komponente Im System. Sie müssen einerseits den gleichen, bisweilen sehr harten Umwelteinflüssen standhalten können wie die RFID Tags an den Fahrzeugen. Dazu kommen sehr hohe Ansprüche bezüglich Schnelligkeit und Zuverlassigkeit des Lesevorgangs. Im Moment ist das RhB-System für eine maximale Geschwindigkeit des vorbeifahrenden Zuges von 100 km/h ausgelegt. Da die Tags der einzelnen Fahrzeuge unter Umständen dicht beieinander liegen, wird eine hohe zeitliche Auflösung des Lesevorgangs verlangt und mittels einer eingebauten Uhr auch sichergestellt. Im Extremfall können pro Sekunde 20 verschiedene Tags zuverlässig und in der richtigen Reihenfolge gelesen. die Informationen mit einer Zeitmarke versehen und zwischengespeichert werden. Sobald während 20 Sekunden kein neuer Tag identifiziert wird, spätestens jedoch drei Minuten nach der Registrierung des ersten Tags, geht das System davon aus, dass das Zugsende die Leseantenne passiert hat, und sendet die gespeicherten Daten Über GSM oder LAN an die Zentrale. Im Fall eines Unterbruchs im Mobilfunksystern werden maximal 150 Datensätze zwischengespeichert und gesamthaft gesendet, sobald die Ubertragung wieder möglich ist. Gelöscht werden die Daten im lesegerät erst. Nachdem der zentrale Server ihren Empfang und ihre Verifizierung bestätigt hat.
Das Potential: fast unbegrenzt
In der ersten Ausbaustufe Ist das RhB-Systern ausschliesslich für die Lokalisierung der einzelnen Fahrzeuge ausgelegt Zusammen mit den Fahrwegdaten aus dem Leitsystem Iltis lässt sich die tatsächliche Laufleistung jedes einzelnen Fahrzeuges ermitteln und damit eine Forderung neuer EU-Unterhaltsvorschriften erfüllen. Dank der Verwendung aktiver RFID-Tags ist jedoch auch die spätere Implementation weiterer Funktionen mühelos möglich. Dabei stehen aus heutiger Sicht prinzipiell zwei Stossrichtungen im Vordergrund: die Übermittlung von Zustandsmeldungen und die Teil-Automatisierung administrativer Vorgänge.
Neben den Standard-Tags sind auch Tags mit Sensorikfunktionen erhältlich. Damit lassen sich während der Vorbeifahrt an den Lesestellen zusätzlich zur Identität des Fahrzeuges auch aktuelle Daten übermitteln. Ein Beispiel ist das Fahrzeuggewicht, aus dem sich der Beladezustand ableiten lässt oder bei Reisezugwagen die ungefähre Zahl der Personen an Bord. Bei Kühlwagen lässt sich durch den Anschluss eines Temperatursensors die Integrität der Kühlkette überwachen. Nicht zu vergessen sind auch Anwendungen im Dienste der Betriebssicherheit. Beschleunigungs- oder Vibrationsmesssonden, Temperaturfühler und andere Messeinrichtungen könnten via RFID-Tag potenzielle Gefahren selbständig an die Zentrale melden und gegebenenfalls sogar einen Alarm beim Lokomotivführer (via Zugfunk) oder einen automatischen Halt beim nächsten Signal auslösen.
Bezüglich der Teil-Automatisierung administrativer Vorgänge kreisen die Gedanken um Möglichkeiten wie die Registrierung der Frachtbriefnummer Im RAD-Tag des entsprechenden Gütemagens. So könnte der Kunde den Weg seiner Sendung via Internet direkt verfolgen, und gleichzeitig liessen sich Vorgänge wie die Rechnungsstellung automatisieren. Auch Geschäftsvorgänge zwischen mehreren Bahnunternehmungen könnten dank der aktiven RFID-Transponder in Zukunft rationalisiert werden, etwa die Abrechnung der Trassenbenützung oder die Übergabe von Güterwagen im internationalen Verkehr.
Das Interessante an diesen Zukunftsvisionen ist, dass sie sich auf der Basis eines mit aktiven RFID-Tags arbeitenden Fahrzeuglokailsierungs-Systems ohne grossen Mehraufwand realisieren lassen. Die Technik, die von der RhB derzeit eingeführt wird, ist also in einem gewissen Sinne wie eine neue Schrift, mit der man vorerst nur einzelne, einfache Worte schreibt, die aber genau so gut auch für ganze Bücher taugt. Deshalb wird die Systemeinführung bei der Schweizer Gebirgsbahn In der Branche mit grosser Aufmerksamkeit beobachtet.
Passive und aktive RFID
Der Begriff Radio Frequency identification (RFID) bezeichnet Verfahren für die berührungslose Datenübermittlung mittels eines elektromagnetischen Feldes. Die wichtigsten Komponenten sind ein Tag (auch Tranaponder genannt) und ein Lesegerät, das beim Tag Informationen "abholt". Im Tag sind in jedem Fall ein Mikrochip und eine Antenne untergebracht.
Passive RFID bedeutet, dass der Tag keine eigene Energiequelle aufweist. Das vom Lesegerät ausgestrahlte elektromagnetische Feld wird von der als Spule ausgebildeten Antenne aufgenommen, und der resultierende Strom regt den Chip zu einer Veränderung des Magnetfeldes entsprechend der zu übermittelnden Information an. Diese Veränderung wird vom Lesegerät interpretiert. Passive RFID-Tags haben eine geringe Reichweite, sind jedoch sehr klein und billig. Typische Anwendungen: Systeme für die Zutrittskontrolle, Identifikation von Objekten und Tieren, Lagerbewirtschaftung, Verkauf (Kassensysteme). Für diese Anwendungen sind im Prinzip auch optische Systeme (Strichcode) geeignet. Nur RFID-Systeme sind jedoch immun gegen Verschmutzung und auch ohne "Sichtkontakts" funktionsfähig.
Bei der aktiven RFID ist der Tag mit einer Batterie ausgestattet und deshalb in der Lage, aktiv Daten abzufragen (etwa von einem Sensor) und In bescheidenem Umfang auch zu verarbeiten, bevor er sie an das Lesegerät sendet. Aktive Tags sind einfacher programmierbar als passive, haben mehr Speicherkapazität und sind über geistere Distanzen (bis 100 m) lesbar. Die Kosten pro Tag sind höher als bei passiven RAD, liegen jedoch in jedem Fall noch weit unter 100 Franken pro Tag. Eine typische Anwendung ist die Übermittlung technischer Parameter von Maschinen oder Fahrzeugen.
Hightech Im Kleinformat Das RFID-Lesergerät ist knapp grösser als eine Zigarettenschachtel. Das Transponder-Modul ist sogar noch etwas kleiner. Die beiden Module kommunizieren mat Hilfe von codierten elektromagnetischen Wellen untereinander und werden bei der RhB zur Fahrzeuglokalisierung eingesetzt (Fotos: Siemens).
Prinzipielles Lösungskonzept des RFID-Systems bei der RhB (Foto: Siemens).
Auf dem gesamten Netz der RhB werden rund 30 RFID-Reader-Standorte eingerichtet (gelbe Punkte). Die blauen Flächen zeigen die verschidenen Ermittlungsbereiche. die das System innerhalb des Streckennetzes abdeckt Zeichnung: Siemens).
Patrlk Thoma
Projektleiter RhB
Rolf Schmid
Senior Systems Engineer TS RA
Siemens Schweiz
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