Heutzutage fährt kein Zug mehr komplett ohne Automatisierungstechnik, aber deren genauer Umfang ist von System zu System unterschiedlich. Ein Großteil der Zugautomatisierung stützt sich auf unentbehrliche, unterstützende Systeme. Interessant ist die Frage, welche Art von Hardware für welches Bord-Automationssystem die richtige ist. Die Rolle von Bordsystemen verändert sich ständig, daher ist die erste Anforderung an sie die skalierbare Modularität. Vielseitigkeit ist gefragt, was sich in Bordsystemen, die sich präzise an die Anforderungen des jeweiligen Zuges anpassen, übersetzt.
Frachtzüge haben die anspruchsvollsten mechanischen Anforderungen und die wenigsten Anforderungen an die Funktionalität. Frachtloks laufen rund um die Uhr, jahrelang, mit wenigen Stopps für Wartung. Sie sind auf Leistung und Widerstandsfähigkeit ausgelegt, und die Hauptaufgaben der Computer sind neben Signalgebung und -steuerung die Besatzungs-Kommunikation (Lokal- und Fernkommunikation), die Nachverfolgung und Verwaltung der Ladung sowie die Sicherheitsüberwachung. Ein einzelner Computer in der Lokomotive kann alle diese Aufgaben handhaben.
Die primäre Systemanforderung in Frachtzügen ist die Widerstandsfähigkeit, gemeinsam mit dem Ausschluss möglicher Schwachstellen und Fehlerquellen. Die zwei häufigsten Fehlerquellen für Computerausfälle sind Lüfter und die Datenspeicherung. Im Vergleich zu Frachtumgebungen haben Fernzüge bessere Heizungs- und Lüftungssysteme und bessere Einrichtungen für den Fahrgastkomfort. Die Computing-Plattformen in Fernzügen müssen mehr automatisierte Dienste unterstützen als in jedem anderen Zugtyp. Die Computer-Infrastruktur ist außerdem innerhalb des Zugs sehr viel breiter verteilt. Die Computer sorgen ebenso wie in Frachtzügen für die Kommunikation mit Bahnhöfen und Leitstellen entlang der Gleise, Wlan ist jedoch nicht nur eine Option. Fernzüge erfordern öffentliche Wlan-Verfügbarkeit und koordinieren darüber hinaus ein internes Netzwerk, das den Fahrgastkomfort, die Fahrgastdienste und viele logistische Themen abdeckt. Wi-Fi- und Funkmodule sind unabdingbar, dabei fungiert der Computer als Wi-Fi Access Point für die Fahrgäste. Das bedeutet, dass abhängig von der Verbindungs-Bandbreite und den angebotenen Diensten die Funkbündelung mehrerer Module erforderlich wird, ebenso wie weitere Wi-Fi-Module. Dazu ist eine Anzahl im Zug verteilter Server notwendig.
Die kosteneffizientesten Mechanismen zur Datenspeicherung sind heutzutage Festplatten. Neue Speichertechnologien wie SSDs (Solid State Drives) bieten zwar verführerische Funktionen, es gibt jedoch zahlreiche Gründe, warum Festplatten in den meisten Fällen die bessere Wahl sind. Eine SSD kostet zum Beispiel immer noch rund das Dreifache einer Festplatte. Viel wichtiger: SSDs haben nach wie vor eine begrenzte Lebensdauer und plötzliche, unvorhergesehene Ausfälle aufgrund begrenzter Schreibfähigkeit. Es ist schwer vorherzusehen, wann diese Grenze erreicht wird. Fällt ein SSD aus, sind die gespeicherten Daten unwiederbringlich verloren. Die Kombination dieser Einschränkungen macht Festplatten zur besseren Wahl für den Einsatz in NVRs (Network Video Recorder). Festplatten, die auf Industrieniveau konstruiert wurden, eignen sich ideal für den Einsatz in Umgebungen mit starken Vibrationen und Stößen, wie sie in mobilen Umgebungen, also im Schienenverkehr, vorherrschen.
Interne Lüfter sind stark ausfallgefährdete Komponenten von Computern. Als Konsequenz sehen Industriekunden lüfterlose Computer heutzutage als Mindestanforderung. Lüfterlose Hardware-Plattformen zu konstruieren bedeutet, die thermische Effizienz zu maximieren, indem das Innenleben des Computers gründlich zusammengestellt wird und das Computergehäuse versiegelt wird, um es vor Feuchtigkeit, Staub und anderen korrosiven Elementen zu schützen. Diese Maßnahmen erhöhen die mittleren Ausfallzeiten (MTBF, Mean Time Between Failures) besser als jede Konstruktionsänderung. Die Vorteile werden noch gesteigert, wenn die internen Bauteile über Conformal Coating, eine spezielle Schutzschicht auf elektronischen Komponenten, verfügen.
Extreme Kälte und Hitze sind für Zugsysteme gleich schwierig, da sie neben der Schädigung interner Komponenten auch schnell die Festplatten schwächen können. Moxas Computer für den Schienenverkehr sind konform mit den essenziellen Teilen der EN 50155 und EN 50121-3-2-Direktiven. Moxa-Computer mit der so genannten SafeGuard-Technologie nutzen den passiven Wärmeaustausch, um bei Hitze kühl zu bleiben, sodass sie die 70-°C-Wärmetoleranz der EN 50155 TX mühelos einhalten. Für extrem niedrige Temperaturbereiche garantiert Moxas intelligente Heizlösung, die das System mit einer automatischen, PCB-integrierten (Printed Circuit Board) Hardware-Utility bootet, die die Systeminitialisierung verzögert, während sie die Festplatte erwärmt.
Den permanenten Stößen und Vibrationen in Zügen muss die Konstruktion von Computing-Plattformen Rechnung tragen. Passive Schock-Absorber können intern an der Festplattenhalterung oder außen an der Montage-Klammer des Computers im Inneren des Gehäuses als Anti-Vibrations-Lösung für alle Festplatten, die nicht SSD sind, angebracht werden und Abhilfe schaffen. Da die Vibration jedoch einen sehr kritischen Effekt hat, versieht man den Computer idealerweise mit einem unabhängigen Vibrationssensor (G-Sensor), zusätzlich zu denen, die möglicherweise bereits in den Speicherlaufwerken enthalten sind.
Vibrationsschutz für Datenlaufwerke
Für NVR-Computer hat Moxa eine neuartige Anti-Schock- und Anti-Vibrations-Installationsklammer entwickelt. Sie schützt die Festplatte, in dem sie die Vibrationsenergie direkt absorbiert und die Festplatte ausbalanciert, sodass übermäßige Schockeinwirkung abgefangen wird. Moxas besonders robuste Network Attached Storage Geräte (NAS) schützen für den Fall, dass die Vibration der Festplatte einen bestimmtem Schwellenwert übersteigt, vor Datenkorrumpierung, indem sie die Daten in einem permanenten 1,5 Gigabyte (GB) Solid-State-Speicher puffern. Nur wenn die Vibrationen wieder auf akzeptablem Niveau sind, werden die Daten zurück auf das Hauptlaufwerk gespeichert. Sollte das System plötzlich zusammenbrechen, sind nach Wiederherstellung noch alle Daten vorhanden.
Der wohl wichtigste Schutz ist der gegen Überspannung. Züge unterliegen dauernden Spannungsschwankungen und Stromspitzen. Hinzu kommen unregelmäßig auftretende, unvorhersehbare Stromausfälle, die zwar nur wenige Millisekunden lang sein können, aber ausreichen, um ein System durch konstante Neustarts oder Datenkorrumpierung lahmzulegen. Um unter diesen Bedingungen angemessene Funktionalität sicherzustellen, werden Kondensatoren eingesetzt, die Depots anlegen, mit denen das System durch die Ausfälle kommt. Zudem wird ein elektrischer Isolierungsschutz, der gegen die üblichen Überspannungen schützt, eingebaut.
Auf den langen Strecken der Fernzüge werden besondere Dienste angeboten, wie Kartenverkaufs- und Logistiksysteme. Logistiksysteme umfassen eine Menge an Sub-Systemen, wie CCTV (Closed Circuit Television), Kartenleser, WAN- und LAN-Wi-Fi-Verbindungen (Wide Area Network, Local Area Network), lokale Automatisierungssysteme, Fahrgast-Analysesoftware und Fahrgastsicherheitssysteme. Einige dieser Sub-Systeme erfordern komplexe Softwareprogramme, die Video, Audio, RFID (Radio Frequency Identification), Wi-Fi und 3G-Funk mit seriellen Schnittstellen integrieren. Kartenverkaufssysteme können sehr einfach aufgebaut sein, wenig mehr, als eine Datenbank und eine menschliche Schnittstelle, aber auch sehr komplex, einschließlich voll automatisierter Wireless-Systeme rund um RFID-Karten, die vielleicht auch persönliche Mobilgeräte per Wi-Fi bedienen und serielle E/A-Geräte integrieren. Dafür wird ein leistungsstarkes modulares Computing-System benötigt, das schnell und einfach an die Anforderungen der Plattform angepasst werden kann.
Speicherkapazität für die Überwachung an Bord
Videoüberwachungssysteme an Bord ergänzen Fahrgast-und Betriebslogistik, aber sie dienen auch einer solch wichtigen Funktion, dass sie selbst als unabhängiges System betrachtet werden müssen. Im Vergleich zu Frachtzügen erfordern die NVR-Systeme in Fernzügen dieselbe Widerstandsfähigkeit gegen die Umgebungsbedingungen und müssen viele verschiedene Kameras mit Sicherheitssystemen, Sensordaten und automatisierten Alarmen und Steuerungen integrieren. Zusätzlich benötigen sie jedoch viel mehr Speicherkapazität. Netzwerkbandbreite und Datenkapazität erfordern eine starke, schnelle Festplatte, die hohe Datendurchsätze verarbeiten kann und hochzuverlässige, ausreichend große Datenspeichersysteme für die Bildspeicherung.
Es ist klar, dass es für Computer an Bord von Zügen neben den zentralen Signalgebungs- und Steuerungssystemen viele weitere Aufgaben gibt. Um den Bedarf an einer widerstandsfähigen, vielseitigen Computing-Lösung zu decken, die diese Aufgaben erfüllt, hat Moxa die EN 50155-konformen Zugcomputer der V2426A-Serie entwickelt. Die Embedded Computer der V2426A-Serie basieren auf dem Intel Atom N270 x86-Prozessor und besitzen vier RS-232/422/485-Anschlüsse, duale LAN-Anschlüsse, sowie drei USB 2.0-Hosts. Zudem bietet die V2426A-Serie VGA and DVI-I-Ausgänge, und ist somit gut in industriellen Umgebungen, wie zum Beispiel im Schienenverkehr, einsetzbar.
Die dualen Ethernet-Anschlüsse bieten eine schnelle und zuverlässige Lösung für Netzwerkredundanz und folglich ununterbrochenen Betrieb für Datenkommunikation und -management. Weitere Vorteile sind die sechs digitalen Eingänge und zwei digitale Ausgänge für den Anschluss von I/O-Geräten. Darüber hinaus bieten der CompactFlash-Sockel, die SATA- und USB-Anschlüsse der V2426-Geräte die Zuverlässigkeit bei industriellen Anwendungen, die Datenpufferung und Speichererweiterung erfordern. Ausgestattet mit zwei peripheren Erweiterungsmodulen sind die Computer bei Anwendungen, die zusätzliche Module erfordern, flexibel integrierbar. Vorinstalliert mit Linux oder Windows Embedded, bietet die V2426-Serie Programmierern eine anwenderfreundliche und kosteneffiziente Umgebung für die Entwicklung von fehlerfreier Anwendungssoftware.
