Quando si progetta un’applicazione per il settore ferroviario, è necessario tenere conto di una serie di normative e considerazioni. In questo post del blog, illustreremo alcune di queste normative, la IEC 61508 e il CENELEC, e la serie di standard da seguire.
In generale, quando un progettista si trova ad affrontare la sfida di creare un circuito stampato per un’applicazione ferroviaria, la normativa comune per la progettazione dell’applicazione ferroviaria a cui fare riferimento è la UNI-EN 50124-1 – Standard Europeo.
Tuttavia, data l’elevata affidabilità richiesta per la maggior parte delle applicazioni ferroviarie, è necessario prendere in considerazione un altro standard fondamentale: IEC 61508 – Uno standard internazionale pubblicato dalla International Electrotechnical Commission
Regolamenti per applicazioni ferroviarie
Norme IEC 61508
La norma IEC 61508 fornisce standard di sicurezza funzionale per il ciclo di vita dei sistemi elettrici, elettronici o elettronici programmabili (E/E/PE). Due di questi standard sono:
- Requisiti specifici dell’architettura per la conformità al SIL (Safety Integrity Level).
- Metodologia per ottenere la conformità FCC (Federal Communications Commission). Non considerano il concetto di Fail Safe.
I principi fondamentali della norma IEC 61508 sono tre:
- Il rischio zero “non potrà mai essere raggiunto”.
- I rischi non tollerabili devono essere ridotti.
- La gestione della sicurezza deve essere considerata fin dall’inizio.
Questo regolamento è, a sua volta, la base per altri standard che si applicano al settore ferroviario, come il CENELEC.
Norme CENELEC:
Il CENELEC (Comitato Europeo per la Standardizzazione Elettrotecnica) è responsabile della standardizzazione europea nei settori dell’ingegneria elettrica. Insieme all’ETSI (telecomunicazioni) e al CEN (altre aree tecniche), forma il sistema europeo di standard tecnici. Pur collaborando attivamente con l’Unione Europea, non è un’istituzione della CEE.
Il lavoro del CENELEC si basa fondamentalmente sulle pubblicazioni della IEC (Commissione Elettrotecnica Internazionale), sebbene anche i tecnici del CENELEC preparino le proprie norme.
Il CENELEC è suddiviso in tre standard:
- 50126 (IEC 62278) tratta le norme di sicurezza standard all’interno di un sistema ferroviario: Ciclo di vita e sue fasi (requisiti, progettazione, produzione, validazione, ecc.), organizzazione e ruoli necessari per rispettare la sicurezza, concetto RAMS (Affidabilità, Disponibilità, Manutenzione e Sicurezza), di un sistema ferroviario, Comando, Controllo e Segnalazione (gestione della sicurezza).
- 50128 (IEC 62279) si occupa della gestione del software di sicurezza (SW) nei sistemi di controllo e protezione ferroviari. Equivale a quella generica, ma per il SW (non prevede RAMS, che è più dell’HW). Questo standard può essere applicato alle applicazioni ferroviarie e ai sistemi di controllo e protezione ferroviari.
- 50129 (IEC 62425) riguarda la sicurezza del sistema delle apparecchiature elettroniche ferroviarie. Essa è complementare alla 50126 e comprende più aspetti legati all’HW e alla logica programmabile, come le FPGA (Fine-Pitch Ball Grid Array). Ad esempio, per identificare e rendere un sistema più sicuro e giustificabile.
All’interno dello standard CENELEC, c’è un’altra norma importante da tenere presente (oltre a quelle per la compatibilità elettromagnetica, i test ambientali: temperatura, vibrazioni), ed è il coordinamento dell’isolamento (50124-1). Questo si applica proprio nella progettazione dei circuiti stampati in termini di isolamento tra conduttori di diverse protezioni tra le superfici metalliche e di test per verificarne la conformità.
Come si differenziano le tre norme CENELEC (50126/28/29)?
La 50126 si applica a tutti i sistemi ferroviari, la 50129 è specifica per i sistemi di segnalazione e infine la 50128 è quella da considerare per la programmazione dei sottosistemi software.
Quindi, come progettista di PCB possiamo dire che lo standard di riferimento specifico per la progettazione di circuiti stampati per applicazioni ferroviarie è la EN 50129.
Standard EN 50129
È una specifica che comprende i seguenti aspetti:
- Sicurezza tecnica:
- Descrizione del progetto
- Principi della sicurezza tecnica
- Garanzia di funzionamento corretto:
- Architettura del sistema e definizione delle interfacce.
- Conformità dei requisiti del sistema ai requisiti di sicurezza.
- Garanzia di corretto funzionamento di HW e SW.
- Effetto dei guasti:
- Comportamento del sistema in caso di guasti.
- Funzionamento sotto influenze esterne:
- Clima, condizioni meccaniche, elettriche e condizioni più severe.
- Condizioni di applicazione relative alla sicurezza:
- Configurazione, produzione, funzionamento e manutenzione del sistema.
- Monitoraggio della sicurezza durante la manutenzione, lo smantellamento del sistema e la comunicazione dei risultati.
- FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Valutazione sistematica dei modelli di guasto:
- Metodo induttivo: dal basso verso l’alto, sistemi HW (processi per le modalità di guasto (intendendo il “guasto” come una perdita di funzionalità), cause ed effetti), identifica il “singolo punto” di guasto.
- FMEA consente di migliorare la progettazione, di eseguire test e di analizzare i rischi.
Qual è l’importanza di applicare correttamente le norme CENELEC?
L’applicazione di questa normativa facilita l’accesso ai mercati internazionali, il raggiungimento di una maggiore competitività e il risparmio di tempo e denaro grazie alla scoperta di errori prima che il PCB venga prodotto.
La chiave è applicare lo standard fin dall’inizio del progetto.
Il fatto è che per facilitare l’implementazione di un PCB in un’applicazione ferroviaria, lo standard CENELEC deve essere preso in considerazione fin dal primo momento in cui si inizia una nuova progettazione.
Alcune buone pratiche comuni da tenere a mente fin dall’inizio sono:
- Strutturare correttamente lo schema. Raggruppare i blocchi logici e gli ingressi e le uscite per ridurre al minimo le tracce di collegamento, evitando così in gran parte gli effetti parassiti resistivi e capacitivi.
- Applicare poi il layout del circuito stampato, selezionando la giusta larghezza delle piste sufficiente a consentire il passaggio della corrente massima che le attraverserà. La separazione minima tra le tracce dipende dalla tensione che devono sopportare.
Le sedi locali di NCAB dispongono di un team tecnico di ingegneri in grado di fornire consulenza sulla progettazione di PCB sia per quanto riguarda gli aspetti di efficienza, tecnologia di produzione e sostenibilità, sia per quanto riguarda la conformità alle normative in settori o applicazioni altamente esigenti come quello ferroviario o altri simili.
Queste conoscenze derivano dall’esperienza accumulata in oltre 30 anni di attività, dalla presenza in 15 Paesi e da un volume di produzione annuale di oltre 360 milioni di PCB per applicazioni ad alta richiesta.
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