Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Dálniční dílo Pfändertunnel v blízkosti rakouského města Bregenz není jen pouhá díra v hoře, ale – podobně jako jiná inženýrská díla tohoto druhu – také složitá síť velmi důležitých technických zařízení. Kdo takovým dálničním tunelem jako řidič někdy projížděl, nemohl si nevšimnout nápadných osvětlovacích těles a větracích jednotek stejně jako signalizačního zařízení a nouzových záchranných systémů. Za tím vším se nacházejí moderní automatizační systémy obdobné tomu, jaký pro Pfändertunnel dodala společnost Dürr Austria při použití průmyslových počítačů Automation PC a řídicích systémů řady X20 od společnosti B&R a systému pro řízení spojitých technologických procesů XAMControl. Objem inženýrské práce při integraci v rámci nadřazeného řídicího systému XAMControl od firmy Evon GmbH, pobočky společnosti Dürr, byl významně zredukován použitím techniky automatického generování řídicího kódu.
Tunely je vedeno stále více silnic, v horských oblastech i jinde. S tím rostou požadavky na bezpečnost a spolehlivost jejich provozu. Je třeba zajistit osvětlení a přívod čistého vzduchu i odvod škodlivých výfukových plynů. Pro řízení dopravního provozu jsou nezbytné signalizační a monitorovací systémy. V případě nehody nebo jiné mimořádné situace musí být lidem umožněno rychle se zorientovat a tunel bezpečně opustit. Nehody, které se staly v tunelu pod Mont Blankem, v Taurském tunelu nebo na lanové dráze v Kaprunu, důrazně a bolestně připomínají, jak je bezpečnost tunelů důležitá. Technologická zařízení instalovaná v tunelu musí spolehlivě zajišťovat jeho bezpečnost po dlouhá desetiletí provozu. To se obratem promítá do požadavků na řídicí systémy, které musí být dostatečně odolné a spolehlivé s ohledem na současné i budoucí provozní potřeby.
Dálniční tunel: nic jednoduchého
Řídicí systémy tunelů se snadno mohou rozrůst do obřích rozměrů. Nejinak tomu bylo i u tunelu Pfändertunnel na dálnici A14 u aglomerace Bregenz, hlavního města rakouské spolkové země Vorarlbersko (obr. 1). Tunel o dvou jízdních pruzích s délkou 6,7 km byl poprvé uveden do provozu před více než třiceti lety. V červnu 2012 byl po téměř pěti letech výstavby otevřen druhý, souběžný tubus tunelu, také se dvěma jízdními pruhy, vybavený nejmodernější elektrickou a bezpečnostní technikou. Do června následujícího roku byl obdobným způsobem modernizován i původní tubus tunelu (obr. 2).
Součástmi projektu vypsaného v dubnu 2011 provozovatelem rakouské dálniční sítě ASFiNAG (Autobahnen- und Schnellstraßen--Finanzierungs-Aktiengesellschaft) byly systémy rozvodu nízkého napětí a nouzového napájení s pěti jednotkami UPS, osvětlení tvořené 2 100 světelnými zdroji typu LED a čidla kvality vzduchu. Dále bylo nutné instalovat 120 proměnných informačních značek a signalizačních světel, 1 750 reflexních prvků na obrubnících, 300 světelných směrovek k nouzovým východům z tunelu a 200 videokamer.
Vedle toho byly v tunelu instalovány poplachové systémy a 100 stanic pro nouzové volání. K propojení všech 141 provozních řídicích jednotek s hlavní řídicí stanicí bylo třeba položit optický kabel v délce více než 60 km a nainstalovat 140 síťových přepínačů. Nainstalován byl také snímací kabel liniového systému pro detekci požáru o délce 14 km.
Stejně jako dalších šest tunelů nacházejících se na dálnicích a rychlostních komunikacích Vorarlberska je i Pfändertunnel sledován a řízen z dispečinku umístěného v rakouském městě Hohenems (obr. 3). Celkem 45 000 signálů I/O reprezentujících Pfändertunnel je zde spravováno ve 200 technologických zobrazeních (obr. 4).
Dlouhodobá spolehlivost v náročném prostředí
Společnost ASFiNAG si za hlavního dodavatele automatizačního systému pro Pfändertunnel v přibližné ceně 25 milionů eur vybrala společnost Dürr Austria GmbH. Tato společnost s 80 vysoce kvalifikovanými zaměstnanci má významné reference v oblasti realizace projektů spočívajících v propojení jednotlivých dílčích zařízení a systémů do jednoho funkčního celku. V daném případě pověřila společnost Dürr náročným úkolem integrace 23 zaměstnanců ze své dceřiné firmy Evon GmbH, specializované na vývoj softwaru.
„Jednotlivé komponenty, z nichž sestává výsledný automatizační systém, jsou samy o sobě poměrně jednoduché,“ vysvětluje Andreas Leitner, výkonný ředitel firmy Evon. „Avšak potřeba je vzájemně propojit, dlouhé vzdálenosti mezi nimi a také požadovaná téměř absolutní odolnost proti poruše vyžadující redundanci na všech úrovních vedly k výslednému celku poměrně značné složitosti. Navíc bylo nutné vměstnat veškeré řídicí komponenty do velmi omezených prostor a zajistit jejich dlouhodobou vysokou spolehlivost v prostředí s trvale přítomným prachem a výfukovými plyny.“
Kompaktní a odolné
K řízení na úrovni jednotlivých technologických zařízení v tunelu proto firma Evon zvolila kompaktní a odolné řídicí jednotky řady I/O-System X20 od společnosti B&R. Celkem je v tunelu rozmístěno 98 těchto distribuovaných řídicích jednotek X20. Jednotky jsou propojeny do kruhu redundantním optickým kabelem a ovládány prostřednictvím 43 dvojic redundantně zapojených počítačů B&R Automation PC, z nichž každá dvojice je přiřazena k určité sekci tunelu (obr. 5).
Počítače Automation PC odesílají údaje z lokality Pfändertunnel přímo do hlavní řídicí stanice v dispečinku ASFiNAG ve městě Hohenems. Tyto průmyslové počítače od společnosti B&R jsou navrženy tak, aby odolávaly nárazům, vibracím, extrémním teplotám atd. a byly schopny nepřetržitého provozu. Nejsou v nich proto použity žádné komponenty s točivými částmi, jako jsou jednotky pevných disků a ventilátory. Za uživatelské rozhraní tohoto distribuovaného systému byly zvoleny operátorské panely z řad Panelware, Automation Panel a Power Panel od společnosti B&R.
Otevřený systém pro řízení procesů
Distribuovaný řídicí systém od společnosti B&R pracuje v rámci systému pro řízení spojitých technologických procesů XAMControl od firmy Evon, s nímž je velmi těsně propojen. Systém XAMControl, využívaný také v odvětvích se spojitou výrobou a při řízení technických zařízení v budovách, vychází z databázové platformy a lze jej pouhou změnou hodnot parametrů snadno přizpůsobit jakékoliv úloze bez nutnosti zdlouhavě přepisovat kód. Řídicí jednotky řady X20 v lokalitě Pfändertunnel jsou centrálně spravovány a programovány právě při použití tohoto systému.
Systém XAMControl prohledá a automaticky zjistí aktuální konfiguraci hardwaru. Následně vygeneruje kód v jazyce C# pro konkrétní řídicí úlohy. Tento kód je ověřen s použitím virtuálního programovatelného automatu a následně kompilátorem od společnosti B&R převeden do strojového řídicího kódu, který lze spouštět v řídicích jednotkách řady X20.
Díky dokonale homogenní struktuře integrovaného řídicího systému bylo možné – v oboru systémů pro řízení dopravy vůbec poprvé – postupovat při vývoji řídicího systému způsobem shora dolů. V takovém případě je činnost softwaru úplně ověřena, včetně simulací, ještě před použitím na skutečném zařízení. „Rozhodnout se pro spolupráci se společností B&R bylo snadné. Její výrobky se vyznačují otevřeností a kompatibilitou při skvělém poměru výkonu k ceně. Vedle toho jsme mohli také využívat jak špičkovou podporu od místní technické kanceláře B&R ve Štýrském Hradci, tak i přímou komunikaci mezi vývojovými odděleními našich firem,“ uvádí Andreas Leitner některé z nejvýznamnějších přínosů spolupráce. „Funkce automatického generování řídicího kódu s podporou objektově orientovaného programování pomáhá uživatelům vyhnout se nadbytečné práci a možným chybám.“
45 000 signálů I/O zajišťuje plynulý provoz
Výsledkem úspěšné spolupráce mezi společnostmi Dürr, Evon a B&R je komplexní řídicí systém, jehož funkce jdou nad rámec zajištění spolehlivosti a bezpečnosti dopravního provozu v dálničním tunelu. Celistvost a transparentnost řídicího systému od hlavní řídicí stanice až po každý jednotlivý signál I/O usnadňují práci operátorům i údržbářům. Společnost ASFiNAG, provozovatel sítě rakouských dálnic a rychlostních komunikací, si tak může být jista, že řízení tunelu je při použití výrobků společnosti B&R v dobrých rukou.
„Funkce automatického generování kódu pro řídicí systémy od společnosti B&R přinesla vývojářům systému pro řízení dopravy značnou úlevu. Vyspělé programovací techniky použité v systému řízení spojitých technologických procesů XAMControl od firmy Evon v kombinaci s výkonnými, otevřenými a robustními distribuovanými řídicími systémy od společnosti B&R jsou zárukou spolehlivosti řídicího systému tunelu po mnoho let jeho používání.“
Andreas Leitner,
výkonný ředitel, Evon GmbH
Obr. 1. Automatizační systém zajišťující osvětlení, kvalitu ovzduší a bezpečnost provozu v dálničním tunelu je po všech stránkách náročné dílo – Pfändertunnel u rakouského města Bregenz se vyznačuje téměř neuvěřitelným počtem 45 000 signálů I/O
Obr. 2. Po třiceti letech používání byl vedle dosavadního tubusu tunelu proražen druhý tubus a původní tunel byl následně inovován s použitím téže moderní techniky; součástí modernizace byla instalace 300 světelných směrovek k nouzovým východům, 200 videokamer, 100 stanic nouzového volání a potřebných zařízení dopravní signalizace
Obr. 3. Veškerá zařízení a systémy v lokalitě Pfändertunnel jsou propojeny s dispečinkem společnosti ASFiNAG ve městě Hohenems (zdroj: Evon)
Obr. 4. Pfändertunnel: příklad technologického zobrazení v dispečinku ASFiNAG
Obr. 5. Řízení technických zařízení v lokalitě Pfändertunnel zajišťují distribuované řídicí jednotky X20 od společnosti B&R a redundantní počítače B&R Automation PC umístěné v jednotlivých sekcích tunelu; nepřítomnost točivých součástí (jednotky pevných disků, větráky) je zárukou mnohaletého provozu bez údržby