Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Špičková technika v dálničním tunelu

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