Funktionale Sicherheit
01.11.2012

Umfassendes Sicher­heitssystem für Tunnel

Beitrag aus openautomation 6/2012 Der unter dem Flughafen Brüssel-Zaventem befindliche Diabolo-Tunnel zeichnet sich durch ein umfassendes Sicherheitssystem aus...

Beitrag aus openautomation 6/2012

 

Der unter dem Flughafen Brüssel-Zaventem befindliche Diabolo-Tunnel zeichnet sich durch ein umfassendes Sicherheitssystem aus. Tritt ein Zwischenfall, beispielsweise ein Brand, auf, läuft sofort ein entsprechendes Notfall-Szenario ab. Dazu werden sämtliche Sicherheitsanlagen unter dem belgischen Flughafen automatisch durch SPS von Phoenix Contact gesteuert.

Wenn Bahnreisende im Fall eines Brandes oder eines anderen Zwischenfalls den Zug verlassen und den Ausgang zu Fuß nehmen müssen, wird ihnen der Fluchtweg durch LED-Profile mit dynamischer Beleuchtung angezeigt

Wenn Bahnreisende im Fall eines Brandes oder eines anderen Zwischenfalls den Zug verlassen und den Ausgang zu Fuß nehmen müssen, wird ihnen der Fluchtweg durch LED-Profile mit dynamischer Beleuchtung angezeigt

In ganz Belgien gibt es wahrscheinlich niemanden, der das Diabolo-Projekt nicht kennt. Die direkte Bahnverbindung zwischen dem Flughafen Brüssel-Zaventem und den Städten Antwerpen, Mechelen und Leuven war Anfang Juni 2012 fast täglich Thema in den Medien. Denn am 7. Juni 2012 weihte König Albert das Prestigeprojekt der belgischen Bahn offiziell ein. Im Rahmen eines weiteren Festakts konnte die Bevölkerung den Tunnel am 9. Juni besichtigen, bevor er einen Tag später in Betrieb genommen wurde. Die Bauzeit der Infrastrukturanwendung betrug fünf Jahre bei Kosten von rund 700 Mio. €.

 

Schneller und sicherer Zugverkehr

Durch Nutzung des Diabolo-Tunnels können die Reisenden die Strecke von Antwerpen zum Brüsseler Flughafen in 34 min zurücklegen. Die Fahrtzeit von Mechelen und Leuven beträgt 10 min respektive 14 min, wobei nicht umgestiegen werden muss. Aufgrund des Anschlusses an das HST-Netz werden auch Amsterdam, Paris und Frankfurt direkt sowie mit kürzerer Reisedauer an den Flughafen Brüssel-Zaventem angebunden. Zu diesem Zweck wurde eine vollkommen neue Infrastruktur aufgebaut, zu der ein Streckenabschnitt auf dem breiten Mittelstreifen der Autobahn E19, zahlreiche Brücken sowie kilometerlange Tunnel unter den Start- und Landebahnen des Flughafens zählen.

 

Handlungsbedarf bestand ebenfalls in punkto Sicherheit für die Bahnpassa­giere, da es in Belgien in der letzten Zeit zu ­einer Reihe von Zugunglücken gekommen war. Deshalb wurden die ­neuen Bahnstrecken des Diabolo-Projekts durchgehend mit ETCS-Eurobalisen ausgestattet. Dabei handelt es sich um eine Komponente des neuen europäischen Eisenbahn-Verkehrsleitsystems, die das Überfahren eines Haltesignals verhindert. Wegen der strengeren Auflagen des belgischen Bahninfrastruktur-Verwalters ­Infrabel sind die Tunnel unter dem Flughafen Brüssel-Zaventem nun die sichersten im ganzen Land und somit ein Vorbild für ähnliche nationale und internationale Projekte.

 

Applikationsspezifische Komponenten und Systeme

In der zentralen Steuerungseinheit sind vier RFC verbaut, wobei das unterhalb des Industrie-PC installierte Gerät die Entscheidung trifft, ob ein Notfall vorliegt und um welche Art von Störung es sich handelt

In der zentralen Steuerungseinheit sind vier RFC verbaut, wobei das unterhalb des Industrie-PC installierte Gerät die Entscheidung trifft, ob ein Notfall vorliegt und um welche Art von Störung es sich handelt

Der Auftrag für die Sicherheitstechnik des Tunnels und des unterirdischen Bahnhofs wurde an Fabricom GDF Suez vergeben. Mario Brusselmans, Senior-Projektmanager Bahn bei Fabricom, berichtet: „Dass wir die Ausschreibung gewonnen haben, liegt unter anderem in der engen Zusammenarbeit mit Phoenix Contact begründet. Denn bei unserem gemeinsamen Angebot hat der Automatisierungsspezialist seine Komponenten und Systeme an den Anforderungen des Anwenders ausgerichtet, während andere Unternehmen einfach auf das vorhandene Produktportfolio zurückgegriffen haben“. So ist beispielsweise ein neues Konzept für die Kennzeichnung von Fluchtwegen entwickelt worden. Das sogenannte DEG-System (Dynamic Evacuation Guidance) besteht aus an der Tunnelwand befestigten Aluminiumteilen. In diese Teile sind in Abschnitten von 33 cm LED-Profile eingelassen, die für eine dynamische, den Fluchtweg anzeigende Beleuchtung sorgen. Wenn die Bahnreisenden den Zug im Fall eines Brandes oder sonstigen Zwischenfalls verlassen und zu Fuß zum Ausgang gehen müssen, wird ihnen so der Fluchtweg ­visualisiert. Die DEG-Module in Schutzart IP67 sind in der Regel 4 m lang und durch re­dundante LED-Controller miteinander verbunden. Die Steuerung der LED-Module befindet sich in kleinen Zylindern. Alle LED-Controller werden durch ein redundantes Verkabelungskonzept, das der Datenübertragung und Stromversorgung dient, miteinander gekoppelt. Auf diese Weise lassen sich Platz, Zeit und damit Kosten einsparen.

 

Redundant ausgelegtes Evakuierungskonzept

Die LED-Controller basieren auf Inline-Steuerungen von Phoenix Contact. Sie sind im Abstand von rund 100 m in so­genannten MSP-Schränken (Modulare ­Service-Punkte) verbaut. In Summe umfassen die Diabolo-Tunnel etwa 100 MSP-Schränke. Jede Inline-Kleinsteuerung ILC 1xx steuert die LED-Controller, die zu beiden Seiten des Schranks installiert sind. Normalerweise betrifft das nur die nächsten 100 LED-Meter in einer Richtung. Sollte jedoch ein benachbarter ILC durch ein Feuer abgetrennt sein, können auch die LED in der anderen Richtung angesteuert werden. Insofern ist das DEG-System redundant ausgelegt. Ein Indus­trie-Switch der Produktfamilie Factoryline verbindet den ILC mit der zentralen Steue­rung, während ein DC-UPS-Netzteil die im Schrank montierten Komponenten und die DEG-Module mit Strom versorgt. E/A-Module stellen die Kommunikation mit den unterlagerten Sensoren sicher.

 

In einigen MSP-Schränken sind sämtliche Komponenten doppelt vorhanden. Dies liegt daran, dass an Stellen mit einspuriger Gleisführung die an beiden Seiten des Tunnels angebrachten LED-Profile von einem Schrank gesteuert werden. Dazu wurde ein weiterer ILC für die LED auf der zweiten Tunnelseite verbaut. In diesem Fall sind ILC und LED-Controller durch unter den Schienen verlegte feuerfeste RF1U-Leitungen miteinander gekoppelt. Die übrigen Leitungen müssen nicht zwingend feuerfest sein, weil im Fall eines Brandes der jeweils nächstgelegene MSP-Schrank die Steuerung übernehmen kann. Das bringt Kostenvorteile mit sich.

 

Sofortiges Umschalten auf die Back-up-Steuerung

Alle 100 m befindet sich ein MSP-Schrank, der sämtliche zum Betrieb der LED-Profile erforderlichen Komponenten enthält

Alle 100 m befindet sich ein MSP-Schrank, der sämtliche zum Betrieb der LED-Profile erforderlichen Komponenten enthält

Die Entscheidungen hinsichtlich der Steuerung der DEG-Module werden allerdings nicht von den Inline-Steuerungen in den MSP-Schränken getroffen, sondern von vier in einem zentralen Schaltschrank montierten Sicherheitssteuerungen des Typs RFC 470S von Phoenix Contact. An diesem Punkt sind alle ILC sowie die RFC durch eine Gigabit-Ringstruktur miteinander verbunden. Tatsächlich gibt es je zwei identische Sicherheitssteuerungen, wobei die erste unter- und die zweite aus Redundanzgründen überirdisch und somit außerhalb des Tunnels installiert ist. Fällt also ein RFC 470S aufgrund eines Brandes oder eines anderen Unglücks aus, übernimmt der zweite Safety-Controller innerhalb von Millisekunden die Funktion.

 

Die wichtigste der vier Sicherheitssteue­rungen ist der FS-RFC (Fire Scenario). Er löst das Notfall-Szenario aus und bewertet, um welche Art von Notfall es sich handelt. Die Entscheidung des FS-RFC basiert dabei auf den Eingangssignalen, sodass er nur dann Aktivitäten einleitet, sofern tatsächlich ein Feuer ausgebrochen ist oder sich der Zug mit weniger als 5 km/h bewegt. Ein Brand wird beispielsweise durch den sogenannten Fibro­laser und/oder Messpunkte erkannt. Beim Fibrolaser handelt es sich um eine Glasfaserleitung, die an der Decke des Tunnels angebracht ist und Temperaturschwankungen mit einer Genauigkeit bis 0,1 °C sowie einer Auflösung von 3 m detektiert. Als Messpunkte kommen an verschiedenen Stellen Feuer­melder oder Notfallknöpfe zum Einsatz, zum Beispiel im Bahnhof und in den Technikräumen.

 

Zur Geschwindigkeitsmessung der Züge wurden im Abstand von etwa 20 m Sick-Sensoren an den Gleisen montiert. Sie erfassen das Stoppen oder Passieren des Messpunkts zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die Sensoren sind mit den ILC im zugeordneten MSP-Schrank sowie zusätzlich abwechselnd mit den Steuerungen des vorherigen oder nächsten Schranks gekoppelt. So ist sichergestellt, dass auch dann noch Signale von jedem zweiten Sensor empfangen werden, wenn ein MSP-Schrank wegen eines Brandes ausfällt. Die Signale der Sensoren werden nun über das Ringnetzwerk an den TL-RFC (Train Location) im zentralen Schaltschrank übertragen. Dort lässt sich der Standort des Zuges ermitteln und die Geschwindigkeit berechnen, mit der er fährt.

 

Automatisches Auslösen vielfältiger Sicherheitssysteme

Der TL-RFC leitet seine Daten laufend an den FS-RFC weiter. Er kann auf Basis dieser Informationen feststellen, welche Komponenten und Systeme in den Tunneln und den zugehörigen Bauwerken in oder außer Betrieb sind. Dazu zählt das DEG-System, das die Fluchtwege anzeigt. Über den DEG-RFC sowie den Gigabit-Switch und die Ethernet-Verbindung werden Befehle an die ILC übertragen, die die LED steuern. Neben dem DEG-­System zeichnet der FS-RFC für folgende weitere Sicherheitssysteme verantwortlich:

  • Starten der Notstrom-Generatoren,
  • Einschalten von Lüftern sowie der Entrauchungs- und Wärmeabzugsanlage,
  • Öffnen und Schließen von Absperrvorrichtungen,
  • Aktivieren von Löschwasserpumpen,
  • automatisches Einschalten der Beleuchtung im gesamten Bauwerk,
  • Lautsprecher-Durchsagen im Bahnhof und an den Bahnsteigen, die zum ruhigen und geordneten Verlassen auf­fordern,
  • automatisches Öffnen von Notaus­gängen,
  • Schließen von Brandschutz-Rolltoren zum Abriegeln der Gänge,
  • Aktivieren von Rauchschleiern im Bahnhof und auf den Treppen,
  • automatisches Anhalten der Fahrstühle auf einer sicheren Ebene,
  • Stoppen von Rolltreppen sowie
  • Deaktivieren der Zugangskontrolle.

 

 

Außerdem werden automatische Alarme für den Flughafen – damit sich keine weiteren Passagiere zum Bahnhof begeben – und das BMS (Building Management System) ausgelöst. Der BMS-Kon­trollraum leitet die Meldung per Funk in den Kontrollraum in Antwerpen und in Kürze auch in Leuven und Mechelen weiter, sodass keine weiteren Züge über Zaventem fahren.

 

Fazit

Fabricom GDF Suez hat sich nicht zum ersten Mal für Komponenten, Systeme und Lösungen von Phoenix Contact entschieden. M. Brusselmans: „Wir arbeiten bei anderen gewonnenen Diabolo-Unterprojekten ebenfalls mit Phoenix Contact zusammen, beispielsweise im Rahmen der elektromechanischen Ausstattung des Bauwerks. Mittlerweile sind beide Unternehmen seit einigen Jahren partnerschaftlich verbunden. Denn Phoenix Contact verfolgt einen anwenderorientierten Ansatz und setzt die Anforderungen zudem flexibel und schnell um. Vorteilhaft ist auch, dass das Unternehmen fast alle Geräte selbst fertigt und daher nicht auf Zulieferer zurückgreifen muss. Aufgrund der positiven Erfahrungen wird es in Zukunft sicher weitere gemeinsame Projekte geben“.

 

Marcel Hassenewert

Marcel Hassenewert ist im Industriemanagement Infrastructure des Geschäfts­bereichs Industry Solutions bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont tätig.

 

Weitere Informationen unter www.phoenixcontact.de als PDF downloaden

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
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