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HELiS – Tunnelsicherheit auf höchstem Niveau

Für Straßentunnel mit einer Länge von mehr als 400 m schreiben die „Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln“ (RABT) eine ständige Überwachung durch ausgebildetes Personal vor. Im Bundesland Hessen wird diese anspruchsvolle Aufgabe durch die Disponenten der Tunnelleitzentrale in Eschwege, im Auftrag von Hessen Mobil durchgeführt.

Der geplante Ausbau der hessischen Tunnellandschaft, insbesondere im Zusammenhang mit dem Bau der A44, machte eine Neugestaltung der Überwachungssysteme in der Zentrale notwendig.
Der bisherige Ansatz, für jeden Tunnel ein eigenes Softwaresystem für Überwachung und Steuerung einzusetzen, sollte durch eine einzige, tunnelübergreifende Lösung ersetzt werden, mit der letztendlich die Überwachung der über 30 bestehenden und geplanten Tunnelbauwerke möglich sein soll.
Das war die Geburtsstunde von HELiS (Hessen Einheitliches Leitsystem für Straßentunnel).


Anforderungen
Aufgrund der Erfahrungen mit den bestehenden Tunnelüberwachungssystemen wurden von Hessen Mobil zwei grundsätzliche Ziele für die Planung und Erstellung der neuen Lösung festgelegt. Zum einen sollte die Bedienung für das Überwachungspersonal vereinfacht werden. Zum anderen sollte die Qualität der Softwarekomponenten im Bereich der Tunnelautomatisierung prüfbar und damit sichergestellt werden.
In der Vergangenheit wurden die hessischen Tunnel von verschiedenen Tunnelausrüstern jeweils mit eigenen Überwachungssystemen ausgestattet. Bis zu einem bestimmten Punkt ist das zwar praktikabel, mit steigender Anzahl der zu überwachenden Tunnel wird es für die Tunnel-Operatoren jedoch schnell unübersichtlich und anfällig für Fehlbedienungen. Deshalb wird von Hessen Mobil eine einheitliche, hochverfügbare Sicherheitstechnik für alle Straßentunnel in Hessen eingesetzt und die bisherigen Insellösungen in der Tunnelleitzentrale abgelöst.

Die große Herausforderung lag darin, dass die fertigen Einzellösungen für verschiedene Tunnel für den Anwender im Tunnel und den Operator in der Tunnelleitzentrale in der Visualisierung und Bedienung – „look and feel“ – immer gleich sein sollen. Das Visualisierungssystem sollte neutral und so offen gestaltet werden, dass jeder Tunnelausstatter auf dieser Basis in der Lage ist, seine auftragsbezogene Tunnellösung zu realisieren.

Das Leitsystem, das diese Anforderungen erfüllen kann, stammt aus dem Hause Siemens. Das SCADA System SIMATIC WinCC Open Architecture  (WinCC OA) wird als grundsätzliche, einheitliche Systemlösung für die Leitsysteme in allen Straßentunneln und der Tunnelleitzentrale in Hessen eingesetzt.


Aufgaben von HELiS
Knotenpunkt der Tunnelsicherheit in Hessen ist die Tunnelleitzentrale in Eschwege. Eine bundesweit einmalige Einrichtung – Tunnelleitstelle, Rettungsleitstelle und Gefahrenabwehrzentrum befinden sich hier unter einem Dach. Rund um die Uhr werden von hier alle Sicherheitssysteme in den hessischen Straßentunneln überwacht. Mit einer 24-Stunden-Rufbereitschaft der zuständigen Autobahn- und Straßenmeistereien sowie bei den Tunnelausrüstern werden Störungen umgehend vor Ort beseitigt.
Im Ernstfall steuern Mitarbeiter der Tunnelleitzentrale das Notfallmanagement: Mithilfe von HELiS wird innerhalb von Sekunden der Tunnel gesperrt, Einsatzkräfte alarmiert und Verkehrsteilnehmer im Tunnel per Verkehrsfunk und Lautsprecheranlage informiert. Videokameras aus den Tunneln projizieren Bilder der Einsatzstelle auf eine 32 Quadratmeter große Videowand in der Tunnelleitzentrale, die von den Mitarbeitern überwacht wird.

Herzstück der Tunnelüberwachung ist die Automatisierungstechnik, während sich das SCADA System auf die Visualisierung, Bedienung und Aufzeichnung von Zuständen und Ereignissen beschränkt. Aufgabe der Automatisierungstechnik mit SPS und den zugehörigen Peripheriegeräten ist, sämtliche Signale aus den Gewerken des Tunnels zu erfassen, diese aufzubereiten, auszuwerten und mittels festgelegten Programmen die technischen Anlagen des Tunnels automatisch zu steuern.
Für Hessen Mobil steht hierbei die Sicherheit an erster Stelle; die Automatisierungstechnik muss im Ernstfall die Verkehrsteilnehmer im Tunnel vor Gefahren schützen. So muss beispielsweise ein detektierter Brand zuverlässig und schnell von der SPS erfasst und verarbeitet werden. Innerhalb kürzester Zeit müssen dann die erforderlichen Reaktionen – wie Tunnel sperren, Brandlüftung starten, automatischen Durchsagen – erfolgen.


Siemens verzichtete bei der Tunnelautomation aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen auf rechnergestützte Automatisierungslösungen und setzte auf die bewährte redundante und hochverfügbare Steuerung SIMATIC S7-400-H. Mit diesem Ansatz ist die Siemens-Automatisierungstechnik im Tunnel einerseits unempfindlich gegenüber Bedrohungen aus verschiedenen IP-Netzen, anderseits aufgrund der deterministischen und zyklischen Programmbearbeitung echtzeitfähig und unterbrechungsfrei.

Technische Details
Für die Visualisierung, Überwachung und Bedienung der Tunnel wurde SIMATIC WinCC Open Architecture im Tunnel sowie in der Tunnelleitzentrale als einheitliches Leitsystem eingesetzt.
Aktuell sind in die Tunnelleitzentrale in Eschwege folgende Tunnel in HELiS eingebunden:

  • B27 Tunnel Schürzeberg mit ca. 3.000 I/O‘s

  • BAB A44 Tunnel Schulberg mit ca. 10.000 I/O’s

  • BAB A66 Tunnel Neuhof mit ca. 15.000 I/O’s

Das Leitsystem besteht aus zwei Servern sowie Clients für die Bedienstationen und einem Back-up-System. Fällt einer der beiden Server aus, wird automatisch und unterbrechungsfrei der zweite Server zum aktiven System und übernimmt sämtliche Aufgaben des Leitsystems. Nach Wiederkehr des ausgefallenen Servers erfolgt ein Abgleich aller Daten, die in der Zwischenzeit vom noch funktionierenden Server erfasst wurden.

Dieses klar strukturierte Konzept garantiert den Operatoren auch bei Ausfall eines Servers – egal ob im Tunnel oder in der Tunnelleitzentrale – die Tunnel und alle Techniken ohne Einschränkungen beobachten und bedienen zu können.

Zur Sicherheit werden alle anfallenden Tunneldaten im System gespeichert. Messwerte werden sekündlich aufgezeichnet und für 24 Stunden archiviert. Aus diesen Werten werden Minuten- und Stundenwerte gebildet und dauerhaft archiviert. Ereignisse werden mit der zugehörigen Zeit archiviert. Um möglichst schnelle und genaue Auswertungen der im System gespeicherten Ereignisse und Messwerte zu gewährleisten, erfolgt eine Parallelarchivierung in die lokalen Archiv-Datenbanken der Tunnel und in eine zentrale relationale Datenbank in der Tunnelleitzentrale. Die Ablage an zwei Örtlichkeiten bietet eine höchstmögliche Sicherheit vor dem Verlust von Daten. Fällt die Verbindung vom Tunnel zur Tunnelleitzentrale aus, dann werden alle in der Zwischenzeit angefallenen Daten nach Wiederkehr der Verbindung automatisch nacharchiviert.