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LED -Unterflurfeuer im Tunnel - Polyscope

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AKTIVE BAUELEMENTE
POWERLINE-KOMMUNIKATION
www.polyscope.ch
Der Elbtunnel in Hamburg führt in 32 m Tiefe gut 12 m unter dem Elbgrund hindurch
Sicheres Spurleitsystem
LED-Unterflurfeuer im Tunnel
Das Grundprinzip der hier beschriebenen Applikation ist uns allen vertraut. Es geht
darum, Autos mithilfe von leuchtenden Fahrbahnmarkierungen sicher von
der einen Fahrspur auf eine andere Fahrspur zu leiten. Eine Aufgabe, die auf den
ersten Blick sehr einfach aussieht.
»
Hans Happ
Bei näherem Betrachten erweist sich ein derartiges System jedoch als komplex, zumal
auch noch hohe Sicherheitsanforderungen
hinzukommen: Sowohl in elektronischer als
auch in mechanischer Hinsicht ist eine Lenkung des Verkehrs mithilfe von in die Fahrbahn eingelassenen Leuchtmarkierungen an-
Autor
Hans Happ
FAE EBV Elektronik Kaarst
spruchsvoll. Auf Basis von LED-Technologie
und
LonWorks-Powerline-Kommunikation
hat das Lübecker Unternehmen who mit Unterstützung von EBV-Elektronik eine Lösung
geschaffen, die sich bewährt hat.
Wer an einem Werktag morgens über
die Golden-Gate-Brücke nach San Francisco
fährt, den leiten gut 50 cm hohe und 80 cm
lange Betonklötze auf vier Fahrspuren gen
Süden, während zwei Spuren aus der Stadt
heraus nach Norden führen. Rechtzeitig vor
dem Feierabendverkehr müssen die Betonklötze wieder umgesetzt werden, um die
sechs Fahrspuren optimal nutzen zu können, denn bei der nachmittäglichen RushHour rollen die Fahrzeuge dann auf vier
Fahrspuren nach Norden aus der Stadt heraus und der Verkehr fliesst nur noch zweispurig hinein.
Projekt mit elektro-optischem
Verkehrsleitsystem: der Elbtunnel
Als beim Elbtunnel in Hamburg die vierte
der jeweils 3,2 km langen und je zwei Spuren breiten Röhren, welche in 32 m Tiefe gut
12 m unter dem Elbgrund hindurchführen,
Polyscope 20/09
Dragon-LED mit 1200 Candela
Als die Ingenieure mit der Entwicklung des
Unterflurfeuersystems begannen, waren ursprünglich Halogenlampen als Leuchtmittel
vorgesehen, «aber wir erkannten schnell,
dass Halogenlampen hier nicht praktikabel
sind und wir auf LED setzen müssen», führt
Detlef Thon weiter aus. «Nicht nur der im Vergleich zu Halogenlampen etwa 75 Prozent geringere Energiebedarf der LED ist von Interesse. Schliesslich hätten Halogenlampen
präventiv alle 1000 bis 1500 Stunden ausgetauscht werden müssen, was einen immensen Aufwand mit Fahrbahnsperrungen usw.
erfordert hätte.»
Das optische Kernelement in diesem
mittlerweile fünf Jahre alten Basisdesign
bilden jeweils sechs Dragon-LED aus dem
Hause Osram mit einer Leistung von 1 W. «In
Kombination mit einer speziell entwickelten
Optik erzielen wir bei den Dragon-LED eine
Lichtstärke von 1200 Candela, während
herkömmliche Anwendungen es nur auf
100 Candela bringen», erklärt Thon, «so schaffen wir es, dass die Fahrer die Markierungen
bereits aus 85 m Entfernung erkennen.»
Um stets reproduzierbare Helligkeitswerte
zu erzielen, überwacht das System nicht nur
die Flussspannung der einzelnen Leuchtdioden und den durch sie fliessenden Strom, sondern auch die Temperatur der LED sowie der
Treiber- und Ansteuerungselektronik. Da der
Polyscope 20/09
AKTIVE BAUELEMENTE
Alternative Spurführung
geplant beziehungsweise gebaut wurden,
wollten die Betreiber eine elegantere Lösung
zur Spurverschwenkung installieren, als
dies bisher üblich war. Gelbe Leuchtmarkierungen, sogenannte Unterflurfeuer (UFL),
sollten die bisher als Fahrbahnmarkierung
eingesetzten mechanischen Leitsysteme
(Betonklötze oder Baken) ersetzen, welche
die Fahrzeuge ihren Fahrspuren zuweisen.
Ziel war es, das umständliche mechanische
Umsetzen sowie die damit verbundenen
zeit- und finanzintensiven Fahrbahnsperrungen zu vermeiden.
Im Jahr 2004 erfolgte schliesslich die erste
Inbetriebnahme der insgesamt 656 elektronisch gesteuerten Unterflurfeuer vor dem Elbtunnel, die in 39 einzelnen Leuchtketten von
jeweils bis zu 600 m Kabellänge zusammengefasst sind, wobei manche Ketten nur 4 Unterflurfeuer, manche bis zu 42 UFL versorgen.
Die Unterflurfeuer sind im 5-m-Raster in die
Fahrbahn eingelassen und über ein 100 bis
150 m langes Kabel angebunden.
Normale Spurführung
POWERLINE-KOMMUNIKATION
Das Prinzip der Spurverschwenkung mithilfe von Unterflurfeuern
Wirkungsgrad der LED mit sinkender Temperatur zunimmt, sorgt bei diesen Unterflurfeuern eine spezielle Regelung dafür, dass in
der kalten Jahreszeit ein geringerer Strom
durch die LED fliesst als im Sommer – ein
Feature, das nur äusserst selten implementiert wird. Sicherheit wird bei dieser Anwendung grossgeschrieben, und damit kein
Markierungsleuchtknopf unbemerkt ausfällt, liefert jedes einzelne Unterflurfeuer
permanent Daten über 39 unterschiedliche
Messwerte und Betriebszustände.
Powerline-Kommunikation
für 656 Unterflurfeuer
Diese Betriebs-/Messwerte werden kontinuierlich an die Datenzentrale übertragen – und
zwar per Powerline-Kommunikation über die
Stromversorgungsleitung. Die insgesamt 656
Unterflurfeuer sind in 39 einzelnen Ketten zusammengefasst, die wiederum verschiedenen
Betriebszuständen zugewiesen werden können. Dabei weist die zentrale Steuerung sämtlichen Unterflurfeuern innerhalb einer Kette
den jeweils gleichen Betriebszustand zu.
Sowohl die Übertragung der Überwachungsdaten als auch die Kommunikation
der Steuerungsdaten erfolgen per Powerline-Kommunikation. Hierzu sind die Markierungsleuchtknöpfe permanent mit dem
230-V-Netz verbunden und verfügen jeweils
über ein eigenes Netzteil sowie über die sogenannte DSR-Elektronik.
Da die gesamte Überwachungstechnik
dezentral in den Markierungsleuchtknöpfen
untergebracht ist, war «nur» noch eine hoch
zuverlässige Verbindung zur Kommandozentrale notwendig.
Probleme in der Praxis
Die einzelnen Versorgungskabel laufen über
eine Länge von bis zu 400 m unmittelbar
parallel zueinander. Obwohl es sich dabei
um geschirmte 230-V-Leitungen handelt,
kommt es zum Übersprechen zwischen den
einzelnen UFL-Ketten. «Die Powerline-Kommunikation bei Echelon ist einfach zu gut»,
konstatiert Thon, «wir mussten dadurch
die einzelnen Ketten kommunikativ voneinander trennen.» Hierzu entwickelte who
Sperrfilter, welche die Powerline-Kommunikationsfrequenzen gegenüber der 230-VStromversorgung sperren. Dabei verfügt jede
Kette über ein individuelles Filter. Da zwischen der Nord- und Südeinfahrt des Tunnels
eine 3,5 km lange Glasfaserverbindung besteht, sind die Powerline-Systeme auf der
Nord- und der Südseite weder galvanisch
noch induktiv oder kapazitiv miteinander
verbunden, sodass ein Filter jeweils auf einer
Seite zum Einsatz kommen kann.
Firmenprofil
Die who Ingenieurgesellschaft gehört zu den
Pionieren im Bereich der LonWorks-Technologie.
Das Spektrum der Aktivitäten reicht vom Consulting und der Erstellung des Pflichtenhefts über
die Hardware- und Software-Entwicklung sowie
die Anbindung an beziehungsweise Einbettung
in andere Systeme bis zur Zertifizierung und
Fertigungsbegleitung. Beim Elbtunnelprojekt
entwickelte who die Elektronik der DSR-LEDUnterflurfeuer, die Elektronik der PowerlineRouter, die Sperrfilter sowie die Prüfaufbauten zur
Serienfertigung sowie die Software.
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AKTIVE BAUELEMENTE
POWERLINE-KOMMUNIKATION
Kleine begehbare Häuser
als Schaltschrank
Die einzelnen Kommunikationsketten, welche
die Markierungsleuchtknöpfe verbinden, enden jeweils in einer der sieben Streckenstationen (vier im Norden, drei im Süden). Hierbei handelt es sich um eine Art grossen
Schaltschrank: kleine begehbare Häuser neben der Autobahn, die mit Heizung und
Klimaanlage ausgerüstet sind und auch andere Überwachungseinrichtungen wie beispielsweise Kamerasysteme und Höhenkontrolle
enthalten. In den Streckenstationen übernimmt jeweils ein Internetserver des Typs
i.LON 100 die Anbindung der LonWorks-Umgebung (Powerline-Kommunikation zu den
Ketten mit jeweils 5,4 KBit/s) an IP-Datennetzwerke auf Ethernet-Basis (10BaseT), wobei i.LON100 die Funktionalitäten des TCP/IP/
FT-Routers übernimmt. Die Kommunikation
zwischen den Streckenstationen und der Betriebszentrale erfolgt über Lichtwellenleiter.
Aufgrund von sicherheitstechnischen Anforderungen gibt es auf der oberen Verwaltungsebene zwei Hauptsysteme: den
zentralen Verkehrsleitrechner, der auch die
Steuergewalt hat, sowie das DSR-Visualisierungssystem. Der zentrale Verkehrsleitrechner ist für die funktionale verkehrstechnische
Steuerung zuständig (z. B. Verkehr von den
beiden rechten Spuren in Tunnelröhre 3 leiten) und erhält jeweils einen Zustandsbericht
über jeden einzelnen Markierungsleuchtknopf. Das DSR-Visualisierungssystem wiederum dient ausschliesslich zur Visualisierung,
Datenspeicherung, Administration (logischer
Austausch eines Feuers) sowie zur Auslösung
eines Kettentests. So erkennt ein Servicetechniker bei einem Blick auf das DSR-Visualisierungssystem sofort, welches individuelle
Unterflurfeuer eventuell ausgefallen ist oder
Problem bereitet.
Die Steuerung der eigentlichen Ketten ist
nur über den zentralen Verkehrsleitrechner möglich und erfolgt ausschliesslich über
dezentrale I/O in den Streckenstationen, die
mithilfe eines Wago-I/O-Systems (FeldbusController) verarbeitet werden und per FTT
(Free Topology Transceiver) und LonWorks
über den LonWorks-PowerLine-Router mit
den einzelnen Ketten kommunizieren. Da
eine reine Steuerung per Software den für die
Sicherheit verantwortlichen Gremien nicht
sicher genug war, entschieden sie sich für
diesen ungewöhnlichen Ansatz mit einer diskreten Hardware-Verriegelungsebene.
«
Die einzelnen DSR-Module (Unterflurfeuer) kommunizieren über LonWorks-PowerlineVerbindungen innerhalb des Systems
Prinzipieller Aufbau des Steuerungssystems für die Unterflurfeuer am Elbtunnel Hamburg
Infoservice
EBV Elektronik GmbH & Co. KG
Bernstrasse 394, 8953 Dietikon
Tel. 044 745 61 61, Fax 044 745 61 00
dietikon.ch@ebv.com, www.ebv.com
Polyscope 20/09
Polyscope 20/09
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