Technologische verandering in de schakelkast

Waarom het automatiseringssysteem PSS 4000 van Pilz de metro in Antwerpen nog stipter maakt

Bij toenemende ouderdom van besturingssystemen voor treinverkeer is een opeenhoping van storingen en uitval onoverkomelijk. Als gevolg daarvan komt men met name in het openbaar vervoer, waar treinen elkaar in hoog tempo opvolgen, al snel tot volledige stilstand van alle treinverkeer. Bij het ondergrondse kruispunt van drie metrolijnen in het centrum van Antwerpen wordt het verouderde besturingssysteem vervangen door het SIL 4-compatibele automatiseringssysteem PSS 4000, dat zich elders in de sector al ruimschoots heeft bewezen. De innovatieve en op software gebaseerde besturings- en veiligheidsoplossing van Pilz heeft stap voor stap en zonder ingrepen in de complexe elektrotechnische periferie de bestaande techniek vervangen. Sindsdien rijdt de metro rondom het Centraal Station nog betrouwbaarder.



Onder het stadscentrum van Antwerpen komen op de zogenaamde driehoek bij de stations Astrid, Opera en Diamant drie metrolijnen bij elkaar. Daarbij gaan bij elk van de drie stations telkens twee sporen over in één spoorlijn. Besturings- en bewakingssystemen zorgen er onder meer voor dat er steeds maar één trein het station kan binnenrijden. In de afgelopen jaren traden er telkens weer operationele storingen op. “De printplaten met hun elektromagnetische componenten zijn al ruim 35 jaar in gebruik en het wordt steeds moeilijker om aan de juiste vervangende onderdelen te komen. Daar komt ook nog bij dat veel werknemers die nog bekend zijn met deze technologie met pensioen gaan”, aldus Guido Maesschalck, Electronic Engineer bij De Lijn, het bedrijf dat het openbaar vervoer in de regio Antwerpen verzorgt.

Knooppunt van moderne automatisering
Dat er iets moest gebeuren, stond daarom wel vast: er werd gezocht naar een moderne, op software gebaseerde oplossing ter vervanging van de functionaliteit van de verouderde besturings- en bewakingstechniek. Nog een eis was dat de totale elektrotechnische infrastructuur rondom de wisselknooppunten en schakelkasten in eerste instantie ongemoeid gelaten moesten worden. De modernisering moest modulegewijs en stap voor stap kunnen plaatsvinden en de definitieve omschakeling bij de drie knooppunten moest zich vervolgens binnen één nacht kunnen voltrekken. Uiteindelijk wilde men het openbaar vervoer niet maandenlang platleggen. Het OV-bedrijf schreef voor het project een aanbesteding uit en via aanbevelingen vanuit de branche kwam de Duitse automatiseringsonderneming Pilz, die al sinds 1995 een vestiging in België heeft, in beeld. “Na een eerste referentieproject waren we ervan overtuigd dat Pilz een geschikte partner zou zijn voor de besturings- en veiligheidstechnische modernisering van de kwetsbare driehoek”, aldus Guido Maesschalck.

De uitdaging was om een projectscenario te ontwikkelen dat op deze specifieke casus was afgestemd. Toen de werkzaamheden van start gingen, waren er niet meer dan een paar oude elektrische schema's en spoorschema's beschikbaar. Pilz voerde op basis van de eisen een analyse van de hardware en software uit en ontwikkelde parallel daaraan een projectprocedure. Op basis van een verplichte routekaart werden deeldoelstellingen gedefinieerd, werden hardwaretools geselecteerd en werden de noodzakelijke softwaretoepassingen ontwikkeld.

Gecertificeerd automatiseringssysteem voor het metroverkeer
Centraal onderdeel van de nieuwe besturings- en veiligheidsoplossing is het automatiseringssysteem PSS 4000. Pilz heeft het automatiseringssysteem, dat zich ruimschoots heeft bewezen, verder ontwikkeld voor de specifieke eisen die op het gebied van spoorwegverkeer gelden. Deze speciale modules, met typebenaming -R (“railway”) zijn bestand tegen elektromagnetische storingen, extreme temperaturen en mechanische belastingen, die bij spoorwegen vaak voorkomen. De -R-modules in het automatiseringssysteem PSS 4000 zijn CENELEC-goedgekeurd volgens EN 50126, EN 50128, EN 50129 en EN 50155. PSS 4000-R is goedgekeurd door het Duitse Eisenbahn-Bundesamt (EBA) en bevat de spoorwegspecifieke veiligheidsgoedkeuringen al als producteigenschap. Deze zijn inzetbaar in diverse applicaties en op verschillende veiligheidintegriteitsniveaus in de spoortechniek. Hiertoe behoren besturingsfuncties van machines in de spoorwegbouw en in tractievoertuigen alsmede besturings- en bewakingsfuncties in de seintechniek, zoals bijvoorbeeld voor signaalbewaking bij spoorwegovergangen, de beheer- en beveiligingstechniek of de koppeling van seinposten. Het automatiseringssysteem voldoet in de totale toepassing aan SIL 4.

Veilige passage van treinen
Simpel gesteld moet het automatiseringssysteem PSS 4000 van Pilz op de drie knooppunten het metroverkeer ordelijk, veilig en efficiënt doen verlopen. Betrouwbaarder, sterker presterend en efficiënter dan de techniek. Hiermee waarborgt de nieuwe, op software gebaseerde automatiseringsoplossing dat er op de spoorlijn waar de drie identieke sporen samenkomen telkens maar één trein het metrostation kan binnenrijden. Als er nog een trein op het station is, dan staan de seinen van beide sporen op rood. Als er twee treinen vrijwel gelijktijdig aankomen, dan beslist het automatiseringssysteem op basis van een vooraf geprogrammeerde modus welke trein voorrang krijgt. PSS 4000 bestuurt en bewaakt niet alleen de stand van de wissels en de lichtseinen, maar ook de in de spoorbedding aangebrachte sensoren en detectoren. Deze zorgen voor een veilige minimale afstand tussen twee treinen. Als de afstand te klein dreigt te worden, dan zorgt het automatiseringssysteem ervoor dat de achteropkomende trein automatisch wordt afgeremd. Afhankelijk van de situatie krijgt de machinist te zien hoe snel hij maximaal mag rijden. Als hij deze aanwijzing negeert, wordt ook in deze situatie de trein door het automatiseringssysteem afgeremd. Daarnaast detecteert PSS 4000 breuken in de bovenleiding, uitval of storingen van seinen, baanvaksensoren en neemt het de nodige veiligheidsmaatregelen.

Ruimtebesparend en compact in de schakelkast
Op elk van de drie wisselpunten zijn drie PSS 4000-module-units actief. Deze communiceren met elkaar via SafetyNET p. PSS 4000 bestaat uit meerdere functiegroepen. Veilige PLC's, I/O-apparaten en diverse I/O-modules voor veiligheids- en automatiseringsfuncties zijn als hardwarecomponenten beschikbaar. Drie modulaire units nemen in de schakelkasten precies die plaatsen in die voorheen aan de oude elektrische printplaten waren toegewezen. De “mastermodule” (MAW) met de hogere besturings- en bewakingsfuncties bevindt zich in de centrale schakelkast in de buurt van de wissel, de beide “slavemodules” (MV”- en MV”+) bevinden zich in de schakelkasten op de seininstallaties van de binnenkomende sporen.

De elektrotechnische periferie blijft ongewijzigd
Samenvattend biedt het automatiseringssysteem PSS 4000 voor de stapsgewijze modernisering van besturings- en bewakingsinfrastructuur voor treinverkeer meerdere voordelen: De maatregelen kunnen stap voor stap en punctueel worden gerealiseerd. De totale elektronische periferie, die bestaat uit sein-, beheer- en meldtechniek, en de onderlinge bekabeling van de schakelkasten blijven onaangetast. Het automatiseringssysteem PSS 4000 fungeert daarmee tevens als interface tussen de oude schakelkasten. De modulair opgebouwde techniek is in hoge mate gestandaardiseerd en speciale taken kunnen probleemloos worden aangepast.
Nadat de modules in offlinemodus met goed gevolg zijn getest, kan het systeem snel in gebruik worden genomen: voor het instellen, configureren en parametreren van de veiligheidstoepassingen en de overdracht daarvan naar het besturingssysteem is het softwareplatform PAS4000 van  Pilz beschikbaar. “Het automatiseringssysteem vormt voor ons de basis waarop we in de komende jaren meerdere baanvakken veiliger en betrouwbaarder gaan maken. Dankzij de hardware en software en de prima ondersteuning en advisering die Pilz ons zitten we op het juiste spoor', zo vat Guido Maesschalck samen.

 Afb. 1: _MG_0335.JPG  (Pilz GmbH & Co. KG)

De Premetro Antwerpen duidt op de ondergrondse secties van het tramnetwerk van de stad. Onder het centrum van de stad kunnen de lijnen in één spoordriehoek in alle varianten van spoortak wisselen.

Afb. 2: New Board Type MV.jpg (Pilz GmbH & Co. KG)

Voor de noodzakelijke modernisering van de sein- en besturingstechniek in het treinverkeer worden ook besturingsoplossingen uit de branche in aanmerking genomen, zoals bijvoorbeeld het automatiseringssysteem PSS 4000 van Pilz.

Afb. 3: Start up en commissionning.jpg (Pilz GmbH & Co. KG)

Stap voor stap en zonder ingrepen in de complexe elektrotechnische periferie wordt de bestaande techniek door de nieuwe besturingstechniek vervangen.

Afb. 4: Switch02.JPG  (Pilz GmbH & Co. KG)

Onder het stadscentrum van Antwerpen komen op de zogenaamde driehoek bij de stations Astrid, Opera en Diamant drie metrolijnen bij elkaar. Daarbij gaan bij elk van de drie stations telkens twee sporen over in één spoorlijn.

Afb. 5: F_PSSu_detail_screen_cold1_2014_03.jpg (Pilz GmbH & Co. KG)

Voor het instellen, configureren en parametreren van de veiligheidstoepassingen en de overdracht daarvan naar het besturingssysteem is het softwareplatform PAS4000 van  Pilz beschikbaar. De mogelijkheid om functieblokken samen te voegen alsmede een op bouwstenen gebaseerde programmeertaal helpen bovendien om tijd en geld op engineerings-gebied aanzienlijk te reduceren.