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Controle en monitoring
Antwerpse Waaslandtunnel eindelijk veilig
version française
Hubert Lahaut, Control & Automation Magazine
De noodzakelijke aanpassingen aan de 1,8 km lange Antwerpse Waaslandtunnel onder
de Schelde door – in 2003 door verschillende Europese automobielclubs nog
geklasseerd als een ‘rattenval’ – zijn eindelijk achter de rug. De 6,4 meter
brede tunnelkoker, die in 1932 werd gegraven, blijft natuurlijk wat hij is, maar
voor de rest zijn alle veiligheidsvoorzieningen aan de strengste hedendaagse
normen aangepast.
De branden in de Kanaaltunnel, de Störebeltunnel, de Mont Blanc tunnel en de
Tauerntunnel bewijzen hoe belangrijk de informatiesystemen, veiligheids- en
verluchtingssystemen in tunnels moeten zijn. Deze verkeersbeheersing,
begeleidings- en informatiesystemen zijn bedoeld om de verkeersveiligheid te
verhogen. Voor zowel de Waaslandtunnel (autoverkeer) als de Sint-Annatunnel
(voetgangers en fietsers) werd de opdracht voor levering en installatie van de
globale sturing van de infrastructuur alsook het vernieuwen van de
ventilatie-uitrusting, toegewezen aan Egemin. Op basis van vroegere goede
ervaringen selecteerde Egemin, Phoenix Contact voor de installatie van de nodige
sturing- en controlesystemen.
Verantwoorde keuzes
“De werkzaamheden voor beide tunnels gebeurde in vier fasen. De eerste fase
was de installatie van dertig CCTV-camera’s die via een Fiber optic hun
informatie verzenden naar het centrale controlecentrum op Linkeroever én naar
het Vlaams verkeerscentrum (T70). De tweede fase was het vervangen van de
verouderde hoog- en laagspanningsinfrastructuur, waarbij alles moest kunnen
worden bediend vanuit één centraal punt. De derde fase bestond uit het
installeren van een nieuwe ventilatie-uitrusting voor de Waaslandtunnel, waarbij
ook nieuwe rookafvoerkleppen in het tunnelplafond werden geplaatst. De vierde
fase was – in samenwerking met Demako – het moderniseren van de
aandrijving/motoren van de beschermde roltrappen van de Sint-Annatunnel,” aldus
Koen Cools, Project Manager bij Egemin en coördinator van het volledige project.
De technische infrastructuur van een tunnel is uiteraard niet eenvoudig en moet
‘failsafe’ zijn. Enkele voorbeelden van servicefaciliteiten die het
controlenetwerk moet afhandelen zijn: voorziening van sterk- en zwakstroom,
ventilatie, camerabewaking, pompbeheer en andere technische alarmen. Daarnaast
zijn er nog diverse signalen voor andere onderdelen van de infrastructuur die
moeten zorgen voor een perfecte werking van het geheel. Koen Cools: “Voor wat
betreft de Waaslandtunnel, werd zowel aan het Linkeroever- (LO) als
Rechteroeverportaal(RO) van de tunnelkoker voor Phoenix Contact controllers en
sturingsystemen gekozen. Deze verwerken via een SCADA-systeem (CITECT) de remote
signalen via remote I/O’s over een Interbus netwerk met een snelheid van 100
Mbits/sec, dat gekoppeld is aan het centrale beheersysteem. Om
veiligheidsredenen en om de ovedrachtsnelheid te bevorderen werd het gehele
netwerk uitgevoerd in een ringvormige structuur, met de nodige vertakkingen, van
optische vezel. Deze structuur zorgt er voor dat de continuïteit van de
communicatie gegarandeerd blijft. Er werd ook gekozen voor Interbus omdat het
voor dit project de ideale technologie was voor wat betreft het uitlezen van de
benodigde informatie op veel verschillende plaatsen en over lange afstanden.
Bovendien is het een betrouwbare industriële standaard die eenvoudig te
installeren en gebruiksvriendelijk is. Daarnaast maakt het gebruik van optische
vezels het mogelijk om grote afstanden te overbruggen zonder gebruik te maken
van ‘repeaters’ om een hoge transmissiesnelheid te bereiken. Er is ook een goede
bescherming tegen EMC die mogelijk zou kunnen veroorzaakt worden door hoge
voltagekabels in de dienstentunnels. De ringvormige structuur van het Interbus
netwerk staat ook garant voor een hoge betrouwbaarheid van het
communicatieverkeer tussen de verschillende stations.”
Nieuwe ventilatie-uitrusting
Het verouderde ventilatiesysteem van de Waaslandtunnel, dat nog dateerde van
1934, was van het type transversale luchtverversing met radiale ventilatoren:
verse lucht werd in het verse luchtkanaal onder de rijweg ingeblazen, terwijl de
vuile lucht – of in geval van brand of rookontwikkeling – werd afgezogen in het
bedorven luchtkanaal boven de rijweg. Het verse luchtkanaal had een doorsnede
van 7,44 m², waarbij de lucht gelijkmatig werd verdeeld over de tunnel langs
openingen met een tussenafstand van zes meter. De vuile luchtschacht had een
sectie van 7,72 m². Hier gebeurde de afzuiging gelijkmatig langs twee rijen
openingen, eveneens met een tussenafstand van zes meter. Per sectie (de
Waaslandtunnel is onderverdeeld in vier secties) waren er drie ventilatoren voor
het inblazen van verse lucht en drie ventilatoren voor het afzuigen van de
vervuilde lucht. Allen waren van het radiale type en stonden opgesteld in twee
identieke verluchtingsgebouwen (LO en RO). Koen Cools: “De bestaande radiale
ventilatoren – die nog uit gietijzer waren gemaakt – werden dus vervangen door
moderne axiale ventilatoren waarbij het volume kan worden geregeld door middel
van variatie van het toerental. Per sectie zorgen nu twee in plaats van drie
ventilatoren voor het inblazen van verse lucht en twee ventilatoren voor het
afzuigen van de vervuilde lucht. De bestaande aanzuigopeningen in de tunnel
werden dichtgemaakt en vervangen door vijf nieuwe rookafvoerkleppen per sectie
(voor de langere sectie RO-OS worden zes kleppen voorzien). Bij brandsituatie
worden de twee kleppen (of drie, naargelang de plaats van de brand) ter hoogte
van de brandhaard voor een maximale rookafzuiging volledig open gezet terwijl
alle andere kleppen worden gesloten. In normaal gebruik zijn deze kleppen
getrimd om een gelijkmatige afzuiging over de volledige sectielengte te bekomen.
Het geheel van elementen voor extractie van vuile lucht en rookgassen voldoet
aan volgende temperatuurseisen: 250°C gedurende 1 uur. De bedoelde elementen
zijn: ventilatoren, rookafvoerkleppen, elektrische motoren, voedings- en
signalisatiekabels voor al deze elementen, soepele bindstukken, geluidsdempers,
kokers, geleidingsschoepen, enz. De maximale ventilatiebehoefte bij normaal
bedrijf bedraagt voor zowel de verse als vervuilde lucht 50 m³/sec. per sectie.
Zowel de verse als vervuilde luchtventilatoren werden in parallel opgesteld
waarbij één in bedrijf is en één in standby. De verse lucht ventilatoren werden
aangesloten op de bestaande schachten in de huidige ventilatieruimte terwijl de
vuile lucht ventilatoren werden geplaatst op de aanzuigopeningen van de vorige
ventilatoren en door middel van kokerprofielen aangesloten op de bestaande
schouwen. Uiteraard werden ook de nodige bewakingssystemen zoals
trillingsbewaking, volumemeting en meting van het drukverschil, detectie van
pompwerking, omwentelingssnelheid en bewaking van de draaizin, drukmetingen,
temperatuurontwikkeling, enz., ingebouwd “
Automatisering
De volledige hoog- en laagspanningsuitrusting staat op de tweede verdieping
van elk ventilatiegebouw en de elektrische voeding van de ventilatoren en de
rookafvoerkleppen gebeurt vanuit bijgeplaatste modules die naast de LS-kasten
zijn geïnstalleerd. In deze modules zijn de motorbeveiliging en de
toerentalregeling van de ventilatoren en sturing van de rookafvoerkleppen in
onder gebracht. “Koen Cools: “Alle bedieningen zoals ventilatoren, pompen,
verlichting, CO-detectie, … worden bestuurd en bewaakt op afstand via een
PLC-systeem met Ethernet standaard ingebouwd en met visualisatie op een
pc-scherm. Alle in- en uitgangssignalen die nodig zijn voor de goede werking,
zijn door middel van een gepaste fysische verbinding en een gestandaardiseerd
communicatieprotocol – in ons geval dus Interbus – ter beschikking gesteld van
de PLC voor afstandsbediening. Naast de stuur- en bewakingssignalen voor de
verschillende componenten worden ook de status en foutmeldingen van de actieve
netwerkcomponenten naar het afstandsbedieningssysteem doorgestuurd. Zoals reeds
aangehaald is de bewakingseenheid voor de ventilatoren een PLC die de gewenste
instelling (o.a. debiet) en stand van de rookafvoerkleppen van het afstands- en
bedieningssysteem via een gestandaardiseerd communicatieprotocol ontvangt. Deze
waarde wordt gebruikt om de ventilatoren – inclusief afsluitkleppen en
hulpapparatuur – en de rookafvoerkleppen aan te sturen. De frekwentieregelaar
van de ventilator is via een bussysteem gekoppeld met de bewakingseenheid. Via
deze weg wordt de actuele toestand (toerental, koppel, …) en alle mogelijke
foutmeldingen doorgegeven aan het afstandsbedieningssysteem. Daarenboven
verzamelt de bewakingseenheid alle meetwaarden en bewakingssignalen van de meet-
en bewakingsapparatuur van de ventilator en de stand van de rookafvoerkleppen en
stuurt deze door naar het afstands- en bedieningssysteem. Voor de bediening van
de ventilatoren en rookafvoerkleppen worden verschillende regimes voorzien
(brand, normaal, spits, onderhoudsprogramma, …). Voor wat betreft het
onderhoudsprogramma, dit laat toe om op regelmatige tijdstippen (instelbaar) de
ventilatoren op volle vermogen te doen draaien met als bedoeling: een
werkingstest en reinigen van de vuile luchtschachten.” <<
Contrôle et surveillance
Le Waaslandtunnel anversois enfin sûr
Hubert Lahaut, Control & Automation Magazine
Les adaptations nécessaires au Waaslandtunnel anversois long de 1,8 km sous
l’Escaut – qualifié encore en 2003 par différents clubs automobiles européens de
véritable ‘piège à rats’ – sont enfin terminées. Creusé en 1932, le conduit du
tunnel, d’une largeur de 6,4 mètres, reste naturellement ce qu’il est.
Cependant, pour le reste, tous les dispositifs de sécurité ont été adaptés aux
normes les plus strictes actuellement en vigueur.
Les incendies dans le tunnel sous la Manche, le Störebeltunnel, le tunnel du
Mont Blanc et le Tauerntunnel démontrent l’importance des systèmes
d’information, de sécurité et d’aération dans les tunnels. Les systèmes de
contrôle, de guidage et d’information sont conçus pour accroître la sécurité du
trafic. La mission de fourniture et d’installation de la commande globale de
l’infrastructure de service, de même que la rénovation de l’équipement de
ventilation ont été confiées à Egemin, tant pour le Waaslandtunnel (trafic
automobile) que pour le Sint-Annatunnel (piétons et cyclistes). Forte de bonnes
expériences antérieures, Egemin a choisi Phoenix Contact pour l’installation des
systèmes de commande et de contrôle nécessaires.
Des choix judicieux
«Les travaux dans les deux tunnels se sont déroulés en quatre phases. La
première phase a été consacrée à l’installation de trente caméras CCTV qui
envoient par fibre optique Ethernet à 100 Mbits/sec leurs informations au centre
de contrôle central du Linkeroever (rive gauche) ainsi qu’au centre de trafic
flamand (T70). La deuxième phase consistait à remplacer la vieille
infrastructure haute et basse tension. Tout devait pouvoir être commandé à
partir d’un seul point central. La troisième phase s’est axée sur l’installation
d’un nouvel équipement de ventilation pour le Waaslandtunnel avec le placement
de nouveaux exutoires de fumée dans le plafond du tunnel. La quatrième phase
portait –en collaboration avec Demako- sur la modernisation de
l’entraînement/des moteurs des escalators protégés du Sint-Annatunnel» explique
Koen Cools, Project Manager chez Egemin et coordinateur de l’ensemble du projet.
Naturellement, l’infrastructure technique d’un tunnel est assez complexe et doit
être ‘intrinsèquement sûre’. Voici quelques exemples des installations de
service que doit gérer le réseau de contrôle: approvisionnement en courant fort
et en courant faible, ventilation, surveillance par caméra, gestion des pompes
et autres alarmes techniques. Par ailleurs, divers signaux destinés à d’autres
éléments de l’infrastructure doivent assurer le fonctionnement parfait de
l’ensemble. «En ce qui concerne le Waaslandtunnel, le choix s’est porté tant au
portail du Linkeroever (LO) qu’à celui du Rechteroever (RO – rive gauche) du
tunnel sur des contrôleurs et systèmes de commande de Phoenix Contact. Ceux-ci
traitent à distance, à l’aide d’un système SCADA (CITECT), les signaux provenant
d’E/S décentralisées et circulant à une vitesse de 100 Mbits/sec sur un réseau
Interbus relié au système de gestion central. L’ensemble du réseau en fibre
optique a été réalisé dans une structure annulaire présentant les embranchements
nécessaires pour assurer la sécurité requise et améliorer la vitesse de
transfert. Cette structure garantit la continuité de la communication. Pour ce
projet, Interbus s’est avéré être la technologie idéale pour la lecture des
informations nécessaires à de nombreux endroits différents et sur de longues
distances. En outre, ce standard industriel est fiable, facile à installer et
convivial. Par ailleurs, l’utilisation de fibres optiques permet de couvrir de
grandes distances sans nécessiter le recours à des ‘répétiteurs’ pour atteindre
une grande vitesse de transmission. La protection contre les éventuelles
interférences électromagnétiques engendrées par la présence de câbles haute
tension dans les tunnels de service est également assurée. La structure
annulaire du réseau Interbus garantit enfin une grande fiabilité du trafic de
communication entre les différentes stations» explique Koen Cools.
Nouvel équipement de ventilation
Le vieux système de ventilation du Waaslandtunnel, qui datait encore de
1934, était un modèle transversal de rafraîchissement de l’air avec des
ventilateurs radiaux. L’air frais était soufflé dans le canal d’air frais situé
sous la route tandis que l’air pollué –ou les fumées en cas d’incendie ou de
développement de fumée – était aspiré dans le canal d’air vicié situé au-dessus
de la route. Le canal d’air frais présentait un diamètre de 7,44 m². L’air était
réparti uniformément tout le long du tunnel via des ouvertures distantes de 6
mètres. Le conduit d’air vicié présentait une section de 7,72 m². Ici,
l’évacuation se faisait uniformément via deux rangées d’ouvertures, également
distantes de 6 mètres. Chaque section (le Waaslandtunnel est divisé en quatre
sections) comptait trois ventilateurs pour insuffler l’air frais et trois
ventilateurs pour évacuer l’air vicié. Tous étaient de type radial et disposés
dans deux bâtiments d’aération identiques (LO et RO). «Les ventilateurs radiaux
existants –qui étaient encore fabriqués en fonte– ont donc été remplacés par des
ventilateurs axiaux modernes dont le débit peut être régulé en variant la
vitesse» précise Koen Cools. «Deux ventilateurs plutôt que trois par section se
chargent maintenant d’insuffler de l’air frais et deux autres d’évacuer l’air
vicié. Les bouches d’aspiration existantes dans le tunnel ont été fermées et
remplacées par cinq nouveaux exutoires de fumée par section (pour la section
plus longue RO-OS, six exutoires ont été prévus). En cas d’incendie, les deux
(ou trois, selon le lieu de l’incendie) exutoires à hauteur du foyer d’incendie
sont entièrement ouverts pour assurer une aspiration maximale de la fumée tandis
que tous les autres exutoires sont fermés. Lors d’une utilisation normale,
l’ouverture de ces exutoires est équilibrée pour obtenir une aspiration uniforme
sur toute la longueur des sections. L’ensemble des éléments destinés à
l’extraction de l’air vicié et de gaz de fumée (ventilateurs, exutoires de
fumée, moteurs électriques, câbles d’alimentation et de signalisation pour tous
ces éléments, raccords souples, amortisseurs sonores, conduits, pales de
guidage…) rencontre les exigences de température suivantes: 250°C durant une
heure. Le besoin de ventilation maximal en utilisation normale s’élève à
50m3/sec par section, tant pour l’air frais que pour l’air vicié. Les
ventilateurs d’air frais et ceux d’air vicié ont été disposés en parallèle, l’un
étant en service et l’autre en standby. Les ventilateurs d’air frais ont été
raccordés aux conduits existants dans l’espace de ventilation actuel tandis que
les ventilateurs d’air vicié ont été placés sur les bouches d’aspiration des
ventilateurs précédents et raccordés au moyen de conduits profilés aux cheminées
existantes. Bien entendu, les systèmes de surveillance nécessaires ont été
intégrés : surveillance des vibrations, mesure du volume et de la différence de
pression, détection du fonctionnement des pompes, vitesse de rotation et
surveillance du sens de rotation, mesures de pression, développement de
température… .»
Automatisation
L’équipement basse et haute tension complet est hébergé au deuxième étage de
chaque bâtiment de ventilation et l’alimentation électrique des ventilateurs et
des exutoires de fumée se fait à partir de modules additionnels, placés près des
armoires basse tension. Ces modules abritent la protection moteur et la
régulation de vitesse des ventilateurs ainsi que la commande des exutoires de
fumée. «Toutes les commandes telles que ventilateurs, pompes, éclairage,
détection du CO… sont pilotées et surveillées à distance par un PLC intégrant le
standard Ethernet et une visualisation sur un écran PC. Tous les signaux
d’entrée et de sortie nécessaires pour le bon fonctionnement de l’ensemble de
l’installation sont mis à disposition du PLC pour la commande à distance au
moyen d’une connexion physique adéquate et d’un protocole de communication
standardisé – dans notre cas Interbus. Outre les signaux de commande et de
surveillance des différents composants, l’état et les messages d’erreur des
composants actifs du réseau sont également transférés au système de commande à
distance. Comme nous l’avons déjà dit, l’unité de surveillance des ventilateurs
est un PLC qui reçoit la consigne souhaitée (notamment le débit) et l’état des
exutoires de fumée du système de commande à distance via un protocole de
communication standardisé. Cette valeur est utilisée pour piloter les
ventilateurs – y compris les vannes d’isolement et l’équipement de secours – et
les exutoires de fumée. Le convertisseur de fréquence du ventilateur est relié
via un bus de terrain à l’unité de surveillance. Par cette voie, l’état actuel
(vitesse, couple…) et tous les messages d’erreur éventuels sont transmis au
système de commande à distance.
En outre, l’unité de surveillance rassemble les valeurs de mesure et signaux de
surveillance de l’équipement de mesure et de surveillance du ventilateur ainsi
que l’état des exutoires de fumée et envoie le tout au système de commande à
distance. Différents régimes sont prévus pour la commande des ventilateurs et
exutoires de fumée (incendie, normal, pointe, programme de maintenance…). Le
programme de maintenance permet quant à lui de faire tourner régulièrement
(réglable) les ventilateurs à pleine puissance en vue de tester le
fonctionnement et de nettoyer les conduits d’air vicié» termine Koen Cools. <<
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