Auf Tunnelstrecken werden Verkehrszeichen dynamisch gesteuert, damit der Verkehr sicher und störungsfrei fließt. Im und um den Cholfirst-Tunnel im Schweizerischen Schaffhausen sorgen Managed Switches dafür, dass die notwendigen Daten zuverlässig zwischen den Verkehrseinrichtungen und der Leittechnik übertragen werden.

Die Schweizer Autobahn A4 ist eine wichtige Transitachse für den Nord-Süd-Verkehr. Über 25.000 Fahrzeuge nutzen täglich den nördlichen, zweispurig ausgebauten Abschnitt zwischen Schaffhausen-Nord und Flurlingen, der mehrere Tunnel einschließt. Die darin verbaute Betriebs- und Sicherheitsausrüstung (BSA) stellt im Normalfall einen reibungslosen Verkehrsfluss sicher. Ereignet sich aber ein Energieausfall, Brand oder Unfall können die technischen Anlagen Leben retten. Die Betriebs- und Sicherheitsausrüstung gliedert sich dazu in unterschiedliche Gewerke – wie Energieversorgung, Beleuchtung, Lüftung oder Verkehrssteuerung, die jeweils über eine eigene, unabhängige Steuerungstechnik verfügen.
Da der A4-Abschnitt bei Schaffhausen bereits im Jahr 1996 in Betrieb genommen wurde, entsprach die damals installierte Technik teilweise nicht mehr den aktuellen Anforderungen. Deshalb hat das verantwortliche Bundesamt für Straßen (ASTRA) eine Sanierung veranlasst, um die Tunnelsicherheit zu erhöhen. Das Unternehmen Ticos Engineering & Software wurde mit dem Umbau sowie der Modernisierung der Betriebs- und Sicherheitsanlagen der Tunnel Cholfirst, Fäsenstaub und Schönenberg beauftragt.

Mit der Modernisierung hält eine Ethernet-basierte Kommunikation Einzug

Ticos realisiert als Systemintegrator Leit-, Steuer- und Managementsysteme für die Tunnel-, Gebäude- und Prozessautomation. Die Herausforderung bei Tunnelapplikationen besteht unter anderem darin, dass sie bestenfalls ohne Auswirkungen auf den störungsfreien Verkehrsfluss und Betriebsablauf umgesetzt werden sollen. Tunnelsperrungen stellen die absolute Ausnahme dar und müssen – wenn doch erforderlich – langfristig sowie zu verkehrsarmen Zeiten eingeplant werden. Vor diesem Hintergrund sind die einzelnen Schritte der entsprechenden Projekte sowie deren fristgerechte Ausführung im Vorfeld detailliert zu konzipieren.
Für das Gewerk Verkehrssteuerung wurde in einem ersten Projektabschnitt die Leittechnik des 1.260 Meter langen dreispurigen Cholfirst-Tunnels modernisiert. Damit die Arbeiten möglichst keine Auswirkungen auf den Verkehr haben, erfolgt die Erneuerung der Leittechnik sukzessive während des laufenden Betriebs. Im Rahmen des Projekts hat Ticos die Anlagensteuerung sowie mehrere lokale Steuerungen ersetzt. Die zugeordneten Schaltschränke befinden sich in den Technikräumen respektive Unterverteilungen der beiden Tunnelportale. Alle vorhandenen sowie zahlreiche neue Straßensignale sind hier an die Leittechnik Verkehrssteuerung angeschlossen. Die Ticos-Mitarbeiter haben die Signale nun nach und nach von der bisherigen auf die neue Steuerung rangiert. Im Zuge der Modernisierung der Leittechnik wurde auch eine Ethernet-basierte Kommunikation in der Feld- und Steuerungsebene realisiert.

Redundante Ringtopologie ohne weiteren Konfigurationsaufwand

Zur Überbrückung der großen Distanzen sowie Sicherstellung einer hohen Verfügbarkeit wird ein redundanter Ethernet-Ring in Singlemode-Glasfasertechnik genutzt. Als Infrastrukturkomponenten hat Ticos die Managed-Ethernet-Switches der Baureihe FL Switch 2200 von Phoenix Contact ausgewählt. Entscheidungsgrund war unter anderem die einfache Handhabung der Geräte. So lassen sich die Switches ohne weitere Konfiguration in einer redundanten Ringtopologie aufbauen. Da das Steuerungsnetzwerk schnell in Betrieb genommen werden sollte, war es von Vorteil, keine zeitaufwändigen Einstellungen vorzunehmen zu müssen. Denn die Grundfunktion eines Plug&Play-Switches ist schon in der geforderten Ringtopologie gegeben. Das vereinfacht die Inbetriebnahme, denn das Netzwerk steht nach einem Überarbeitungsschritt oder einer Erweiterung kurzfristig wieder zur Verfügung.
Die Switches 2206-2FX-SM weisen zwei Glasfaser-Schnittstellen in Singlemode-Ausführung mit SC-Duplex-Stecker sowie sechs Twisted-Pair-Kupferschnittstellen mit RJ45-Stecker auf. Die Singlemode-Ports sind über LWL-Patchfelder an die Glasfaserinstallation angebunden. Zwischen den beiden Tunnelportalen verlaufen die Glasfaserkabel im parallel unterhalb der Fahrbahn liegenden Werkleitungskanal. Hier werden die Signal- und Kommunikationskabel neben den Versorgungsleitungen für Wasser und Energie auf Kabelpritschen geführt. Im Tunnel-Werkleitungskanal befinden sich die Switches in den Querschnittsteuerkästen und werden von dort an den Glasfaserring angekoppelt. Der Anschluss der in den Unterstationen montierten Haupt- und Lokalsteuerungen an die Switches geschieht über RJ45-Ports. Die Komponenten sind in den Technikräumen der beiden Tunnelportale verbaut. Switches mit Singlemode-Uplinks werden in den Unterstationen durch Varianten mit acht Twisted-Pair-Ports ergänzt, um weitere Kommunikationsteilnehmer in das Netzwerk zu integrieren. 

Einstellung und Diagnose aus dem Technikraum

Das Gewerk Verkehrssteuerung umfasst die Beleuchtung statischer Signale, Blinker, Ampeln sowie Fahrstreifen- und Wechselsignale. In den Wirkungsbereich der Leittechnik Verkehrssteuerung fallen die Tunnel, deren Vorzonen sowie die zugeordnete offene Strecke. Im Projektabschnitt der A4 wird eine Wechselwegweisung betrieben. Das bedeutet, dass der Transitverkehr bei einer planmäßigen oder kurzfristig notwendigen Tunnelsperrung zum nächstmöglichen Anschluss umgeleitet wird. Zu diesem Zweck sind zwei Alternativrouten festgelegt worden, die jeweils über Prismen-Wechselwegweiser angezeigt werden. Wechselsignale wie der Prismen-Wechselwegweiser waren bislang parallel an die Leittechnik angebunden. Mit der neuen Lösung ist nun – je nach Ausführung – eine direkte oder über Seriell-/Ethernet-Konverter umgesetzte Ankopplung an die Switches möglich. Die Nutzung der Ethernet-Technik unterstützt somit sowohl die Migration vorhandener Feldgeräte als auch deren Erweiterung.
Während die in den Technikräumen installierten Switches gut für das Servicepersonal zugänglich sind, lassen sich die im kilometerlangen Werkleitungskanal montierten Geräte lediglich nach einem entsprechenden Fußmarsch erreichen. Mit erheblichem Aufwand ist ebenfalls der Zugang zu den an Masten oder Schilderbrücken in den Vorzonen oder der offenen Strecke verbauten Switches verbunden, über die beispielsweise die Wechselsignale gesteuert werden. Mit dem zentralen Inbetriebnahme-Tool Network-Manager von Phoenix Contact können die Ticos-Mitarbeiter den Geräten daher eine IP-Adresse über das Netzwerk zuweisen. Sollten weitere Einstellungen erforderlich sein, lassen sich diese ebenso mit der Software vornehmen. Somit können die Mitarbeiter sämtliche installierten Switches aus dem Technikraum konfigurieren und diagnostizieren. Zudem erlaubt der Network-Manager die Verwaltung und Archivierung der Konfigurationsdateien der im Projekt verwendeten Switches.