Une circulation fluide pour le coude rhénan

Ainsi, les installations techniques réalisées en 1999 ont, dès 2003, été révisées et partiellement remplacées. Par ailleurs, il a fallu revoir les spécifications relatives à la ventilation du tunnel, suite à l’introduction des pots catalytiques entraînant une réduction des gaz d’échappement. Le concept de ventilation, élaboré à l’origine uniquement pour le mode d’exploitation normale, a été repensé pour la gestion du mode d’incidents, notamment pour les situations d’incendie.

La spécification technique générale (ATS, Allgemeine technische Daten) du département des ponts et chaussées de Bâle englobe les documents directeurs relatifs à l’étude et à la mise en œuvre des flux d’information, des concepts de messages et du système de commande de la Tangente Nord. Elle décrit explicitement les exigences afférentes aux différents niveaux hiérarchiques, à savoir exploitation, processus, groupe et terrain. La spécification inclut en particulier les ordinateurs industriels (ordinateurs centraux et ordinateurs de groupe), notamment la connexion des processus au système de gestion de niveau supérieur (ordinateurs passerelle).

Par ailleurs, l’ATS régit la connexion des actionneurs et capteurs de terrain au niveau groupe. Le concept se différencie des autres installations de tunnel par une intégration systématique au sein d’un système global, reposant sur des fonctions et composants parfaitement complémentaires. Afin de garantir la sécurité des usagers et un trafic optimal, tous les composants électromécaniques, ainsi que les installations de gestion du trafic de la Tangente Nord et de la Tangente Est de Bâle (tunnel et tronçons à l’air libre) ont été interconnectés et intégrés au système de gestion de niveau supérieur.

Près de 124 millions d’euros ont été investis dans les installations d’exploitation et de sécurité de la Tangente Nord N3 de Bâle.

Un concept de réseau complexe

Le système de gestion est structuré selon une approche fortement hiérarchisée. L’objectif de cette hiérarchisation réside dans la recherche d’une autonomie des différents niveaux. Avec ce type d’approche, une panne d’un niveau n’affectera pas le bon fonctionnement des niveaux subordonnés. En cas de dysfonctionnement de l’installation en mode normal, celle-ci passe immédiatement en mode dégradé. Par exemple, lors d’une défaillance du réseau de communication, les messages prioritaires sont transmis par voie matérielle.

Outre le système d’exploitation de niveau supérieur, des installations individuelles pour l’éclairage, la ventilation, la sécurité, le guidage du trafic, l’alimentation en énergie, les fonctions diverses et le mode dégradé ont été spécifiées au niveau de six postes électriques. Les installations individuelles appariées sont regroupées dans des installations de niveau supérieur, mais travaillent autant que possible de manière autonome. Trois réseaux distincts constituent l’infrastructure de toutes les installations de la Tangente Nord:

 

Du fait des exigences du département des ponts et chaussées de Bâle, tous les ordinateurs connectés au réseau Ethernet 10 Gbits/s ont, au niveau de chaque installation, fait l’objet d’une liaison TCP/IP au moyen d’un réseau local virtuel (VLAN). Chaque installation dispose d’un réseau dédié, ce qui assure la séparation galvanique des différents postes électriques.

Au niveau de l’exploitation, les communications utilisent le protocole Ethernet et s’appuient sur le système PVSSII de commande et de visualisation des processus. Les communications entre les niveaux installations et exploitation, au sein d’un même niveau, s’appuient sur Ethernet/Fast Ethernet TCP/IP et font appel à OPC (OLE for Process Control, une standardisation de l’échange de données dans l’automatisation), ainsi qu’au logiciel TwinCAT ADS de Beckhoff. Les communications entre les niveaux installations et groupe s’appuient également sur Fast Ethernet et TwinCAT ADS (le protocole, sur base TCP/IP, utilisé par les systèmes Twincat pour communiquer entre eux).

Protection contre les défaillances grâce à la redondance matérielle et logicielle

Des liaisons de communications de type logiciel sont mises en œuvre selon le principe client/serveur. Autrement dit, le client de communication (serveur IS) est connecté au serveur de communication (ordinateur central par installation et poste électrique). Le serveur est à même de gérer simultanément plusieurs liaisons vers différents clients. Les déclenchements automatiques de niveau supérieur ont été, dans la mesure du possible, évités. De même, les fonctions de niveau supérieur ont été mises en œuvre au niveau processus, afin de réduire au minimum les cas particuliers.

Le principe de redondance mis en œuvre ne repose pas que sur une redondance matérielle, mais il inclut aussi les logiciels. Un deuxième serveur collecte, indépendamment du premier, les données pertinentes et exécute les fonctions correspondantes. Seuls les composants actifs ne sont pas déclenchés par le système redondant. Une procédure de surveillance détecte une défaillance de l’ordinateur concerné, auquel cas le deuxième ordinateur assume les fonctions du premier. Le premier ordinateur passe alors en mode serveur redondant et n’exécute plus aucune commande active, ni aucun déclenchement. Si, pour une raison ou une autre, le premier serveur ne peut pas modifier son état, il est bloqué par le deuxième. Les postes de commande détectent l’état de chaque serveur et communiquent exclusivement avec le serveur actif.

Des installations de sécurité.

 

Une plate-forme de commande robuste et fiable

Les composants d’automatisation de Beckhoff ont été retenus à la suite d’une étude de marché réalisée par le département des ponts et chaussées de la ville de Bâle. «La mise en œuvre de bout en bout des composants matériels de Beckhoff a été décidée en raison de leur robustesse et de leur utilisation éprouvée dans l’industrie», explique Eugen Fuchs, chef de projet désigné du département des ponts et chaussées. La conception logicielle a été confiée à la société Ticos AG de Feuerthalen, en raison de son expérience des systèmes de pilotage à grande échelle pour les installations de tunnel hétérogènes.

Le niveau exploitation et ses ordinateurs passerelle représentent le système de gestion de niveau supérieur (IS), lequel centralise la commande, la visualisation et la surveillance des autres installations. Chaque ordinateur passerelle IS est, par conséquent, équipé d’un système de visualisation local. Le niveau installations est, du point de vue des données, structuré en réseau Ethernet TCP/IP et englobe les ordinateurs centraux.

Le pilotage des installations s’effectue de manière autonome et décentralisée à partir du niveau installations. Même en cas de défaillance du niveau exploitation, les ordinateurs centraux continuent d’assurer, de manière autonome, le pilotage des processus subordonnés. Les modèles suivants ont été retenus pour les ordinateurs centraux: 35 PC industriels C6925 et des panneaux de commande CRS903, deux produits fournis par Beckhoff.

Le niveau groupe subordonné au niveau exploitation fait appel à des PC embarqués CX9001 de cette entreprise. Ceux-ci commandent, via Ethernet TCP/IP, les actionneurs et capteurs, tels que les relais, contacteurs, etc., raccordés aux borniers de Beckhoff. Le système d’exploitation des ordinateurs de groupe CX9001 est Windows CE avec TwinCAT comme logiciel PLC. Au total, le niveau groupe met en œuvre 185 PC embarqués CX9001 avec près de 400’000 points de données physiques.

Le niveau terrain est constitué de borniers de bus décentralisés. Les borniers de bus employés ont les spécificités suivantes: outre les borniers de bus analogiques, des bornes DALI sont utilisées pour commander l’éclairage. Toutes les entrées de mesure sont, autant que possible, du type entrées d’intensité (4 à 20 mA), afin d’obtenir des interfaces faciles à mesurer.

 

Une solution éprouvée au quotidien

La structure hiérarchique, ainsi que l’approche distribuée de la solution de projet fonctionnent de manière irréprochable. Les images de processus du système de gestion, qui représentent les différentes installations, contiennent les éléments graphiques correspondants pour les affichages d’état et les interventions commandées au moyen des signaux de capteurs du niveau terrain. Même les installations à commande autonome travaillent de manière optimale avec la centrale de commande. Les alarmes et pannes importantes sont communiquées via le système d’alarmes à distance. Par exemple, les images de processus de l’installation de ventilation disposent de toutes les informations pertinentes (la mesure de vitesse de l’air, notamment) nécessaires pour l’exploitation.

Tangente Nord de la ville de Bâle Après près de 50 ans d’études et de travaux de construction, le tronçon de la Tangente Nord de la ville de Bâle est entré en service à la mi-2007. L’ouverture de la bretelle Luzernerring marque l’achèvement de cet ouvrage historique. Sur les 3,18 km du tronçon d’autoroute urbaine, 2,79 km de voie traversent des tunnels et un pont. La Tangente Nord commence en France par un tronçon à l’air libre de 240 m puis continue par le tunnel Grossbasel (1432 m). Côté est de la gare Saint-Jean, le tronçon se poursuit jusqu’au Rhin, sous la très empruntée Voltastrasse. Cette section comporte également la jonction souterraine de la bretelle St. Johann, de 600 m. Ensuite, l’autoroute émerge du tunnel et franchit le Rhin sur le pont des Trois roses (Dreirosenbrücke) à deux étages, long de 266 m. Le pont aboutit ensuite au tunnel Kleinbasel de 1092 m de long. La dernière section assure la jonction avec la bretelle existante de la Tangente Est. Grâce aux cinq bretelles de raccordement, la Tangente Nord n’est plus seulement réservée au trafic de transit entre la France et la Suisse, mais absorbe une grande partie du trafic urbain en désengorgeant les zones d’habitation exposées à une circulation très dense, tout en réduisant les nuisances sonores.   Basel-Stadt Stadtentwicklung Basel Nord www.baselnord.bs.ch   Ticos AG www.ticos.ch

 

Un système de commande de tunnel robuste

Un des piliers de la sécurité est la commande de la ventilation du tunnel. Les dispositifs de mesure dans le tunnel informent à tout moment le système de commande sur les rapports d’écoulement et de pression. A partir de là, le système de commande détermine le déclenchement des 82 accélérateurs (d’une puissance totale supérieure à 2 MW), afin de rétablir des rapports de pression optimaux. Cela permet, en cas d’incendie, d’éviter la présence de fumée au niveau des itinéraires d’évacuation, ainsi que la pénétration de celle-ci dans les autres tubes du tunnel.

L’installation de sécurité collecte toutes les informations pertinentes et les transmet à la police. Celle-ci est immédiatement informée de l’actionnement des portes d’une sortie de secours, d’un véhicule à l’arrêt dans le tunnel ou du retrait d’un extincteur de son support. De même, le système de commande de l’installation d’éclairage fournit toutes les informations nécessaires à l’exploitation des différents systèmes d’éclairage, l’actionnement manuel ou automatique des différents modes, par exemple, comme le mode d’urgence ou le mode incendie/accident.

Des capteurs mesurent la luminosité extérieure et régulent l’éclairage d’adaptation, afin que l’œil humain s’accommode plus facilement à la différence de luminosité à l’entrée du tunnel. Des capteurs de lumière dans le tunnel mesurent l’intensité lumineuse effective et assurent la correction nécessaire en fonction de l’encrassement et du vieillissement des éclairages. Le contrôle du trafic est assuré par un système de gestion du trafic multicouche, permettant à l’utilisateur de traiter facilement tous les états de fonctionnement susceptibles de se produire.

 

Intégration des installations partielles existantes

Pendant la réalisation du projet, les installations partielles existantes de la Tangente Est, mises en œuvre sur la période 1970 à 2003, ont été raccordées au système IS. Le processus d’intégration continue permet aux exploitants de disposer de toutes les informations et possibilités d’interventions sur une plate-forme. Il est possible de consigner de manière unifiée tous les points de données actuels et futurs via les ordinateurs de groupe flexibles de Beckhoff. Roland Gysin, en charge de l’exploitation et de l’entretien de l’autoroute urbaine pour la société Nationalstrassen Nordwestschweiz AG  (NSNW), porte le regard suivant sur les expériences engrangées jusqu’à aujourd’hui: «Le système est particulièrement stable et les incidents sont rares. Par le passé, la maintenance du système de gestion avait un coût supérieur au coût actuel de la maintenance de toute l’installation».