Während der Bauzeit hat Saia-Burgess Controls in den Jahren 2004 bis 2006 zahlreiche PCD-Systeme zur Steuerung der Lüftungs- und Klima-Anlagen, zur Überwachung der 1500 Schaltschränke, der Brandschutz- und Funkeinrichtungen geliefert.

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Verantwortlich für den Bau zeichnete die BLS Alptransit AG. Oberstes Gebot für die Bauherrschaft war die Einhaltung der Termine und der Kosten. – Ziele, die mustergültig erreicht wurden: Der Tunnel zwischen Frutigen im Berner Oberland und Visp im Wallis war rechtzeitig fertig und es gab keine Kostenüberschreitungen. Alle Verantwortlichen wurden im Rahmen der Eröffnungsfeier am 16. Juni 2007 in den höchsten Tönen gelobt und die Bauherrschaft prämiert. Mit der Inbetriebnahme hatte letztere zugleich ihren Zweck erfüllt, respektive ihre Arbeit abgeschlossen und den Tunnel an die Erhaltungsmannschaft des Betreibers – die BLS Netz AG – übergeben. Dort jedoch wich die anfängliche Euphorie schnell der Ernüchterung: Denn die Aufgabe der Erhaltungsmannschaft – die wirtschaftliche Verfügbarkeit des Tunnels an 365 Tagen pro Jahr rund um die Uhr zu gewährleisten – stellte sich bald als schier unlösbare Aufgabe heraus. Der Grund: Die „zusammengewürfelte“ und nicht aufeinander abgestimmte Automatisierung der Gewerke.

Rückblick: Die einzelnen Gewerke bei den technischen Infrastrukturen wurden gesondert ausgeschrieben. In den Gewerken Lüftung/Klimatisierung, Funk und Brandschutz kamen von Beginn an PCD-Steuerungen von Saia Burgess zum Einsatz – projektiert und installiert von drei verschiedenen Sys­temintegratoren. In den Gewerken Wasserversorgung, Beleuchtung, Niederspannungsüberwachung, Türen und Tore hingegen wurden über 1000 Automationsgeräte beziehungsweise fünf weitere Steuerungsfabrikate unterschiedlicher Hersteller verbaut – teilweise dediziert, nicht programmierbar und proprietär. Diese genügten zwar der ursprünglichen Ausschreibung; eine Kommunikation zwischen den Gewerken war dadurch jedoch von Beginn an gänzlich unmöglich. Die Folge: Anforderungen von einem Gewerk an ein anderes müssen immer den Umweg über die Leitebene machen, an die besagte Komponenten über komplexe Strukturen, Gateways, Konverter und Multiplexer angebunden wurden.

Die Topologie in den Querschlägen nach Bauphase: Über 1000 kompakte Automationsgeräte verschiedener Hersteller sorgen für komplexe, unübersichtliche Strukturen.

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Im Jahr 2009 fällte der Betreiber daher die Entscheidung, die Fehler aus der Bauphase zu korrigieren, sprich eine neue Tunnel-Leit- und Steuerungstechnik zu installieren. Im Fokus standen dabei die proprietären, kompakten und unflexiblen Automationssysteme, die zudem nur ihre eigene, für andere unverständliche Sprache sprechen. Diese galt es durch offene, weit verbreitete Standards zu ersetzen. Die größten Herausforderungen bestanden dabei darin, vorhandene Systeme, Aktoren und Sensoren in den bestehenden Schaltschränken zu integrieren, sowie die Umbauarbeiten während des laufenden Betriebs durchzuführen.

Nach Evaluierung verschiedener Systeme entschied sich die BLS schließlich für den durchgängigen Einsatz der Saia-PCD-Steuerungen. Der entscheidende Vorteil dieser Lösung: Über die in den Steuerungen standardmäßig eingebaute Web-Technik kann jedes Gewerk ohne lange Umwege direkt auf andere Gewerke zugreifen. Zudem lassen sich über diesen Kommunikationsweg neben allen Regel- und Steuerfunktionen auch Service- und Managementfunktionen der entsprechenden Gewerke integrieren. Weiterhin wurden die zahlreichen proprietären Schnittstellen an jedem der 104 Querschlägen (Verbindungen von einer Röhre zur anderen) durch eine einzige Ethernet-Schnittstelle ersetzt. Das Resultat: vollständige Transparenz, Flexibilität, Kombinierbarkeit und Offenheit.

Die Topologie in den Querschlägen nach dem Umbau: Durchgängigkeit und Transparenz ersetzen Grenzen und Hürden – dank industrieller SPS-Technik mit integrierten Standards aus der Web- und IT-Welt.

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Im Detail wurden im Rahmen des Umbauprojektes die ursprünglich 660 verbauten PCD2-Steuerungen durch rund 310 Steuerungen der neuesten Generation (PCD2.M5540) ersetzt und zusätzlich 60 neue Steuerungen dieses Typs installiert. 350 der ursprünglichen PCD2-Steuerungen sind immer noch im Einsatz. Weiterhin kommen 250 so genannte Smart-Ethernet-Re­mote-I/O-Module (PCD3.T666) zum Einsatz, welche die Querschlag-Tore steuern. Für Beleuchtung, Wasserversorgung, Evakuation sowie für die Überwachung der Niederspannung wurden im Wesentlichen die bestehenden 1500 RS-485-RIOs durch zusätzliche E/As erweitert. Die neuen PCD2.M5540 verfügen über genügend Leistung, um die dadurch zusätzlich entstandenen, insgesamt rund 100.000 Datenpunkte zu verarbeiten. In den Schaltschränken entfielen folglich unter anderem Steuerungen anderer Hersteller, Schnitt­stellenwandler, Signalkonverter, spezifische Stromversorgungen sowie Koppelrelais.

Summa summarum investiert BLS rund 18 Mio. Schweizer Franken in die neue Tunnel-Leit- und Steuerungstechnik. Der Anteil für Saia-PCD-Hardware beträgt lediglich 10 %, brachte aber nach Aussage von Hans Stadelmann, Betriebsleiter der neuen Alpen-Transversale, den größten Nutzen. Die restlichen 90 % entfielen auf das Engineer­ing, den Umbau der Schaltschränke, auf Validierung und Test, auf den Umbau des Tunnel-Leitsystems sowie auf die Inbetriebnahme.

Schaltschrank vor (links) und nach dem Umbau (rechts): Die umgebauten Schaltschränke sind wesentlich schlanker als die Originale aus der Bauphase. Viel überflüssig gewordene Zusatzhardware wurde ausgebaut. Allein dadurch reduziert sich das Risiko von Störungen erheblich.

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Die komplette Inbetriebnahme der neuen Steuerungs- und Leittechnik soll im Januar 2013 erfolgen. Anschließend starten der Probebetrieb und die Schulung des Personals, bevor das neue Konzept in Gänze voraussichtlich am 1. Juli 2013 „live“ geht. Die Erwartung, die BLS ab diesem Zeitpunkt an die modernisierte Technik stellt, sind klar formuliert: Der Tunnelbetreiber rechnet konkret mit einer Einsparung bei den Betriebs- und Interventionskosten von 1,8 Mio. Schweizer Franken pro Jahr. Zudem soll die Zahl der Alarme auf etwa zehn pro Tag sinken, so dass dann nur noch ein bis zwei Interventionen am Tag nötig sind und das Personal somit für andere Aufgaben einsetzbar ist.

Autor: Rolf Müller ist Key Account Manager bei Saia-Burgess Controls in Murten (Schweiz)

Interview mit Jürgen Lauber - der Lötschberg-Tunnel als Einzelfall?

Jürgen Lauber, Saia-Burgess: "Das Automationssystem einer Liegenschaft ergibt sich bis dato eher zufällig und wird selten vorher geplant und auch so umgesetzt."

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Was waren die Gründe für die eklatanten Planungsfehler beim Lötschberg-Projekt und was verbirgt sich konkret hinter dem Schlagwort „Lean“? Saia-Burgess Geschäftsführer Jürgen Lauber bezieht Stellung.

Herr Lauber, Modernisierung der kompletten Leit- und Steuerungstechnik nach nur zwei Jahren – wie kann das sein?

Während der Planungs- und Bauphase fanden kaum technische Abstimmungen mit dem späteren Betreiber statt. Keine Zeit – alles wurde dem Ziel Termin- und Kosteneinhaltung untergeordnet. Verbaut wurde, was terminlich verfügbar und am preisgünstigsten zu bekommen war. Jedes Gewerk wurde wie üblich separat geplant und vergeben. Die geschilderten Probleme waren damit vorprogrammiert.

Ist das Beispiel Lötschberg-Tunnel ein Einzelfall?

Nein, das ist bei der Mess-, Steuer- und Regel-Technik bei Projekten der Infrastruktur-Automation leider die Regel. Auch im größten Schweizer Freizeit- und Einkaufszentrum Westside in Bern wurde so gearbeitet. Ein Beispiel: Im direkt angrenzenden Hotel Holiday Inn musste nach nur vier Jahren Betrieb die komplette MSR-Technik der Konferenzräume mit hohen Nachinvestitionen modernisiert werden. Dies, weil unter anderem die Bedienung der Raumtechnik unklar und viel zu abstrakt war und so die Raumnutzer überfordert hat. Die Folgen waren unzu­friedene Gäste und eine unnötig hohe Belastung des Personals durch viele Hilfs­einsätze.

Des Weiteren werden generell Themen, die gewerkeübergreifend großen Einfluss auf die Energiebilanz haben, noch zu wenig konsequent betrachtet. Dies würde erklären warum jahrelang nicht erkannt wurde, dass der CO₂-Sensor der Lüftungsanlage im so genannten Foodcourt des Einkaufszentrums – sprich im Restaurant-Bereich – in der Zuluft anstatt in der Abluft montiert war. – Eine Regelung fand also nie statt!

Sie propagieren den Weg zur 'Lean-Automation'. – Am Beispiel des Lötschberg-Tunnels bedeutet dies auf den ersten Blick den Einsatz von Automatisierungskomponenten eines einzigen Herstellers mit einheitlichen, modernen Kommunikationsschnittstellen wie Ethernet und Web-Technik. Ist dies alles oder steckt mehr dahinter?

Lean heißt keinesfalls nur ein Hersteller – ganz im Gegenteil. Beim Lötschberg hat sich das bei der 18 Mio. Nachinvestition nur deshalb ergeben, weil somit das Risiko und die Betriebsstörungen minimiert werden konnten. Lean-Automation heißt einfach, in der gesamten Liegenschaft auf ganz wenigen grundlegenden Eigenschaften der Automationstechnik zu bestehen – und zwar gegen alle kurzfristigen Opportunitäten und jeglichen Druck. Diese Eigenschaften sind im Kern Modularität, freie Programmierbarkeit und völlige Offenheit in der Kommunikation, basierend auf allgemeinen Marktstandards. Diese Eigenschaften bieten viele Hersteller.

Die Kennzahlen des Lötschberg-Tunnels

• Länge: 34,6 km, davon 19,5 km Einspurstrecke (2. Röhre ausgebrochen, aber bahntechnisch auf lediglich 15,1 km ausgebaut) und 15,1 km Doppelspurstrecke.
• Anzahl Querschläge: 104 (Verbin­dungen von einer Röhre zur anderen)
• Temperatur im Tunnel: 35 °C
• Feuchtigkeit im Tunnel: 80 %
• Anzahl Züge pro Tag: 110 (40 Personen- und 70 Güterzüge)
• Baukosten: 4,3 Mrd. CHF