Hoe een klein component een groot verschil maakt

Door: Redactie - 5 november 2021 |

Veiligheid automatisering van een brug nu te berekenen

Het moge algemeen bekend zijn: in de provincie Friesland vind je veel bruggen. Heel veel bruggen. Waaronder een groot aantal dat zeer regelmatig bediend moet worden. Dat bedienen gebeurt steeds vaker vanop afstand en in hoge mate geautomatiseerd. En daar waar een brug geautomatiseerd wordt, komt er een hoge mate van communicatie tussen verschillende systemen om de hoek komt kijken.

De meest recente brug die werd opgeleverd na een grondige renovatie en volledige automatisering is de Follegabrug. Doede Cnossen is engineer, bestekschrijver en toezichthouder van provincie Fryslân en vertelt ons over het verloop van het project.

“In totaal zijn we nu zo’n zes á zeven jaar bezig met de voorbereidingen en uitvoering om bruggen geschikt te maken voor afstandsbediening. Er komt gelukkig steeds meer aandacht voor veiligheid, zowel voor de omgeving als voor de arbeidsomstandigheden van de mensen die aan een brug moeten werken. Daarnaast moet de automatisering van een brug voldoen aan de machinerichtlijn, en dat heeft nogal wat consequenties. Dat zie je niet aan het uiterlijk van de brug, maar onder de motorkap is het een enorm verschil ten opzicht van jaren geleden.”

Schakelruimte

Cnossen noemt als voorbeeld de brugkelder. “Vroeger was het geen enkel probleem om een kleine kelder onder de brug te hebben, waar onderhoudswerkzaamheden moesten worden uitgevoerd. Maar arbotechnisch gezien is dat fout, dus nu moet je daar ook een andere oplossing voor verzinnen.” Bij Follegabrug is dat opgelost door een losse schakelruimte te bouwen, naast de brug. Daarin kunnen alle voorzieningen op een toegankelijke manier worden aangelegd. En bij een geautomatiseerde brug, zijn dat er nogal wat.

“Alleen al voor het op afstand bedienen van de brug is er een grote serverkast voorzien. Iedere brug is voorzien van een eigen lokaal netwerk, welke is aangesloten op het provinciale glasvezelnetwerk. Bij de selectie van de componenten hebben we gekozen voor de meest veilige en betrouwbare – en alles is in safety uitgevoerd.” De kleur geel voert dan ook de boventoon in de schakelkast. “Een brug zoals deze heeft zo’n tien- tot vijftienduizend openingen op jaarbasis. Iedere opening duurt zo’n drie tot vier minuten en al die tijd moeten de landverkeerseinen veilig werken. Slijtage is dus niet echt wenselijk”, stelt Cnossen. “Dat is de reden waarom we solidstate-schakelingen als de eigen norm hebben gesteld. Maar omdat solid state geen safetywaarde heeft, hebben wij aan Peter Groot van Vierpool gevraagd: hoe kunnen we toch waardes berekenen met een solidstate-component?”

Solid state met gegarandeerde waarde

In het algemeen worden solidstates als optocoupler uitgevoerd, waarin een led en een lichtgevoelige transistor als schakelende eindtrap dienen. Vierpool levert interfacers van het Finse bedrijf Delcon, die voorzien zijn van een geïntegreerde pulstransformator die een hoogwaardige eindtrap – Mosfett of Triac – aanstuurt.

Peter Groot: “Ze worden als interfacer rechtstreeks achter de PLC geplaatst. Door de geïntegreerde pulstransformator kan deze eindtrap vele malen robuuster worden uitgevoerd dan de transistoruitgang van een optocoupler. Dit resulteert in een solidstate met een MTTF-waarde van gegarandeerd 422 jaar! En daarmee behoren slijtage- en uitvalverschijnselen tot het verleden. De fabrikant garandeert dan ook tien jaar blijvend betrouwbaar schakelen, zelfs met een ongelimiteerde aantal schakelingen. Tja, met dertig miljoen schakelingen per jaar, is dat geen overbodige luxe. Dus dan praat je echt over de lange termijn en is de economische levensduur meer dan prima.”

Naast deze solidstate interfacers adviseerde Groot ook de bliksem- en overspanningsbeveiliging van Leutron. “Deze zijn voorzien van een gepatenteerde vonkbrug, dus zonder extra voorontsteking, die bij een overspanning of – nog erger – een blikseminslag heel kortstondig – dan heb je het echt over nanoseconden – de fases, nul en aarde aan elkaar koppelt. En zo het potentiaalverschil vereffent. Door het ontbreken van die voorontsteking werkt dit als een zelfherstellende beveiliging. Met één apparaat kun je alles beveiligen waardoor je een hogere beschikbaarheid van de totale installatie krijgt. Met deze beveiliging blijft de spanning in de installatie onder alle omstandigheden zo laag mogelijk, onder de 1KV, waarmee alle apparaten beveiligd zijn en je dus geen extra apparaatbeveiligingen hoeft toe te passen. Gezien de beperkte ruimte in de meeste schakelkasten is dat een prettige bijkomstigheid.”

Solid state schakelingen (L) / De installatie bij deze brug werd gedaan door Installatietechniek Beenen (R)

Standaardisatie

Cnossen: “Dit is dus één van de eerste bruggen die we nu volgens deze standaard hebben opgeleverd. Het is de eerste keer dat we waardes van de solid-state relais hebben, waarmee we kunnen rekenen, en dat is een grote winst.”

De installatie bij deze brug automatisering werd gedaan door Installatietechniek Beenen uit Heerenveen. Harry van Wieren van Beenen ziet ook de verdergaande verschuiving naar safety-uitvoering van besturingen. “Standaard wordt er nu een safety-studie uitgevoerd. De provincie Fryslân wil de bediening van de bruggen niet alleen automatiseren, maar ook standaardiseren. Tien jaar geleden was safety voor bruggen veel minder een issue, maar volgens de wet is een brug een machine. Dus heb je echt met richtlijnen te maken die nu worden meegenomen bij de technologische vernieuwingen.”

Er werd een eigen glasvezelnetwerk aangelegd om de afstandsbediening te kunnen realiseren. “We begonnen met kleine clustertjes, waarmee we meer gastvrijheid voor de gebruikers wilden bieden. Met zeventien bruggen bedienen we nu vanuit de centrale It Swettehûs in Leeuwarden. Om de afstandsbediening optimaal te kunnen realiseren is er een aantal cameramasten met camera’s geplaatst. De glasvezelverbinding is aangelegd in een gesloten ring, waardoor er door redundantie geen uitval op kan treden.”

Behalve de bediening is er ook werktuigbouwtechnisch het één en ander aan de brug versleuteld. Cnossen: “Voorheen werd deze brug gehesen met behulp van een tandheugelsysteem. Dat hebben we nu gewijzigd naar een trek-duwstang-mechanisme. Met als voordeel dat er nog maar enkele smeerpunten zijn. Met één frequentieregelaar worden twee aandrijvingen aangestuurd. Encoders monitoren de stand van de trek-duwstang-mechanismen en het geheel zoekt zelf onderling balans. Het was dus een echt multidisciplinair werk. Het onderwerp safety was vroeger een beetje een ondergeschoven kindje, maar heeft nu echt een enorme vlucht genomen. Dat vraagt veel van de engineering. Je hebt bij de dagelijkse bediening direct met mensen te maken, die staan te wachten tot de brug opent. En als het fout gaat, dat hebben we helaas in het land wel eens gezien, dan kan dat fatale gevolgen hebben.”

Meer informatie bij Vierpool