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Modulare Automation für Binnenschiffe

: Geva Elektronik


In der industriellen Automatisierung haben sich modulare Systeme vielfach bewährt und sind heute Standard. Ganz anders im Schiffbau – hier überwiegen individuell entwickelte starre Lösungen für jeden Schiffstyp. Flexible Projektierungen oder nachträgliche Ergänzungen sind entweder gar nicht oder nur mit großem Aufwand zu realisieren. Die Kombination einer industriellen Steuerung mit einer neuen, auf die Anforderungen im Schiffsbetrieb zugeschnittenen Softwarelösung zeigt, welchen Nutzen modulare Systeme auch für die moderne Schifffahrt bieten.

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Der Binnentanker „Till Deymann“ ist ein Schiff des neuen Typs Futura Carrier. Dieser Schiffstyp ist nach dem Baukastenprinzip konstruiert und kann wahlweise als Massengutfrachter, Container- oder Tankschiff projektiert werden.

Der Binnentanker „Till Deymann“ ist ein Schiff des neuen Typs Futura Carrier....

Der „Futura Carrier“ gilt als derzeit modernster Binnenschiffstyp weltweit. Je nach Einsatzgebiet kann er als Massengutfrachter, Container- oder Tankschiff vom Stapel laufen. Das von der Kieler Firma New Logistics entwickelte Schiff ist nach dem Baukastenprinzip konstruiert. Der Schiffskörper und die technischen Module lassen sich flexibel an unterschiedliche Größen und Ladungen anpassen. Dieses Bauprinzip versetzt Werften in die Lage, das Schiff ohne eigenen Entwicklungsaufwand für Planung, Projektierung und Arbeitsvorbereitung zu fertigen.

Gegenüber konventionellen Binnenschiffen gibt es aber noch weitere Vorteile: So verbraucht der Futura Carrier beispielsweise deutlich weniger Kraftstoff. Dafür sorgen der katamaranförmige Rumpf am Bug und die so genannte Luftblasenschmierung – eine Unterströmung des Rumpfes mit Luftbläschen zur Verringerung der Reibung mit dem Wasser. Um eine hohe Manövrierfähigkeit, vor allem bei niedrigen Wasserständen und engem Fahrwasser zu erreichen, ist das Schiff mit vier identischen, drehbaren Antriebseinheiten ausgerüstet, die auch zur Steuerung dienen. Ein weiteres Novum ist die Abgasreinigungstechnik. Sie reduziert die Emission von Stickoxiden um bis zu 70 % und die von Feinstaubpartikeln um bis zu 99 %.

Auch die Sicherheit wird auf dem Futura Carrier groß geschrieben. Sowohl die Steuerungssysteme als auch die Visualisierungs- und Bedienelemente im Fahrstand sind redundant ausgelegt. Außerdem verfügt das Schiff über ein hochmodernes Alarm-, Monitoring- und Kontrollsystem. Bis jetzt sind vier Schiffe dieses Typs vom Stapel gelaufen, zwei weitere sind bereits bestellt.

SPS-basierende Lösung im Schiffsbetrieb

Der modulare Aufbau des Futura Carrier setzt sich auch in der Automatisierung fort. Unter der Bezeichnung Incontrol hat die Firma Claus-D. Christophel Mess- und Regeltechnik eine neue Steuerungslösung entwickelt. Das Unternehmen mit Sitz in Hamburg gehört seit kurzem zur deutschen Tochtergesellschaft des finnischen Schiffsmotoren- und Kraftwerksherstellers Wärtsilä Corporation und beschäftigt sich seit über 30 Jahren mit Schiffsbetriebstechnik und Schiffsautomation. „Unser Ziel war es“, so der technische Leiter Olaf Ratschow, „ein modulares System auf der Grundlage einer robusten, industriellen Steuerung zu entwickeln.“

Bislang bestand die Automation auf Binnenschiffen aus einer für jeden Schiffstyp individuell entwickelten Lösung für Energieverteilung, Maschinenfernsteuerung und Überwachung. Eine flexible Projektierung der Schiffsautomation seitens der Werft oder auch eine spätere Nachrüstung waren entweder gar nicht oder nur mit großem Aufwand möglich.

Der Firma Christophel ist es gelungen, alle wesentlichen Funktionen des Schiffsbetriebs in eine selbst entwickelte Software einzubinden und mit einer modularen Steuerung zu kombinieren. Das Unternehmen hat sich dabei für die Automatisierungsplattform MELSEC System Q von Mitsubishi Electric (ÖV: Geva) entschieden – einer modularen Hochleistungssteuerung, die bis zu vier CPU-Module für unterschiedliche Funktionen auf einem Baugruppenträger vereint. Diese Multiprozessorsteuerung bietet aufgrund ihrer flexiblen Ausbaufähigkeit die ideale Grundlage für die neue Automatisierungslösung. Zudem ist die Steuerung auch für den redundanten Betrieb geeignet. Weitere Bausteine der auf Technologien von Mitsubishi Electric basierenden Schiffsautomation sind digitale und analoge E/A-Module für die Schiffsdatenerfassung, Schnittstellenmodule zur Datenerfassung der Hauptantriebe und ein Visualisierungssystem für den Einmannfahrstand.

Zentrales Monitoring

Die Module
der Software Incontrol umfassen Funktionen wie die Überwachung der Maschinenparameter, des Hydraulikdrucks und der Temperaturen an den Wicklungen der Pumpenmotoren. Darüber hinaus werden die Daten der Hauptantriebe permanent ausgelesen und zentral angezeigt. Ähnliches gilt für die beiden Diesel-Drehstromgeneratoren. Über die im Stromnetz verteilten Messfühler sieht der Schiffsführer auf einem einzigen Bediengerät, welche Verbraucher aktiv sind, aus welchem Stromerzeuger sie gespeist werden und welche Wege der Strom nimmt. Auch alle Schaltvorgänge auf dem Schiff werden entsprechend abgebildet – angefangen von der Positionsbeleuchtung über das Heben und Senken der Brücke bis hin zu den Bewegungen des Bordkrans.

Damit wird Incontrol auch unterschiedlichen Anwendungen und Anforderungen gerecht. Ist der Futura Carrier beispielsweise als Tanker projektiert, lässt sich das dafür erforderliche Cargo-Kontrollsystem schnell und problemlos an die Automation anbinden. Ähnliches gilt für das optionale Flottenmanagementsystem, mit dem alle wichtigen Informationen zur Ferndiagnose und -wartung abgerufen werden können. Dazu Olaf Ratschow: „Incontrol bietet die volle Funktionalität für die Schifffahrt, ist aber wesentlich flexibler einsetzbar als bisherige Lösungen. Das bedeutet einen deutlich größeren Nutzen für den Betreiber.“

Redundanz über Glasfaserkabel

Steuerungen im Schiffsbetrieb werden so verteilt, dass die Länge der Kabel zu den Messfühlern möglichst kurz ist. Außerdem muss im Notfall eine Redundanz gewährleistet sein. Aus diesem Grund sind auf dem Futura Carrier zwei Steuerungen vom Typ MELSEC System Q installiert. Eine im Vorschiff für den Antrieb am Bug und das Energiemanagement der beiden Dieselgeneratoren, die zweite im hinteren Bereich für die Steuerung der Heckmotoren. Beide Systeme sind über Glasfaserkabel und das redundante Netzwerk MELSECNET/H von Mitsubishi Electric, das einen schnellen zyklischen Datenaustausch mit bis zu 25 mbits/s ermöglicht, miteinander verbunden. Die Automatisierungslösung ist darauf ausgelegt, dass der Schiffsführer jederzeit über alle Betriebszustände
informiert ist.

Das Steuerhaus ist mit einem modernen, ergonomischen Einmannfahrstand ausgestattet, der dem neuesten Stand der Technik entspricht und gemäß aller relevanten Regeln und Vorschriften (LR, SUK, VDE-Richtlinien) eingerichtet ist. Zentrale Bedien- und Visualisierungseinheit ist ein robuster Industrie-PC aus der MicroClient-Familie der IPC1000-Serie mit der Visualisierungs-Software MX4 von Mitsubishi Electric. Auf dem Touchscreen-Gerät laufen alle Daten und Messsignale zusammen – von den Alarmgebern und den seriellen Schnittstellen über die Antriebsmotoren bis hin zu den beiden Bordnetzaggregaten. Auch im Steuerhaus ist aufgrund der Bediensicherheit eine Redundanz gefordert. Dafür steht zusätzlich ein kompaktes MAC-E300-Bediengerät von Mitsubishi Electric zur Verfügung, das alle sicherheitsrelevanten Funktionen abdeckt.

Fazit

Das Binnenschiff Futura Carrier ist so konstruiert, dass sowohl der Schiffskörper als auch die technischen Module unterschiedlichen Anforderungen wie Größe und Ladung angepasst werden können. Auch die neu entwickelte Automatisierungslösung Incontrol ist modular aufgebaut. Dies bietet Schiffsbauern und -betreibern im Vergleich zu bisherigen starren Lösungen einen deutlich größeren Nutzen – angefangen von der Planung und Projektierung in der Werft über das Nachrüsten von Komponenten bis hin zu Reparatur und Wartung. Da Incontrol alle für die Schifffahrt notwendigen Funktionen beinhaltet, ist diese Lösung nicht allein auf den Futura Carrier beschränkt, sondern auch für andere Schiffstypen geeignet.
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