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Überwachungssystem

Steuerung S-Max überwacht Container-Schiff Emma

| Autor/ Redakteur: Günter Frevert / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Schiffe sind Verkehrsmittel der Superlative: Kein Transportmittel kann mehr Passagiere oder Güter befördern. Das Container-Schiff Emma der holländischen Reederei G. de Vries & Bruins arbeitet mit einem hochmodernen Überwachungssystem des Schiffszulieferers El-Tec. Basis dieses Systems – kurz eAMS genannt – ist die multifunktionale Steuerung S-Max von Phoenix Contact.

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Das Containerschiff Emma — kurz vor der Auslieferung im Dezember 2007
Das Containerschiff Emma — kurz vor der Auslieferung im Dezember 2007
( Archiv: Vogel Business Media )

Moderne Schiffe haben zahlreiche elektrische Antriebe und Aggregate. Während die Zustände von Motorschaltern und Ventilendlagen digital erfasst werden, werden die Temperaturen und Drücke der Ölkreisläufe und Kühlwassersysteme, Lagertemperaturen, Maschinen-Drehzahlen und -Leistungswerte analog erfasst. Gemäß den Vorgaben der nationalen und internationalen Seeschifffahrtsbehörden müssen all diese Aggregat- und Maschinenzustände überwacht und protokolliert werden.

Gesamte Elektrotechnik wird zentral überwacht

Die Werft Peters Shipyards B.V. im niederländischen Kampen baut verschiedene Schifftypen — darunter Küstenmotorschiffe (KüMos) sowie Fracht- und Container-Schiffe (Feeder). Alle Schiffe werden mit neuester Überwachungs- und Alarmtechnik ausgestattet. Im Dezember 2007 wurde das Container-Schiff Emma an die niederländische Reederei G. de Vries & Bruins übergeben. Emma hat eine Zulassung für Eismeere gemäß Klasse 1A — so genannte Ice Runner. Mit 3650 DWT (deadweight — entspricht 2528 Bruttoregistertonnen) sowie einer Länge von 90 m und einer Breite von 12,5 m zählt sie zur Klasse der Feeder.

Elektrik und Elektronik der Emma kommen von der El-Tec Elektrotechnologie im niederländischen Hattem. Das Unternehmen beschäftigt 60 Mitarbeiter und ist spezialisiert auf die Elektrotechnik und Automatisierung von Schiffen. „Für die zentrale Überwachung und Bedienung der gesamten Elektrotechnik haben wir das eAMS — El-Tec Alarm and Monitoring System — entwickelt“, erläutert Herbert Peek, seit zwölf Jahren Leiter der Elektroentwicklung bei El-Tec. „Damit lassen sich Antriebszustände und Tank-Füllstände zentral abrufen, Pumpen oder Überwachungskameras ansteuern sowie GPS-Daten protokollieren.“

Herbert Peek, Leiter der Elektroentwicklung bei El-Tec, setzt auf die Mulifunktions-Lösung S-Max (Archiv: Vogel Business Media)

Kombination aus IPC, SPS und Feldbusmaster

Im Antriebsraum befindet sich die Zentraleinheit des eAMS, mit der jedes überwachte Gerät verbunden ist. Sensoren werden direkt angeschlossen und mit Energie versorgt. Via Ethernet steht jeder gemessene Status auf der Brücke permanent zur Verfügung. Auf der Basis der stets aktuellen Daten können wichtige Entscheidungen schnell getroffen und umgesetzt werden. Die Verfügbarkeit der Schiffe wird erhöht, da auf Fehlfunktionen oder Ausfälle elektrischer Komponenten schneller reagiert werden kann. Auch der Daten-Export in andere Software-Applikationen ist möglich.

2005 begann El-Tec mit der Entwicklung des Systems. Auf der Suche nach einer multifunktionalen Steuerung entschied man sich für den S-Max von Phoenix Contact, eine hochverfügbare Kombination aus Industrie-PC, SPS und Feldbusmaster. „Mit dem S-Max bieten wir unseren Kunden ein flexibles und skalierbares System“, so Peek. „SPS und Visualisierung in einem Gerät reduzieren den Engineering-Aufwand und somit die Kosten beträchtlich.“

Inline-Station erfasst digitale und analoge Daten

Das Steuerungssystem auf der Emma arbeitet mit vier S-Max-Systemen (Archiv: Vogel Business Media)

In seiner Grundkonfiguration besteht eAMS aus einem S-Max, der die digitalen und analogen Daten über das Feldbus-System Interbus aufnimmt. Die Programmierung der integrierten SPS erfolgt mittels SPS-Laufzeitsystem ProConOs, die Erstellung der Bedienoberfläche mittels Visualisierungs-Software ProVisit. Die digitalen und analogen Daten werden in einer Inline-Station erfasst, die digitalen und analogen Module werden an einem Kopfmodul vom Typ IBS IL 24 BK-T/U zusammengeführt.

Es ist als autarkes System für maximal 500 Meldungen ausgelegt. Entsprechend der erforderlichen Anzahl von Meldungen wird zunächst die Hardware ausgelegt. Dann wird die Software mittels Parametrierung angepasst – eine Programmierung ist nicht erforderlich.

Vier S-Max-Systeme an Bord

Das MSB-System steuert die Maschinen und Aggregate auf der Emma (Archiv: Vogel Business Media)

Auf der Emma kommen vier S-Max-Systeme zum Einsatz. S-Max 1 — Typ 5012 — arbeitet mit einer Inline-Station im Maschinenraum. „Darauf läuft die SPS-Software sowie die Visualisierung“, so Peek. „Von hier aus kann das System überwacht und bedient werden.“ Parallel — gekoppelt via OPC-Server und Ethernet — läuft S-Max 2 auf der Brücke — ein kleiner S-Max 5006, der nur der Visualisierung dient.

Der S-Max 5006 visualisiert die Meldungen des eAMS auf der Brücke (Archiv: Vogel Business Media)

Neben dem eAMS-System hat die Emma zwei weitere Steuerungssysteme an Bord. Im MSB-System (Main Switch Board, Hauptsteuerschrank), das sich mit dem eAMS im Maschinenraum befindet, übernimmt — als S-Max 3 — ein weiteres Gerät vom Typ 5012 mit umfangreicher Inline-Station die Steuerung und Visualisierung der Aggregate. Dazu zählen drei Generatoren sowie 17 weitere Antriebe für Pumpen und Ventilatoren. Sämtliche vom eAMS erfassten Meldungen werden zum Alarmsystem übertragen. Die Signale müssen über die E/A-Ebene gekoppelt sein und dürfen nicht über ein Bussystem ausgetauscht werden. Ein weiteres Gerät vom Typ 5012 — S-Max 4 — ist auf der Brücke installiert. Über ihn werden alle dort befindlichen Geräte bedient: Beleuchtung, Scheibenwischer, Wisch-Wasch-Anlage, Brückenheizung und Kameras.

Ein weiterer S-Max 5012 auf der Brücke steuert sämtliche Aggregate (Archiv: Vogel Business Media)

Über einen unmanaged-Switch sind die vier S-Max-Systeme gekoppelt. Der OPC-Server läuft auf dem S-Max 5012 des eAMS. Die Ethernet-Verbindungen sind in Kupfer ausgeführt, nur die Verbindung vom Switch zum S-Max 5012 auf der Brücke ist in HCS-Faser ausgelegt, um Störungen durch Potenzialverschleppung zu verhindern.

„Auf zwanzig Schiffen haben wir unser eAMS mit Komponenten von Phoenix Contact installiert“, fasst Peek zusammen. „Weitere 20 Schiffe für vier verschiedene Werften sind derzeit in der Planung oder bereits im Bau – dazu zählt auch eine 60 m lange Segeljacht.“ Als nächstes wird das bestehende System auf SPS-Programmierung mit der Automatisierungs-Software PC Worx umgestellt. Gleichzeitig soll die Visualisierung auf Visu+ umgestellt werden.

Außerdem arbeitet El-Tec an einem neuen redundanten Überwachungs- und Alarmsystem auf der Basis von zwei S-Max-Geräten. Diese werden über einen Profinet-Ring redundant gekoppelt. Fällt ein Gerät aus, übernimmt der andere S-Max die Steuerung. In dieser neuen Generation des eAMS sind dann alle drei bisher autarken Systeme vereint.

Günter Frevert, Mitarbeiter im Bereich International Sales, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

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