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01 Hubinsel Thor

Flow- und Tank-Management für Hubinseln

Ob Diesel, Ballast- oder Bilgewasser – für die Sicherheit an Bord eines Schiffs ist es entscheidend, dass diese Flüssigkeiten korrekt überwacht und kontrolliert gesteuert werden. Spezialist für das Thema Flow- und Tank-Management ist die Firma Besi Marine Systems GmbH & Co. KG in Bremen. Sie rüstet nicht nur Containerschiffe, Schüttgutfrachter, Tanker, Flusskreuzfahrtschiffe und Luxusyachten mit entsprechenden Systemen aus, sondern hat auch Projekte wie die Hubinsel Thor realisiert. Hier sind Lösungen gefragt, die intelligente Automatisierungs- und Verbindungstechnik erfordern. Strategischer Partner von Besi in diesem Bereich ist das Unternehmen Wago .

Der Bau von Offshore-Windparks ist in vollem Gang. Seit 2009 speist das erste Testfeld in das Stromnetz ein, viele Anlagen werden derzeit errichtet, neue Gebiete stecken im Genehmigungsverfahren. Technisch und logistisch stellt die Installation der Windkraftanlagen hohe Anforderungen: Wie transportiert man eine 360 t schwere Generatorgondel und 61 m lange Rotorenblätter hinaus auf See? Hierzu werden spezielle Hubinseln und Hubschiffe für die Nordsee entwickelt.
Einer der ersten Hubinseln war die nach dem Donnergott benannte Thor (Bild 1), die 2010 den Betrieb aufnahm. Einer der zwei Kräne an Bord kann bei einer Auslage von 51 m bis zu 500 t heben. Mit Abmessungen von 70 m × 40 m ähnelt die Thor eher einem schwimmenden Fußballfeld als einem Schiff. Um diese schwimmende Fläche zu be- und entladen, werden die vier 82 m langen Standbeine abgesenkt. Durch die kontrollierte Aufnahme von Ballastwasser und durch Anheben der Plattform über den Meeresspiegel baut sich Druck auf die Beine auf, sodass eine fest mit dem Meeresboden verbundene Einheit entsteht.

Fernbetätigte Armaturen sicher steuern
Besi Marine Systems ist spezialisiert auf das Thema Flow Management, was unter anderem den Bereich Anti-Heeling- Systeme (AHS) beinhaltet. Dieses System steuert aktiv die Krängung eines Schiffs. Das Unternehmen hat auch bei der Thor die Steuerung des Ballastwassers für den Be- und Entladevorgang übernommen und damit zum erfolgreichen Einsatz der Hubinsel beigetragen.
Seit der Gründung in 1966 konzentriert sich Besi auf die Schifffahrtsbranche und hat sich vom lokalen Ingenieurbüro hin zu einem Systemanbieter entwickelt. Das Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt Regel- als auch Absperrventilsysteme basierend auf hydraulischen, pneumatischen, elektrischen und elektro-hydraulischen Antrieben sowie die entsprechende Automatisierung und Visualisierung (Bild 2). Die Steuerung der Komponenten übernehmen Steuerschränke, die im ECR (Engine Control Room) oder Ship Office stehen. Hier kommen alle Signale von den Ventilen, Tankfüllstands-, Temperatur-, Neigungs- und Schiffstiefgangsmessung zusammen. Über eine Ethernet-Verbindung kann der Bediener per Computer oder Touchpanel das System zentral oder dezentral steuern und überwachen.
Wo für die Thor noch zwei dieser Steuerschränke ausreichten, erfordert das aktuelle Projekt – das Windkrafterrichtungsschiff Vidar – insgesamt sechs Schränke, die zur Optimierung der Rohr- und Leitungsführung über das Schiff verteilt sind. Davon ist ein Steuerschrank alleine für das AHS vorgesehen. Im Gegensatz zur Thor, die aktuell über keinen eigenen Antrieb verfügt, ist die Vidar mit einem eigenen Dieselantrieb ausgestattet. Insgesamt sind über 260 fernbetätigte Armaturen anzusteuern – normal für ein mittelgroßes Containerschiff sind etwa 80.

02 Zur Überwachung und Steuerung von Flow- und Tank-Managementsystemen hat Besi eine eigene Softwarelösung entwickelt

03 Besi-Geschäftsführer Malte S. Konken (links) und Bernhard S. Konken (rechts), Chief Technical Officer Michael Borchers

04 Neben Tobjob-S-Reihenklemmen, Koppelrelais und Optokopplern sowie den eigensicheren EX-i-Busklemmen ist das feldbusunabhängige und dezentrale IO-System der Serie 750 das wichtigste Element in Besis Steuerschränken

Sicherheit hat Priorität
„Gerade für solch komplexe Anwendungen geht für uns der Trend klar weg von der klassischen Relaistechnik hin zu anspruchsvollen Automatisierungssystemen und hier zu dezentralen Konzepten“, erklärt Michael Borchers, Chief Technical Officer bei Besi (Bild 3). „Immer mehr Funktionalität ist gefragt, die aber keinen zusätzlichen Platz einnehmen sollte. Gleichzeitig darf es keine Abstriche beim Thema Sicherheit geben.“ Besis Flow-Management-Anlagen fallen in den Bereich der sicherheitsrelevanten Systeme und müssen daher hohen Anforderungen entsprechen.
Redundanz ist Standard für alle Komponenten und Funktionalitäten, vom Computer hin bis zur Handhabung der Ventile. Versagt zum Beispiel bei einem hydraulischen System die Stromversorgung, so lassen sich am Schaltschrank direkt über ein hydraulisches Notsystem mithilfe von Magnetventilen eine definierte Anzahl an sicherheitsrelevanten Ventilen bedienen. Sollten auch diese ausfallen, dann kann der zuständige Ingenieur den Antrieb immer noch direkt am Ventil mit einer Nothandpumpe betätigen. „Sicherheit und Qualität sind Werte, die wir leben“, sagt Malte Konken, Managing Director bei Besi (Bild 3). „Unsere Systeme sind 25 bis 30 Jahre bei unseren Kunden auf allen Weltmeeren im Einsatz und müssen funktionieren. Gerade haben wir eine Anfrage bedient, bei der ein Kunde für unsere allererste Anlage ein Ersatzteil angefragt hat. Man bedenke, dass wir seit unserer Gründung über 5 000 Systeme geliefert haben.“
Im letzten Jahr hat Besi mehr als 150 Schiffe mit Systemen ausgestattet. In dieser Größenordnung spielt auch Effizienz eine wesentliche Rolle. Für das Unternehmen ist es daher wichtig, den richtigen strategischen Partner an der Seite zu haben, der das Know-how der Flow- und Tank- Management-Experten um die Expertise im Bereich elektrische Verbindungstechnik und Automatisierung mit Produkten und passender Firmenkultur ergänzt.

Verbindungstechnik und Automatisierung
Seit 1997 besteht eine enge Zusammenarbeit zwischen Besi und Wago. Schon damals standen Zeitersparnis und Fehlerminimierung in der Anschlusstechnik im Vordergrund. Heute setzt Besi durchweg auf das umfangreiche Portfolio von Wago, auch deshalb, weil das Mindener Familienunternehmen für eine Vielzahl seiner Komponenten die notwendigen Schifffahrtszertifizierungen, wie ABS, DNV, GL, LR und NKK, vorweisen kann.
Neben den Tobjob-S-Reihenklemmen, den Koppelrelais und Optokopplern sowie den eigensicheren EX-i-Busklemmen ist das feldbusunabhängige und dezentrale IO-System der Serie 750 das wichtigste Element in Besis Steuerschränken (Bild 4). Mit ein-, zwei-, vier-, acht- und 16-kanaligen Modulen, die sich beliebig kombinieren lassen, erlauben sie eine hohe Granularität. Die Serie bietet Feldbuskoppler für alle gängigen Protokolle, wobei programmierbare Steuerungen das System um SPS-Funktionalität erweitern. Bei Besi sind Ethernet und Modbus die meist verwendeten Bussysteme, programmiert wird hauptsächlich mit Codesys. Mit der Ethernet-TCP/IP Steuerung 750-871 lassen sich selbst die wichtigen redundanten Systeme kostengünstig realisieren. „Es gibt zwei Dinge, die für uns bei der Auswahl des richtigen Lieferanten eine Rolle spielen“, stellt M. Borchers fest. „Zum einen muss die Qualität und Haltbarkeit der Produkte stimmen, was wir durch extreme Belastungstests sicherstellen. Zweitens brauchen wir einen Partner, der über Erfahrung im Schiffbau verfügt. Denn in unserem Geschäft ist es entscheidend, nicht nur einen Lieferanten zu haben, sondern jemanden, mit dem wir gemeinsam innovativ sein können.“

So fanden in den letzten Jahren Technologiemeetings statt, bei denen beide Teams gemeinsam Konzepte zur Schaltschrankoptimierung erarbeitet haben. Ein Ergebnis von vielen ist ein universeller Übergabebaustein, der bei Besi heute in allen Anlagen verwendet werden kann und Verdrahtungsaufwand spart. Dieser Übergabebaustein mit 16-Kanal-Leiterplattenklemmtechnik verbindet Leitungen, die Rückmeldungen von den Ventilen geben mit dem IO-Steuerungssystem.
Solch einen Technologieaustausch gab es auch kürzlich wieder. Dabei hat sich Besi gemeinsam mit Wago ein innovatives Konzept einfallen lassen, bei dem über ein Bussystem in Ringtopologie und mit mehreren TCP/IP-Knoten alle wichtigen Signale für das Management der Flüssigkeitssysteme durchgeschleift werden. Sollte es zu einem Blackout an Bord kommen, dann kann über ein Notstromaggregat noch für 72 h auf sicherheitsrelevante Ventile und Tanks zugegriffen werden.

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Autor: Jörg Schomacker ist Gebietsverkaufsleiter für das Vertriebsbüro Hamburg bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG.