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Kreuzfahrtschiff „Seabourn Odyssey“

Von der Brücke bis in den Maschinenraum: IO-System im Einsatz

01 Das Wago-I/O-System kommt vom Maschinenraum bis zur Brücke zum Einsatz (grüne Felder)

02 Im zentralen Steuerschrank (Main Propulsion Control, hier in der Fertigung) eines Antriebsstrangs laufen die Daten des jeweiligen MCC über Modbus oder CAN auf und es werden weitere Informationen vom Propeller- bzw. Thrustermotor, Transformator und sonstigen Geräten eingesammelt; im Bild: Rainer Genilke, Project Manager Drive Systems bei SAM Electronics

03 Das Wago-I/O-System sammelt die analogen und digitalen Daten ein und übermittelt sie über Feldbuskoppler an die übergeordnete Steuerung

04 Dank der bewährten Cage-Clamp-Technologie ist die Verdrahtung des Wago-I/O-Systems einfach, zuverlässig und rüttelsicher

Ob Luxusjacht, Kreuzfahrt- oder Spezialschiff – dieselelektrische Antriebssysteme bringen überall dort große Vorteile, wo der elektrische Energieverbrauch hoch ist. Dies ist eine der Kernkompetenzen von SAM Electronics. Das Unternehmen ist spezialisiert auf Schiffselektrik und -elektronik. Bei der Gestaltung seiner innovativen Antriebslösungen setzen die Hamburger auf die Flexibilität und Verlässlichkeit des IO-Systems von Wago.

SAM Electronics, ein Tochterunternehmen von L-3 Communications, gehört zu den weltweit führenden Unternehmen auf dem Gebiet der Schiffselektrik und -elektronik. Seit über 100 Jahren entwickelt das Unternehmen Produkte und Systeme für die zivile Schifffahrt und Marine. Mit mehr als 600 Mitarbeitern am Stammsitz in Hamburg und rund 1.400 weltweit bietet SAM Electronics innovative und kundenorientierte Lösungen für die Energieerzeugung und -verteilung, Schiffskommunikation und -navigation, maritime Automation, Sicherheits- und Überwachungssysteme, Unterhaltungstechnik sowie für die Antriebstechnik. Das Leistungsspektrum umfasst kleinere Pakete bis hin zu integrierten Systemen und Turnkey-Lösungen inklusive Planung, Engineering, Produktion und Installation an Bord.

Mit Daten mehr Zuverlässigkeit realisieren
Dieselelektrische Antriebe bieten insbesondere für Kreuzfahrtschiffe, Jachten und Spezialschiffe Vorteile: Sie laufen leise, sind vibrationsarm, können als redundante Systeme mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit ausgelegt werden, bieten Möglichkeiten für hohe Manövrierbarkeit und lassen sich zu einem hohen Grad automatisieren. Um Störungen vorzubeugen und Fehlbedienungen zu verhindern, ist es entscheidend, alle Funktionen und wichtigen Kenngrößen zu überwachen und entsprechend zu steuern. Dafür müssen verschiedenste prozessrelevante Daten innerhalb des Schiffes an dezentralen Knotenpunkten erhoben werden: Wie hoch ist die Auslastung der verschiedenen Propeller- und Thrustermotoren? Wie viele Betriebsstunden laufen sie? Sind die Motorwellen ausreichend geschmiert? Wie verhält sich die Temperatur der Transformatoren und der Kühlflüssigkeiten? Mit Antworten zu Fragen wie diesen lässt sich die Antriebssteuerung optimieren und die Zuverlässigkeit des Systems steigern.

Um einem Komplettausfall vorzubeugen, wird bei SAM Electronics auf ein redundantes dieselelektrisches Antriebskonzept gesetzt: Konventionelle dieselmechanische Anlagen arbeiten in der Regel mit Dieselmotoren, die auf einen Propeller gekuppelt sind; dieselelektrische Fahranlagen hingegen bieten den Vorteil, dass alle Dieselmotoren jeden Propeller speisen können. Die Motoren treiben Generatoren an, die elektrische Energie auf eine gemeinsame Sammelschiene einspeisen, von der aus die elektrischen Antriebe und alle anderen Verbraucher versorgt werden. Die Verfügbarkeit eines Antriebs ist damit unabhängig von der Verfügbarkeit eines einzelnen Dieselmotors. So wird auch in schwierigen Situationen eine maximale Manövrierfähigkeit des Schiffes gewährleistet. Gleichzeitig sind immer nur so viele Dieselaggregate am Bordnetz, wie es der aktuelle Energiebedarf notwendig macht. Somit können die Dieselmotoren immer optimal ausgenutzt und im Bereich des höchsten Wirkungsgrades betrieben werden. Dabei findet dasselbe Konzept in einer breiten Varianz an Motorklassen Anwendung: von 1 MW bis 21 MW. In der Regel ist jeder Antrieb mit einem eigenen Frequenzumrichter und oft auch mit entsprechenden Transformatoren ausgestattet und arbeitet unabhängig. Umso wichtiger ist der Datenaustausch zwischen diesen Einheiten und zur Zentrale.

Auf einheitliche Standards setzen
Um alle relevanten Daten aus dem Antriebssystem einzusammeln und es aus dem Engine Control Room (ECR) oder von der Brücke fernzusteuern, kommt das I/OSystem 750 von Wago zum Einsatz. Mit diesem System lässt sich jeder Knoten bedarfsgerecht individuell konfigurieren. Zur Auswahl stehen Klemmen für vielfältige Potentiale und analoge Signalformen. Mit ein-, zwei-, vier-, acht- und 16-kanaligen digitalen Modulen, die sich beliebig kombinieren lassen, erlauben sie eine hohe Granularität und Flexibilität. Dank dieser feinmodularen Struktur ist es möglich, die Einheiten extrem kompakt aufzubauen. Bis zu 16 Kanäle sind auf einer Klemmenbreite von 12 mm untergebracht. Der modulare Gedanke zeigt sich auch in der Tatsache, dass das System für alle gängigen Protokolle entsprechende Feldbuscontroller und -koppler bietet. So kommen im Schiffbau je nach Schiffsebene in der Regel verschiedene Feldbusse zum Einsatz. Während im Bereich der Brücke in erster Linie via Ethernet kommuniziert wird, werden Daten aus dem ECR überwiegend über Modbus oder CAN ausgetauscht. An vielen Stellen findet zudem die RS-485-Schnittstelle Verwendung. SAM Electronics kann auf diese Weise das Wago-I/O-System als skalierbare Standardkomponente vom Maschinenraum bis zur Brücke einsetzen.

„Teil unserer Strategie ist es, wo möglich, auf Standardkomponenten zu setzen“, erklärt Rainer Genilke, Project Manager Drive Systems bei SAM Electronics. „Für uns ist es von großem Vorteil, dass wir mit dem Wago-I/O-System und einer überschaubaren Anzahl an Komponenten flexibel alle wichtigen Daten im kompletten Antriebssystem abgreifen können – und dies über alle Schiffstypen und Antriebsleistungen hinweg. Dieser Aspekt spielt für unsere Planung und unser Ersatzteilmanagement eine wichtige Rolle, aber auch für das Reserveteilpaket, das an Bord mitgeführt wird.“

Flexibilität bis zur Inbetriebnahme wahren
Während der ein- bis zweijährigen Bauphase eines Schiffes kommt es zudem häufig zu Anpassungs- und Änderungswünschen. Ist eine andere Art der Schnittstelle zu Bordsystemen gefordert oder werden Komponenten hinzugefügt, so muss auch die Elektrik angepasst oder erweitert werden. Das ist dank des modularen Aufbaus des Wago-I/O-Systems einfach möglich und erfordert lediglich dahin gehend eine vorausschauende Planung, dass entsprechender Platz im Schaltschrank vorhanden ist. R. Genilke schätzt an dem Remote-IO-Konzept zudem die Tatsache, dass sich die dezentralen Einheiten sehr einfach vorkonfigurieren lassen. Hier verwendet er das Inbetriebnahmetool Wago-I/O-Check, mit dem sich die komplette Verdrahtung und Funktion des Systems prüfen lässt, ohne dass die Steuerung der Anlage schon aufgebaut sein muss. Dann gilt es nur noch, Stromversorgung und Feldbusleitung anzuschließen und schon ist das System einsatzbereit. „Unser neuestes Konzept erlaubt es uns auch, über Satelliten nach Freigabe durch die Besatzung einen Einblick in alle wichtigen Daten des Antriebssystems zu erhalten“, erläutert R. Genilke. Kommt es beispielsweise während einer Überfahrt zu Störungen, kann ein Spezialist aus dem Büro bereits die Fehlerdiagnose über Remote Diagnostic anstoßen und feststellen, ob der Einsatz eines Serviceteams notwendig ist oder gezielt Ersatzeile zum nächstliegenden Hafen versendet werden sollen. „Zum einen hat uns die Technik überzeugt, denn das Wago-I/O-System trägt dazu bei, dass wir hinsichtlich der Antriebstechnik unseren Kunden nahezu alle Wünsche erfüllen können“, resümiert der Antriebsexperte. „Zum anderen schätzen wir die Zusammenarbeit aufgrund der Nähe zu unserem Geschäftsfeld. Wie so viele Komponenten bei Wago verfügt das eingesetzte IO-System über alle gängigen internationalen Schiffbauzulassungen und eignet sich selbst für den Einsatz in Kompassnähe auf der Brücke. Wago hat sich in einem Spezialfall sogar erfolgreich um die Zertifizierung von bisher nicht zugelassenen Komponenten bemüht.“ (hz)

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Autor:
Jörg Schomacker ist Gebietsverkaufsleiter für das Vertriebsbüro Hamburg bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG.
joerg.schomacker@wago.com