High-Speed-Überwachung auf Luxusyacht

besecke entwickelte das komplexe Automatisierungskonzept für eine Luxusyacht der Bremer Lürssen Werft. Mit an Bord sind die leistungsstarken ETHERNET-Controller von WAGO.

Konstruiert und zu Wasser gelassen wurde das über 100 m lange und zehntausende PS starke Schiff von der Bremer Lürssen-Werft, dem Weltmarktführer im Bau von Megayachten ab 60 Meter Länge. Das Automatisierungssystem entwickelte, plante und realisierte besecke, ein Tochterunternehmen der Lürssen-Werft. Dabei setzte der langjährige Spezialist für Schiffsautomation insgesamt 125 ETHERNET-Controller (750-881/882) von WAGO ein.

Bei der Luxusyacht lag die Messlatte in Sachen Innovation, Individualität und technischer Vollkommenheit extrem hoch, sodass deren Automatisierung selbst für einen Spezialisten wie besecke eine große Herausforderung darstellte. Das mittelständische Unternehmen beschäftigt etwa 175 Mitarbeiter und unterhält Standorte in Bremen, Emden und Riga. Wegen der Nähe zur Lürssen-Werft ist der Geschäftsbereich „Ship Automation“ vornehmlich am Bremer Hauptsitz angesiedelt. Im Bereich Schiffsautomatisierung umfasst das Leistungsspektrum das Design und den Bau von Schaltanlagen und zentralen Leitsystemen, die Entwicklung anwendungsspezifischer Software für Steuerungen, das firmeneigene zentrale Monitoring Control System (MCS), die Steuerung der Energieverteilung, die Sicherheitsüberwachung an Bord sowie den technischen Support über die gesamte Lebensdauer eines Schiffes.

Vorstoß in neue Dimensionen Auf der Megayacht muss eine große Anzahl an Signalen erfasst, verarbeitet und visualisiert werden. Die überwachten und zu steuern - den Bereiche auf dem Schiff umfassen unter anderem den Schiffsmotor, Generatoren, Türstellungen, Feuerlöschventile, Feuermelder, NMEA-Daten, Security, Füllstande, Betriebsstunden, Alarmdienste, Schmutzwasser, Helikopterpad, Ankerwinde, Power-Management (EPMS), HVAC, Videoüberwachung (CCTV), Maintenance-System und Entertainment. Alle Prozesse zusammengenommen, kommt die Megayacht auf mehr als 10.000 zu verarbeitende Rohsignale. Davon sammeln die WAGO-Controller etwa 5.000 Signale direkt ein. Die übrigen 5.000 werden über spezielle Kommunikationsmodule erfasst. An den Hauptmaschinen und Generatoren liegt das höchste Datenaufkommen mit bis zu 700 zu erfassenden Signalen pro Controller. Aus einem Rohsignal entstehen dann, beispielsweise aus einem Druck-/ Temperatursensor, im MCS rund 10 Variablen wie Warnungen, Farbumschläge oder Service-Mitteilungen. Aus den 10.000 erfassten Messwerten werden so insgesamt rund 100.000 Variablen, die in das zentrale „Monitoring Control System (MCS)“ von besecke einfließen und dort verarbeitet werden. Um diese große Menge an Daten ständig abrufbar zu machen, benötigen die Controller besonders leistungsfähige CPUs.

„Generell geht der Trend bei der Automatisierung von Luxusyachten hin zu einer stetig wachsenden Anzahl an zu verarbeitenden Signalen. Außerdem erwarten die Kunden, dass immer mehr Informationen über ein zentrales Monitoring-System visualisiert werden. Das erfordert wiederum eine immer höhere Rechenleistung, ohne dass die Steuerungen dabei größer werden dürfen. Viel kompakter als die eingesetzten WAGO-Controller geht es jedenfalls kaum mehr“, meint Henry Fischer, Vertriebsleiter bei besecke in Bremen.

Was Henry Fischer genau meint, sind die 125 programmierbaren ETHERNET-Controller (750-881/882), die als dezentrale Steuerungen die Grundlage für das Automatisierungskonzept der Yacht bilden. Da sie nah an den Messpunkten installiert sind, reduziert sich die Einzelverdrahtung zwischen den I/O-Klemmen auf der Automatisierungsebene und den Sensoren und Aktoren im Feld auf ein Minimum. Die SPS-Funktionalität und der integrierte Web-Server lassen die Controller völlig autark arbeiten. So entstehen modulare Einheiten, die Projektierung, Inbetriebnahme, Betrieb, Service und spätere Erweiterungen vereinfachen. Außerdem erhöhen die Geräte die Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit, da der etwaige Ausfall eines Controllers keine Auswirkungen auf das Gesamtsystem hat. Auf eine aufwändige redundante Serverstruktur kann somit verzichtet werden.

Die Automatisierungsstruktur an Bord der Yacht basiert auf einem 1Gbit-ETHERNET-Ring aus Glasfaser. Vom Ring-Switch aus gehen dann 100Mbit-Kupferkabel zu den einzelnen Controllern, sodass eine durchgängige ETHERNET-Struktur von der Feld- bis in die Leitebene entsteht. Da die WAGO-Steuerungen (750- 881/882) über einen 2-Port-Switch bzw. 2 getrennte ETHERNET- Ports verfügen, ist der Aufbau von Linientopologien problemlos möglich. Die zahlreichen Gewerke und Schnittstellen werden in das zentrale MCS eingebunden. Die Controller stellen der Visualisierung auf den Monitoring-Stationen die gesammelten Messdaten und Alarmmeldungen über einen von besecke entwickelten OPC-Server zur Verfügung, der sechsmal so schnell arbeitet wie marktübliche Produkte. Die Querkommunikation unter den Controllern erfolgt über MODBUS/UDP, wobei jedes Gerät sowohl als Master als auch als Slave fungieren kann. besecke hat ein eigenes Programm entwickelt, das aus einer Excel-Parameterliste automatisch CoDeSys-Codes erzeugt. Auf diese Weise laufen Alarmierungen über die Controller standardisiert ab und sind weniger fehleranfällig.

„Die WAGO-Komponenten sind extrem robust und ausfallsicher. Die Modularität des I/O-Systems erlaubt außerdem ein leichtes und schnelles Nachrüsten einzelner Module. Das ist wichtig für uns, da sich bei einer Projektlaufzeit von etwa 1,5 Jahren von Auftragseingang bis Ablieferung natürlich die Bedürfnisse spontan ändern können. Aufgrund der Vielzahl an Signalen haben wir uns für die schnellen ETHERNET-Controller entschieden, da sie trotz ihrer Kompaktheit eine hohe Rechenleistung aufweisen und über zwei ETHERNET-Ports verfügen. Die leistungsfähigen CPUs waren eine wichtige Grundvoraussetzung zur Umsetzung unseres Monitoring-Systems“, sagt Fischer.

Das modulare und feldbusunabhängige WAGO-I/O-SYSTEM stellt eine optimale Automatisierungslösung für den Schiffbau dar. Es hat im jahrelangen Dauereinsatz auf verschiedenen Lürssen-Yachten über tausende Seemeilen hinweg seine besondere Eignung für die maritime Anwendung bewiesen. Entsprechend verfügen die Komponenten über alle notwendigen internationalen Schiffbauzulassungen, darunter GL, LR, DNV, BV, RINA, KR, NK und BSH. Unter diesen Voraussetzungen ist der direkte Betrieb an Verbrennungsmaschinen und Kompressoren ebenso erlaubt wie in Kompassnähe. Mit dem WAGO-I/O-SYSTEM lassen sich dem - nach durchgehende Automatisierungslösungen vom Maschinenraum bis zur Brücke umsetzen.

Neben den technischen Eigenschaften des WAGO-I/O-SYSTEMs sind es vor allem die gute Zusammenarbeit und der aktive Austausch, die WAGO und besecke seit Jahren zu engen Partnern machen. „Wir stellen fest, dass sich ETHERNET in der Automatisierung von Yachten gegen andere Feldbussysteme durchgesetzt hat. Offenen, nicht proprietären Lösungen, wie sie WAGO und besecke gemeinsam anbieten, gehört daher die Zukunft“, erklärt Fischer abschließend.

Autor: Jörg Schomacker