Für den maritimen Laien klingt es erst einmal widersinnig: Stechen Frachtschiffe in See, ohne dass sie ihre Frachtmöglichkeiten voll ausgereizt haben, müssen sie zusätzlichen Ballast aufnehmen. Ansonsten ergibt sich ein anderer Tiefgang als bei voller Beladung, durch den das Schiff ein völlig anderes \’Fahrverhalten\‘ bekommt: Die Massen- und Strömungsverhältnisse sind nicht mehr optimal und das Schiff lässt sich nicht sicher manövrieren, ähnlich dem unsicheren Fahrverhalten eines Automobils bei erheblichem Reifenunterdruck. Standortvorteil Bremen Bereits vor 20 Jahren hat die Firma Besi ihren ersten fernbedienbaren Ventilantrieb auf den Markt gebracht. Um als Know-how-Träger und einer der Marktführer im Bereich fernbetätigter Armaturen wahrgenommen zu werden, zeichnete sich sehr frühzeitig der Weg zum Systemanbieter ab. So bot Besi bald ein integriertes System (Besi Flow-Management-System) aus fernbedienbaren Ventilen und einem Tankfüllstands-Management an, um eine Ballasttanksteuerung mittels eines zentralen Steuerungssystems durchführen zu können. Um die erforderliche Qualität der Ventilantriebe zu gewährleisten und auch schnell auf Änderungs- bzw. Sonderwünsche ihrer Kunden reagieren zu können, werden diese am Besi-Stammsitz in Bremen gefertigt. Die Inhouse-Konstruktion und das Inhouse-Engineering der Steuerungs-Software unterstützen den Qualitätsanspruch und die Flexibilität durch kurze Wege ohne überflüssige Schnittstellen. Software-SPS und Visualisierung auf einem Steuerrechner Die für eine Ballasttanksteuerung notwendigen Komponenten werden in einer so genannten Operator Station zusammengefasst. Als Tankfüllstandsmesser und Tiefengangmesser werden hydrostatische, relativ messende Drucksensoren verwendet. Ferner ist die Schiffsneigung (quer, längs) zu ermitteln. Als weiterer Parameter wird die Temperatur des Ballastwassers zur Ermittlung des spezifischen Gewichts benötigt. All diese Informationen laufen an einem I/O-Klemmenblock zusammen, welcher über Ethernet mit dem Steuerungsrechner verbunden ist. An diesem Klemmenblock angeschlossen sind auch die fernbedienbaren Armaturen und Pumpen, welche für das Füllen oder Entleeren der Ballasttanks sorgen. Herzstück der Operator Station ist der Simatic Microbox PC 427B von Siemens Industry. Dieser steuert auf Basis einer Software-SPS das gesamte System. Die Bedienung erfolgt über einen angeschlossenen Simatic Flat-Panel-Monitor. Von einer solchen Operator Station kann es je nach Größe des Schiffes und der räumlichen Verteilung der Komponenten eine oder mehrere geben. Im Stand-alone-Betrieb kann sich der Bediener mittels eines Passwort-geschützten dreistufigen Berechtigungskonzepts (nur lesen – lesen/bedienen – lesen/bedienen/parametrieren) in das System einklinken. Die Bedienungsführung auf dem Industrie-Monitor erfolgt über ein klar gegliedertes Grafikkonzept. Alle Aktivitäten sind Menü-unterstützt, sodass eine fehlerfreie Bedienung sichergestellt ist. Kommen mehrere solcher Stationen zum Einsatz, werden diese mit einer Standard-Ethernet-Verbindung über einen Ethernet-Switch miteinander verbunden. Ethernet stellt ein Maximum an Kommunikationskanälen und -Protokollen zur Verfügung. Ferner sorgt es dafür, dass das System flexibel für weitere Kanäle bleibt bzw. der Anschluss weiterer dezentraler Komponenten ermöglicht wird. Redundanz durch verteilte Systeme Bei einem verteilten System mit mehreren Operator Stations ist es durch das gestufte Berechtigungskonzept möglich, z.B. im Deck-Office Ballast-Operationen vorzunehmen und gleichzeitig im Engine-Control-Room das Treibstoff-Bunker-System zu bedienen. Es ist möglich, von jeder Station jeden Zustand der gesamten Anlage abzurufen. Die Software läuft auf allen Microbox PCs der Operator Stations. Somit können bei einem Ausfall einer Operator Station die anderen Einheiten deren Funktion übernehmen. Diese Redundanz erzielt eine sehr hohe Systemverfügbarkeit, welche durch die Teaming-Fähigkeit der beiden LAN-Schnittstellen des Microbox PC mittels doppelt verlegter Ethernet-Leitungen weiter erhöht werden kann. Das ganze System (sowohl die Hard- als auch die Software) ist als offenes System angelegt. Weitere Subsysteme wie z.B. ein Logistik-Rechner, welcher die be- bzw. entladene Ware protokolliert, können ohne weiteres mittels Ethernet am vorhandenen Ethernet-Switch in die bestehende Architektur integriert werden. Automatisches Anti-Heeling als Komfort-Option Bei der Ballasttanksteuerung werden meist viele verteilte Tanks befüllt bzw. entleert, um die Seetüchtigkeit des Schiffes sicherzustellen. Im Gegensatz dazu ist die Anti-Heeling-Funktion ein dynamischer Prozess beim Be- und Entladen des Schiffes, der mit dem Umpumpen von Wasser zwischen i.d.R. zwei Tanks auskommt. Dieser auf Wunsch automatisch ablaufende Vorgang sorgt dafür, dass das Schiff unabhängig vom aktuellen Ladezustand exakt in der Waage liegt. Dies ist u.a. deshalb notwendig, weil bei Containerschiffen die einzelnen Container durch Zwischenstücke, sog. Twistlocks, miteinander verhakt werden. Dieses Verhaken funktioniert aber nur, wenn der obere Container exakt parallel auf den unteren aufgesetzt wird. Die Anti-Heeling-Funktion kann optional mit dem Flow-Management-System von Besi geordert werden. Steuerungs-PC erfüllt hohe Umweltanforderungen Der Einsatz auf Schiffen stellt an die verwendeten Komponenten hohe Anforderungen. Der für das Flow-Management-System zum Einsatz kommende Simatic Microbox PC 427B erfüllt all diese Anforderungen. Durch das Ganzmetallgehäuse mit der EMV-gerechten Anbindung sämtlicher Schnittstellen und Erweiterungssteckplätze ist er besonders widerstandsfähig gegen Störeinstrahlung nach IEC 61000-4-2/3/4/5/6/8. Gleichzeitig wird auch die Störausstrahlung reduziert, sodass das Gerät die Anforderungen nach EN55022 Klasse B erfüllt. Mit einem zulässigen Betriebstemperaturbereich von bis zu 55°C und der mechanischen Robustheit von 1g Schock und 15g Vibration eignet er sich auch für die raue Umgebung auf einem Schiff. Um eine solche Robustheit zu erreichen und außerdem einen wartungsfreien Betrieb sicherzustellen, ist der Microbox PC 427B ohne mechanische Verschleißteile konzipiert. Das lüfterlose Gehäusekonzept stellt die Entwärmung durch Eigenkonvektion sicher. Als Massenspeicher kommt ein Simatic PC CompactFlash zum Einsatz. Hierdurch sind die Nachteile von Festplatten eliminiert, wie ein eingeschränkter Temperaturbereich und geringere Vibrations- und Schockrobustheit. Neben der hohen Brillanz und Schärfe ist es auch die Robustheit, die zur Entscheidung für den Einsatz eines Simatic Flat Panels geführt hat. Dieses erfüllt mit seinem robusten Druckgussgehäuse, seiner gehärteten Schutzglasscheibe und der MTBF (Mean Time between Failures) des Displays von über 50.000 Stunden alle Anforderungen an ein Display im rauen Schiffsalltag. Betriebssystem-Features unterstützen die Anforderungen Die Spannungsversorgung auf einem Schiff kann nicht 100-prozentig sichergestellt werden. Diagnostiziert z.B. die Überwachung des Schiffsgenerators eine Asynchronität, kann die Stromversorgung zum Schutz von Komponenten wie Motoren vorsichtshalber abgeschaltet werden. Ferner kann es bei der Umstellung von Eigenversorgung auf Landversorgung zu Spannungsunterbrechungen kommen. Die Anforderung an das Steuerungssystem besteht diesbezüglich darin, dass dieses nach einer Spannungsunterbrechung ohne händischen Eingriff wieder hochläuft. Dies ermöglicht das zum Einsatz kommende Betriebssystem Windows XP embedded. Dieses kann so konfiguriert werden, dass keine Windows-Anmeldung notwendig ist. Ferner bietet es die Möglichkeit, mittels des integrierten Enhanced-Write-Filters (EWF) Bereiche des Massenspeichers vor ungewollten Schreibzugriffen zu schützen. Hierdurch wird die Betriebssicherheit der Applikation, d.h. die Systemverfügbarkeit weiter erhöht. Schiffbauzulassung für eine globale Vermarktung Um die Eignung aller verwendeten Komponenten für den Einsatz auf Schiffen sicherzustellen, fordern die Reedereien bzw. Betreiber der Schiffsflotten, dass diese eine Schiffbauzulassung haben. Abhängig von dem Land, in welchem das Schiff angemeldet wird, werden Zulassungen verschiedener Zertifizierer benötigt. Im Fall des Simatic Microbox PCs 427B und Flat Panels liegen vor: – ABS – American Bureau of Shipping (USA) – BV – Bureau Vertias (France) – DNV – Det Norske Veritas (Norway) – GL – Germanische Lloyd (Germany) – LRS – Lloyds Register of Shipping (UK) – NKK – Nippon Kaiji Kyokai (Japan) Hierdurch wird eine globale Vermarktung der Ballasttanksteuerung ermöglicht. Zusätzlich zur Sicherstellung der Eignung müssen die verbauten Komponenten aber auch Anforderungen erfüllen, die der lange Betriebseinsatz der Schiffe mit sich bringt. Der Betreiber hat die Forderung, möglichst lange einen definierten Reparatur- und Ersatzteildienst (Microbox PC: 5 Jahre nach Auslauf) für die verbauten Komponenten zu erhalten. Für den Betreiber als auch den Systemintegrator gleichermaßen wichtig ist die Kompatibilität des Nachfolgeproduktes (Microbox PC: Einbau- /Schnittstellenkompatibilität). Hierdurch können der Aufwand für die Ersatzteilhaltung bzw. der Engineering-Aufwand bei einem Generationswechsel minimiert werden. Fazit Die Anforderungen an einen Industrie-PC beim Einsatz auf Schiffen ähneln denen im anspruchsvollen Industrie-Einsatz. Die Offenheit der Architektur des ausgewählten Microbox PC ermöglicht die flexible Integration von weiteren speziellen Funktionsmodulen. Die Robustheit mit den hohen Werten für Temperaturen und Rüttel-/Schockanforderungen ist eine Grundvoraussetzung für die Erteilung der Schiffbauzulassungen. Mit diesen wird die Eignung des Microbox PC 427B für den harten Schiffsalltag im weltweiten Einsatz bestätigt. Kasten: Weitere Vorteile des Simatic Microbox PC 427B im Überblick – Leistungsstarke, energiesparende Pentium-M-Prozessortechnologie von Intel bis 1,4GHz – Konfigurierbarer Hardwareausbau zur flexiblen Anpassung an die Applikation – Schnittstellen: 2×10/100/1000Mbit/s Ethernet, 4xUSB, 1xCOM, Profibus oder Profinet (optional) – Erweiterung mit bis zu drei PCI-104-Baugruppen – CompactFlash-Speicher für höchste Systemverfügbarkeit von außen steckbar (und/oder für mehr Sicherheit wahlweise: nicht zugänglich) – Gepufferter Remanenzspeicher (SRAM) mit 2MByte onboard zur Datensicherung bei Netzausfall – Volle CPU-Leistung im Dauerbetrieb rund um die Uhr bei einer Umgebungstemperatur bis zu 55°C – Kompakte Abmessungen mit 262x134x47mm – Wartungsfrei durch Verzicht auf mechanische Verschleißteile – Festplatten- und Lüfterlos – Hutschienen- oder Wandmontage – Hohe EMV-Verträglichkeit durch Ganzmetallgehäuse und EMV-gerechte Anbindung sämtlicher Schnittstellen – Integrierte 24V-Spannungsversorgung mit Verpolschutz, Potenzialtrennung und Netzausfallüberbrückung – Integrierte Überwachungsfunktionen für Spannung, Festplatte, Temperatur, Batterie und Programmablauf (Watchdog, programmierbar) – Vorinstalliertes und aktiviertes Windows-Betriebssystem (optional) – Softwarepakete für präventive Datensicherung, Diagnose und Überwachung (optional)
Siemens AG
