Funkbasierte Übertragung von Pegelständen im Container-Hafen Alternative zu kabelgebundenen Automatisierungslösungen

Seit Januar 2002 managt die bremenports GmbH&Co. KG im Auftrag der Freien Hansestadt Bremen die Hafengruppe Bremen/Bremerhaven nach einem privatwirtschaftlichen Konzept. In ihrem Auftrag setzt die MWB Elektrotechnik Service GmbH unter anderem das Steuerungskonzept zur Regelung der Wasserstände um, das im Planfeststellungsverfahren der Wasser- und Schifffahrtsdirektion für den Ausbau der Bundeswasserstraße Weser festgeschrieben wurde. \“Lösungen überwinden Widerstände\“ ist das Motto des ortsansässigen Unternehmens, das sich als engagierter technischer Dienstleister sowie als Garant für einen hohen Kundennutzen versteht. So gehört neben der Projektierung, Konstruktion und Software-Erstellung auch die Fertigung, Montage und Installation sowie die Schulung und Wartung elektrotechnischer Anlagen zum umfangreichen Leistungsspektrum des inhabergeführten Unternehmens. Große Herausforderungen In den vergangenen Jahrzehnten hat sich Bremerhaven zu einer der größten Drehscheiben für den internationalen Automobil- und Containerumschlag entwickelt, weshalb der Hafen heute das Rückgrat der Wirtschaft und damit des Arbeitsmarktes der Stadt bildet. Um der anhaltenden Dynamik in der Boxen-Logistik gerecht zu werden, sind die Terminals kontinuierlich ausgebaut worden. Mit der Nordverlängerung der Kaikonstruktion um exakt 1681 Meter hat der Standort seine jährliche Umschlagskapazität auf 7 bis 8 Millionen TEU (Standard-Container) erweitert. 2009 behauptete sich Bremerhaven mit rund 4,6 Millionen TEU als viertgrößter Containerhafen Europas. Der Bau des Container-Terminals 4 stellte eine Herausforderung für Planer und Bauunternehmen dar, denn das neue Hafenbauwerk liegt im Wattbereich und Deichvorland. Schlechter Baugrund, das Wechselspiel der Gezeiten, Wind und Wetter sowie anspruchsvolle Kompensationsmaßnahmen im Umweltschutz gehörten zu den hohen Anforderungen an das Großprojekt. So musste unter anderem der Wasserlauf \’Weddewarder Tief\‘ umgeleitet werden. Im Entstehungsbereich der neuen Hafenfläche kreuzte mit dem Grauwallkanal ein Gewässer die Deichlinie, das Regenwasser aus der Stadt Bremerhaven und dem Umland in die Weser führt. Der Abschnitt des Kanals vom alten Siel bis zur Mündung der Weser, das so genannte Außentief, hätte das neue Terminal durchschnitten, weshalb mit der Änderung des Planfeststellungsbeschlusses entschieden wurde, das Bett des Gewässers zu verlegen. Zu diesem Zweck ist der ehemalige Mündungsbereich zugeschüttet worden, um die neue mit der alten Hafenfläche zu verbinden. Dazu musste das Gebiet am Nordende eingedeicht werden, sodass der Bereich des \’Weddewarder Tiefs\‘ von Tide und Sturmfluten abgekoppelt ist. Außerdem wurde am nordöstlichen Ende des CT 4 ein neues Siel gebaut, also eine Anlage mit verschließbarem Wasserdurchfluss. Verlaufskurve des Kanalpegels muss fünf Jahre überwacht werden Das südlich von Weddewarden gelegene technisch überholte Sielbauwerk blieb als Gebäude erhalten, wurde jedoch außer Funktion gestellt und durch das an die Mündung der Weser verlegte neue Siel ersetzt. Die hier eingebauten Sieltore, die nach einem vollautomatischen Steuerungskonzept arbeiten, öffnen und schließen sich entsprechend der jeweiligen Wasserstände. So werden die Tore unter anderem bei eintretendem Sielzug, also wenn der Außenwasserstand der Weser unter den des Binnenwasserstands fällt, geöffnet. Für das ausführende Unternehmen bestand gemäß Planfeststellungsverfahren die Auflage, die Entwässerungsleistung des alten Siels fortzuführen sowie die Wasserstände im Grauwallkanal durch die Baumaßnahmen nicht zu beeinflussen. In diesem Zusammenhang hat sich die Freie Hansestadt Bremen als Trägerin des Vorhabens verpflichtet, die Verlaufskurve des Kanalpegels, gemessen am Ort des alten Siels, über einen Zeitraum von fünf Jahren zu überwachen. Hierzu wurde im Bereich Misselwarden ein Radarsensor zur kontinuierlichen Messung des Binnenpegels angebracht, dessen 4…20-mA Analogsignal zur 1400 Meter weiter nördlich gelegenen Steuerzentrale am neuen Siel übertragen werden muss. Funkübertragung spart 60 Prozent Die mit der Planung und Durchführung des Steuerungskonzepts beauftragte MWB Elektrotechnik Service GmbH installierte zu diesem Zweck eine RAD-Line IO-Funklösung von Phoenix Contact. \“Ein 1400 Meter langes Kabel zu verlegen, war für uns keine echte Alternative. Im Vergleich mit dem RAD-Line-Funksystem wären um etwa 60 Prozent höhere Kosten angefallen\“, zeigt sich Mathias Jungclaus, im Bereich Projektierung/Konstruktion bei MWB tätig, mit der Wirtschaftlichkeit der Installation zufrieden. Die gewonnenen Werte müssen über einen festgelegten Zeitraum digital gespeichert und den für die Unterhaltung des Siels Verantwortlichen, dem betroffenen Deichverband sowie der obersten Naturschutzbehörde Bremens auf Anforderung zugänglich gemacht werden. \“Mit einem Kabel hätte die Freie Hansestadt Bremen Geld in der Erde vergraben. Jetzt könnte bremenports die Geräte nach Ablauf der fünfjährigen Beweisfrist an anderer Stelle wieder verwenden\“, erklärt Jungclaus. Umgesetzt wurde die Funkstrecke mit den unidirektionalen Outdoor-Funkmodulen der RAD-Line IO-Linie in Schutzart IP65. Die Module lassen sich einfach und schnell direkt im Freien an die Sielbauwerke montieren, sodass nicht nur der Schaltschrank eingespart wird, sondern auch zusätzliche Gewinnantennen und Antennenverlängerungskabel entfallen. Die Entfernung von 1400 Meter stellt kein Problem dar, denn die auf Basis der robusten Trusted Wireless-Technologie funkenden Module sind eigens für die Übertragung kleinerer Datenmengen über Distanzen bis typisch drei Kilometern konzipiert. Bei diesem Projekt reichen sogar die mitgelieferten Standardantennen aus. Von Beginn an einwandfrei Mathias Jungclaus hat sich bewusst für eine industrietaugliche Lösung entschieden, da Störungen durch die Nähe von eventuell auf dem Hafengelände eingesetzten Funksystemen ausgeschlossen sowie dort vorhandene drahtlose Netzwerke nicht beeinflusst werden sollen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, kommunizieren die Geräte der RAD-Line IO-Familie auf über 600 zur Verfügung stehenden Kanälen im 2,4-GHz-Frequenzband, die pseudozufällig durchsprungen werden. \“Die Funkmodule sind so zuverlässig, dass wir die zahlreichen Diagnosemöglichkeiten, die sie bieten, gar nicht in vollem Umfang nutzen müssen\“, beschreibt Jungclaus sein Vertrauen in die Technik. Und der Erfolg gibt ihm Recht: Seit über einem Jahr arbeitet die Funkverbindung einwandfrei. Ihre Stabilität wurde nur ein Mal bei der Inbetriebnahme, die ohne Programmierung oder Parametrierung erfolgt, als analoger Spannungswert an der integrierten RSSI-Messbuchse (Received Signal Strength Indicator) gemessen. Ansonsten wird die Zuverlässigkeit der drahtlosen Übertragung vor Ort per Power- und Status-LED kontrolliert, was sich für den Planer als völlig ausreichend erweist. Aufgrund der positiven Erfahrungen erachtet Mathias Jungclaus Funk nun als echte Alternative zu kabelgebundenen Lösungen, auf die er auch bei zukünftigen Projekten gerne wieder zurückgreifen wird. Kasten: RAD-Line – Zuverlässige Funksysteme mit Trusted Wireless-Technologie Als Grundlage der RAD-Line IO-Module überzeugt die Trusted Wireless-Technologie durch folgenden Eigenschaften: – zyklische Übertragung weniger Byte Datenvolumen über große Entfernungen – Reichweite von einigen Metern bis typisch drei Kilometern – robuste und zuverlässige Kommunikation – hohe lokale Systemdichte – störungsfreier Parallelbetrieb zu 2,4-GHz-WLAN- und -Bluetooth-Systemen. Die RAD-Line IO-Familie ist in Schutzart IP20 für die Schaltschrank-Installation, in Schutzart IP65 zur Montage im Freien sowie für die Ex-Zone 1 erhältlich. Die Module, die sich ohne Programmierung oder Parametrierung einfach in Betrieb nehmen lassen, bieten eine gute Diagnose. Zur Integration von bis zu 254 I/O-Stationen oder zur Übertragung der seriellen Schnittstellen RS232, RS422 und RS485 in Netzwerke mit bis zu 254 Teilnehmern stehen RAD-Line Serial IO und RAD-Line Serial zur Verfügung. Alle Systemkomponenten sind gemäß den Richtlinien 94/9/EG (Atex) sowie IECEx zertifiziert.