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HANSA 11-2022

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SCHIFFSTECHNIK | SHIP

SCHIFFSTECHNIK | SHIP TECHNOLOGY Modulares Tankmonitoring-System An Bord eines Schiffes befinden sich zahlreiche Tanks. Der Automatisierungsspezialist Phoenix Contact hat mit Ship Vision ein Tankmonitoring-System entwickelt, das modular aufgebaut ist und jeden einzelnen Tank in ein Gesamtsystem einfügt © Shutterstock Ship Vision fasst die zahlreichen Tanks an Bord – unabhängig vom Schiffstyp – auf einer Plattform zusammen Auf einem Schiff kommt eine Vielzahl von Tanks zum Einsatz, die mitunter verschiedene Flüssigkeiten speichern, etwa Brennstoffe, Wasser und Chemikalien. Daher müssen die einzelnen Tanks unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Während die Crew bei einem Tank lediglich den Füllstand im Blick haben muss, können bei einer anderen Variante mehrere Temperaturen oder der Druck innerhalb des Tanks von Interesse sein. Wie Phoenix Contact mitteilt, stammt die Idee des Überwachungssystems Ship Vision vom Messgeräteanbieter Endress+Hauser, der vor einiger Zeit selbst eine entsprechende Lösung entwickelt hat. Da bereits eine langjährige Kooperation mit Phoenix Contact bestanden habe, entschieden sich die Verantwortlichen bei Endress+Hauser, eine Nachfolge-Software auf Basis des offenen Ecosystems PLCnext Technology des Blomberger Automatisierungsspezialisten zu realisieren. PLCnext Technology bietet eine moderne Plattform, die sich schon im maritimen Bereich bewährt hat. Analyse der Sensordaten Als Kern der Applikation dient eine PLCnext-Steuerung AXC F 2152, auf der alle Sensordaten gesammelt und ausgewertet werden. Jeder Tank bildet dabei eine Einheit und wird unabhängig von den weiteren Tanks betrachtet. Weil sich diese nicht immer an derselben Stelle befinden, lässt sich ein System um eine beliebige Anzahl an I/O-Stationen (Input/ Output) erweitern. Alternativ sind sämtliche Sensoren direkt an die Steuerung angeschlossen. Eine I/O-Station setzt sich aus einem Bus-Koppler und daran angereihten I/O-Modulen zusammen, an die wiederum Sensoren angebunden werden können. Der Bus-Koppler kommuniziert via Ethernet mit der Steuerung respektive tauscht über das Profinet-Protokoll Daten mit ihr aus. Neben der Analyse der Sensordaten stellt Ship Vision eine Visualisierung zur Verfügung, in der alle Tanks dargestellt sind. Hier kann der Anwender sowohl Übersichten über die Füllstände ganzer Tankgruppen als auch detailliertere Ansichten einzelner Tanks einsehen. Darüber hinaus bietet die Monitoring-Lösung eine Grenzwertüberwachung von Sensorwerten an, über deren Verletzung der Anwender in der Visualisierung benachrichtigt wird. Ship Vision kann eine oder mehrere Visualisierungsstationen enthalten. Korrektur des Füllstands In der Monitoring-Lösung werden Tanks in drei verschiedene Klassen unterteilt, die sich in einem bestimmten Anforderungsspektrum bewegen. Die Tanks differenzieren sich in der vorgesehenen Sensorik ebenso wie in der Darstellung in der Visualisierung. Eine Rahmenbedingung gilt für sämtliche Tanks: Der momentane Tankinhalt wird über eine Peiltabelle berechnet, um eine möglichst präzise Volumenangabe zu machen. Des Weiteren eröffnet Ship Vision die Möglichkeit, die Füllstände über Neigungssensoren zu korrigieren. Dazu werden jeweils zwei Korrekturtabellen benötigt, über die sich der entsprechende Korrekturwert ermitteln lässt. Gibt es keine Neigungssensoren, kann die Neigung für die Korrekturtabellen über die Tiefgangsmessungen am Bug/Heck beziehungsweise an Back-/Steuerbord bestimmt werden. Wie bereits erwähnt, sind alle Tanks unabhängig von ihrem Inhalt einer von drei Tankgruppen zugeordnet, die sich im Hinblick auf die verwendete Sensorik unterscheiden. Während bei den einfachen Tanks (T-Tanks) lediglich der Füllstand ausgewertet und abgebildet wird, kommt bei der mittleren Stufe (M-Tanks) eine Temperaturerfassung und eine optionale Grenzwertüberwachung hinzu. Abgesehen von den Sensoren der niedrigeren Stufen sieht die größte Tankstufe (S-Tanks) das Monitoring des Drucks innerhalb des Tanks vor. Wahlweise kann ein Dichtesensor eingebunden werden, der eine Darstellung in anderen Einheiten erlaubt. Sollte kein Dichtesensor vorhanden sein, lassen sich in der Visualisierung Ersatzwerte eingeben. Bei der Temperaturüberwachung treten ebenfalls Abweichungen auf: Bei den S-Tanks können bis zu 16 Sensoren angekoppelt werden. Sobald mehr als zwei Temperatursensoren angeschlossen I/O-Station © Phoenix Contact 50 HANSA – International Maritime Journal 11 | 2022

SCHIFFSTECHNIK | SHIP TECHNOLOGY werden, teilen sich die Sensoren je nach Position im Tank automatisch auf drei Zonen auf und bilden einen Mittelwert. Kommunikation via OPC UA Die PLCnext-Steuerung AXC F 2152 erweist sich laut Phoenix Contact als vorteilhaft für das Überwachungssystem, weil ein integrierter OPC-UA-Server die zugriffssichere Kommunikation mit anderen Systemen vereinfacht. Bei richtiger Konfiguration innerhalb des Steuerungsprojekts stellt der AXC F 2152 für OPC UA markierte Variablen zur Verfügung. Die Visualisierungssoftware implementiert einen OPC-UA-Client und ermöglicht auf diese Weise die Konfiguration eines Endpunkts. Dieser Endpunkt beinhaltet Sicherheitsinformationen und die IP-Adresse der Steuerung, sodass der Anwender von mehreren Visualisierungsstationen auf die Daten zugreifen kann. Zur Umsetzung der Datensicherheit lassen sich auf der Steuerung Benutzer für den Datenzugriff einrichten. Ebenso wie Profinet setzt OPC UA ein Ethernet-Protokoll ein, weshalb neben der Ethernet- Verbindung keine weitere Infrastruktur erforderlich ist. Somit können sämtliche I/O- und Visualisierungsstationen sowie die Steuerung innerhalb eines Netzwerks miteinander verbunden werden. Jeder Tank erzeugt eine OPC-UA- Struktur, in der alle notwendigen Variablen für die Visualisierung vorhanden sind. Aufgrund dieses Vorgehens stehen die gesammelten Werte der Steuerung auch für andere Systeme bereit, solange diesen die Daten für die Authentifizierung vorliegen. Abstract: Modular tank monitoring system There are numerous tanks on board a ship. With Ship Vision, automation specialist Phoenix Contact has developed a tank monitoring system that is modular in design and integrates each individual tank into an overall system. Abgesehen von der Unterteilung in die drei Tankklassen differenziert die Visualisierung noch ein weiteres Mal. Je nach Inhalt werden die Tanks dabei einer Übersicht zugeordnet. Standardmäßig gibt es jeweils eine Übersichtsseite für Fracht-, Ballast- und Brennstofftanks. Innerhalb der Übersichten sind die Tanks gleich dargestellt: Jeder Tank umfasst eine farbige Füllstandsanzeige für den entsprechenden Inhalt sowie ein Namens-Tag zwecks Zuweisung. Wenn genauere Informationen zu einem Tank erforderlich sind, lassen sich diese per Klick auf das Tankobjekt einsehen. Technisch gesehen existieren nur drei Detailansichten, denen beim Aufruf die zum Tank passenden Variablen übergeben werden. In den Details kann sich der Anwender die einzelnen Sollwerte, den Status der Sensoren sowie die Grenzwerte anschauen. Sollten für die Sensoren Grenzwerte aktiviert sein, lassen sich diese nach Eingabe eines Passworts anpassen. Jeder Sensorwert beinhaltet eine verknüpfte Statusanzeige, die veranschaulicht, ob ein Fehler aufgetreten ist. Damit den Anwendern Störungen jederzeit auffallen, zieht sich ein Standardrahmen, der ein Nachrichtenfenster enthält, durch die gesamte Visualisierung. Hier werden sowohl Verletzungen der Grenzwerte ebenso wie Ausfälle und Fehler im Sensorbereich dargestellt. Über das Nachrichtenfenster gelangt der Anwender außerdem zu einer ausführlichen Ansicht, in der sämtliche aktuellen und historischen Meldungen aufgelistet sind. Bei Bedarf können die Meldungen über eine Hauptstation synchronisiert werden. Hohe Adaptierfähigkeit Bei Ship Vision handelt es sich um ein technisch für die Zukunft gerüstetes Monitoring-System, das sich vor allem durch eine hohe Adaptierfähigkeit auszeichnet. Die Überwachung jedes Tanks lässt sich individuell anpassen sowie Änderungen am Gesamtsystem ohne großen Aufwand vornehmen. Aufgrund des standardisierten OPC-UA-Servers können andere Systeme auf wichtige Daten zugreifen oder sogar in die bestehende Monitoring-Lösung integriert werden. RD Darstellung der Störungen Topologischer Aufbau eines Systems mit zwei I/O-Stationen und zwei Visualisierungsstationen in einem Ethernet-Netzwerk © Phoenix Contact HANSA – International Maritime Journal 11 | 2022 51

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