Ship Vision: Tankmonitoring für mehr Sicherheit auf See

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Die Entwicklung eines Tankmonitoring-Systems stellt Entwickler vor eine größere Herausforderung: Jedes Schiff ist unterschiedlich umgesetzt. Diese Tatsache führt dazu, dass für sämtliche Varianten eine eigene Lösung erarbeitet werden muss. Ship Vision, das Überwachungssystem von Phoenix Contact, verwendet hier einen modularen Ansatz, um die einzelnen Tanks in ein Gesamtsystem einzufügen.

Die Idee des Überwachungssystems Ship Vision stammt vom Messgeräteanbieter Endress+Hauser, der vor einiger Zeit selbst eine entsprechende Lösung entwickelt hat. Da bereits eine langjährige Kooperation mit Phoenix Contact besteht, entschieden sich die Verantwortlichen bei Endress+Hauser, eine Nachfolgesoftware 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.

Übersicht über einzelne Tanks oder ganze Tankgruppen

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 erweitern. Alternativ sind sämtliche Sensoren direkt an die Steuerung angeschlossen. Eine I/O-Station setzt sich aus einem Buskoppler und daran angereihten I/O-Modulen zusammen, an die wiederum Sensoren angebunden werden können. Der Buskoppler 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 von ganzen 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.

Ship Vision: Füllstände über Neigungssensoren korrigieren

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 Tiefgangmessungen am Bug/Heck beziehungsweise an Back- und Steuerbord bestimmt werden.

Darstellung in verschiedenen Einheiten möglich

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 sind bis zu 16 Sensoren ankoppelbar. Sobald mehr als zwei Temperatursensoren angeschlossen werden, teilen sich die Sensoren je nach Position im Tank automatisch auf drei Zonen auf und bilden einen Mittelwert.

OPC UA sorgt für sichere Kommunikation

Die PLCnext-Steuerung AXC F 2152 erweist sich als vorteilhaft für das Überwachungssystem, weil ein integrierter OPC UA-Server die zugriffssichere Kommunikation mit anderen Systemen vereinfacht (Bild 3). 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.

Zu Detailinformationen mit einem Klick mit Ship Vision

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.

Der Autor Julian Illigens ist Mitarbeiter in der Business Area Industry Management & Automation bei der Phoenix Contact Electronics GmbH.

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