26 4 · 2017 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Kommunikation Der Transport von Gütern über die Weltmeere ist kostengünstig und effizient. Daher werden mehr als 70 Prozent des Welthandels und nahezu 90 Prozent des deutschen Im- und Exports auf dem Seeweg abgewickelt. Von den etwa 90 000 Handelsschiffen, die von rund 170 Staaten betrieben werden, sind über 40 000 in der internationalen Seeschifffahrt eingesetzt. Sie befördern pro Jahr fast sieben Milliarden Tonnen Fracht über eine Strecke von mehr als vier Millionen Seemeilen. Zur weiteren Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Warenaustausches sind an wichtigen Schifffahrtsrouten künstliche Kanäle geschaffen worden. Sie verkürzen die zurückzulegende Strecke und senken somit die Transportkosten deutlich. Neben dem Suez- und dem Panama-Kanal gehört der Nord- Ostsee-Kanal hier zu den bedeutendsten Wasserstraßen. Tatsächlich haben ihn im Jahr 2016 mit rund 29 000 Schiffen mehr Fahrzeuge passiert als die beiden anderen genannten Kanäle. Der Grundstein für den Nord-Ostsee- Kanal wurde bereits im Jahr 1887 von Kaiser Wilhelm I gelegt. Nach acht Jahren Bauzeit fand die Eröffnung 1895 in Holtenau statt. Die Wasserstraße verbindet also seit über 120 Jahren die Nordsee (Elbemündung) mit der Ostsee (Kieler Förde). Die knapp 100 Kilometer lange Strecke reduziert die Entfernung zwischen Abfahrts- und Zielhafen um bis zu 250 Seemeilen oder etwa 460 Kilometer. Praxisgerechte Status- und Diagnoseinformationen Die Schleusen, die den Höhenunterschied zwischen der Nord- und Ostsee ausgleichen, spielen eine wesentliche Rolle für den schnellen Güterverkehr. Insgesamt verfügt der Nord-Ostsee- Kanal über je eine große, 330-Me- Stets sicheres Einfahren der Schiffe Schleuse Kiel-Holtenau auf ein LED-basiertes Signalisierungssystem umgerüstet Werner Pollmann An der Schleuse Kiel-Holtenau wurden zwei neue Signalisierungsmasten mit jeweils 18 Leuchten installiert, um für einen reibungslosen Schleusungsvorgang zu sorgen. Aufgrund ihres geringen Energieverbrauchs und ihrer hohen Verfügbarkeit löst das aus Signalleuchte und Steuereinheit bestehende Signalisierungssystem von Phoenix Contact hier die bisher verwendeten Halogenstrahler ab. Die seewasserfeste Signalisierung lässt sich einfach anwenden. © Phoenix Contact 27 4 · 2017 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Kommunikation ter lange und eine kleine, 125 Meter lange Schleuse in Brunsbüttel und Kiel-Holtenau (Bild 1). Jede dieser Schleusen umfasst wiederum jeweils zwei Schleusenkammern. Da ihre Seitenmauern einsturzgefährdet sind, haben im Sommer 2016 die Vorbereitungen für einen kompletten Neubau der beiden kleinen Schleusenkammern in Holtenau begonnen. Und in Brunsbüttel entsteht derzeit eine fünfte Schleusenkammer. Ähnlich dem Straßenverkehr befindet sich an jeder Schleuse eine Signalisierung. Sie zeigt den Schiffen an, ob sie in das Bauwerk einfahren dürfen oder noch warten müssen. Die Signalisierung setzt sich aus roten, grünen und weißen Leuchten zusammen, die rauen Witterungsbedingungen ausgesetzt sind, und zwar insbesondere starkem Wind, Salzwasser und direkter Sonneneinstrahlung (Bild 2). Als an der Schleuse Kiel-Holtenau zwei neue Signalisierungsmasten mit jeweils 18 Leuchten installiert werden sollten, mussten sich die Verantwortlichen für eine entsprechend robuste Lösung entscheiden. Ihre Wahl fiel auf das Signalisierungssystem von Phoenix Contact, in dem die Leuchte nicht nur die umwelttechnischen Voraussetzungen erfüllt, sondern das Wartungspersonal zudem durch praxisgerechte Status- und Diagnoseinformationen unterstützt. Eine wichtige Anforderung ist hier, dass die Mitarbeiter stets über den aktuellen Status der Leuchtmittel (LED) sowie deren Betriebsstunden und Ansteuerung Bescheid wissen. Zu diesem Zweck müssen die Leuchten die große Menge der angefallenen Daten zur Auswertung an eine Steuereinheit weiterleiten. Dies geschieht, indem die Signalisierung in ein industrielles Kommunikationssystem eingebunden ist. Die Datenübertragung zwischen den Leuchten und der Steuereinheit muss also zuverlässig funktionieren. Automatische Nachregelung auf die vorgegebene Lichtleistung Die Verantwortlichen der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) forderten ferner eine einfache Installation der Leuchtmittel. Weil die Lösung von Phoenix Contact auf das Einstellen von Adressen oder Teilnehmerkennungen verzichtet, lassen sich die Leuchten im Wartungsfall selbst von elektrotechnisch ungeschulten Mitarbeitern problemlos austauschen. Der Anschluss der Signalstrahler erfolgt entweder über vorkonfektionierte Kabel oder die M17-Hybridstecker von Phoenix Contact, die sowohl die Spannungsversorgung als auch die Feldkommunikation umfassen. Somit ist ein Vertauschen der Leitungen ausgeschlossen. Die einfache Inbetriebnahme wird darüber hinaus durch ein elektronisches Typenschild sichergestellt, das über die Kommunikationsverbindung ausgelesen werden kann. Auf Basis des Typenschilds entscheidet die Steuereinheit, ob die richtige Leuchte angebunden ist. Weitergeleitet werden beispielsweise die Farbe, Größe und der Abstrahlwinkel. Bei einer fehlerhaften Installation oder dem Wechsel des Leuchtmittels setzt die Steuereinheit eine Alarmmeldung ab und unterbindet das Einschalten der Leuchte (Bild 3). Die Signalstrahler von Phoenix Contact sind in LED-Technik ausgeführt, was im Vergleich zur bisher verwendeten Lösung zu einer deutlichen Energieeinsparung sowie einer höheren Verfügbarkeit führt. Die hohe Verfügbarkeit resultiert nicht nur aus einer längeren Lebensdauer der LEDs Bild 1: In der „neuen“ Schleuse in Kiel-Holtenau herrscht immer Betrieb. © Phoenix Contact Bild 2: Das Einfahrtssignal ist weithin sichtbar. © Phoenix Contact Bild 3: Die robuste Signalleuchte 300 ist passgenau auf die Anforderungen maritimer Anwendungen zugeschnitten. © Phoenix Contact Bild 4: Der Mitarbeiter kann sich die umfangreichen Diagnoseinformationen vor Ort anzeigen lassen. © Phoenix Contact 28 4 · 2017 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Kommunikation ratur der LEDs kontrolliert und an die Steuereinheit und damit das überlagerte Leitsystem zurückgemeldet. Sollte der Wert den definierten Betriebsbereich überschreiten, weil sich die Temperatur zum Beispiel durch den Abgasstrom eines Schiffs erhöht, fährt die Steuereinheit die Lichtleistung automatisch herunter. Steigt die Temperatur so weit an, dass die Leuchte beschädigt werden könnte, wird sie abgeschaltet. Die für den Schleusenbetrieb verantwortlichen Mitarbeiter erhalten eine entsprechende Hinweis- oder Alarmmeldung. Sinkt die Temperatur anschließend in den zulässigen Bereich, nimmt die Leuchte nach der Quittierung der Meldung ihren Betrieb wieder auf. Zudem bieten die Signalleuchten 300 zur Unterstützung des Wartungspersonals eine Betriebsstunden-Erfassung. Dabei werden die jeweiligen Werte der Leuchte ebenso wie die eingeschalteten Stunden der LEDs separat aufgenommen und zyklisch in der Leuchte abgelegt. Sollte ein Austausch notwendig sein, nimmt die Leuchte die aufgelaufenen Betriebsstunden mit, sodass sich stets die aktuellen Werte auslesen lassen (Bild 5). In komplexen Anwendungen, zu denen auch Schleusen zählen, müssen sicherheitsgerichtete Anlagenteile, wie die Signalisierung, durchgängig überwacht und die Mitarbeiter durch Statusmeldungen, Hinweise und Alarme informiert werden. Daher ist eine Integration der Signalleuchten über standardisierte Schnittstellen - zum Beispiel Profinet oder ein Web-Interface - in das industrielle Kommunikationssystem erforderlich. Carsten Klöhn und seine Kollegin aus der Fachgruppe Nachrichtentechnik des WSV kümmern sich um die Neubauten und die Instandhaltung der Signaltechnik. „Früher haben wir anfällige Halogenstrahler installiert“, berichtet Klöhn. „Aufgrund der hohen Umgebungstemperaturen mussten die Leuchtmittel oft ausgewechselt werden. Auch die farbigen Gläser hatten nur eine begrenzte Lebensdauer und zersprangen häufig bei niedrigen Temperaturen“. Mit den gemäß EN 12966-1, IALA-Empfehlung E- 200-1 und CIE 1931 entwickelten Signalleuchten 300 von Phoenix Contact ist das jetzt anders. „Neben der einfachen Inbetriebnahme und Instandhaltung haben uns die robuste Ausführung der Leuchten sowie ihr niedriger Energieverbrauch und die lange Lebensdauer überzeugt“, schließt Klöhn ab. „Außerdem ist es für uns wichtig, dass die Lichtleistung der Leuchten im Tag- und Nachtbetrieb einfach hoch- und heruntergefahren werden kann“. Weitere Informationen: w w w. p h o e n i xco nta c t . n e t / w e b code/ #1101 Bild 5: Im Schaltschrank befinden sich die Steuereinheiten mit redundanter Versorgung. © Phoenix Contact Bild 6: Carsten Klöhn von der Fachgruppe Nachrichtentechnik des WSV legt Wert auf einfache Inbetriebnahme und Instandhaltung. © Phoenix Contact Dipl.-Ing. Werner Pollmann Mitarbeiter im Systemmanagement Transportation Infrastructure Phoenix Contact Electronics GmbH Kontakt: info@phoenixcontact.de AUTOR von mindestens 50 000 Stunden. Außerdem können die einzelnen in der Leuchte verbauten LEDs ohne Rückwirkung auf die übrigen Leuchtdioden ausfallen. Dazu verfügt jede LED der Signalleuchte 300 über eine entsprechende Beschaltung. Ist eine Leuchtdiode defekt, wird dies durch die Strom-/ Spannungsüberwachung festgestellt und an das überlagerte Leitsystem gemeldet (Bild 4). Das System kann dann die anderen LEDs nachregeln, um die vorgegebene Lichtleistung zu erreichen. Neben der LED-Überwachung sind zwei Streulichtsensoren in die Signalleuchte 300 implementiert worden. Sie erfassen, ob die Leuchtdioden Licht emittieren und welche Intensität das Licht hat. Der Wert wird dann an die Steuereinheit übertragen, wo er sich auswerten lässt. Genaue Erfassung der Betriebsstunden Zur Erreichung einer hohen Betriebssicherheit der Signalleuchte wird ferner die Tempe-