Schifffahrtsindustrie, Bild: Wago

Durch Cloud-Technologie ergeben sich für die Schifffahrtsindustrie neue Chancen der Vernetzung. Sie schafft die Grundlage für einen Einsatz von Datenanalysen. Bild: Wago

Der Trend zur Digitalisierung stellt Akteure im Schiffbau und -betrieb vor einige Herausforderungen: Steigender Kostendruck in einem härter werdenden internationalen Wettbewerb, immer anspruchsvollere Anforderungen zum Schutz der Umwelt, spezielle sicherheitsrelevante Aspekte – all das verlangt nach mehr Flexibilität in Entwicklung, Produktion, Schiffsbetrieb und Hafenlogistik bei niedrigeren Kosten. Die Lösung? Smart Shipping liefert viele Antworten auf die digitalen Fragen der Zukunft, damit Branchenteilnehmer dem Konkurrenzdruck auch in Zukunft standhalten können. Voraussetzung hierfür sind transparente Informationen zu Abläufen und Performance.

Cloud Grafik, Bild: Wago
Über die Cloud lassen sich auch Standorte von Schiffen nachverfolgen, um Auslastungen, Routen und Termine wirtschaftlich zu koordinieren. Wertschöpfungsketten lassen sich auch über die Grenzen von Anlagen und Fabrik hinweg durchgängig gestalten und effizient nutzen. Bild: Wago

Zwar werden in maritimen Prozessen bereits enorme Datenmengen erfasst, allerdings sind diese meist auf verschiedene Systeme verteilt, nicht miteinander kompatibel und liegen an Bord, wo sie nicht ausgewertet werden. Durch Cloud-Kommunikation ergeben sich für die Schifffahrtsindustrie neue Chancen der Vernetzung, insbesondere mit Blick auf die Optimierung des Schiffbetriebs sowie die Sicherstellung der Betriebsabläufe in den Häfen und der Logistikkette. Ohnehin sind Reedereien seit der 2018 in Kraft getretenen „Measuring, Reporting and Verification“-Verordnung der EU dazu verpflichtet, eine Vielzahl von Kennzahlen zu überwachen – Cloud-Technologie schafft die Grundlage für einen Einsatz von Datenanalysen. Das Ergebnis: eine bessere Vorhersage für optimale Routen, Treibstoffverbräuche und Wartungen von Maschinen.

Flexibler Zugriff auf prozessrelevante Daten

Großformatige Monitore, Bild: Wago
Großformatige Monitore bestimmen heute mehr denn je das Bild auf der Brücke von Handels- und Passagierschiffen. Bild: Wago

Wago hat sich intensiv mit diesen Anforderungen auseinandergesetzt und bietet für Schiffsbetreiber konkrete Lösungen. Zu den neuesten zählt die Wago Cloud Data Control, die alle Wago-Controller PFC sowie deren Applikationen und Daten verwaltet, überwacht sowie unabhängig von Zeit und Ort zur Verfügung stellt. Ein Web-Portal dient dem Anwender als Benutzeroberfläche für den Cloud-Dienst, der bei Microsoft Azure gehostet wird. Über diesen hat der Anwender Zugriff auf Funktionen wie Projekt-, Controller- und Benutzerverwaltung oder Controller-Status-Monitoring, Alarmfunktionen und E-Mail-Benachrichtigungen. Auf einem Dashboard lassen sich Texte, Tabellen, Diagramme, Zeigerelemente und Kommando-Buttons bequem und übersichtlich bedienen. Für die direkte Kommunikation zwischen Automation und übergelagertem Steuerungssystem bietet sich OPC-UA an, für die Kommunikation zu Cloud-Lösungen bietet das MQTT-Protokoll die optimalere Performance – beispielsweise beim Brennstoffverbrauchs-Monitoring, aber auch für Predictive-Maintenance-Applikationen. Diese ermöglichen es Anwendern, Störungen zu erkennen und Reparaturen anzustoßen, bevor Defekte zu gravierenden Schäden auswachsen und es zum Beispiel zu Ausfällen bei Charterraten kommt.

Schiffbau

Zum Kerngeschäft deutscher Werften gehören Kreuzfahrtschiffe, Yachten, Marienschiffe und Forschungsschiffe, während die großen Frachter und Containerschiffe meist in Asien gebaut werden. Dazu kommen Offshore-Windparks und Offshore-Bohrinseln. Vibration, Salzwasser, Temperaturschwankungen – in wenigen Branchen sind die Anforderungen an Komponenten und Systeme so hoch wie hier.

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In wenigen Schritten in die Cloud

Brücke, Bild: Wago
Bei aller Digitalisierung: Das Fernglas ist auf der Brücke immer griffbereit. Bild: Wago

Die Anbindung an die Sensorik erfolgt über das Wago-I/O-System 750 oder 750 XTR, wobei die Daten in die Cloud Data Control über einen Controller der PFC-Familie gesendet werden – die neueste PFC-Generation ist standardisiert IoT-ready und verfügt über alle erforderlichen Schiffszertifizierungen und Zulassungen für den Ex-Bereich. Die IEC-Programmierung einer Applikation mit der entsprechenden Bibliothek machen die Steuerungen mit nur wenigen Handgriffen zum IoT-Device. Dann lassen sich Zustandsinformationen wie Run/Stop, Verbindungsstatus, Geräteinformationen sowie im IEC-Programm definierte Variablen in die Cloud senden und beispielsweise visualisieren. Über ein verschlüsseltes MQTT-Protokoll kommunizieren die IoT-Steuerungen mit der Cloud Data Control. Die Konfiguration der Cloud-Verbindungsdaten erfolgt mithilfe des Web-Based-Managements (WBM). Darüber hinaus sind auch Bibliotheken für e!COCKPIT im Lieferumfang enthalten. Im IEC-Programm können die Variablen definiert werden, die in die Cloud übertragen werden sollen. Sensible Daten verlassen das Unternehmen auf diese Weise nicht. Die Wago-Controller PFC100 und PFC200 bilden damit die Plattform, die das Bindeglied zwischen den Elementen der realen und digitalen Welt darstellt. Mit der Vielzahl an Schnittstellen bieten sie außerdem die Grundlage für einen IoT-Gateway. Sie sind modular und skalierbar, können jedes Feldsignal einsammeln, sprechen alle gängigen Industrieprotokolle und ermöglichen sogar die Cloud-Anbindung von Sensoren und Aktoren, die selbst keine Internetschnittstelle haben.

Eine Voraussetzung, um Daten über eine Cloud-Technologie rund um die Uhr und weltweit zur Verfügung zu haben, ist ein stabiler Internetzugang – was aber, wenn dieser auf hoher See abbricht und dadurch wertvolle Informationen verloren gehen? Eine Frage, die Wago mit einer für die Schifffahrt entwickelten Speicherlösung beantwortet: Üblicherweise werden die von den Controllern in die Cloud gesendeten Daten in einem Zwischenschritt im RAM-Arbeitsspeicher abgelegt und von dort weitergeleitet. Bricht die Netzverbindung ab, bauen sich gesendete Daten in diesem Arbeitsspeicher auf und bei erneuter Internetverbindung wieder ab. Kommt es aber zum Beispiel zu einem Stromausfall, gehen auch die im RAM zwischengespeicherten Daten verloren. Daher bietet Wago die Möglichkeit eines Backups, um Daten im Falle einer instabilen Internetverbindung zu sichern: Auf einer SD-Karte werden die Informationen zwischengespeichert und bei einem erneuten Netzaufbau später an die Cloud gesendet.

Sicherer Schutz vor Hackern

Prozessdaten von überall auf der Welt einsehen – klingt praktisch, aber ist es auch sicher? Cyber-Security ist für Wago ein Musskriterium bei der Digitalisierung. Die IoT-Controller PFC100 und PFC200 erfüllen höchste Sicherheitsanforderungen, denn sie codieren Daten mittels SSL/TLS 1.2 direkt in der Steuerung – optional übertragen sie diese via OpenVPN-Tunnel auch sicher in übergeordnete Systeme. Die Controller basieren auf einer Linux-
Plattform mit Realtime-Erweiterung, die als Open-Source-Betriebssystem langzeitverfügbar, skalierbar sowie Update-fähig ist und Tools zur Datensicherung und Wiederherstellung wie zum Beispiel Rsync unterstützt. Somit sind sie auch als Secure-Gateway einsetzbar. Die Linux-Basis der Wago-Controller ist investitionssicher und verfügt über integrierte Schutzmechanismen gegen Cyber-Crime – eine wichtige Voraussetzung für die Land-zu-Schiff-Kommunikation sowie Datenerfassung, -steuerung, -regelung und Vernetzung der Teilsysteme an Bord. Sie unterstützt wesentliche Sicherheitsprotokolle und sorgt dafür, dass diese dank der Linux-Community ständig weiterentwickelt werden. Alle IT-Security-Mechanismen sind fest in den Controller integriert und können nicht durch Fremdzugriff ausgekoppelt werden. Mit dem St. Georgener Softwareunternehmen M&M als Mitglied der Firmengruppe steht ein enger und ganzheitlicher Partner für industrielle und technische Softwarelösungen zur Seite. Bei Digitalthemen wie Cloud und Internet of Things arbeitet M&M eng mit Microsoft zusammen und realisiert entsprechende Lösungen bevorzugt mit Microsoft Azure. Darauf festgelegt sind Kunden jedoch nicht. Die Wago-Controller können die Daten je nach Wunsch und Anforderung zu anderen Plattformen wie Amazon Web Services oder IBM Cloud senden. Auch Anbindungen an Third-Party-Lösungen sind dank des standardisierten Protokolls MQTT machbar.