Alewijnse realisiert neues Steuerungskonzept für Offshore-Installationen

Alewijnse Marine hat in Zusammenarbeit mit Rockwell Automation und einem der größten Baggerunternehmen der Welt ein innovatives Steuerungskonzept auf der Grundlage einer virtuellen Plattform entwickelt. Mit dieser Alewijnse Virtualization & Visualization (AlViVi)-Plattform werden alle baggerprozessbezogenen Systeme an Bord zentralisiert und integriert. Darüber hinaus können die Systeme auf allen Bildschirmen des Schiffes visualisiert und bedient werden.

„Steuerungslösungen für Saugbagger und andere Offshore-Anlagen unterliegen hohen Anforderungen“, erklärt Johan van Rikxoort, Produktmanager Dredging & Offshore bei Alewijnse. „Die Hardware altert schneller, weil sie ständig Vibrationen und salzhaltiger Luft ausgesetzt ist. Deshalb wird die gesamte PC-Infrastruktur an Bord eines Schiffes in der Regel alle fünf Jahre ausgetauscht. Dabei geht es nicht nur um den Austausch von Hardware und Verkabelung. Aufgrund der ständigen Weiterentwicklung der Betriebssysteme muss auch die Anwender-Software regelmäßig aktualisiert und erneuert werden. Dieser regelmäßige Austausch ist ein drastischer und zeitaufwändiger Vorgang, der Dutzende von Systemen umfasst. Der Kunde wollte die Wartung der IT-Systeme an Bord vereinfachen und beschleunigen.“

Lösungen für virtuelle Server

Alewijnse Marine, das seit 1997 mit Rockwell Automation zusammenarbeitet, präsentierte dem Bagger-Kunden Ende 2017 ein Konzept, das das Unternehmen bereits in leicht abgewandelter Form bei mehreren Industrie-Kunden angewandt hatte. Das Hauptmerkmal der Lösung ist, dass die Anwendungen und Prozessinformationen nicht mehr lokal auf separaten PCs an Bord des Schiffes, sondern auf einem zentralen server virtualisiert werden. Mithilfe von Zero Clients werden die Informationen und Anwendungen allen Rollen im Arbeitsprozess an jedem Ort des Schiffes zur Verfügung gestellt. Das Baggerunternehmen, das über eine der modernsten Flotten von Baggern und Saugbaggern verfügt, war von der Lösung sehr begeistert. Der Kunde war bis zum Proof-of-Concept-Test intensiv in die Entwicklung eingebunden und hat das System inzwischen erfolgreich auf mehreren Schiffen installiert.

Das neue Konzept ermöglicht den Besatzungsmitgliedern einen einfachen Zugriff auf für sie relevante Informationen, wodurch Arbeitsprozesse an Bord schneller und effizienter werden. Eine Schlüsselkomponente des Konzepts ist die Content Delivery Software ThinManager von Rockwell Automation, die in dieser Lösung teure KVM-Switches ersetzt und den Benutzern die Informationen aus den physischen und virtuellen Serverumgebungen zur Verfügung stellt.

Steuerungssystem für die Baggeranlage

Ein Bagger verfügt über eine Reihe spezifischer Systeme zur Ausführung der primären Prozesse. Auf Baggern installiert Alewijnse Entwurfs- und Ladesysteme, die kontinuierlich die Beladung, den Tiefgang und das Hopper-Volumen messen und regulieren, sowie Saugrohrsysteme, die die Position des Saugrohrs berechnen, überwachen und steuern. Diese Systeme sind in das Baggersteuerungssystem integriert, das alle Baggerausrüstungen und -systeme überwacht und steuert. Neben diesen prozessbezogenen Funktionen sind auch die Stromversorgungssysteme, der Antrieb sowie Radar- und Navigationsausrüstung an Bord von entscheidender Bedeutung. Durch die Zentralisierung aller kritischen Geschäftsinformationen und -systeme und deren Bereitstellung auf einem virtuellen Server sind lokale PCs nicht mehr erforderlich, und die Informationen können jedem Mitarbeiter an jedem Arbeitsplatz zugänglich gemacht werden.

Visualisierung

"Eine neue Herausforderung, die sich während des Entwicklungsprozesses ergab, war die Visualisierung der Informationen", erklärt Van Rikxoort. "Offensichtlich müssen alle Informationen aus allen Systemen auf der Brücke verfügbar sein. Für die meisten anderen Standorte auf dem Schiff reicht es aus, bestimmte Unterprozesse und Systeme zu überwachen und zu steuern. Es war technisch schwierig, Anzeigeterminals gleichzeitig von einem zentralen System aus zu betreiben, da die Bildschirminformationen normalerweise gleichzeitig auf allen Monitoren im Netzwerk dupliziert werden. Für die AlViVi-Plattform sollte jedoch jede Anzeige in der Lage sein, Informationen unabhängig voneinander anzuzeigen, während auf anderen Monitoren mehrere Anwendungen gleichzeitig präsentiert werden sollten."

Technische Lösung

Das Konzept der von Alewijnse entwickelten AlViVi-Plattform ist einfach aufgebaut. Anstelle einer Reihe von PCs, die jeweils über eigene Anwendungen verfügen, bildet ein fehlertoleranter virtueller Server die Grundlage der neuen Plattform. Die Anwendungen laufen auf diesem server, der auch als virtuelles Storage Area Network fungiert. Alle Teile des virtuellen servers sind doppelt vorhanden. Fällt ein Teil des servers aus, übernimmt ein anderer Teil sofort und ohne Unterbrechung die Arbeit.

Bei früheren Designs wurde häufig ein KVM-Switch (Keyboard, Video und Mouse) für den Betrieb gewählt, doch für diese neue Lösung wurden VersaView^® Thin-Clients und ThinManager^®Software von Rockwell Automation eingesetzt. Das Content Delivery System arbeitet mit Thin-Clients, die über Ethernet mit dem virtuellen server verbunden sind. Diese Lösung spart eine Menge Hardware und Verkabelung und ist daher günstiger in der Anschaffung. Grundsätzlich können alle Informationen vom server an allen Arbeitsplätzen angeboten werden, doch ein Berechtigungssystem bestimmt, wer auf welche Informationen zugreifen und wer welche Aktivitäten ausführen darf. Für die Übertragung der Sonar- und Radarbilder wurde eine andere Lösung gewählt, da die Virtualisierung dieser Systeme nicht erlaubt ist. Stattdessen wird der Videoausgang in Streaming-Video umgewandelt und über ThinManager an die Arbeitsplätze verteilt.

Testen und Installation

Alewijnse baute und testete die gesamte installation und Infrastruktur für die ALViVi-Plattform im Testzentrum in Nijmegen in den Niederlanden. „Das Konzept an sich mag neu sein“, sagt IT-Teamleiter Anton Evens, „aber wir verwenden nur Komponenten, die sich auf See bewährt haben und für die jeweiligen Anwendungen zertifiziert sind. Sobald die Hardware und Plattform getestet sind, wird die gesamte installation verpackt und auf dem Schiff installiert. Da letztendlich weniger Komponenten eingebaut werden müssen, ist die installation im Vergleich zu einem herkömmlichen Austausch viel schneller. Dies führt zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen.“

Ein weiterer großer Vorteil des neuen Konzepts ist, dass wir mit einer hardwareunabhängigen Vorlage für die Konfiguration des virtuellen servers arbeiten. Dadurch kann der Kern sehr flexibel an die spezifischen Anwendungen und Arbeitsprozesse auf einem Schiff angepasst werden. Alewijnse speichert eine Reserve jeder Umgebung, sodass die Originalkonfiguration im Notfall in wenigen Minuten vollständig auf das Schiff kopiert werden kann. Laut Van Rikxoort bildet dies die Grundlage für den nächsten Schritt hin zu einem digitalen Zwilling jedes servers. Szenarien und Ereignisse können dann simuliert werden, um Probleme zu lösen oder neue Anwendungen zu testen. Dies kann eine interessante Option sein, da auf Arbeitsschiffen in der Regel keine dedizierten IT-Mitarbeiter an Bord sind.

Vorteile

Neben der Zeitersparnis durch die schnelle Entwicklung, Konstruktion und installation der neuen IT-Systeme ist vor allem die enorme Reduzierung der Hardware auffällig. Der Einsatz eines virtuellen servers und der Thin-Client-Lösung reduziert die Menge an Hardware und Verkabelung um etwa 75 Prozent. Ein halber Schaltschrank reicht jetzt auf der Brücke aus, anstatt mehrerer 19-Zoll-Racks. Obwohl die Anschaffungskosten für die Hardware niedriger sind, ist die gesamte Konstruktion und installation der AlViVi-Plattform pro Schiff zunächst nicht viel günstiger als bei einer herkömmlichen IT-Umgebung.

Van Rikxoort zufolge liegen die größten Einsparungen in der Wartung der Systeme. Weniger Hardware erfordert offensichtlich weniger Wartung, aber da die Anwendungen tatsächlich von der Hardware getrennt sind, können Hardwarekomponenten ausgetauscht werden, ohne das System herunterfahren zu müssen. Wenn ein VersaView Zero Client ausgetauscht wird, wird die neue Firmware automatisch heruntergeladen und das neue Terminal ist innerhalb weniger Minuten wieder betriebsbereit. Außerdem sind die Betriebssysteme und Anwendungen nicht mehr von der Hardware abhängig, sodass die auf der Plattform verwendete Software nicht bei jedem Austausch der Hardware angepasst werden muss und daher länger hält. Alle Software wird einfach in die neue Hardwareumgebung kopiert.