16/10/2017
Door Bart Driessen
Ook een superjacht moet op zijn tijd eens flink onder handen genomen worden. Akerboom in Leiden verving op de Limitless, een superjacht van 97 meter, de complete besturingstechniek door een modern Ethernet/IP-netwerk. En voorzien van I/O-blokmodules van Turck.
De Limitless dateert van 1997 toen zij in Bremen op de werf Lürssen werd gebouwd. Met een leeftijd van twintig jaar oogt de Limitless zeker niet oud, ware het niet dat de oorspronkelijke besturing en elektronica al lang niet meer van deze tijd waren. De ontwikkelingen in de industriële automatisering gaan namelijk zo snel dat ook het allerbeste schip op een gegeven moment achterop raakt. Vijf jaar geleden besloot de eigenaar, die al betrokken was bij de eerste bouw van het schip, daarom tot een grondige renovatie. Waarbij niet alleen de complete buitenkant, maar ook het gehele elektrische en elektronische gedeelte vernieuwd moest worden. Een fors project dat uiteindelijk ongeveer vier jaar geduurd heeft.
Geen superjacht zonder hydrauliek
Een belangrijk deel van de installaties op de Limitless is gebaseerd op hydraulische aandrijvingen. Zo beschikt het schip over twee valrepen; loopplanken die nodig zijn om veilig van de boot naar de kade te kunnen stappen. Daarnaast zijn er twee kleine en twee extra grote platformen die afgezonken kunnen worden tot op de waterlijn. Een van de grote platformen dient voor het te water laten van de tender, een snelle motorboot. Het tweede platform dient als zwemplank en bevindt zich aan de achterkant van het schip, in maritieme termen de spiegel. Willen de passagiers in zee zwemmen, dan worden zowel de spiegel, als het platform uiteen geklapt.
“Op zoek naar de juiste I/O-oplossing kwam ik bij Turck terecht. Ik zocht robuuste I/O-blokjes waarmee ik mijn signalen rechtstreeks vanuit het veld via Ethernet/IP kon overdragen op de besturing”
Daarnaast beschikt de spiegel over een uitklapbaar gangboord, een smal looppad. Dit gangboord maakt het mogelijk om vanuit de spiegel direct in het jacht te komen. Daarnaast beschikt de boot over twee kranen; een voor de reddingsboot en een voor de tender. Een ander belangrijk onderdeel is het zwembad. Het bijzondere daarvan is dat het bad voor een deel onder een teakhouten vloer ligt; ook deze vloer kan met een hydraulische aandrijving verwijderd worden. En tenslotte zijn er nog tal van automatisch bedienbare en beveiligde deuren. En al die onderdelen zijn gebaseerd op hydraulische aandrijvingen.
Overgang naar centrale besturing
Tijdens de bouw van de Limitless, twintig jaar geleden, lag de besturingstechniek op een heel ander niveau als nu. Hydraulische installaties werden nog op basis van relais en point-to-point-verbindingen gestuurd. Zoiets als een centrale besturing was er niet; hydraulische aandrijvingen konden alleen direct bij de machine met drukknoppen worden bediend. Intussen kreeg de Limitless in de loop van de jaren steeds meer last van storingen aan de bewegende delen van de hydrauliek. Kortom, reden genoeg voor de eigenaar en de kapitein in gesprek te gaan met Akerboom Yacht Equipment. Akerboom is samen met de werf van De Vries onderdeel van Feadship, en gespecialiseerd in elektrotechnische installaties voor superjachten. Het juiste adres dus voor een nieuw besturingssysteem dat voldoet aan de huidige eisen van de techniek.
Ethernet-IP in plaats van eilandbesturing
Ed Groen in `t Woud, projectleider bij Akerboom, en hoofd van het team dat moest zorgen voor een complete omwenteling van het besturingssysteem: “We zagen direct dat er op de Limitless een moderne industriële automatisering moest komen. In de oude situatie had elke kraan en elk automatisch platform nog zijn eigen schakelkast. De hele bekabeling voor signalen en aandrijvingen kwam daar rechtstreeks bij elkaar. Alles werkte zonder centrale besturing. Wij hebben toen al die eilandoplossingen vervangen door een Ethernet/IP-netwerk. Voor de centrale besturing hebben we twee moderne controllers geïnstalleerd. En voor het dataverkeer tussen besturing en sensoren en actuatoren hebben we gekozen voor I/O-modules van Turck. Deze modules zijn natuurlijk aangesloten op het Ethernet/IP-netwerk.”
“Wij hebben gekozen voor twee besturingen van Allen-Bradley met Ethernet/IP-communicatie. Deze besturingen zijn op het netwerk aangesloten en kunnen vanuit de stuurhut worden benaderd. In theorie is één besturing al voldoende, maar bij een schip met een lengte van bijna 100 meter wordt de bekabeling toch wel een te grote uitdaging.”
Samenvatting
Tijdens de renovatie van de Limitless is het complete automatiseringssysteem op het niveau gebracht van de huidige techniek. Het project daarvoor is uitgevoerd door Akerboom Yacht Equipment uit Leiden. Twee controllers en een Ethernet/IP-netwerk zijn in de plaats gekomen van een achterhaalde point-to-point-bekabeling. De centrale besturing regelt nu alle installaties op het jacht, zoals kranen, loopplanken en platforms. Een van de voordelen daarvan is dat er veel minder schakelkasten nodig zijn. Voor een betrouwbaar dataverkeer van I/O-signalen gebruikt Akerboom robuuste ethernetblokjes van Turck; de TBEN-L en TBEN-S I/O-modules. Een ander voordeel is de hoge beschermingsklasse van deze modules: IP69K. Deze hoge klasse is te danken aan de volledig volgegoten kunststoffen behuizing. Door IP69K zijn deze modules bestand tegen de zware omstandigheden op zee.
Besparen op ruimte en tijd met I/O-modules
“Tijdens mijn zoektocht naar de juiste I/O-oplossing kwam ik bij Turck uit. Ik wilde robuuste I/O-blokjes waarmee ik mijn signalen rechtstreeks vanuit het veld via Ethernet/IP kon overdragen naar de besturing”, aldus Groen in ‘t Woud. “De fabrikant van de besturing had daar een oplossing voor, maar zonder geïntegreerde voeding voor aangesloten sensoren en actuatoren. Zoiets is wel op te lossen met een aparte spanning, maar dat vereist weer speciale connectoren. Zoiets kost extra geld en dat willen we nu juist niet. Omdat de TBEN-L I/O-blokjes van Turck wél zorgen voor een directe overdracht van signalen heb ik die gekozen. Bovendien besparen ze enorm veel ruimte. En het hoge afschermingsniveau van die blokjes past perfect op schepen. We houden namelijk heel erg van kunststof; het roest namelijk nooit.”
De gemonteerde IP69K-I/O-blokmodules besparen niet alleen kosten voor bekabeling, maar vragen ook minder ruimte. De TBEN-L-modules zijn direct naast de hydrauliekkleppen gemonteerd waardoor er veel minder schakelkasten nodig zijn. “In de oude situatie was er in het schip een aparte ruimte voor schakelkasten. Daar hangen nu alle duikpakken.” Waarmee Groen in `t Woud aangeeft hoe prettig moderne besturings- en communicatietechniek uitpakt.
Veel digitale signalen
Het schip is in een feite een bron van veel digitale signalen. Afkomstig van bijvoorbeeld eindschakelaars, die de positie van sluitbouten van deuren aangeven. Daarnaast zijn er analoge signalen, afkomstig van hoeksensoren of inclinometers. Op het schip bevinden zich nu B1N360-inclinometers van Turck. Deze meten de verplaatsing van platforms op het moment dat deze boven het water moeten hangen. Een belangrijke eis is dat de hoekmeting niet absoluut, maar in verhouding tot het schip, gemeten moet worden. Omdat er altijd sprake is van deining heeft Ed Groen in `t Woud met zijn team bij elk platform twee inclinometers gemonteerd: een in de schakelkast en de andere direct aan het platform. De sensor op het schip zorgt voor de referentiewaarde. Door het verschil tussen beide waarden wordt de besturing gevoed door de juiste hoek in verhouding tot het schip. Beide waarden worden door de TBEN-S2-4AI, een bijzonder compacte I/O-module, doorgegeven aan de besturing. Het schip beschikt over twee TBEN-S-modules; een in het achterschip en een in het voorschip, en leveren de data voor de besturing van de platforms. Sterke kanten van de TBEN-S-modules zijn dat ze niet breder zijn dan 32 millimeter. En hun hoge beschermingsgraad van IP69K.
Minder bekabeling door I/O-blokjes
Het grootste voordeel is te danken aan de TBEN-L1-16DOP, digitale I/O-blokjes die uitgaande signalen vanuit de besturing naar digitale ventielen sturen. “Die I/O-blokjes van Turck besparen veel bekabeling. Onze monteurs monteren ook zelf de bijpassende M12-connectors. Daarvoor hebben ze geen elektrotechnische kennis en uitgebreide montageschema’s nodig.”
Het resultaat van de renovatie mag er zijn. Door de renovatie rondom en de vernieuwing van de andere techniek aan boord, inclusief klimaatbeheersing, ziet het jacht er als nieuw uit. De bemanning kan nu alle onderdelen via een HMI ter plekke, op afstand of vanuit de centrale stuurhut bedienen. Ook de eigenaar is erg blij met het resultaat, ook al heeft hij al weer een nieuwe boot besteld. Maar omdat hij zelf de Limitless destijds mee ontworpen heeft, is hij bijzonder gehecht aan zijn jacht. Oude liefde vergaat namelijk niet.
Digitale regeling voor hydrauliekcilinders
Akerboom heeft op een ander schip nog meer voordelen weten te boeken. Groen in ‘t Woud is het namelijk gelukt om een dynamische hydrauliekbesturing te bouwen, zonder analoge signalen. Als basis daarvan gebruikt hij frequentiegeregelde hydrauliekpompen die via een interface zijn gekoppeld aan een Ethernet/IP-besturing. Het voordeel daarvan is een zeer snelle regeling van de druk en dus snelheid van de hydrauliekolie. De druk van de olie wordt in deze oplossing dus niet meer door ‘traditionele’ servoventielen geregeld. In plaats daarvan gebruikt Akerboom ‘virtuele’ servoventielen die niets anders regelen dan de richting van de flow. De snelheid wordt daarentegen via een frequentieregelaar en pomp geregeld.
Dynamische hydrauliekbesturing
Voor het automatisch gebruik van deze dynamische hydrauliekbesturing zijn verschillende scenario’s nodig. Denk maar aan het langzaam en snel openen en sluiten van platforms en loopplanken. Voor de programmering van deze scenario’s gebruikt Akerboom functiebouwstenen of add-ons. Deze software wordt ingevoerd in de besturingssoftware zodat de bemanning alleen maar een druk op de knop of touchscreen hoeft te geven. Het voordeel van de frequentiegeregelde flow is natuurlijk dat de verplaatsing van loopplanken en platforms voortaan naar wens snel en schokvrij verloopt. Het bijkomend effect van de digitale ventielen is dat zij geen warmte en dus geen energie verliezen; iets dat bij proportionele ventielen wel het geval is.
Dit artikel verscheen ook in A&B, nummer 10