Herausforderungen alter Stromversorgungssysteme in der maritimen Technik
In einer Marine-Unterwassereinheit zeigte sich, dass die vorhandenen elektrischen Stromversorgungssysteme zunehmend von Alterung und Obsoleszenz betroffen waren. Ziel war es, die Lebensdauer des Systems um etwa 10 Jahre zu verlängern, um die Einsatzfähigkeit bis zur Einführung neuer Unterwasserplattformen zu sichern.
Die Herausforderungen lagen im hohen Anspruch an Zuverlässigkeit unter maritimen Bedingungen, in der Integration moderner Elektronik in bestehende Einbauumgebungen, in der Gewichtseinsparung und in der Vermeidung aufwendiger struktureller Eingriffe. Das ursprüngliche System bestand aus komplex verschalteten Stromversorgungsanlagen – technologiebedingt ineffizient und wartungsintensiv. Ziel war der Ersatz durch moderne, digital gesteuerte Systeme mit verbesserter Effizienz und einfacherem Handling.
Zuverlässige Energieversorgung unter extremen maritimen Bedingungen
Dank intelligenter Sicherheitssoftware, kontinuierlicher Überwachung und redundanter Systemarchitektur bietet das modernisierte Stromversorgungssystem höchste Betriebssicherheit. Alle Komponenten erfüllen internationale maritime Sicherheitsstandards und sind für künftige regulatorische Vorgaben der deutschen Seeschifffahrt gerüstet.
Das System gewährleistet eine stabile Energieversorgung selbst unter extremen Umweltbedingungen wie Salzwasser, Vibrationen, Druck- und Temperaturschwankungen. Durch Echtzeitüberwachung, Fehlererkennung und automatisierte Schutzmechanismen werden Ausfälle minimiert und die Einsatzbereitschaft nachhaltig gesichert.
Leistungssteigerung durch Embedded Systeme und digitale Schnittstellen
Die Modernisierung erhöhte die Leistung der Stromversorgung bei gleichzeitig reduzierten Energieverlusten. Echtzeitfähige Embedded Systeme und digitale Schnittstellen wie Ethernet und Modbus TCP ermöglichen die nahtlose Integration in bestehende Bordnetze, Monitoring-Systeme und maritime IoT-/Flottenmanagement-Software.
Intuitive Bedienung und Visualisierung via Human-Machine Interface (HMI)
Das Human-Machine Interface (HMI) auf Basis eines TFT-Touchdisplays erlaubt dem Bedienpersonal, den Ingenieuren und Technikern eine intuitive Steuerung und klare Visualisierung aller Messwerte und Warnmeldungen. Dies reduziert Bedienfehler, verkürzt Einarbeitungszeiten und verbessert die Betriebseffizienz nachhaltig.
Im Rahmen der HMI-Entwicklung wurden vor der eigentlichen Implementierung eigene technische Diagramme und Flussdarstellungen erstellt, um die Bedienlogik und Menüführung optimal zu strukturieren. Diese umfassen:
- HMI-Systemübersicht zur Abbildung der Hauptfunktionen, Datenflüsse und Schnittstellen.
- Flussdiagramme zur Visualisierung der Abhängigkeiten zwischen Bildschirmmenüs und Bedienelementen.
Die Entwürfe dienten als Grundlage für die spätere Implementierung der Kommunikation zwischen HMI und Steuerung über UART und DSPIC, wodurch eine stabile und performante Interaktion mit der Echtzeitsteuerung des Systems sichergestellt wurde.
Nahtlose Integration in bestehende Bordnetze und Steuerungssysteme
Das modernisierte System wurde vollständig in die vorhandenen Kabinette und Einbauumgebungen integriert. Aufwendige Umbauten konnten so vermieden werden. Die Lösung ist kompatibel mit dem Bordnetz und den übergeordneten Steuerungs- und Monitoringsystemen, was einen reibungslosen Betrieb und eine schnelle Implementierung neuer Funktionen ermöglicht. Dies unterstützt die Digitalisierung im modernen Schiffbau und stärkt die langfristige Einsatzfähigkeit der Plattform.
Präzise Energieumwandlung, Diagnose und Predictive Maintenance
Die Stromversorgung deckt alle wesentlichen Spannungsbereiche (400 Hz, 60 Hz, 24 V DC) ab, wobei die Lastverteilung zwischen den Systemen synchronisiert erfolgt. Ein leistungsfähiger Digital Signal Processor (DSP) steuert sämtliche Umrichterfunktionen in Echtzeit, wodurch eine präzise Spannungs- und Stromregelung gewährleistet ist.
Ein integriertes Diagnosesystem überwacht kontinuierlich sicherheitsrelevante Parameter, erkennt Abweichungen und leitet automatisch Schutzmaßnahmen ein. Die Daten werden über das HMI übersichtlich visualisiert und können bei Bedarf über Ethernet oder Modbus TCP in übergeordnete Monitoring-Systeme eingebunden werden – eine Grundlage für Predictive Maintenance im maritimen Umfeld.
Moderne Embedded-Technologien und umfassende Qualitätssicherung
Die Software basiert auf Embedded Systemen mit Mikrocontrollern und DSPs und wurde in C/C++ entwickelt, um Echtzeitverhalten und maximale Performance sicherzustellen.
Das HMI wurde mit uniTFTdesigner erstellt und überzeugt durch moderne GUI-Designs und optimierte Touch-Interaktionen. Zur Qualitätssicherung kamen Hardware-in-the-Loop (HIL) Tests, Modul- und Integrationstests zum Einsatz, wodurch Funktionsfähigkeit und Echtzeitreaktionen unter realistischen Bedingungen geprüft wurden.
Die entwickelte Softwarearchitektur zeichnet sich durch eine klare Trennung von Logik, Visualisierung und Hardware aus. Diese modulare Struktur reduziert Fehlerquellen, ermöglicht paralleles Arbeiten im Entwicklungsteam und sorgt für eine einfache Wiederverwendbarkeit in künftigen Projekten.
Hybrider Entwicklungsprozess für flexible und sichere Projektumsetzung
Das Projekt folgte einem hybriden Entwicklungsmodell, das die Vorteile klassischer und agiler Methoden kombinierte. Für sicherheitskritische Funktionen wurde ein strukturiertes Vorgehen nach dem V-Modell gewählt, während agile Iterationen die flexible Weiterentwicklung der HMI-Software ermöglichten.
Der Prozess umfasste alle Phasen des Systems Engineering: von der Anforderungsanalyse über Architektur- und Designphase, Implementierung, Integration bis hin zu umfassenden Systemtests und finaler Abnahme.
Durch regelmäßige Review-Zyklen und enge Abstimmungen mit den technischen Ansprechpartnern des Kunden konnte das Projektteam Anforderungen schnell adaptieren und praxisnah umsetzen. Mehrere gemeinsame Workshops dienten zur Optimierung der Bedienkonzepte und der grafischen Benutzeroberflächen – ein Vorgehen, das die partnerschaftliche und lösungsorientierte Arbeitsweise unterstreicht.
Erhöhte Verfügbarkeit, Energieeffizienz und vereinfachte Wartung
Die neue Lösung wurde erfolgreich an Bord installiert und unter realen Einsatzbedingungen in Betrieb genommen. Sie umfasst modernisierte Energieversorgungssysteme, vollständig integrierte Softwaremodule sowie alle zugehörigen Dokumentationen.
Die Vorteile sind messbar:
- Höhere Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit, selbst bei hoher Belastung.
- Gewichtseinsparung von rund 700 kg, was sowohl Effizienz als auch Energieverbrauch verbessert.
- Reduzierte Wartungskosten durch digitale Diagnosefunktionen.
- Einfachere Bedienung dank intuitivem HMI-Design.
- Längere Lebensdauer der Systeme bei geringeren Gesamtkosten.
Die Lösung unterstützt die maritime Digitalisierung, stärkt die Einsatzfähigkeit und bildet eine Basis für den weiteren Ausbau von maritime critical system support-Strategien.
Dokumentation und technische Diagramme
Während der Entwicklung entstanden mehrere technische Abbildungen und Architekturskizzen, die den Aufbau und die Funktionsweise des Gesamtsystems anschaulich dokumentieren:
- System Architecture Diagram: zeigt die Gesamtstruktur des Stromversorgungssystems einschließlich Wechselrichter, Gleichrichter und Kommunikationsschnittstellen.
- Power Conversion Block Diagram: stellt den Energiefluss von der Eingangsquelle über Umrichter bis zu den Ausgangsspannungen (400 Hz / 60 Hz / 24 V DC) dar.
- Control and Monitoring Architecture: beschreibt das Zusammenspiel von Steuerung, HMI und Sensorik – inklusive Kommunikationswegen über UART und DSPIC.
- Hardware Integration Diagram: verdeutlicht die mechanische und elektrische Integration in bestehende Schaltschränke (Retrofit Integration).
Diese Unterlagen dienten nicht nur der internen Abstimmung, sondern auch der technischen Dokumentation gegenüber dem Auftraggeber. Sie waren ein wesentlicher Bestandteil des System-Engineerings und trugen zur Nachvollziehbarkeit und Qualitätssicherung des Entwicklungsprozesses bei.
Skalierbare Lösung für Marine-, Schiffbau- und Offshore-Projekte
In Zukunft ist die Erweiterung der Plattform um IoT-Funktionen geplant. Ziel ist die Integration zusätzlicher Monitoring- und Analysefunktionen zur Predictive Maintenance, wodurch sich die Lösung auch in anderen Bereichen der Binnen- und Seeschifffahrt, im Schiffbau sowie in Offshore-Systemen einsetzen lässt.
Erfolgreiche Modernisierung der Stromversorgung
Mit diesem Projekt hat Konzept Informationssysteme eine technologisch anspruchsvolle Aufgabe im Bereich maritime Software, Schiffstechnik und Embedded Systems realisiert.
Die Lösung erfüllt höchste Anforderungen an Sicherheit, Effizienz und Bedienbarkeit. Sie trägt zur Verlängerung der Systemlebensdauer, zur Senkung von Betriebskosten und zur Steigerung der Einsatzfähigkeit bei.
Durch die modulare, wiederverwendbare Architektur ist das System zukunftsfähig und übertragbar auf weitere marine Plattformen – ein wichtiger Schritt für nachhaltige maritime Digitalisierung und die Technologieführerschaft im modernen Schiffbau.
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