Signalanlage für das Schiffshebewerk Niederfinow

Komplettlösung für die Schiffszufahrt

Der Neubau des Schiffshebewerks Niederfinow wurde mit einer modernen LED-basierten Signalanlage ausgerüstet. Die Lösung von Phoenix Contact entspricht dabei allen gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich der Sicherheit von Personen und Schiffen, sorgt für Energieeffizienz und erlaubt die Umsetzung moderner Wartungs- und Instandhaltungskonzepte.
Das alte und neue Schiffshebewerk in Niederfinow: jedes ein beeindruckendes Bauwerk, das die technologischen Möglichkeiten seiner Zeit widerspiegelt
Das alte und neue Schiffshebewerk in Niederfinow: jedes ein beeindruckendes Bauwerk, das die technologischen Möglichkeiten seiner Zeit widerspiegeltBild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Als Teilstrecke der Oder-Havel-Wasserstraße verläuft der Oder-Havel-Kanal über 54km von der Havel südlich von Oranienburg bis zur Alten Oder bei Niederfinow. Während der Fahrt ist das Schiffshebewerk Niederfinow zu passieren. Das Hebewerk überwindet eine Hubhöhe von 36m. Über den Oder-Havel-Kanal werden u.a. Schüttgüter transportiert. Da das ursprüngliche Schiffshebewerk mit jährlich etwa 11.000 Schiffen an seine Kapazitätsgrenze gelangt und zu kurz für längere Schubverbände ist, wurde 1997 der Neubau eines größeren Hebewerks beschlossen. Die Vorarbeiten begannen im Winter 2006/2007, die Grundsteinlegung erfolgte 2009. Im Rahmen des Ausbaus der Wasserstraße wird der Kanal von 34m auf 55m verbreitert und die Wassertiefe von 2,8 auf bis zu 4m erhöht. Die Einweihung des neuen Schiffshebewerks ist auf den 03. Oktober 2022 – den Tag der Deutschen Einheit – terminiert.

Einfahrtsignal für Binnenwasserstraßen von Phoenix Contact 
in LED-Technologie mit zugehörigem Schutzschuten
Einfahrtsignal für Binnenwasserstraßen von Phoenix Contact in LED-Technologie mit zugehörigem SchutzschutenBild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Energieeffizient und wartungsarm

Im neuen Bauwerk wurde neben 65.000t Beton und 8900t Stahl moderne Steuerungs- und Automatisierungstechnik verbaut. Um den aktuellen gesetzlichen und normativen Rahmenbedingungen der EU-weit geltenden Maschinenrichtlinie 2006/42/EG gerecht werden zu können, haben sich die Verantwortlichen für eine Signalanlage von Phoenix Contact entschieden. Diese regelt den Zulauf in und den Ablauf vom Schiffshebewerk gemäß der Binnenschifffahrtsstraßen-Verordnung. Dazu sind an den Einfahrtsignalen unterschiedliche Signalbilder dargestellt, die dem Schiffsführer anzeigen, wie er sich zu verhalten hat. Das Ausfahrtsignal funktioniert analog zu einer Straßenverkehrsampel. Die Lösung hat den Vorteil, dass die zur Erfüllung der Maschinenrichtlinie notwendige Sicherheitsfunktion bereits in die Signalleuchten integriert ist. Ein weiterer Pluspunkt der Lösung resultiert aus der beleuchtungstechnischen Ausprägung mit LED-Technik, die einen energieeffizienten und wartungsarmen Betrieb sicherstellt. Für den langlebigen Einsatz in rauen Außenbereichen sind die Signalisierungsleuchten in einem robusten, seewasserbeständigen V4A-Gehäuse verbaut. Je nach Zustand oder bei besonderen Wetterverhältnissen lässt sich die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit vom Helligkeitswert auf einen optimalen Wert einstellen. Darüber hinaus überzeugt die Signalanlage durch eine Diagnose- und Überwachungsfunktion, die sich in Wartungs- und Instandhaltungskonzepte einbinden lässt. Der Anwender greift hier auf Diagnose- und Statusinformationen zurück, z.B. hat er die derzeitige Leuchtstärke, den Strom und die Spannung jeder LED, den Zustand sowie die auf die Leuchte einwirkende Lichtstärke im Blick. Das führt im Fehlerfall zu schnellen Reaktions- und kurzen Instandsetzungszeiten. Sollte es zu einem Zwischenfall an der Anlage kommen, stellt das Signalisierungssystem alle relevanten Daten bereit. Hafenbehörden und Schleusenbetreiber haben die Möglichkeit, diese zu archivieren und so gemäß der Maschinenrichtlinie zu belegen, zu welchem Zeitpunkt Signale an der Schleusenanlage aktiv waren.

Dezentraler Schaltschrank für die Signalleuchtensteuerung inklusive Sicherheitsfunktion, zugehörigem Überspannungsschutz und Übergabe der Signale an die Anlagensteuerung.
Dezentraler Schaltschrank für die Signalleuchtensteuerung inklusive Sicherheitsfunktion, zugehörigem Überspannungsschutz und Übergabe der Signale an die Anlagensteuerung.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Einbindung in die Anlagensteuerung

Bei der Signalanlage für Wasserverkehrswege von Phoenix Contact handelt es sich um eine systemische Komplettlösung inklusive Beleuchtungssteuerung, einer steckfertigen Verkabelung, der Signalleuchten für Binnenschifffahrtsstraßen, fertig konfektionierten Schaltschränken und des erforderlichen Montagezubehörs. Auf der einen Seite sorgt der Ansatz durch den Plug&Play-Gedanken für eine kurze Montage- und Inbetriebnahmephase. Andererseits lässt sich die Lösung einfach in die zentrale Anlagensteuerung integrieren. Da die Beleuchtungssteuerung logikneutral ausgeprägt wurde, kommt es zudem nicht zu unübersichtlichen Steuerungskomplikationen in der Anlage. Als führendes System fungiert stets die zentrale Anlagensteuerung respektive das zentrale Leitsystem. Die Beleuchtungssteuerung und sämtliche anderen notwendigen Komponenten gehören zu den Standardmodulen aus dem Produktportfolio des Herstellers. So ist eine langfristige Ersatzteilversorgung sicherstellt. Damit sich die Anlagenverfügbarkeit erhöht, hat sich der Betreiber des Schiffshebewerks für ein Überspannungsschutzkonzept ausgesprochen. Im Rahmen der Signalanlage wurde dies mit Modulen der Produktfamilie Plugtrab realisiert. Beleuchtungstechnisch verfügt das Schiffshebewerk über drei Einfahrtsignale, zwei Ausfahrtsignale, zwei Sportbootwartesignale und zwei Richtungsweiser. Für die gesamte Signalanlage sind 27 Signalleuchten in LED-Ausführung sowie neun Beleuchtungssteuerungen installiert worden. Die Komponenten kommunizieren mittels einer diskreten I/O-Kopplung mit der zentralen Anlagensteuerung. Ein Datenaustausch über das Übertragungsprotokoll Profinet/Profisafe ist ebenfalls möglich.

Sicherheitstechnische Zertifizierung

Durch die Einbindung der Sicherheitsfunktion in die Signalleuchte, die durch den TÜV entsprechend PL d gemäß EN ISO13849-1 und SIL 2 gemäß IEC61508 zertifiziert ist, und der Beleuchtungssteuerung lässt sich die Signalanlage in die Sicherheitskette des Schiffshebewerks integrieren. Wie genau dies umzusetzen ist, ergibt sich aus der Risikoanalyse und den daraus abgeleiteten Anforderungen der Maschinenrichtlinie. Aufgrund der Implementierung der Sicherheitsfunktion in die Signalleuchten gestaltet sich die Realisierung der Beleuchtungslösung einfach und sicher. Die eingebaute Sicherheitsfunktion ist dafür zuständig, eine sichere Rückmeldung darüber zu geben, ob die Signalleuchte tatsächlich leuchtet. Dies ist bei konventionellen Lösungen nur mit hohem technischem Aufwand umsetzbar. Erfüllt das Beleuchtungssystem durch eine falsche Ansteuerung, Querschlüsse oder einen Ausfall nicht mehr seinen bestimmungsgemäßen Betrieb, wird die Signalanlage in einen sicheren Zustand geschaltet. Sollte z.B. das rote Signal ‚Schleuse gesperrt‘ aktiviert sein, aber ein grünes Signal angezeigt werden, greift die integrierte Abschalteinrichtung ein und schaltet die fehlerhaften Signalleuchten aus. Den sicheren Zustand definiert der Anwender individuell.

Fazit

Mit dem systemischen Konzept und der modernen Ausführung mit LED-Technologie inklusive eingebauter Sicherheitsfunktion lässt sich die Signalanlage am Schiffshebewerk Niederfinow auf einfach Weise regel- und gesetzkonform realisieren. Dirk Beischau, als Bauaufseher beim Wasserstraßen-Neubauamt Berlin beschäftigt, stellt abschließend fest: „Bis Ende September 2022 läuft der Probebetrieb des Schiffshebewerks. Anfang Oktober wird es dann dem Betreiber übergeben. Aus Sicht der Signalanlage steht dem sicheren Betrieb des neuen Bauwerks jedenfalls nichts entgegen.“

Autor | Dipl.-Ing. Frank Bothe, Mitarbeiter im Bereich Industriemanagement Infrastruktur, Phoenix Contact Deutschland GmbH

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Das alte und neue Schiffshebewerk in Niederfinow: jedes ein beeindruckendes Bauwerk, das die technologischen Möglichkeiten seiner Zeit widerspiegeltBild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Als Teilstrecke der Oder-Havel-Wasserstraße verläuft der Oder-Havel-Kanal über 54km von der Havel südlich von Oranienburg bis zur Alten Oder bei Niederfinow. Während der Fahrt ist das Schiffshebewerk Niederfinow zu passieren. Das Hebewerk überwindet eine Hubhöhe von 36m. Über den Oder-Havel-Kanal werden u.a. Schüttgüter transportiert. Da das ursprüngliche Schiffshebewerk mit jährlich etwa 11.000 Schiffen an seine Kapazitätsgrenze gelangt und zu kurz für längere Schubverbände ist, wurde 1997 der Neubau eines größeren Hebewerks beschlossen. Die Vorarbeiten begannen im Winter 2006/2007, die Grundsteinlegung erfolgte 2009. Im Rahmen des Ausbaus der Wasserstraße wird der Kanal von 34m auf 55m verbreitert und die Wassertiefe von 2,8 auf bis zu 4m erhöht. Die Einweihung des neuen Schiffshebewerks ist auf den 03. Oktober 2022 – den Tag der Deutschen Einheit – terminiert.

Einfahrtsignal für Binnenwasserstraßen von Phoenix Contact 
in LED-Technologie mit zugehörigem Schutzschuten
Einfahrtsignal für Binnenwasserstraßen von Phoenix Contact in LED-Technologie mit zugehörigem SchutzschutenBild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Energieeffizient und wartungsarm

Im neuen Bauwerk wurde neben 65.000t Beton und 8900t Stahl moderne Steuerungs- und Automatisierungstechnik verbaut. Um den aktuellen gesetzlichen und normativen Rahmenbedingungen der EU-weit geltenden Maschinenrichtlinie 2006/42/EG gerecht werden zu können, haben sich die Verantwortlichen für eine Signalanlage von Phoenix Contact entschieden. Diese regelt den Zulauf in und den Ablauf vom Schiffshebewerk gemäß der Binnenschifffahrtsstraßen-Verordnung. Dazu sind an den Einfahrtsignalen unterschiedliche Signalbilder dargestellt, die dem Schiffsführer anzeigen, wie er sich zu verhalten hat. Das Ausfahrtsignal funktioniert analog zu einer Straßenverkehrsampel. Die Lösung hat den Vorteil, dass die zur Erfüllung der Maschinenrichtlinie notwendige Sicherheitsfunktion bereits in die Signalleuchten integriert ist. Ein weiterer Pluspunkt der Lösung resultiert aus der beleuchtungstechnischen Ausprägung mit LED-Technik, die einen energieeffizienten und wartungsarmen Betrieb sicherstellt. Für den langlebigen Einsatz in rauen Außenbereichen sind die Signalisierungsleuchten in einem robusten, seewasserbeständigen V4A-Gehäuse verbaut. Je nach Zustand oder bei besonderen Wetterverhältnissen lässt sich die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit vom Helligkeitswert auf einen optimalen Wert einstellen. Darüber hinaus überzeugt die Signalanlage durch eine Diagnose- und Überwachungsfunktion, die sich in Wartungs- und Instandhaltungskonzepte einbinden lässt. Der Anwender greift hier auf Diagnose- und Statusinformationen zurück, z.B. hat er die derzeitige Leuchtstärke, den Strom und die Spannung jeder LED, den Zustand sowie die auf die Leuchte einwirkende Lichtstärke im Blick. Das führt im Fehlerfall zu schnellen Reaktions- und kurzen Instandsetzungszeiten. Sollte es zu einem Zwischenfall an der Anlage kommen, stellt das Signalisierungssystem alle relevanten Daten bereit. Hafenbehörden und Schleusenbetreiber haben die Möglichkeit, diese zu archivieren und so gemäß der Maschinenrichtlinie zu belegen, zu welchem Zeitpunkt Signale an der Schleusenanlage aktiv waren.

Dezentraler Schaltschrank für die Signalleuchtensteuerung inklusive Sicherheitsfunktion, zugehörigem Überspannungsschutz und Übergabe der Signale an die Anlagensteuerung.
Dezentraler Schaltschrank für die Signalleuchtensteuerung inklusive Sicherheitsfunktion, zugehörigem Überspannungsschutz und Übergabe der Signale an die Anlagensteuerung.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Einbindung in die Anlagensteuerung

Bei der Signalanlage für Wasserverkehrswege von Phoenix Contact handelt es sich um eine systemische Komplettlösung inklusive Beleuchtungssteuerung, einer steckfertigen Verkabelung, der Signalleuchten für Binnenschifffahrtsstraßen, fertig konfektionierten Schaltschränken und des erforderlichen Montagezubehörs. Auf der einen Seite sorgt der Ansatz durch den Plug&Play-Gedanken für eine kurze Montage- und Inbetriebnahmephase. Andererseits lässt sich die Lösung einfach in die zentrale Anlagensteuerung integrieren. Da die Beleuchtungssteuerung logikneutral ausgeprägt wurde, kommt es zudem nicht zu unübersichtlichen Steuerungskomplikationen in der Anlage. Als führendes System fungiert stets die zentrale Anlagensteuerung respektive das zentrale Leitsystem. Die Beleuchtungssteuerung und sämtliche anderen notwendigen Komponenten gehören zu den Standardmodulen aus dem Produktportfolio des Herstellers. So ist eine langfristige Ersatzteilversorgung sicherstellt. Damit sich die Anlagenverfügbarkeit erhöht, hat sich der Betreiber des Schiffshebewerks für ein Überspannungsschutzkonzept ausgesprochen. Im Rahmen der Signalanlage wurde dies mit Modulen der Produktfamilie Plugtrab realisiert. Beleuchtungstechnisch verfügt das Schiffshebewerk über drei Einfahrtsignale, zwei Ausfahrtsignale, zwei Sportbootwartesignale und zwei Richtungsweiser. Für die gesamte Signalanlage sind 27 Signalleuchten in LED-Ausführung sowie neun Beleuchtungssteuerungen installiert worden. Die Komponenten kommunizieren mittels einer diskreten I/O-Kopplung mit der zentralen Anlagensteuerung. Ein Datenaustausch über das Übertragungsprotokoll Profinet/Profisafe ist ebenfalls möglich.

Sicherheitstechnische Zertifizierung

Durch die Einbindung der Sicherheitsfunktion in die Signalleuchte, die durch den TÜV entsprechend PL d gemäß EN ISO13849-1 und SIL 2 gemäß IEC61508 zertifiziert ist, und der Beleuchtungssteuerung lässt sich die Signalanlage in die Sicherheitskette des Schiffshebewerks integrieren. Wie genau dies umzusetzen ist, ergibt sich aus der Risikoanalyse und den daraus abgeleiteten Anforderungen der Maschinenrichtlinie. Aufgrund der Implementierung der Sicherheitsfunktion in die Signalleuchten gestaltet sich die Realisierung der Beleuchtungslösung einfach und sicher. Die eingebaute Sicherheitsfunktion ist dafür zuständig, eine sichere Rückmeldung darüber zu geben, ob die Signalleuchte tatsächlich leuchtet. Dies ist bei konventionellen Lösungen nur mit hohem technischem Aufwand umsetzbar. Erfüllt das Beleuchtungssystem durch eine falsche Ansteuerung, Querschlüsse oder einen Ausfall nicht mehr seinen bestimmungsgemäßen Betrieb, wird die Signalanlage in einen sicheren Zustand geschaltet. Sollte z.B. das rote Signal ‚Schleuse gesperrt‘ aktiviert sein, aber ein grünes Signal angezeigt werden, greift die integrierte Abschalteinrichtung ein und schaltet die fehlerhaften Signalleuchten aus. Den sicheren Zustand definiert der Anwender individuell.

Fazit

Mit dem systemischen Konzept und der modernen Ausführung mit LED-Technologie inklusive eingebauter Sicherheitsfunktion lässt sich die Signalanlage am Schiffshebewerk Niederfinow auf einfach Weise regel- und gesetzkonform realisieren. Dirk Beischau, als Bauaufseher beim Wasserstraßen-Neubauamt Berlin beschäftigt, stellt abschließend fest: „Bis Ende September 2022 läuft der Probebetrieb des Schiffshebewerks. Anfang Oktober wird es dann dem Betreiber übergeben. Aus Sicht der Signalanlage steht dem sicheren Betrieb des neuen Bauwerks jedenfalls nichts entgegen.“

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