Vernetzte Systeme: Was können BUS-Netzwerke?

Wer vor dem Refit oder der Neuinstallation der Bordelektrik/Elektronik steht, stellt sich die Frage, ob eine Vernetzung der zu installierenden Stromversorgungstechnik Sinn macht. Wir stellen die verschiedenen Möglichkeiten vor

Mit der Einführung von Datenvernetzung im PKW-Bereich ist laut Statistik der Pannendienste die Zahl der Elektrik-Fehler erheblich zurückgegangen. Neue Installations- und Vernetzungsmöglichkeiten von Elektrik und Elektronik sind auch im Yachtbereich möglich. Immer noch ist es so, dass etwa 80 Prozent aller Störungen oder Ausfälle der Bordelektrik auf mangelhafte elektrische Verbindungen zurückzuführen sind.

Ein kleiner Plotter am Steuerstand liefert dieselben Daten wie der große in der Navigation (Bild: Navico)

Bei der konventionellen Stromversorgung einer Segelyacht läuft, bis auf wenige Ausnahmen, die gesamte Stromverteilung über eine zentrale Schalttafel. Durch lange Kabelwege von der Batterie zur Schalttafel und weiter zum Verbraucher und durch notwendige Sicherungen/Schalter sind Verschleißfehler und ungewünschte Spannungsabfälle unvermeidlich. Im Yachtneubau ist die Vernetzung von Elektrik oder Elektronik längst selbstverständlich. Neuere Ladegeräte, Wechselrichter und vieles mehr können ebenso sinnvoll über eine Datenvernetzung verbunden werden wie die Navigationselektronik.

Grundsätzlich muss man zwischen zwei verschiedenen Vernetzungsarten unterscheiden. Der Datenvernetzung von Geräten über ein nicht genormtes, spezifisches Firmennetzwerk beziehungsweise kompatibler Geräte oder aber der Nutzung der vorhandenen standardisierten Datenverbindung der Navigationsinstrumente.

Bei einem BUS-Netzwerk hängen alle Instrumente im Idealfall an einer einzigen Datenleitung: dem Backbone. Sie werden über T-Stücke in die Leitug eingebunden und sind in der Regel sofort betriebsbereit. Hochleistungsradaranlagen werden über ein anderes Kabel eingebunden, die Radar-Daten können dann aber von jedem MFD im Netzwerk abgerufen werden (Bild: Jan Bindseil)

Der Begriff BUS (Back Panel Unit Socken) stammt schon aus den Anfängen der Computertechnik und bezeichnet den Datenaustausch von unterschiedlichen Geräten. Wie schon erwähnt, kommt die CAN-BUS-Vernetzung (Controller Area Network) in der Autoindustrie schon lange zur Anwendung. Bei dieser Datenaustauschtechnik mit festgelegtem Protokoll tauschen angeschlossene Sensoren und Endgeräte Daten untereinander aus. Der Austausch erfolgt seriell in zeitlich synchronisierten Paketen mit einem anwenderspezifischen Kommunikationsprotokoll. Kompatiblen Geräten stehen so Statusinformationen zur Verfügung und es können Steuerbefehle ausgetauscht werden. Je nach System ist hierfür nur ein Kabel mit fünf Einzeladern (oder weniger) und geringem Querschnitt notwendig. Der Sinn jedes BUS-Systems ist es, den Aufwand und das Gewicht für Kabelbäume zu reduzieren und die Elektroanlage zuverlässiger zu machen.

Vor- und Rücksicht eines kleinen Instruments, das auf dem Bildschirm alle Daten aus dem Netzwerk abrufen kann. Es wird über einen simplen Steckkontakt in das Netzwerk eingebunden (Bild: Navico)

Bei einer 12 Meter Segelyacht und etwa 40 Stromkreisen können allein durch die Vernetzung der Stromversorgung einige hundert Meter Kabel eingespart werden. Die komplette Verkabelung bleibt sehr übersichtlich, klassische Fehlerquellen, wie Schalter und schlechte Kabelverbindungen werden minimiert. Im Problemfall ist eine Fehlerdiagnose sehr schnell möglich. Mit verschiedenen Apps für Smartphones oder Tablets bieten Hersteller von Navigations- und Bordelektrik-Geräten zusätzlich eine einfache Kontrolle, Steuerung und Visualisierung an.

NMEA

NMEA2000 ist die Bezeichnung für ein serielles Bus-System (Plug and Play), das sich im Yachtbereich durchgesetzt hat. NMEA steht für National Marine Electronics Association (www.nmea.org). Die NMEA-Association, mit Sitz in den USA, ist ein Zusammenschluss von verschiedenen Elektronikherstellern, mit dem Ziel, den Datenverkehr unterschiedlicher Geräte zu standardisieren.

So können Geräte unterschiedlicher Hersteller miteinander vernetzt, Daten ausgetauscht und gesteuert werden. Viele Hersteller bieten damit die Möglichkeit, über ein genormtes Kommunikationsprotokoll den Datenaustausch ihrer Geräte einfach zu ermöglichen. Denkt man über diese Art der Vernetzung neuer Geräte nach, sollte trotz Standardisierung vorher geklärt sein, ob über Gateways oder Interfaces eine uneingeschränkte Integration möglich ist.

In einer NMEA-Verkabelung sind zwei Kabel für den Datenaustausch und zwei Kabel für die Stromversorgung vorgesehen. Sollen mehr als zwei Geräte vernetzt werden, ist das über T-Stücke in der Datenleitung möglich. Die meisten Navigationsgeräte der verschiedensten Hersteller nutzen NMEA2000. Leider verwendet jeder Hersteller für die Datenverkabelung ein eigenes Steckersystem. (Simrad nennt das NMEA-System „SimNet“, bei Raymarine heißt es „SeaTalk“).

Viele Geräte der Gleichstromversorgung sind über die NMEA-Verkabelung vernetz- und steuerbar. Die Hersteller bieten hierfür passende Adapter an. Das meist schon vorhandene NMEA2000 Netzwerk kann genutzt werden, zusätzlicher Verkabelungsaufwand ist nicht notwenig. Sollen beispielsweise ein Ladegerät, Wechselrichter oder Batterie-Controller über ein Multifunktionsdisplay angezeigt werden, sind nur entsprechende T-Stücke in der vorhandenen NMEA2000 Verkabelung notwendig. Schließt man noch einen Bluetooth-Adapter an, können auch das Smartphone oder Tablet als Anzeige- oder Steuergeräte genutzt werden.

Knotenverteiler

Werden sogenannte Knotenverteiler, also Dezentralisierung der Stromverteilung genutzt, (siehe weiter oben), schalten leistungsfähige Halbleiter (MOSFET´s oder PROFET´s) verschleiß- und verlustfrei den Verbraucherstrom. Bekannte Anbieter dieser Technik sind die Firmen ETA und Philippi.

Knotenverteiler können so programmiert werden, dass Beleuchtungsgruppen, beispielsweise für die Nachtfahrt unter Segeln oder mit Maschine, die Kabinenbeleuchtung mit nur einem Schalter in Gruppen passend geschaltet werden können. Durch eine integrierte Überwachungsfunktion führen Überspannung, Überstrom oder auch zu hohe Temperaturen zur automatischen Abschaltung. Entsprechende Fehlermeldungen auf dem Screen des Systemmonitors ermöglichen eine schnelle Fehlerbehebung. Einige Hersteller bieten zur Erstinbetriebnahme eines Verteilerknotens spezielle Software an. Ist die Stromverteilung des Knotens einmal programmiert, ist kein Rechner mehr nötig.

Betriebssicherheit

Die Sicherheit der Elektrik an Bord macht durch Vernetzung einen Quantensprung. Sensoren versenden per SMS Nachrichten bei Wassereinbruch, Brand oder Einbruch. Pumpen werden automatisch gesteuert. Ist zum Beispiel nicht mehr ausreichend Frischwasser im Tank, wird die Druckwasserpumpe, die nur noch Luft pumpt, von der Steuerung automatisch abgeschaltet. Wie viele Skipper bestätigen können, sind es meist elektromechanische Geräte an Bord die ausfallen, nicht elektronische Geräte oder Steuerungen.

Visualisierung

Gehört auch ein Multifunktionsdisplay (MFD) zu den vernetzten Geräten, können dort alle relevanten Daten abgelesen werden. Dort kann zwischen den Navigationsdaten, dem Batterie-Management, den Tankfüllständen und Motordaten (Kühlwasser,Öl, etc.) umgeschaltet werden. Über das zentral montierte MFD können vernetzte Geräte geschaltet und kontrolliert werden.

Fazit

Weniger Verkabelungsarbeiten sparen Gewicht und Zeitaufwand. Sind mehr als 30 Stromkreise über eine Schaltafel zu schalten, gewinnt man durch Vernetzung oder die Nutzung von Stromkreisknoten Platz für anderes. Deutlich geringerer Material- und Zeitaufwand beim Yachtneubau halten den Preis für vernetzte Technik, verglichen mit konventioneller Technik, in Grenzen. Teurere Schalttafeln und viele Meter Kupferkabel werden eingespart. Trotz des Komforts durch vernetzte Automatisierung darf man sich nicht dazu verleiten lassen, den ordnungsmäßigen Betrieb der Geräte zu kontrollieren.

1 Comment

  1. Wir interessieren uns auch für ein BUS-System. Gut zu wissen, dass es zwei verschiedene Vernetzungsarten gibt. Die Datenvernetzung von Geräten über ein nicht genormtes Firmennetzwerk scheint uns in unserem Fall sicherer zu sein. Vielen Dank für die hilfreiche Information!

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