Plotter Plotter

Technik: Plotter

Virtuelles Armaturenbrett

Olaf Schmidt am 04.12.2019

Messwerte aus modernen Motoren lassen sich einfach auf dem Plotter visualisieren. Bei älteren ist eine entsprechende Nachrüstung mit überschaubarem Aufwand möglich.

Zusatzanzeigen für ausführlichere Informationen zu Motor oder Trimmung wünschen sich viele Skipper.

Oder gar einen kompletten zweiten Satz Instrumente für die Flybridge. Solche Vorhaben sind bei konventioneller Elektrik mit aufwendiger Verkabelung verbunden und erfordern den Mut, Löcher ins schöne Armaturenbrett zu sägen.
Eine wenig bekannte Alternative dazu ist die Darstellung am Bildschirm:

Viele bereits an Bord vorhandene Kartenplotter können das, nicht umsonst sprechen die Hersteller bei diesen Geräten inzwischen von Multifunktionsdisplays.

Fotostrecke: Plotter

Die Daten von Motor, Tankgebern und Trimmklappen werden dazu ins NMEA-2000-Netzwerk eingespeist, sie sind dann auf so vielen Geräten abrufbar, wie Sie möchten.

Ob Ihr Kartenplotter dazu in der Lage ist, lässt sich mit einem Blick in die Auswahl der anzuzeigenden Bildschirmseiten feststellen. Die typische Armaturenbrett-Ansicht ist dort leicht zu erkennen. Sie brauchen dann nur noch das Interface zwischen Motor und Netzwerk.

Die elektronische Seekarte komplett durch die Instrumentenanzeige zu ersetzen wäre freilich witzlos. Alle modernen Multifunktionsdisplays bieten jedoch die Möglichkeit, sich eigene Anzeigekombinationen zusammenzustellen, meist auch in mehreren Varianten. Im Beispiel rechts haben wir oben für die Strecke vollständige Instrumentierung und kleine Karte gewählt. Die untere Kombi zeigt zur Routenplanung mehr Karte und nur die wichtigsten Motorwerte in Ziffernform.

 

KONZEPTE

Welche Art von Interface Sie brauchen, hängt davon ab, nach welchem Prinzip die Elektrik Ihrer Antriebsanlage aufgebaut ist. Generell werden hier zwei Gruppen unterschieden: Bei einem konventionellen System ist zur Verbindung zwischen Sensoren, Gebern, Anzeigen und Kontrolllampen für jedes Signal ein eigenes Kabel verlegt.
Das erleichtert einerseits Arbeiten in Eigenleistung, denn die einzelnen Stromkreise lassen sich mit einem einfachen Multimeter prüfen. Andererseits wird bei Maschinen mit vielen Messstellen der Kabelbaum schnell sehr umfangreich und damit unübersichtlich.

Außerdem müssen bei der Diagnose die Werte an vielen Stellen einzeln gemessen werden. Digitalisierte Antriebe nutzen stattdessen einen Datenbus, um alle Steuergeräte an der Maschine und die Anzeigen am Steuerstand miteinander zu verbinden.

Damit gehen im Prinzip nur vier Adern vom Motor zum Armaturenbrett: zwei für die Stromversorgung und zwei, auf denen die Messwerte und Steuersignale als digitale Datensätze übertragen werden.

Tatsächlich ist auch dabei nicht alles digital, denn noch wäre es zu aufwendig, jedem einzelnen Temperatursensor oder Öldruckschalter einen eigenen Mikroprozessor für die Kommunikation im Datenbus zu spendieren. Üblich ist, dass mehrere solcher einfachen Sensoren einzeln an einem nahe gelegenen Interface oder Steuergerät angeschlossen sind und ihre Werte dort auf den Bus umgesetzt werden.

Größter Vorteil der Digitalisierung: Sämtliche Daten lassen sich über einen einzigen Anschluss am Motor abfragen, sowohl zur Diagnose als auch zur normalen Überwachung im Betrieb.

Bei digitalisierten Bootsmotoren gibt es neben herstellerspezifischen Lösungen zwei genormte Schnittstellen. Was Ihr Antrieb elektrisch draufhat, steht in den Unterlagen zu Ihrem Motor.

Der ältere Standard heißt J1708 und liefert ein recht begrenztes Portfolio an Motorwerten. Vor allem ist dieser Anschluss für heutige Verhältnisse relativ langsam, die Entwicklung stammt aus den 80er-Jahren. J1708 an sich ist nur eine Norm für die elektrische Verbindung. Darum wird oft zusätzlich J1587 als Norm für die Dateninhalte angegeben.

Aktuell ist J1939. Dieser Standard spezifiziert sowohl die elektrische Übertragung auf einem sogenannten CAN-Bus als auch die Formate, in denen die Daten aus dem Antriebsstrang verpackt sind. Elektrisch wäre J1939 kompatibel zu NMEA2000 – es gibt aber sehr gute Gründe, den Datenbus der Maschine und das Instrumentensystem nicht direkt miteinander zu verbinden. Darum sind auch die Dateninhalte unterschiedlich codiert.

 

GÜTERTRENNUNG

Der Datenbus größerer digital gesteuerter Motoren dient meist auch der Übertragung betriebswichtiger Werte zwischen verschiedenen Steuergeräten. Es muss also unbedingt verhindert werden, dass dieser Bus durch einen Fehler außerhalb der Antriebsanlage blockiert werden kann. Doch auch bei einwandfrei funktionierendem Bus würden die zusätzlichen Daten aus dem Instrumentensystem die schnelle Kommunikation innerhalb der Maschine behindern können – und umgekehrt.

Eins wollen Sie ganz sicher nicht: dass beispielsweise beim Empfang mehrerer AIS-Datensätze der Motor abstirbt. Darum wird zwischen Antriebs-Datenbus und Instrumentensystem grundsätzlich ein Interface oder Gateway eingesetzt. Dieses hört auf der Motorseite nur zu, kann also weder Daten dort hinein senden noch diesen Bus blockieren. Die mitgelesenen Werte stehen dann auf der NMEA- 2000-Seite für Instrumente und Multifunktionsdisplays zur Verfügung.

Derartige Interfaces gibt es beispielsweise von Actisense, Maretron, VDO und Yacht-Devices. Die Preise liegen zwischen 200 und 700 Euro. Trotz Normung ist es ratsam, darauf zu achten, dass das Interface explizit Ihren Motor unterstützt – unter anderem wegen passend konfektionierter Steckverbinder.

 

NACHRÜSTUNG

Es ist durchaus möglich, rein analoge Maschinen nachträglich für die Überwachung zu digitalisieren. Zu diesem Zweck gibt es Interface-Boxen, welche die Signale von vorhandenen analogen Gebern oder Schaltern abgreifen und direkt im NMEA- 2000-Format zur Verfügung stellen. Eine betriebsgefährdende Rückwirkung auf die Motorelektrik ist bei dieser Lösung ebenfalls nicht möglich.

Bei so einer Um- oder Aufrüstung steht an erster Stelle die Frage, ob die alten Instrumente an Bord bleiben oder ob die gesamte Anzeigetechnik ersetzt werden soll. Denn davon hängt ab, was das zu beschaffende Interface können muss.

Die meisten Sensoren für Druck, Temperatur oder Füllstand bestehen elektrisch aus einem veränderlichen Widerstand mit zwei Anschlüssen: Einer hängt über Sensorgehäuse und Motorblock fest an Masse, der andere ist das Kabel zur Anzeige. Letztere gibt Spannung auf diese Leitung; wie viel Strom dann fließt, hängt vom aktuellen Wert des Widerstandes und damit vom Messwert ab. Die Zeigerstellung gibt diesen Strom wieder, mit der zum Sensor passenden Skala wird aus dieser Schaltung Manometer, Thermometer oder Tankuhr.

Das Ganze ist elektrisch schön einfach. Aber: Es kann zu jedem Sensor nur eine Anzeige geben. Würden Sie ein zweites Instrument vom gleichen Typ dranhängen, dann würde der Strom zwischen beiden Anzeigen aufgeteilt, und beide würden falsch anzeigen.

Bleiben die bisherigen Anzeigen an Bord, dann darf das Interface zum Bus nur passiv den Wert auf der Leitung messen und nichts einspeisen. Sollen die Instrumente durch die Digitalisierung komplett ersetzt werden, dann muss das Interface jedoch auch die Versorgung des Sensors mit Spannung übernehmen, sonst kommt kein Messwert zustande.


KONFIGURATIONSKÜR

Bei Motoren mit Bus-Anschluss ab Werk sind Sie fein raus, denn hier bekommen Sie fertig kalibrierte Daten. Nachrüst-Interfaces müssen Sie dagegen selbst auf die analogen Geber einstellen. Im besten Fall finden Sie in den Unterlagen zu Ihrer Maschine, auf den Sensoren selbst beziehungsweise auf dem zugehörigen Anzeigeinstrument eine Typenbezeichnung. Dann lassen sich, notfalls per Google, die elektrischen Werte für die Kalibrierung herausfinden.

Andernfalls schlagen Sie den experimentellen Weg ein: Bleibt das bisherige Instrument erhalten, dann ändern Sie die Kalibrierung im Interface so lange, bis im normalen Betriebszustand und bei kalter Maschine die Bus-Werte mit der alten Anzeige übereinstimmen. Das klappt für Temperaturen und Drücke.

Ohne alte Anzeige sind mit Bordmitteln nur Temperaturgeber kalibrierbar: ausgebauten Sensor provisorisch anschließen (Signal und Masse) und sein messendes Ende in kochendes Wasser halten. Das sind ausreichend genau 100 Grad Celsius.

Eine perfekte Anpassung über den ganzen Messbereich zwischen Instrument und digitaler Anzeige ist kaum machbar, aber auch nicht nötig: Ob das Kühlwasserthermometer die 40 Grad als 30 oder 50 anzeigt, ist nicht so wichtig, beides ist zu kalt.

Stimmen muss der Bereich im Normalbetrieb, daran erkennen Sie, wann die Maschine warm ist und ob ein unnormaler Anstieg vorliegt. Ob das bei 80, 85 oder 90 Grad ist, wissen Sie vom bisherigen Thermometer.

Sind die Werte erst einmal im NMEA- 2000-Bus, dann können prinzipiell alle angeschlossenen Anzeigen auf diese zugreifen, ohne weitere Kalibrierung. Alarmschwellen und Anzeigebereiche für die grafische Darstellung müssen Sie jedoch selbst auf jedem Plotterbildschirm einstellen.

Anhaltspunkte liefern die bisherigen Anzeigeinstrumente. Für Messwerte, die bisher noch kein Instrument hatten, sollte es in der Motor-Dokumentation Hinweise geben. Sonst gehen Sie wieder den experimentellen Weg: schauen, in welchem Be- reich die Werte im normalen Betrieb liegen, und die Anzeigegrenzen etwas weiter einstellen.

Diesen Artikel finden Sie in der Juli-Ausgabe 2019 von BOOTE. Hier erhältlich!

Olaf Schmidt am 04.12.2019