Die programmierbaren Regler der Serien Woodward 721 und Woodward 723 haben sich vor etwa 20 Jahren auf großen Schiffen etabliert und sind mittlerweile nahezu zum Standard geworden. Dank ihrer Flexibilität und Anpassungsfähigkeit haben sie sich bei führenden Motorenherstellern wie MAK, Wärtsilä und Rolls Royce durchgesetzt.

Ein herausragender Vorteil dieser Geräte ist die integrierte LON-BUS-Kommunikationsschnittstelle. Über diese Schnittstelle können bis zu sieben Geräte miteinander kommunizieren und Daten austauschen, wodurch eine effiziente Lastverteilung und Verfügbarkeitsüberwachung ermöglicht wird. Der LON-BUS ist ein MODBUS-ähnliches Protokoll, das von Woodward entwickelt wurde. Es ist wichtig zu beachten, dass moderne Geräte dieses Protokoll nicht mehr unterstützen. Daher erfordert ein Austausch in der Regel auch die Umrüstung anderer Motoren, um die volle Funktionalität der Lastverteilung zu gewährleisten.

Das Bild zeigt ein typisches Beispiel eines Schaltschrankes mit einem 723+ Regler für MAK. In den meisten Fällen werden diese Regler von Woodward in maßgeschneiderten, einbaufertigen Schaltschränken geliefert, die auf die spezifischen Anforderungen der Anwendung abgestimmt sind.

Diese speziellen Lösungen machen einen Austausch komplizierter. Selbst wenn ein identischer Regler auf einer Abwrackwerft gefunden wird, muss das passende Programm auf den Regler geladen werden, um eine optimale Funktion zu gewährleisten.

Austausch eines defekten 723 Plus

Für den Austausch bieten sich drei unterschiedlichen Geräte an:

2300 E

LECM

FLEX500

Vergleich der Steuergeräte

Das nebenstehende Bild zeigt, dass sowohl die 2300E als auch die Flex500 perfekt in die Abmessungen des 723+ passen. Dadurch ist sichergestellt, dass keine aufwendigen Anpassungen am Schaltschrank erforderlich sind – für eine schnelle und unkomplizierte Nachrüstung.

Woodward hat mehrere Versionen der Software entwickelt. Der Schwerpunkt lag jedoch auf der Standardisierung. Daher ist es nur von Vorteil, neben der Softwareversion auch die Installation zu kennen. Dies reduziert den Entwicklungsaufwand und macht das Endprodukt benutzerfreundlicher.

Empfehlung

Letztendlich liegt die Entscheidung beim Kunden, aber ich empfehle klar das teurere Flex500:

• Es bietet deutlich mehr Ein- und Ausgänge und ist das modernste System, das Woodward aktuell im Portfolio hat.
• Die Hardware wird in zahlreichen Anwendungen eingesetzt – von Wasser- und Dampfturbinen über Kompressoren bis hin zu PMS-Steuerungen und Datenerfassungssystemen.
• Es besteht eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit, dass in Zukunft ein direkter Nachfolger mit identischen Anschlüssen für eine nahtlose steckbare Ersatzlösung verfügbar sein wird.
• Sowohl der 2300E als auch der Flex500 bleiben vorerst aktiv, und Woodward plant derzeit weder deren Abkündigung noch die Einführung eines Nachfolgers. In den nächsten fünf Jahren werden beide Geräte also weiterhin verfügbar sein.
• Dennoch habe ich den Eindruck, dass der 2300E nicht mehr aktiv weiterentwickelt wird und Kunden langfristig auf die 500er-Plattform umsteigen müssen.

Ein weiterer Vorteil des Flex500 sind seine modernen Schnittstellen:

• Dank dieser, kann die Software aus der Ferne aktualisiert und um neue Funktionen erweitert werden.
• Gesamte Überwachung findet z.B. über HTTP/UDP statt.
• Zudem kann ein zusätzlicher Flex500 als zentrale Steuereinheit mit bis zu siebenfacher Redundanz eingesetzt werden.

Was wird zum Abschätzen des Aufwandes benötigt?

In der Regel reichen die folgenden Angaben aus, um den Preis und die benötigte Ausrüstung grob abzuschätzen:

• Gerätenummer (PN),
• Software Version,
• Anwendung (Single/Dual -engine),
• Anwendung (Generator/Propulsion/beides),
• Schaltplan.

Eine mögliche Anordnung der Antriebe wird in weiterem Bild angedeutet:

Dieses Beispiel zeigt zwei voneinander isolierte Systeme, die weder miteinander kommunizieren noch elektrisch oder mechanisch miteinander verbunden sind. Daher müssen nicht alle sechs Regler ausgetauscht werden, sondern nur eine Gruppe von zwei bzw. vier Geräten.

Weiteren Maßnahmen

Im Schaltschrank befinden sich in der Regel nicht nur die Regler 723+, sondern auch weitere Erweiterungskarten, Trennverstärker, Anzeigeelemente usw.. Es ist daher sinnvoll, auch diese im Rahmen der Modernisierung durch neue zu ersetzen.

Da die modernen Steuerungen einen schnelleren Datenaustausch ermöglichen als die 723 – Steuerungen, kann eine aussagekräftige Visualisierung vorbereitet werden. Diese kann nicht nur den Status der Antriebe anzeigen, sondern auch Fehler im Klartext anzeigen, um die Fehlersuche zu erleichtern.

Die Grundidee der analogen Lastverteilung ist denkbar einfach und wird von Woodward bereits seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Identische Schnittstellen finden sich daher auch in anderen Reglerserien wie dem 723 Plus, dem 721 oder sogar dem analogen 2301A LSSC.

Wie funktioniert die analoge Schnittstelle?

Die analoge Schnittstelle Load Sharing Line erfüllt gleichzeitig zwei Aufgaben: Spannung einspeisen und Spannung messen.

1. Einspeisung der Eigenleistung: Jeder Regler speist seine aktuell skalierte Generatorleistung (0 % bis 100 %) als Analogspannung im Bereich von 0 bis 6 V in die gemeinsame Linie ein.
2. Messung des Lastfehlers (Load Sharing Error): Bedenkt man, dass alle Regler parallel auf dieselbe Linie geschaltet sind, entspricht die Spannung auf der Linie stets der höchsten eingespeisten Spannung – also der des am stärksten belasteten Aggregats.
   • Ermittlung der Abweichung: Jeder Regler vergleicht die Spannung auf der Linie mit seinem eigenen eingespeisten Wert. Die mathematische Differenz ergibt den prozentualen Load Sharing Error.

Ein einfaches Gedankenspiel zur Veranschaulichung

Nehmen wir an, mehrere Generatoren laufen parallel im Inselbetrieb:

• Der am stärksten belastete Regler misst auf der Linie dieselbe Spannung, die er selbst einspeist. Sein Load Sharing Error ist somit 0. Für ihn besteht kein Handlungsbedarf.
• Die weniger belasteten Regler stellen eine Differenz zwischen der Linienspannung und ihrem eigenen Leistungssignal fest. Ihr Load Sharing Error ist größer als 0.
• Ausgleichsregelung: Über einen berechneten Offset (Bias) wird die Soll-Drehzahl der jeweiligen Motoren angepasst. Dadurch übernehmen diese schrittweise mehr Last vom am stärksten belasteten Generator.

Dieser Regelprozess läuft dynamisch so lange ab, bis der Load Sharing Error aller beteiligten Regler den Wert 0 erreicht hat und alle Aggregate prozentual gleichmäßig belastet sind.

Besonderheit bei Segmentierung und Koppelschaltern

In Anlagen mit einem oder mehreren Koppelschaltern (Bus Tie Breakers) muss die Load Sharing Line bei geöffnetem Schalter zwingend synchron aufgetrennt werden.

Sollte die Lastverteilungslinie trotz geöffnetem Koppelschalter verbunden bleiben, würden die Regler der getrennten Netzsegmente weiterhin versuchen, die Leistung über das Gesamtsystem auszugleichen. Dies führt zwangsläufig zu Regelschwingungen sowie massiven Über- oder Unterfrequenzen in den einzelnen Segmenten. Eine saubere galvanische oder relaisseitige Trennung der Load Sharing Line analog zur Schaltstellung der Schalter ist daher essenziell für einen stabilen Betrieb.

Ein weiterer zentraler Aspekt im Betrieb von Aggregaten mit dem Woodward 2301E ist der Ablauf vom Motorstart bis zur automatischen Lastübernahme.

Im Folgenden betrachten wir den typischen Ablauf für ein Aggregat, wenn die Leistungssammelschiene bereits von mindestens einem anderen Generator versorgt wird:

1. Start und Hochlauf

• Motorstart & Betriebsmeldung: Der Motor wird gestartet. Zeitgleich wird der digitale Eingang A (RUN) am Regler aktiviert.
• Leerlaufdrehzahl (Idle): Der Regler bringt den Motor zunächst auf die definierte Leerlaufdrehzahl (IDLE Speed).
• Nenndrehzahl (Rated): Die Beschleunigung auf Nenndrehzahl (RATED SPEED) erfolgt entweder durch das Aktivieren von Eingang C (RATED SPEED) oder – bei aktivierter Automatik – selbstständig durch den Regler.

2. Synchronisation und Zuschaltung

• Netzsynchronisation: Ein externes Synchronisiergerät liest die Netz- sowie Generatorwerte und gleicht Spannung, Frequenz und Phasenlage des Generators an die live versorgte Sammelschiene an.
• Schalterrückmeldung: Sobald die Werte identisch sind, schließt das Synchronisiergerät den Leistungsschalter des Generators (GCB). Gleichzeitig erhält der Regler über Eingang D (GCB CLOSED) die Rückmeldung, dass das Aggregat am Netz ist.
• Bereitschaftsphase: Der Motor läuft nun mit Nenndrehzahl am Netz, übernimmt jedoch vorerst noch keine Wirkleistung.

3. Belastung und Wechsel in den isochronen Betrieb

• Lastanforderung: Erst wenn der Eingang G (LOAD GENERATOR) aktiviert wird, beginnt der Regler, die Drehzahlreferenz leicht anzuheben, um dem Motor gezielt Wirkleistung aufzuprägen.
• Aktivierung der isochronen Lastverteilung: Sobald die Leistungsdifferenz zwischen der aktuellen Generatorleistung und dem System Load (der gemessenen Systemauslastung auf der Load Sharing Line) ca. 10 % unterschreitet, schaltet der Regler automatisch auf isochrone Lastverteilung um.Hinweis: Die aktive isochrone Lastverteilung wird durch die grüne LED in der Mitte der Reglerfront signalisiert.

Sonderfall: Synchronisation von Netzsegmenten (Tie Breaker / Koppelschalter)

Sollen zwei bereits unter Spannung stehende Netzsegmente über einen Koppelschalter (Tie Breaker) synchronisiert werden, muss die Frequenz einer der beiden Seiten kurzzeitig angepasst werden. Dies erfordert ein spezielles Vorgehen bei den beteiligten Reglern:

1. Umschaltung in den Droop-Betrieb: Die Generatoren der zu synchronisierenden Seite müssen kurzzeitig von Isochronous auf Statik (Droop), wie im Video unten, umgeschaltet werden.
   • Sanfter Übergang: Der Woodward 2301E übernimmt dabei die aktuelle Drehzahlreferenz nahtlos aus dem isochronen Betrieb, sodass im Moment des Umschaltens keine Frequenzabweichung entsteht.
2. Synchroner Drehzahlabgleich: Alle Motoren des betroffenen Segments passen nun gemeinsam und parallel ihre Drehzahl an, bis Frequenz und Phasenlage über dem Koppelschalter übereinstimmen.
3. Schließen des Koppelschalters: Sobald der Koppelschalter schließt, müssen zwei Aktionen synchron erfolgen:
   • Die Load Sharing Line der beiden Segmente wird galvanisch/relaisseitig miteinander verbunden (wie im vorherigen Abschnitt beschrieben).
   • Der digitale Eingang D (GCB / Tie Breaker CLOSED) wird an allen beteiligten Reglern aktiviert.

Ergebnis: Die neu hinzugeschalteten Generatoren passen ihre Leistung umgehend an. Sobald die Mindestbedingung (Differenz zum System Load < 10 %) erreicht ist, aktivieren alle Regler automatisch wieder die isochrone Lastverteilung – das Gesamtsystem läuft stabil und symmetrisch ausgeregelt.

Die analoge Lastverteilungslinie (Load Sharing Line) bietet bewährte Vorteile: Sie ist äußerst robust, einfach einzubinden und erfordert eine vergleichsweise unkomplizierte Konfiguration der einzelnen Teilnehmer.

Allerdings stößt die analoge Technik in komplexeren Anforderungsprofilen an ihre Grenzen. Die moderne Datenübertragung über CAN-Bus ermöglicht es heute, neben den reinen Leistungsdaten auch umfassende Statusmeldungen in Echtzeit auszutauschen. Dies erlaubt eine deutlich präzisere, dynamischere und sanftere Lastverteilung zwischen den Motoren. Mit moderner Hardware – wie beispielsweise dem Woodward 2300E – lässt sich diese digitale Vernetzung zukunftssicher und effizient umsetzen.

Die 2300E Steuerung ist die ideale Lösung für Systeme mit Diesel- und Gasmotoren sowie Dampf- und Wasserturbinen, deren ursprüngliche Steuergeräte veraltet sind oder nicht mehr hergestellt werden. Mit modernen industriellen Schnittstellen wie CAN und MODBUS ermöglicht sie den einfachen Anschluss einer Vielzahl moderner Erweiterungsgeräte wie Ein-/Ausgangsmodule, Displays und mehr.

Dank der integrierten direkten Leistungsmessung ist die 2300E besonders geeignet für Generatoranwendungen. Dadurch können zusätzliche Messwandler vermieden werden, was die Effizienz steigert und die Lastverteilung zwischen den Motoren optimiert. Die 2300E bietet damit eine zukunftssichere und leistungsstarke Steuerungslösung für anspruchsvolle und kundenspezifische Systeme.

Flexibilität durch Erweiterungsmöglichkeiten

Die 2300E-Steuerung bietet eine überschaubare Anzahl an Ein- und Ausgängen, was jedoch kein Hindernis für vielseitige Anwendungen darstellt. Dank der Möglichkeit, externe I/O-Karten einzusetzen, lässt sich die Steuerung problemlos erweitern.

Von kosteneffizienten WAGO CAN-Feldbuskopplern bis hin zu leistungsstarken Woodward LINK-net Modulen stehen zahlreiche Optionen zur Verfügung. Damit können nahezu alle Arten von Sensoren sowie digitale und analoge Signale erfasst und ausgegeben werden – flexibel und anwendungsorientiert.

Programmierung

Die 2300E-Steuerung wird mit der bewährten GAP-Programmierumgebung konfiguriert. Da die erste GAP-Version bereits in den 1990er-Jahren entwickelt wurde, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass bestehende Programme mit minimalem Zeitaufwand in die aktuelle Version konvertiert werden können.

Durch den Einsatz neuer Funktionen und moderner Ansätze wird nicht nur die Wiederinbetriebnahme älterer Anlagen ohne aufwendige Umbauten ermöglicht, sondern auch deren Funktionalität erweitert. Funktionen wie Überwachung, Visualisierung und Darstellung können integriert werden, wodurch die Effizienz und Übersichtlichkeit der Anlagen erheblich gesteigert werden.