Der Sensor, der dem Kran in Echtzeit mitteilt, was die See gerade bewirkt hat: sechs Freiheitsgrade.
Bewegungsreferenzeinheiten (MRU)
Was eine MRU in den sechs Freiheitsgraden misst, wie aktive und passive Systeme dieses Signal unterschiedlich nutzen und welche Anforderungen für Montage und Kalibrierung gelten.
Von Norwegian Dynamics Engineering · · Geprüft · 5 Min. Lesezeit
Was ist eine MRU?
Eine Bewegungsreferenzeinheit (MRU) ist ein Inertialsensor, der die Bewegungen eines Schiffes in allen sechs Freiheitsgraden misst: Längsbewegung, Querbewegung, Hubbewegung (Translationen) sowie Rollen, Stampfen und Gieren (Rotationen). Bei Offshore-Hebevorgängen liefert die MRU das Echtzeit-Hubsignal, mit dem Systeme zur aktiven Seegangskompensation (AHC) die kompensierende Winde ansteuern.
Praktische Anwendung: Bewegungsdaten fließen direkt in die Analyse von Hebevorgängen und die Steuerung des Kompensators ein: siehe Technische Studien und Analysen und ANTARES Adaptive PHC.
Moderne MRUs kombinieren Beschleunigungssensoren und Gyroskope (typischerweise MEMS-basiert oder faseroptisch) mit digitaler Signalverarbeitung, um die tatsächliche Hubbewegung von Sensorrauschen und Langzeitdrift zu trennen. Zu den wesentlichen Auswahlparametern zählen die angegebene Hubgenauigkeit und die Bedingungen, für die sie definiert ist, Latenz und Ausgaberate, der nutzbare Periodenbereich sowie Stützsignale und Schnittstellen; maßgeblich ist jeweils das aktuelle Datenblatt des ausgewählten Geräts.
Zu den gängigen MRU-Herstellern gehören Kongsberg (Seatex-MRU-Serie), iXblue und SMC. Die MRU wird am oder nahe dem Kransockel montiert, um die Bewegungen am relevanten Punkt zu messen.
Die sechs Freiheitsgrade: Was die MRU misst
Drei Translationen und drei Rotationen beschreiben sämtliche Bewegungen eines Schiffes im Seegang. Die MRU erfasst alle sechs; für Hebevorgänge ist der Hubkanal die maßgebliche Größe des Regelkreises:
Auf diesem Regelkreis beruht die aktive Seegangskompensation. Ein passiver Seegangskompensator benötigt ihn nicht (er reagiert mechanisch), und die ANTARES adaptiv-passive PHC nutzt die Sensorrückführung nur zur Optimierung ihrer eigenen Einstellungen.
MRU in aktiven und passiven Systemen
Aktive Seegangskompensation (AHC): Die MRU ist unverzichtbar: Sie liefert das vorsteuernde Hubsignal, mit dem das Regelsystem den Windenmotor oder Hydraulikzylinder gegenphasig zur Schiffsbewegung ansteuert. Ohne eine genaue MRU kann AHC nicht funktionieren. Das MRU-Signal wird mit einem Kalman-Filter oder einem ähnlichen Algorithmus verarbeitet, um die Hubbewegung ein bis zwei Abtastwerte im Voraus zu prognostizieren. Dadurch erhält das Regelsystem Zeit zum Reagieren.
Passive Seegangskompensation (PHC): Eine standardmäßige PHC benötigt keine MRU; sie reagiert über die Dynamik einer Gasfeder mechanisch auf Laständerungen. Einige fortschrittliche passive Systeme verwenden MRU-Daten jedoch zur Überwachung und Leistungsprüfung. Die adaptiv-passive PHC ANTARES nutzt die Sensorrückführung zur automatischen Dämpfungsregelung, während die Lastabstützung passiv bleibt. Dies ist ein anderer Mechanismus als die MRU-gesteuerte aktive Regelung und kommt ohne die Komplexität eines AHC-Systems aus.
IMU, VRU oder MRU: Was ist was?
| Sensor | Messgrößen | Ausgaben | Ausreichend für AHC? |
|---|---|---|---|
| IMU | Rohbeschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten | Unverarbeitete Inertialdaten | Nein, externe Verarbeitung erforderlich |
| VRU | IMU + Lageberechnung | Rollen und Stampfen gegenüber der Vertikalen | Allein nicht, keine verarbeitete Hubbewegung |
| MRU | Alle sechs Freiheitsgrade mit integrierter DSP | Driftkorrigierte Hubbewegung, Rollen, Stampfen (und weitere Größen) in Echtzeit | Ja, dies ist das Eingangssignal für AHC |
Der Hubkanal ist die eigentliche Herausforderung: Die Signalverarbeitung der MRU (und die nachgelagerte Kalman-Filterung) dient dazu, die tatsächliche Bewegung in der Wellenperiode von Sensorrauschen und Langzeitdrift zu trennen.
Installation und Kalibrierung
Eine ordnungsgemäße Installation der MRU ist für die Leistung der AHC entscheidend. Wesentliche Aspekte:
- Position: Montage am oder nahe dem Kransockel. Eine weit vom Kran entfernte Montage verursacht Hebelarmfehler, da Roll- und Stampfbewegungen an verschiedenen Stellen des Schiffes unterschiedliche Hubbewegungen erzeugen.
- Ausrichtung: Die Achsen der MRU müssen auf das Koordinatensystem des Schiffes ausgerichtet sein. Eine Fehlausrichtung verursacht Kreuzkopplungsfehler, bei denen die Rollbewegung das Hubsignal verfälscht.
- Kalibrierung: Bei der Erstkalibrierung werden Sensor-Offsets und Skalierungsfaktoren bestimmt. Einige MRUs kalibrieren sich mithilfe von GNSS-Stützsignalen selbst.
- Redundanz: Kritische AHC-Systeme verwenden häufig zwei redundante MRUs, um den Betrieb bei Ausfall eines Sensors aufrechtzuerhalten.
Für die Auswahl des Kompensators, ist es hilfreich zu wissen, ob das Kransystem eine MRU umfasst (und welche Spezifikationen sie hat), um zu bestimmen, ob eine aktive, passive oder adaptiv-passive Lösung am besten geeignet ist.
Häufige Fragen zu Bewegungsreferenzeinheiten
Was ist eine Bewegungsreferenzeinheit (MRU)?
Was ist der Unterschied zwischen einer IMU, einer VRU und einer MRU?
Benötigt die passive Seegangskompensation eine MRU?
Wo sollte eine MRU montiert werden?
Wie genau ist eine MRU?
Verwandte Inhalte bei Norwegian Dynamics
- Aktive Seegangskompensation — Inline-AHC, MRU-Eingangssignal, hydraulische Betätigung und Einsatzbereiche von AHC.
- Schiffsbewegungen — Wie die Schiffsreaktion RAO die Bewegung der Kranspitze bestimmt.
- Funktionsweise der aktiven Seegangskompensation — Regelkreis, MRU-Eingangssignal und Betätigungskette.
Bewegungsdaten in eine Entscheidung über den Hebevorgang überführen?
Die Platzierung der MRU und die Abstimmung der AHC sind eng miteinander verknüpft. Wenn Sie ein System auslegen, nennen Sie uns das Schiff, und wir beraten Sie.
