Indusign – Mobilsteuerung verwandelt Kräne in intelligente Maschinen
Applikationsbericht
Indusign baut 10 bis 14 Umladekräne pro Jahr. Sie werden weltweit unter dem Markennamen E-Crane verkauft.
Schnelleres Be- und Entladen von Schiffen wird immer wichtiger wegen der gestiegenen Nachfrage und der steigenden Anzahl von Frachtschiffen. Dies bedeutet, dass größere Umladekräne benötigt werden für die Frachtabfertigung. Die Belader haben jedoch Schwierigkeiten, erfahrene Kranführer zu finden. Daher sucht die Branche nach leistungsstärkeren Kränen, die so einfach wie möglich zu bedienen sind.
Einige eindrucksvolle Zahlen: der größte Kran hat eine Höhe von 25 m, eine Reichweite von 45 m, kann 45 Tonnen pro Zyklus bewegen und ist mit einem Antriebsmotor von 600 kW ausgestattet. Die Verwendung dieser Riesen ist jetzt schon seit langem üblich.
Noch vor 10 Jahren hatten die Verladekräne eine durchschnittliche Kapazität von 5 bis 10 Tonnen; heute sind es 10 bis 30 Tonnen. Dies ist die einzige Möglichkeit, die logistischen Prozesse in den Häfen zu beschleunigen. Diese Kräne können nicht mit Hebekränen verglichen werden. Diese werden tatsächlich entworfen für eine begrenzte Anzahl von Bewegungen pro Tag, die Verladekräne jedoch können ständig verwendet werden. Weiterhin wird von diesen Maschinen erwartet, dass sie besonders flexibel sind, da die Kräne in der Lage sein müssen, Container zu bewegen, einen Minibagger an Bord zu heben usw.
Mit dem E-Crane hat Indusign in den letzten Jahren eine elektronische Steuerung in den Kränen integriert. Der erste Grund war, die ursprünglichen Joysticks mit Hydraulikventilen durch eine elektronische Version zu ersetzen, da die hydraulische Version immer weniger verwendet wird. Eine Steuerung stellt dann die Umwandlung der elektronischen Steuerung für eine Steuerung der hydraulischen Ventile, die am Kran installiert sind, sicher. Nach Einbau der Steuerung wurden immer mehr Funktionen hinzugefügt, so dass es heute eine intelligente Maschine mit einer Steuerung, Visualisierung und modernen Diagnosemöglichkeiten ist.
Ein ausgewogenes Projekt
Der Buchstabe E in E-Crane steht für "equilibrium" (= Gleichgewicht) und bezieht sich auf das kranspezifische Auswuchtungskonzept. Der Ausleger (Hauptarm) ist ein Parallelogramm. Sein zweiter Arm ist eine Verbindungsstange, die den Vorderarm und das Gegengewicht des Krans verbindet. Die Bewegung des Vorderarms wird durch das Schwingen des Gegengewichts erreicht mittels eines hydraulischen Zylinders, der durch die Verbindungsstange auf den Vorderarm übertragen wird. Ergebnis: das Gegengewicht schwingt zurück, wenn der Vorderarm sich vorwärts bewegt, so dass das Gravitationszentrum der gesamten Struktur an Ort und Stelle bleibt.
Dank dieses Gleichgewichts kann Energie eingespart werden, da die Motorkraft nur verwendet wird, um die tatsächliche Last zu heben und, natürlich, um den Kran zu bewegen, aber nicht zum Ausgleich des Ungleichgewichts. Im Gegensatz zu Kabelkränen bietet diese Konstruktion einen weiteren Vorteil: Die Last kann nicht schwingen, so dass es möglich ist, schneller und unabhängiger von der Erfahrung des Kranführers zu arbeiten. Die Kräne werden durch zwei Joysticks bedient. Zusätzlich zur Bewegung des Auslegers und des Vorderarms bieten sie die Möglichkeit, den Kran zu drehen und den Greifer zu öffnen, zu schließen oder zu rotieren. Alle diese Bewegungen werden hydraulisch betrieben, daher hat der Kran einen elektrischen Motor und eine hydraulische Pumpe an Bord.
Der Wechsel zur elektronischen Steuerung ist damit begründet, dass die vorher verwendeten Joysticks mit hydraulischen Ventilen nicht mehr verfügbar sind. Sie sollten durch elektronische Joysticks und eine neue Steuerung für die Umwandlung von elektrischen Eingangssignalen zur Steuerung der hydraulischen Ventile ersetzt werden. Es wurde bald offensichtlich, dass die elektronische Steuerung viele zusätzliche Möglichkeiten bot, wie die Steuerung der Beschleunigung und Verlangsamung am Ende des Arbeitsbereichs. Dieses Verhalten des Krans ist weniger abrupt und hat somit eine positive Auswirkung auf die Sicherheit und Haltbarkeit.
Gleichzeitig war es möglich, alle Arten von Sensoren an die Steuerung anzuschließen, um die Geschwindigkeit an das Lastgewicht anzupassen und den Schutz gegen Überlast der Steuerung zu integrieren.
Eine weitere logische Entwicklung ist, dass der Kranführer jetzt eine graphische Schnittstelle mit Angabe des Kranstatus in Zahlen hat. Die Last des Krans ist der wichtigste Parameter für den Kranführer, es werden aber auch ganze Serien von Fehlermeldungen graphisch an der Schnittstelle angezeigt. Die Schnittstelle bietet unter anderem eine hohe Anzahl von Diagnosebildschirmen, die Zugriff auf eine Reihe von Statusdaten des Krans ermöglichen. Eine Compact Flash Speicherkarte in der graphischen Schnittstelle speichert alle zwei Sekunden die Werte von ungefähr 60 Variablen.
All dies hat die Arbeitsmethoden der Kranführer und des Wartungspersonals des Lieferanten erheblich verändert. In der Vergangenheit kam es zum Beispiel zu einer Verschlechterung des Anschlusskabels des Drehmomentsensors (Kraftaufnehmer) des Kranarms und führte dazu, dass der Kran aus Sicherheitsgründen stillgelegt wurde und das Sicherungssystem wurde in dem Relaisschaltschrank überbrückt.
Heute geschieht dies auf Softwareebene, was bedeutet, dass man zusammen mit dem Lieferanten entscheiden kann, das Sicherheitssystem zeitweilig zu überbrücken. Dieses Verfahren wird aufgezeichnet, kann einen Alarm auslösen usw. und somit ermöglichen, die Geschwindigkeit zeitweilig zu verringern und einen Wartungseingriff zu programmieren. Diese Durchführung verbessert die Effizienz, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Maschine.
Ein Modem installiert in Adegem ermöglicht Kontakt mit allen Kränen überall auf der Welt.
Eine Mobilsteuerung für extreme Bedingungen
Nach sorgfältigen Überlegungen wurden die Mobilsteuerungen der R360 Serie von ifm electronic für diese Applikation ausgewählt. Ein typischer Vorteil der mobilen SPS gegenüber den "industriellen" Steuerungen ist die größere Robustheit. In diesem Fall sind die Steuerungen schock- und vibrationsfest und besitzen darüber hinaus eine E1-Zulassung; sie funktionieren in einem Temperaturbereich von -40 bis +85°C, haben Schutzart IP 67 und sind äußerst widerstandsfähig gegen elektromagnetische Störungen. Ein weiterer interessanter Aspekt dieser Applikation ist die niedrige Versorgungsspannung, die eine Versorgung über Batterie ermöglicht. Daher kann der Kran autark arbeiten.
Ein weiteres wichtiges Argument für den Kranhersteller war der offene Charakter des Systems. Indusign hat technisches Know-how und möchte die Technologie ihrer Maschinen entwickeln und beherrschen. Die Steuerungen von ifm werden mit CodeSys programmiert, ein offener Standard, für den eine komplette Bibliothek mit Softwaremodulen für die unterschiedlichen Komponenten der Anlage existiert. Daher hängt das Unternehmen nicht von einem einzigen Lieferanten von Systemen bezüglich Sensoren, Ventile und anderer Bauteile ab. In Bezug auf dieses Know-how haben sie die ziemlich spontane, aber wirksame Methode angewandt, alle Mitarbeiter bei der Umstellung auf elektronische Steuerungen miteinzubeziehen. Ein Testaufbau mit SPS, "Human-Machine Interface" und einer Simulation aller anwendbaren Eingänge / Ausgänge wurde in der Kantine zur Verfügung gestellt. Jeder Kranführer hatte die Gelegenheit, in seiner Freizeit zu üben. Weiterhin hatte die technische Abteilung einen ähnlichen Aufbau zu Testzwecken und zur Realisierung von Kundenwünschen.
Die Automatisierung des Krans basiert auf CAN Bus, wofür die mobile SPS eine Standardschnittstelle hat. Es gibt am Bus fünf E/A-Inseln: zwei in dem Antrieb mit Motor und hydraulischer Pumpe, zwei in der Fahrerkabine und eine letzte in dem Kranfahrgestell in der Nähe der Ventile. Auch das ebenfalls von ifm entwickelte Display wird an den CAN Bus angeschlossen und ermöglicht Zugriff auf alle Systemparameter. Auf der Schnittstellenebene werden auch alle Variablen periodisch auf einer Speicherkarte gesichert. Diese Historie ist nützlich, wenn es dazu kommt, dass Diagnose und Wartung für spezielle Schnittstellen wieder auf dem Displaylevel programmiert werden.
Indusign entschied sich für die mobilen Steuerungen von ifm electronic. Sie werden mit CodeSys programmiert.
Ferndiagnose
Die Automatisierung der Kräne hat eine weitere Option mit sich gebracht: Ferndiagnose. Zu diesem Zweck wurde ein spezielles GSM-Modem in das System auf dem CAN-Bus integriert. Dieses Modem ermöglicht es, vom Werk in Adegem aus jeden Kran anzuwählen, wo auch immer er sich in der Welt befindet. Es ist ein Dreibandmodem, dass sich automatisch an das Netzwerk des Standorts anpasst. Fernverbindungen sind technisch nicht schwierig. Die Anlage hat Zugriff auf die Variablen am Bus, so wie das Display am Kran. Wenn man eine ähnliche Software verwendet, ist es somit möglich, in Echtzeit dieselben Kräne zu sehen wie der Kranführer. Das obige Problem mit einem fehlerhaften Sensorkabel kann gelöst werden durch das Modem zusammen mit dem Anwender und dem Lieferanten. Unterschiedliche Nutzerlevels legen fest, wer an welchem Eingriff teilnehmen kann. Die Daten, die über das Modem eingehen, können auch an die Testanlage der technischen Abteilung übertragen werden.
Ein Problem, das aus einem derartigen Konzept mit CAN Bus resultiert, ist, dass die SPS eine zentrale, aber auch entscheidende Rolle für das Funktionieren des Krans spielen wird. Während erfahrenes Wartungspersonal früher viele individuelle Anpassungen vornahm, werden heute alle Änderungen mit der Software gestartet. Für diese Riesen ist es eine ziemlich merkwürdige Situation, da diese mobile SPS auf den ersten Blick in Hinblick auf die Abmessungen und die Investitionen wie ein vernachlässigbares Element des ganzen Systems aussieht. Indusign wendet bei diesem Problem den gleichen offenen Ansatz an wie bei der Auswahl der Steuerung. Mit anderen Worten, jeder Kunde, der Anpassungen an der Steuerung vornehmen möchte, erhält den Quellcode vom Lieferanten. In Praxis ist eine derartige Anfrage bisher noch nicht gestellt worden. Die Kräne sind Teil eines Marktes, den der Hersteller in- und auswendig kennt und wo alle Funktionen des Systems so entwickelt sind, dass sie den Anforderungen der Branche entsprechen. Eine letzte Öffnung: vom Führerhaus aus kann vom Anwender eine Schnittstelle mit anderen Softwaresystemen eingerichtet werden.
Indusign hat fundiertes technisches Wissen und möchte weiterhin das gesamte Know-how bezüglich ihrer Maschinen entwickeln und verwalten. Bild: Test mit Ausrüstung.