- Пристанищна автоматизация
- Мобилни контролери превръщат пристанищните кранове в интелигентни машини
Мобилен контролер трансформира крановете в интелигентни машини
Fig.1: Indusign изгражда от 10 до 14 крана за претоварване годишно. Те се продават по целия свят под марката E-Crane.
По-бързото товарене и разтоварване на корабите става все по-важно поради нарастващото търсене и нарастващия брой кораби за насипни товари. Това означава, че са необходими по-големи кранове за претоварване при обработката на насипни товари. Фирмите, извършващи товарните дейности, обаче срещат трудности при намирането на опитни кранисти. Ето защо индустрията търси по-мощни кранове, с които е възможно най-лесно да се работи.
През последните години тези тенденции провокираха еволюция в Indusign, белгийски производител на кранове за претоварване със седалище в Адегем. Компанията е основана през 1990 г. като инженерно бюро, но след няколко години и по искане на няколко клиенти тя преминава към производство. Днес компанията изгражда от 10 до 14 крана годишно, които се използват по целия свят под марката E-Crane.
Няколко впечатляващи числа: най-големият кран е с височина 25 m, обхват 45 m, може да премества 45 тона на цикъл и е оборудван със задвижващ двигател 600 kW. Използването на тези гиганти се е превърнало в обичайна практика от дълго време. Само преди 10 години крановете за претоварване имаха среден капацитет от 5 до 10 тона; днес той е 10 до 30 тона. Това е единствената възможност за ускоряване на логистичните процеси в пристанищата. Тези кранове не могат да се сравняват с подемните кранове. Подемните кранове всъщност са проектирани за ограничен брой движения на ден, докато крановете за претоварване могат да се използват постоянно. Освен това се очаква тези машини да бъдат особено гъвкави, тъй като крановете трябва да могат да преместват контейнери, да вдигат товарач Bobcat на борда и т.н.
С крана E-Crane, Indusign интегрира електронно управление на крановете през последните години. Първата причина беше да се заменят първоначалните джойстици с хидравлични клапани с електронен вариант, като се има предвид, че хидравличният вариант се използва все по-рядко. След това беше използван контролер, осигуряващ преобразуването на електронното управление в управление на хидравличните клапани, монтирани на крана. След внедряването на контролера бяха добавяни все повече функции, така че днес той е интелигентна машина с управление, визуализация и съвременни възможности за диагностика.
Балансиран проект
Буквата E в E-Crane означава „равновесие“ и се отнася до специфичната за крана концепция за баланса. Стрелата (основното рамо) е паралелограм. Второто му рамо е свързващ прът, който съединява предното рамо и противотежестта на крана. Движението на предното рамо се извършва чрез завъртане на противотежестта с помощта на хидравличен цилиндър, което се прехвърля към предното рамо от свързващия прът. Резултатът: противотежестта се залюлява назад, когато предното рамо се премества напред, така че гравитационният център на цялата конструкция остава на мястото си.
Благодарение на това равновесие може да се спести енергия поради факта, че мощността на двигателя се използва само за повдигане на действителния товар и, разбира се, за преместване на крана, но не и за компенсиране на дисбаланса. За разлика от кабелните кранове, тази конструкция предлага още едно предимство: товарът не може да се люлее, така че е възможно да се работи по-бързо и по-независимо от опита на краниста. Крановете се управляват чрез два джойстика. В допълнение към движението на стрелата и предното рамо, те предлагат възможност за завъртане на крана и за отваряне, затваряне или завъртане на грайфера. Всички тези движения се задействат хидравлично, ето защо кранът е оборудван с електрически двигател и хидравлична помпа.
Преминаването към електронно управление се дължи на факта, че използваните преди това джойстици с хидравлични клапани вече не са налични. Те трябваше да бъдат заменени с електронни джойстици и нов контролер за преобразуване на електрически входни сигнали за управлението на хидравличните клапани. Скоро стана ясно, че електронното управление предлага множество допълнителни възможности, като например контрол на ускорението и забавянето в края на работната зона. Движенията на крана стават по-плавни и това има положителен ефект върху безопасността и издръжливостта на машината.
В същото време беше възможно да се свържат всички видове сензори към управлението, така че да се адаптира скоростта към теглото на товара и да се интегрира защитата срещу претоварване на управлението.
Друго логическо подобрение е, че операторът на крана вече има графичен интерфейс с цифрово отчитане на състоянието на крана. Товарът на крана е най-важният параметър за оператора, но на интерфейса графично се показват също така цяла поредица от съобщения за грешки. Интерфейсът разполага, освен другите си функции, с голям брой диагностични екрани, позволяващи достъп до поредица от данни за състоянието на крана. Компактна флаш карта памет в графичния интерфейс запазва приблизително всяка втора секунда стойностите на около 60 променливи.
Всичко това промени в значителна степен методите на работа на оператора и на персонала по техническото обслужване на доставчика. В миналото например, влошаването на работните характеристики на свързващия кабел на динамометричния сензор (динамометричния сензор) на рамото на крана е водело до спиране на крана от съображения за безопасност, а системата за безопасност е била свързана с мост в релейния шкаф за управление.
Днес това се прави на софтуерно ниво, което означава, че можете да решите заедно с доставчика дали временно да свържете с мост системата за безопасност. Тази процедура се записва, може да активира аларма и т.н., като по този начин позволява временно да се намали скоростта и да се програмира техническо обслужване. Това изпълнение подобрява ефективността, надеждността и продължителността на живота на машината.
Мобилен контролер за изключително тежки условия
След внимателно обмисляне, за това приложение бяха избрани мобилните контролери от серията R360 на ifm electronic. Типично предимство на „мобилните“ PLC пред „индустриалните“ контролери е тяхната повишена надеждност. В този случай контролерите имат удароустойчивост със сертификат 1; те функционират в температурен диапазон от -40 до +60 °C, имат клас на защита IP 67 и са силно устойчиви на електромагнитни смущения. Друг интересен аспект на това приложение е ниското захранващо напрежение, което позволява захранване от батерия. По този начин кранът може да работи независимо.
Друг важен критерий за конструктора на крана беше отвореният характер на системата. Indusign притежава инженерно ноу-хау и иска да развие и овладее технологията на своите машини. PLC на ifm се програмират чрез CodeSys, отворен стандарт, за който съществува пълна библиотека със софтуерни модули за различните компоненти на инсталацията. По този начин компанията не зависи от един единствен доставчик на системи по отношение на сензори, клапани и други компоненти. По отношение на това ноу-хау те приложиха доста спонтанен, но ефективен метод за включване на всички служители в преминаването към електронно управление. В столовата беше поставена тестова инсталация с PLC, интерфейс човек-машина и симулация на всички приложими входове/изходи. Всеки оператор имаше възможност да се упражнява през свободното си време. Освен това, инженерният отдел разполага с подобна инсталация за тестови цели и изпълнение на заявки на клиенти.
Автоматизацията на крана е базирана на CAN шина, за която мобилният PLC има стандартен интерфейс. На шината има пет входно/изходни модула: два в „силовия блок“с двигателя и хидравличната помпа, два в кабината на водача и един последен на шасито на крана близо до клапаните. Дори дисплеят, също разработен от ifm, е свързан към CAN шина и осигурява достъп до всички параметри на системата. Също така, на ниво интерфейс всички променливи периодично се записват на карта памет. Тази история е полезна, когато се отнася за диагностика и техническо обслужване, за които отново са програмирани специфични интерфейси на ниво дисплей.
Отдалечена диагностика
Автоматизацията на крановете донесе със себе си още една възможност: отдалечената диагностика. За целта в системата на CAN шината беше интегриран специален GSM модем. Този модем позволява да се обадите на всеки кран, където и да се намира по света, от завода в Адегем. Това е трилентов модем, който се адаптира към мрежата на местоположението си. Отдалечена връзка не е трудно да се осъществи от техническа гледна точка. Заводът има достъп до променливите на шината точно както дисплея на крана. С помощта на подобен софтуер е възможно да видите в реално време същите кранове като оператора на крана. Проблемът от предишния пример за повреден кабел на сензора може да бъде разрешен от модема заедно с потребителя и доставчика. Различните нива потребители определят кой може да участва и в коя операция. Данните, получени чрез модема, могат да бъдат предадени и на тестовата инсталация на инженерния отдел.
Проблем, произтичащ от такава концепция с CAN шина, е, че PLC ще играе централна, но и решаваща роля за функционирането на крана. Докато в миналото опитният персонал по техническото обслужване се занимаваше с множество отделни корекции, днес всички промени се стартират със софтуера. За тези гиганти това е доста странна ситуация, тъй като този мобилен PLC на пръв поглед изглежда незначителен елемент от цялата система, като се имат предвид размерите му или инвестицията. Indusign прилага същия отворен подход към този проблем, както и при избора на контролера. С други думи, всеки клиент, който иска да адаптира по някакъв начин управлението, получава изходния код от доставчика. На практика, такова искане все още не е направено. Крановете са част от пазар, който производителят познава отлично и в който всички функции на системата са разработени така, че да отговорят на изискванията на индустрията. Последно предимство: от кабината на крана може да се реализира интерфейс с други софтуерни системи от потребителя.
