Indusign – En mobil styreenhed transformerer kraner til intelligente maskiner
Applikationsrapport
Indusign bygger 10 til 14 omladningskraner hvert år. De sælges i hele verden under handelsnavnet E-Crane.
Hurtigere læsning og aflæsning af skibe bliver stadigt vigtigere på grund af den stigende efterspørgsel og et stigende antal massegodsskibe. Det betyder, at der er behov for større omladningskraner til bulkbearbejdning. Det er dog vanskeligt at finde erfarne kranoperatører til læsserne. Derfor er industrien på udkig efter mere kraftfulde kraner, der er så lette at betjene som muligt.
Nogle imponerende tal: den største kran har en højde på 25 m, en rækkevidde på 45 m, kan flytte 45 tons pr. cyklus og er udstyret med en drevmotor på 600 kW. Brugen af disse giganter har i lang tid været ret almindelig.
For 10 år siden havde omladningskranen en gennemsnitlig kapacitet på 5 til 10 tons; i dag er det 10 til 30 tons. Det er den eneste mulighed for at fremskynde de logistiske processer i havnene. Disse kraner kan ikke sammenlignes med hejsekraner. De sidstnævnte er faktisk designet til et begrænset antal bevægelser pr. dag, omladningskranerne kan derimod anvendes permanent. Derudover forventes det, at disse maskiner er utroligt fleksible, da kranerne skal være i stand til at flytte containere, løfte en Bobcat ombord, osv.
Med E-Crane har Indusign integreret en elektronisk styring af kranerne i de seneste år. Den første grund var at udskifte joystickene med hydrauliske ventiler med en elektronisk version, på grund af at den hydrauliske version anvendes mindre og mindre. En styreenhed sikrer derefter konverteringen af den elektroniske styring til en styring af de hydrauliske ventiler, der er monteret på kranen. Da styreenheden var på plads, blev der tilføjet flere og flere funktioner, så det i dag er en intelligent maskine med en styring, visualisering og moderne diagnosemuligheder.
Et balanceret projekt
Bogstavet E i E-Crane står for equilibrium (ligevægt) og relaterer til det kranspecifikke balancekoncept. Udliggeren (hovedarm) er et parallelogram. Dens anden arm er en plejlstang, der forbinder kranens frontarm og kontravægt. Frontarmens bevægelse udføres ved at svinge kontravægten ved hjælp af en hydraulisk cylinder, der overføres til frontarmen af plejlstangen. Resultat: kontravægten svinger tilbage, når frontarmen bevæger sig fremad, så gravitationscentret for hele strukturen forbliver på plads.
Takket være denne ligevægt kan der spares energi på grund af det faktum, at motorens effekt kun anvendes til løft af det aktuelle læs og selvfølgelig til flytning af kranen, men ikke til at kompensere en uligevægt. I modsætning til kabelkraner har denne konstruktion mange andre fordele: læsset kan ikke svinge, så det er muligt at arbejde hurtigere og mere uafhængigt af kranoperatørens erfaring. Kranerne betjenes via to joysticks. Udover bevægelsen af udliggeren og frontarmen giver de mulighed for at svinge kranen og åbne, lukke eller rotere gribeskovlen. Alle disse bevægelser drives hydraulisk, derfor har kranen en elektrisk motor og en hydraulisk pumpe om bord.
Skiftet til en elektronisk styring skyldes det faktum, at de tidligere anvendte joysticks med hydrauliske ventiler ikke fås længere. De udskiftes med elektroniske joysticks og en ny styreenhed til konverteringen af elektriske indgangssignaler til styring af de hydrauliske ventiler. Det blev hurtigt tydeligt, at den elektroniske styring gav mange ekstra muligheder, f.eks. styring af acceleration og deceleration i slutningen af arbejdszonen. Kranens adfærd er mindre brat (grundet rampestyring) hvilket har en positiv effekt på sikkerhed og holdbarhed.
Samtidig var det muligt at tilslutte alle typer sensorer ved styringen, så hastigheden kunne tilpasses til belastningsvægten og der kunne integreres beskyttelse mod overbelastning af styringen.
En anden logisk udvikling er, at kranens operatør nu har et grafisk interface med en numerisk læsning af kranstatus. Kranens belastning er den vigtigste parameter for operatøren, men der vises også en hele serie af fejlmeldinger grafisk på interfacet. Interfacet har blandt andet et stort antal diagnoseskærme, der muliggør adgang til en række statusdata for kranen. Et kompakt flashhukommelseskort i det grafiske interface gemmerværdierne for omkring 60 variabler ca. hvert andet sekund.
Alt dette har ændret arbejdsmetoderne for operatøren og leverandørens vedligeholdelsespersonale betydeligt. Tidligere blev tilslutningsledningen for den dynamometriske sensor (vejecelle) for kranarmen f.eks. forringet og medførte immobilisering af kranen af sikkerhedsmæssige årsager, og måske at sikkerhedssystemet blev forbikoblet i relækontaktskabet.
I dag sker dette på softwareniveau, hvilket betyder, at du sammen med leverandøren kan beslutte, at sikkerhedssystemet skal forbikobles midlertidigt. Denne procedure optages, kan udløse en alarm, osv. og tillader derfor en midlertidig reduktion af hastigheden og programmering af et vedligeholdelsesindgreb. Denne implementering forbedrer effektiviteten, driftssikkerheden og levetiden for maskinen.
Et modem installeret i Adegem muliggør kontakt til alle kraner, uanset hvor de befinder sig i verden.
En mobil styreenhed til ekstreme betingelser
Efter omhyggelige overvejelser valgte man de mobile styreenheder i R360 serien fra ifm electronic til denne anvendelse. En typisk fordel ved "mobile" PLC'er sammenlignet med "industrielle" PLC’er, er deres øgede robusthed. I dette tilfælde har styreenhederne en modstandsdygtighed over for stød med certifikat E1; de fungerer i et temperaturområde fra -40 til +85 °C, har kapslingsklasse IP 67 og er meget modstandsdygtige over for elektromagnetisk interferens. Et andet interessant aspekt ved denne anvendelse er den lave forsyningsspænding, der muliggør forsyning vha. batteri. Derfor kan kranen fungere uafhængigt.
Et andet vigtigt kriterium for krankonstruktøren var systemets åbne karakter. Indusign har et maskinteknisk knowhow og ønsker at udvikle og beherske deres maskiners teknologi. PLC'erne fra ifm er programmeret via CodeSys, en åben standard, for hvilken der eksisterer et komplet bibliotek med softwaremoduler til installationens forskellige komponenter. Virksomheden er ikke afhængig af en enkelt leverandør af systemer, hvad angår sensorer, ventiler eller andre komponenter. Hvad angår denne knowhow anvendte de en ret så spontan, men effektiv metode til at involvere alle medarbejdere i omstillingen til en elektronisk styring. Kantinen blev forsynet med en testinstallation med PLC og HMI samt en simulering af alle relevante inputs / outputs. Hver operatør har haft muligheden for at øve sig i fritiden. Derudover har den tekniske afdeling en lignende installation til testformål og implementering af kundeforespørgsler.
Automatiseringen af kranen er baseret på CAN bus, hvortil den mobile PLC har et standardinterface. Der er fem I/O-øer på bussen: to i "kraftenheden" med motoren og den hydrauliske pumpe, to i førerkabinen og mindst en på kranchassiset i nærheden af ventilerne. Selv displayet, som også er udviklet af ifm, er tilsluttet til CAN bus og giver adgang til alle systemparametre. På interfaceniveau gemmes også alle variabler periodisk på et hukommelseskort. Denne historie er nyttig, når det kommer til diagnose og vedligeholdelse, hvortil der er programmeret specifikke interfaces på displayniveau.
Indusign valgte mobile styreenheder fra ifm electronic. De er programmeret via CodeSys.
Fjerndiagnose
Automatisering af kraner har medført en anden mulighed: fjerndiagnose. Til dette formål blev der integreret et specielt GSM-modem i systemet på CAN bussen. Dette modem giver mulighed for at ringe til alle kraner, uanset hvor de er i verden, fra fabrikken i Adegem. Det er et triband-modem, der tilpasser sig til netværket på sin placering. Fjerntilslutning er teknisk set ikke vanskelig. Fabrikken har adgang til variablerne på bussen lige som displayet på kranen. Ved brug af en lignende software er det muligt i realtid at se de samme kraner som kranoperatøren. Det tidligere eksempel med et fejlbehæftet sensorkabel kan løses af modemmet sammen med brugeren og leverandøren. Forskellige brugerniveauer fastsætter, hvem der kan tage del i hvilket indgreb. De data, der modtages via modemmet kan også overføres til testinstallationen i den tekniske afdeling.
Et problem, som er et resultat af et sådant koncept med CAN bus er, at PLC'en vil spille en central, men også afgørende rolle for kranens funktion. Mens erfarent vedligeholdelsespersonale før foretog mange individuelle justeringer, startes alle modifikationer i dag med softwaren. For disse giganter er det en temmelig underlig situation, da denne mobile PLC ved første øjekast ser ud til at være et ubetydeligt element i hele systemet, hvad angår dimensioner og investeringer. Indusign har samme åbne holdning til dette problem som ved valg af styreenheden. Med andre ord modtager hver kunde, der ønsker at udføre tilpasninger på styringen, kildekoden fra leverandøren. I praksis har der endnu ikke været en sådan fordring. Kranerne er del af et marked, som producenten kender meget indgående, og hvor systemets funktioner er udviklet til at imødekomme industriens krav. En sidste melding: fra kranens førerhus kan der implementeres et interface med andre softwaresystemer fra brugeren.
Indusign har et solidt maskinteknisk knowhow og ønsker at udvikle og styre al knowhow vedrørende deres maskiner. Foto: test med udstyr.