Indusign: el sistema de control para aplicaciones móviles transforma las grúas en máquinas inteligentes
Informe de aplicación
Indusign fabrica entre 10 y 14 grúas de transbordo cada año. Estas grúas se venden en todo el mundo bajo la marca E-Crane.
La rapidez en las operaciones de carga y descarga de los barcos es cada vez más importante debido al aumento de la demanda y al creciente número de buques de carga. Esto significa que se necesitan grúas de transbordo de mayor tamaño para la manipulación de la mercancía en los puertos. Sin embargo, los cargadores tienen dificultades para encontrar operadores de grúa con experiencia. Por este motivo, el sector busca grúas más potentes que sean lo más fáciles de manejar posible.
Unas cifras impresionantes: la grúa más grande tiene una altura de 25m, un alcance de 45m, puede mover 45 toneladas por ciclo y está equipada con un motor de accionamiento de 600kW. Ya hace tiempo que el uso de estos gigantes se ha convertido en algo habitual.
Hace apenas 10 años, las grúas de carga tenían una capacidad media de 5 a 10 toneladas; hoy en día ya es de 10 a 30 toneladas. Únicamente de este modo es posible agilizar los procesos logísticos en los puertos. Estas grúas no son comparables a las grúas de elevación. Estas se han diseñado realmente para un número limitado de movimientos al día; sin embargo, las grúas de carga sí se pueden utilizar de forma ininterrumpida. Además, se espera que estas máquinas sean especialmente flexibles, puesto que deben ser capaces de mover contenedores, levantar miniexcavadoras, etc.
Con la E-Crane, Indusign ha logrado impulsar en los últimos años la integración de un sistema de control electrónico en las grúas. La primera razón fue sustituir los joysticks originales con válvulas hidráulicas por una versión electrónica, ya que la versión hidráulica se emplea cada vez menos. En este caso, un sistema de control asegura la conversión del control electrónico para el monitoreo de las válvulas hidráulicas instaladas en la grúa. Tras la instalación del sistema de control, se añadieron cada vez más funciones hasta convertirse hoy en día en una máquina inteligente con modernas opciones de control, visualización y diagnóstico.
Un proyecto equilibrado
La letra E de E-Crane corresponde a "equilibrium" (equilibrio) y se refiere al concepto de equilibrio específico de la grúa. La pluma (brazo principal) es un paralelogramo. Su segundo brazo es un tirante que une el brazo delantero y el contrapeso de la grúa. El movimiento del brazo delantero se consigue haciendo oscilar el contrapeso mediante un cilindro hidráulico, el cual transmite este movimiento al brazo delantero a través del tirante de unión. Resultado: el contrapeso gira hacia atrás cuando el brazo delantero se mueve hacia delante, de modo que el centro de gravedad de toda la estructura se mantiene en su sitio.
Gracias a este equilibrio, se puede ahorrar energía, pues la potencia del motor solo se utiliza para levantar la carga real y, por supuesto, para mover la grúa, pero no para compensar el desequilibrio. A diferencia de las grúas de cable, este diseño ofrece otra ventaja: la carga no puede oscilar, por lo que es posible trabajar más rápido y con mayor independencia de la experiencia del operador de la grúa. Las grúas se manejan con dos joysticks. Además del movimiento de la pluma y del brazo delantero, ofrecen la posibilidad de girar la grúa y de abrir, cerrar o rotar la cuchara. Todos estos movimientos se ejecutan por medio de un sistema hidráulico, por lo que la grúa incorpora un motor eléctrico y una bomba hidráulica.
El cambio a un sistema de control electrónico se debe a que los joysticks con válvulas hidráulicas utilizados anteriormente ya no están disponibles. Debían ser sustituidos por joysticks electrónicos y un nuevo sistema de control para la conversión de las señales eléctricas de entrada que controlan las válvulas hidráulicas. Pronto se vio que el sistema de control electrónico ofrecía muchas otras posibilidades, como el control de la aceleración y la desaceleración al final del rango de trabajo. Este comportamiento de la grúa es menos brusco y, por tanto, tiene un efecto positivo en la seguridad y la durabilidad.
Al mismo tiempo, fue posible conectar todo tipo de sensores al sistema de control para adaptar la velocidad al peso de la carga e integrar la protección contra sobrecargas del sistema de control.
Otro avance lógico es que el operador de la grúa dispone ahora de una interfaz gráfica que indica el estado de la grúa en cifras. La carga de la grúa es el parámetro más importante para el operador de la grúa, pero en la interfaz también se muestra gráficamente toda una serie de mensajes de error. Entre otras cosas, la interfaz ofrece un elevado número de pantallas de diagnóstico que permiten acceder a un conjunto de datos sobre el estado de la grúa. Una tarjeta de memoria Compact Flash en la interfaz gráfica guarda los valores de aproximadamente 60 variables cada dos segundos.
Todo esto ha supuesto un cambio significativo en los métodos de trabajo de los operadores de grúas y del personal de mantenimiento del proveedor. En el pasado, por ejemplo, el cable de conexión del sensor de par (transductor de fuerza) del brazo de la grúa se deterioraba, lo que provocaba la parada de la grúa por motivos de seguridad y el puenteado del sistema de seguridad en el armario eléctrico de relés.
Hoy en día, esto se hace a nivel de software, lo que significa que, junto con el proveedor, se puede decidir si se elude temporalmente el sistema de seguridad. Este procedimiento se registra, puede activar una alarma, etc., lo que permite reducir de forma temporal la velocidad y programar una intervención de mantenimiento. Esta implementación mejora la eficiencia, la fiabilidad y la vida útil de la máquina.
Un módem instalado en Adegem permite el contacto con todas las grúas desde cualquier parte del mundo.
Un sistema de control para condiciones extremas en aplicaciones móviles
Tras un exhaustivo estudio, se seleccionaron para esta aplicación los sistemas de control para aplicaciones móviles de la gama R360 de ifm electronic. Una de las ventajas más comunes de los PLC móviles frente a los controladores "industriales" es su mayor robustez. En este caso, los sistemas de control son resistentes a choques y vibraciones y también disponen de homologación E1; funcionan en un rango de temperatura de -40 a +85°C, tienen un grado de protección IP67 y son sumamente resistentes a las interferencias electromagnéticas.Otro aspecto interesante de esta aplicación es la baja tensión de alimentación, lo que permite un suministro mediante batería. Por lo tanto, la grúa puede funcionar de forma autónoma.
Otro argumento importante para el fabricante de grúas fue la naturaleza abierta del sistema. Con la ayuda de sus conocimientos técnicos, Indusign quiere desarrollar y controlar la tecnología de sus máquinas. Los sistemas de control de ifm se programan con CodeSys, un estándar abierto para el que existe una biblioteca completa de módulos de software para los distintos componentes de la instalación. Por consiguiente, la empresa no depende de un único proveedor de sensores, válvulas y otros componentes para sistemas. Atendiendo a estos conocimientos, utilizó un método, bastante espontáneo pero eficaz, que implicaba a todos los trabajadores en el cambio a sistemas de control electrónicos. En el comedor de la empresa se puso a disposición un sistema de prueba con un PLC, un equipo "Human Machine Interface" y un entorno de simulación de todas las entradas/salidas aplicables. Todos los operadores de grúa tuvieron la oportunidad de practicar durante su tiempo libre. Además, el departamento técnico contaba con una instalación similar para realizar pruebas y atender a las necesidades de los clientes.
La automatización de la grúa se basa en el bus CAN, para el que el PLC para aplicaciones móviles dispone de una interfaz estándar. En el bus hay cinco islas de E/S: dos en el accionamiento con motor y bomba hidráulica, dos en la cabina del conductor y una última en el chasis de la grúa cerca de las válvulas. La pantalla, también desarrollada por ifm, está conectada al bus CAN y permite acceder a todos los parámetros del sistema. A nivel de la interfaz, todas las variables también se guardan periódicamente en una tarjeta de memoria. Este historial es útil cuando se trata de reprogramar el diagnóstico y el mantenimiento de determinadas interfaces en la pantalla.
Indusign optó por los sistemas de control para aplicaciones móviles de ifm electronic. Estos sistemas se programan con CodeSys.
Diagnóstico remoto
La automatización de las grúas ha traído consigo otra posibilidad: el diagnóstico remoto. Para ello, se integró un módem GSM especial en el bus CAN del sistema. Este módem permite seleccionar cualquier grúa de la planta de Adegem, donde quiera que se encuentre. Es un módem de tres bandas que se adapta automáticamente a la red del emplazamiento. Las conexiones remotas no presentan dificultades técnicas. El sistema tiene acceso a las variables del bus, al igual que la pantalla de la grúa. De este modo, utilizando un software similar, es posible ver en tiempo real las mismas grúas que el operador de la grúa. El problema anterior debido a un cable de sensor defectuoso se puede resolver con ayuda del módem junto con el usuario y el proveedor. Los diferentes niveles de usuario determinan quién puede participar en cada intervención. Los datos recibidos a través del módem también se pueden transmitir a la instalación de prueba del departamento técnico.
Uno de los problemas que se derivan de este concepto con bus CAN es que el PLC desempeñará un papel central, así como decisivo, en el funcionamiento de la grúa. Mientras que anteriormente el personal de mantenimiento experimentado solía realizar muchos ajustes de manera individual, hoy en día todos los cambios se inician con el software. Es una situación bastante extraña para estos gigantes, ya que a primera vista este PLC para aplicaciones móviles parece un elemento insignificante dentro de todo el sistema, en términos de dimensiones e inversión. Indusign aplica a este problema el mismo enfoque abierto que a la selección del sistema de control. En otras palabras, cualquier cliente que quiera hacer ajustes en el sistema de control recibe el código fuente del proveedor. En la práctica, todavía no se ha hecho ninguna solicitud de este tipo. Las grúas forman parte de un mercado que el fabricante conoce a la perfección y en el que todas las funciones del sistema se desarrollan para cumplir los requisitos del sector. Una opción más: el usuario puede configurar una interfaz con otros sistemas de software desde la cabina del conductor.
Indusign tiene sólidos conocimientos técnicos y desea seguir desarrollando y gestionando todas las tecnologías relacionadas con sus máquinas. Imagen: Prueba con el equipamiento.