- Satama-automaatio
- Mobiilikontrollerit muuttavat satamanosturin älykkääksi koneeksi
Mobiilikontrolleri muuntaa nosturit älykkäiksi koneiksi
Kuva 1: Indusign rakentaa vuosittain 10...14 uudelleenlastausnosturia. Niitä myydään ympäri maailmaa tuotemerkillä E-Crane.
Laivojen lastauksen ja kuormien purkamisen merkitys on lisääntymässä johtuen vaatimusten ja bulkkialusten määrän jatkuvasta kasvusta. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että lastien käsittelyssä tarvitaan suurempia uudelleenlastausnostureita. Lastausoperaattoreilla on kuitenkin vaikeuksia löytää kokeneita nosturinkuljettajia. Siksi toimialalla etsitään tehokkaampia nostureita, jotka ovat mahdollisimman helppokäyttöisiä.
Viime vuosien aikana nämä trendit saivat aikaan muutoksen Indusignilla, uudelleenlastausnostureiden valmistajalla, jonka toimipaikka sijaitsee Belgian Adegemissa. Yritys aloitti toimintansa 1990 suunnittelutoimistona, mutta useiden asiakkaiden pyynnöstä he siirtyivät muutaman vuoden kuluttua tuotantotoimintaan. Nykyään yritys rakentaa vuodessa 10...14 nosturia, joita käytetään joka puolella maailmaa tuotemerkillä E-Crane.
Vaikuttavia lukuja: suurimman nosturin korkeus on 25 m, toiminta-alue 45 m, se voi nostaa 45 tonnia kerrallaan ja siinä on 600 kW ajomoottori. Näiden jättiläisten käyttö on yleistynyt jo pitkään. Vain 10 vuotta sitten uudelleenlastausnosturien keskimääräinen nostokapasiteetti oli 5...10 tonnia; nykyään se on 10...30 tonnia. Se on ainoa mahdollisuus nopeuttaa satamien logistiikkaprosesseja. Näitä nostureita ei voi verrata tavallisiin puominostureihin. Jälkimäiset on suunniteltu suorittamaan vain rajoitettu liikemäärä päivässä, kun taas uudelleenkuormausnostureita voidaan käyttää jatkuvasti. Lisäksi näiden koneiden odotetaan olevan erittäin joustavia, sillä nostureiden on pystyttävä esim. siirtämään kontteja tai nostamaan bob cat -kuormaajan laivaan.
E-crane -nostureissa Indusign on ottanut viime vuosina käyttöön elektronisen ohjauksen. Ensimmäinen syy oli alkuperäisen, hydrauliikkaventtiileillä varustetun joystick-ohjainsauvan korvaaminen elektronisella versiolla siitä syystä, että hydrauliikkaversiota käytetään nykyään vähemmän ja vähemmän. Kontrolleri huolehtii elektronisen ohjauksen muuntamisesta nosturiin asennettujen hydrauliikkaventtiilien ohjaukseen sopivaksi. Kun kontrolleri oli otettu käyttöön, siihen lisättiin jatkuvasti toimintoja siten, että nosturista on tullut ohjauksella, visualisoinnilla ja uudenaikaisilla diagnostiikkamahdollisuuksilla varustettu älykäs kone.
Tasapainoinen projekti
E-Crane -tuotemerkin E-kirjain tulee sanasta equilibrium, jolla viitataan tasapainotettuun nosturikonseptiin. Puomi (nosturin pääkäsivarsi) on kaksiosainen. Sen toinen käsivarsi on tanko, joka yhdistää etumaisen käsivarren ja vastapainon toisiinsa. Etumaisen käsivarren liike saadaan aikaiseksi heiluttamalla vastapainoa hydrauliikkasylinterin avulla, ja se siirretään etumaiseen käsivarteen välitangon avulla. Tulos: vastapaino heilahtaa taaksepäin, kun etumainen käsivarsi liikkuu eteenpäin siten, että koko rakenteen painovoimakeskipiste pysyy paikallaan.
Tämän tasapainon ansiosta voidaan säästää energiaa perustuen siihen tosiasiaan, että moottoria käytetään ainoastaan kuorman nostamiseen ja nosturin siirtämiseen, mutta ei epätasapainon kompensoimiseen. Kaapelinostureihin verrattuna tällä rakenteella on toinenkin etupuoli: kuorma ei voi heilua, mikä antaa mahdollisuuden työskennellä nopeammin ja riippumatta nosturinkuljettajan kokemuksesta. Nostureita käytetään kahden sauvaohjaimen avulla. Puomin ja etumaisen etukäsivarren liikkeiden lisäksi ne antavat mahdollisuuden kääntää nosturia ja avata, sulkea tai pyörittää tarttujaa. Kaikkia näitä liikkeitä ohjataan hydraulisesti, minkä vuoksi nosturi on varustettu sähkömoottorilla ja hydrauliikkapumpulla.
Siirtyminen elektroniseen ohjaukseen johtuu siitä tosiasiasta, että aikaisemmin käytettyjä hydrauliikkaventtiileillä varustettuja joystick-sauvaohjaimia ei ole enää saatavana. Siksi ne piti korvata elektronisilla sauvaohjaimilla ja kontrollerilla, joka muuntaa sähköiset tulosignaalit hydrauliikkaventtiilien ohjaukseen sopiviksi. Pian kävi kuitenkin ilmi, että elektroninen ohjaus tarjosi monia lisämahdollisuuksia, kuten kiihdytyksen ja hidastuksen ohjaus työskentelyalueen ääripäissä. Näin nosturin käytös saadaan vähemmän töksähteleväksi ja sillä on positiivinen vaikutus turvallisuuteen ja kestoikään.
Samalla ohjaukseen saatiin liitettyä kaikenlaisia antureita, joiden avulla nopeus voitiin sovittaa kuorman painoon ja järjestelmään voitiin integroida suojaus ylikuormitusta vastaan.
Toinen looginen kehitysaskel on, että nosturin käyttäjällä on nyt graafinen liittymä, joka ilmaisee koneen tilan myös numeerisesti. Tärkein parametri nosturin käyttäjälle on kuorman paino, mutta liittymässä näytetään graafisesti myös kokonainen sarja virheilmoituksia. Liitäntä sisältää mm. suuren määrän diagnostiikkanäyttöjä, joiden avulla on mahdollista päästä käsiksi nosturin statusdataan. Graafiseen liittymään kuuluva kompakti flash-muistikortti tallentaa noin 60 muuttujan arvot joka toinen sekunti.
Kaikki tämä on muuttanut huomattavasti nosturin käyttäjän ja toimittajan huoltohenkilökunnan työskentelytapoja. Aikaisemmin esimerkiksi nosturin käsivarren dynamometrianturin (kuormakenno) liitäntäkaapelin vaurioituminen johti turvallisuussyistä nosturin käytön lopettamiseen, ja turvajärjestelmä piti palauttaa releohjauskeskuksessa.
Nykyään tämä tehdään ohjelmistotasolla, mikä tarkoittaa, että voit yhdessä toimittajan kanssa päättää turvajärjestelmän väliaikaisesta ohittamisesta. Tämä menettely rekisteröidään ja se voi esim. aktivoida hälytyksen, ja siten se mahdollistaa nopeuden väliaikaisen pudottamisen ja kunnossapidon väliintulon ohjelmoimisen. Tämä toteutus parantaa koneen tehokkuutta, luotettavuutta ja elinikää.
Liikkuvan kaluston kontrolleri äärimmäisiin olosuhteisiin
Huolellisen harkinnan jälkeen tähän sovellukseen valittiin ifm:n liikkuvan kaluston sovelluksiin suunniteltu mobiilikontrolleri R360. "Mobiili-PLC" -laitteiden tyypillinen etu teollisuudessa käytettäviin ohjausjärjestelmiin verrattuna on niiden parannettu kestävyys. Tässä tapauksessa kontrollerit kestävät hyvin iskuja ja tärinää ja niillä on E1-hyväksyntä; ne toimivat lämpötila-alueella -40 - +85 °C, niiden suojausluokka on IP 67 ja ne sietävät hyvin sähkömagneettisia häiriöitä. Toinen tämän sovelluksen mielenkiintoinen näkökulma on matala käyttöjännite, joka mahdollistaa akkukäyttöisyyden. Siten nosturi voi toimia itsenäisesti.
Toinen nosturin rakentajalle tärkeä kriteeri oli järjestelmän avoin luonne. Indusignilla on runsaasti suunnitteluun liittyvää tietotaitoa ja he haluavat kehittää ja hallita koneidensa teknologiaa. ifm:n PLC-yksiköiden ohjelmointi tehdään avoimen standardin mukaisella CODESYS-ohjelmalla, jossa on kokonainen kirjasto ohjelmamoduuleita erilaisille laitteistokomponenteille. Siten yritys ei ole riippuvainen yhdestä toimittajasta, mitä tulee antureihin, venttiileihin ja muihin komponentteihin. Suhteessa tähän tietotaitoon he käyttivät spontaania, mutta tehokasta metodia saadakseen kaikki työntekijät osallistumaan elektroniseen ohjaukseen siirtymiseen. Yrityksen ruokalaan asennettiin testilaitteisto, joka sisälsi PLC-yksikön, HMI-yksikön ja kaikkien käytettävissä olevien tulojen / lähtöjen simuloinnin. Kaikilla kuljettajilla oli mahdollisuus harjoitella järjestelmällä vapaa-aikanaan. Lisäksi suunnitteluosastolla oli samanlainen laitteisto testitarkoituksiin ja asiakastoiveiden toteuttamista varten.
Nosturin automaatio perustuu CAN-väylään, jota varten mobiilikontrollerissa on standardiliitäntä. Väylällä on viisi I/O-saareketta: kaksi moottorin ja hydrauliikkapumpun yhteydessä olevassa "tehoyksikössä", kaksi kuljettajan hytissä ja viimeinen nosturin rungossa venttiilien läheisyydessä. Myös näyttö, ifm:n valmistama sekin, on liitetty CAN-väylään ja sen avulla on mahdollista päästä käsiksi kaikkiin koneen parametreihin. Liitäntätasolla kaikki muuttujat tallennetaan säännöllisesti myös muistitikulle. Tämä historiatieto on hyödyllistä diagnostiikassa ja kunnossapidossa, joita varten ohjelmoitiin erityisiä liitäntöjä näyttötasolla.
Etädiagnostiikka
Nosturien automatisointi on tuonut mukanaan toisenkin mahdollisuuden: etädiagnostiikan. Tätä tarkoitusta varten järjestelmän CAN-väylään integroitiin erityinen GSM-modeemi. Tämä modeemi mahdollistaa yhteyden jokaiseen nosturiin missä tahansa päin maailmaa - suoraan Adegemin tehtaalta. Se on kolmikaistamodeemi, joka sopeuttaa itsensä paikallisen verkon mukaan. Etäyhteys ei ole teknisesti vaikea. Tehtaalta on väylän kautta pääsy käsiksi muuttujiin samoin kuin nosturin näytöltäkin. Samanlaista ohjelmistoa käyttämällä on siten mahdollista tarkkailla reaaliaikaisesti samaa nosturia kuin nosturin kuljettaja. Edellä esitetty vioittunutta anturikaapelia koskeva esimerkki voidaan ratkaista yhdessä käyttäjän ja toimittajan kanssa. Erilaiset käyttäjätasot määrittelevät, mihin interventioihin kukin käyttäjä voi osallistua. Modeemin kautta vastaanotettu data voidaan lähettää myös suunnitteluosaston testilaitteistoon.
Tällaisesta CAN-väylän avulla toteutetusta konseptista seuraa sellainen ongelma, että PLC-yksiköllä on nosturin toiminnan kannalta keskeinen, mutta myös elintärkeä rooli. Siinä, missä kokenut kunnossapitohenkilöstö on tottunut käsittelemään monia erilaisia säätöjä, nykyään kaikki modifioinnit aloitetaan ohjelmistossa. Näiden jättiläisten kohdalla tilanne on erikoinen, sillä ensi silmäyksellä mobiili-PLC näyttäisi olevan vain mitätön järjestelmän osanen - sekä mitoiltaan että investoinniltaan. Indusign käyttää tähän ongelmaan samaa lähestymistapaa kuin kontrollerin valinnassakin. Toisin sanoen, jokainen asiakas, joka haluaa modifioida ohjausta, saa toimittajalta käyttöönsä avoimen lähdekoodin. Käytännössä tällaisia vaatimuksia ei vielä ole ilmennyt. Nosturit ovat se markkinoiden osa, jonka valmistaja tuntee juuriaan myöden, ja jossa järjestelmän kaikki toiminnot kehitetään toimialan vaatimusten täyttämiseksi. Viimeinen avaus: liitäntä koneen ohjaamosta voidaan toteuttaa muillakin käyttäjän ohjelmistoalustoilla.
