Indusign – mobiele besturing maakt van kranen intelligente machines
Indusign bouwt 10 tot 14 overslagkranen per jaar. Deze worden wereldwijd onder de merknaam E-Crane verkocht.
Het sneller laden en lossen van schepen wordt steeds belangrijker vanwege de toegenomen vraag en het stijgende aantal vrachtschepen. Dat betekent dat er grotere overslagkranen nodig zijn voor de vrachtafhandeling. De beladingsbedrijven hebben echter moeite met het vinden van ervaren kraanmachinisten. Daarom is er binnen de branche behoefte aan beter presterende kranen, die zo eenvoudig mogelijk te bedienen zijn.
Enkele indrukwekkende cijfers: De grootste kraan heeft een hoogte van 25 m, een bereik van 45 m, kan 45 ton per cyclus verplaatsen en is uitgerust met een aandrijfmotor van 600 kW. Het gebruik van deze reuzen is nu al een hele tijd gemeengoed.
Nog geen 10 jaar geleden hadden de laad- en loskranen een gemiddelde capaciteit van 5 tot 10 ton; tegenwoordig is dat 10 tot 30 ton. Alleen zo zijn de logistieke processen in de havens te versnellen. Deze kranen zijn niet te vergelijken met hijskranen. Die worden namelijk ontworpen voor een beperkt aantal bewegingen per dag, de laad- en loskranen kunnen echter continu worden gebruikt. Verder wordt van deze machines verwacht dat ze bijzonder flexibel zijn, omdat de kranen in staat moeten zijn om containers te verplaatsen, een minigraafmachine aan boord kunnen tillen enz.
Bij de E-Crane heeft Indusign in de afgelopen jaren een elektronische besturing in de kranen geïntegreerd. De eerste reden was om de oorspronkelijke joysticks met hydraulische kleppen te vervangen door een elektronische versie, omdat de hydraulische versie steeds minder wordt gebruikt. Een besturing zorgt dan voor de omzetting van de elektronische besturing in een besturing van de hydraulische kleppen, die op de kraan zijn geïnstalleerd. Na inbouw van de besturing zijn steeds meer functies toegevoegd, zodat het tegenwoordig een intelligente machine is met besturing, visualisatie en moderne diagnosemogelijkheden.
Een uitgebalanceerd project
De letter E in E-Crane staat voor "equilibrium" (= evenwicht) en heeft betrekking op het kraanspecifieke balanceringsconcept. De giek (hoofdarm ) is een parallellogram. Zijn tweede arm is een verbindingsstang die de voorste arm en het contragewicht van de kraan verbindt. De beweging van de voorste arm wordt bereikt door het zwenken van het contragewicht met behulp van een hydraulische cilinder, dat via de verbindingsstang worden overgedragen op de voorste arm. Resultaat: het contragewicht zwenkt terug wanneer de voorste arm naar voren beweegt, zodat het zwaartepunt van de complete constructie ongewijzigd blijft.
Dankzij deze balans kan energie worden bespaard, omdat het motorvermogen alleen wordt gebruikt voor het hijsen van de daadwerkelijke last en natuurlijk om de kraan te bewegen, maar niet voor compensatie van de onbalans. In tegenstelling tot kabelkranen biedt deze constructie nog een voordeel: de last kan niet schommelen, zodat het mogelijk is om sneller en onafhankelijker te werken, afhankelijk van de ervaring van de kraanmachinist. De kranen worden bediend door twee joysticks. Naast de beweging van de kraanarm en de voorste arm bieden ze de mogelijkheid om de kraan te draaien en de grijper te openen, te sluiten of te draaien. Al deze bewegingen worden hydraulisch aangedreven, daarom heeft de kraan een elektrische motor en een hydraulische pomp aan boord.
De reden voor de overstap naar elektronische besturing is gebaseerd op het feit dat de voormalig gebruikte joysticks met hydraulische kleppen niet meer leverbaar zijn. Die moesten vervangen worden door elektronische joysticks en een nieuwe besturing voor de omzetting van elektronische ingangssignalen voor de besturing van de hydraulische kleppen. Al snel werd duidelijk dat elektronische besturing veel extra mogelijkheden bood, zoals het besturen van de versnelling en vertraging aan het einde van het werkbereik. Dit gedrag van de kraan is minder abrupt en heeft zodoende een positief effect op de veiligheid en duurzaamheid.
Tegelijkertijd konden allerlei sensoren op de besturing worden aangesloten om de snelheid aan te passen aan het gewicht van de lading en om een beveiliging tegen overbelasting van de besturing te integreren.
Een andere logische ontwikkeling is dat de kraanmachinist nu beschikt over een grafische interface die de status van de kraan in cijfers weergeeft. De last van de kraan is de belangrijkste parameter voor de kraanmachinist, maar zijn ook foutmeldingen op de interface grafisch weer te geven. De interface beschikt onder meer over een groot aantal diagnoseschermen die toegang bieden tot een reeks statusgegevens van de kraan. Een compactflash-geheugenkaart in de grafische interface slaat elke twee seconden de waarden van ongeveer 60 variabelen op.
Dit alles heeft de werkwijze van de kraanmachinisten en het onderhoudspersoneel van de leverancier aanzienlijk veranderd. In het verleden werd bijvoorbeeld de aansluitkabel van de koppelsensor (krachtopnemer) van de kraanarm slechter, waardoor de kraan om veiligheidsredenen moest worden stilgelegd en het veiligheidssysteem in de relaisschakelkast werd overbrugd.
Tegenwoordig gebeurt dit op softwareniveau, wat betekent dat men samen met de leverancier kan besluiten het beveiligingssysteem tijdelijk te overbruggen. Deze procedure wordt vastgelegd, kan een alarm in werking stellen, enz. en maakt het dus mogelijk de snelheid tijdelijk te verlagen en een onderhoudsinterventie te plannen. Deze wijziging verbetert het rendement, de betrouwbaarheid en de levensduur van de machine.
Een modem dat in Adegem is geïnstalleerd, maakt contact met alle kranen waar ook ter wereld mogelijk.
Een mobiele besturing voor extreme omstandigheden
Na zorgvuldig overleg werden voor deze toepassing de mobiele besturingen van de R360-serie van ifm electronic gekozen. Een typisch voordeel van mobiele PLC's ten opzichte van "industriële" besturingen is hun hoge robuustheid. In dit geval zijn de besturingen schok- en trillingsbestendig en beschikken daarnaast over een E1-goedkeuring; ze werken binnen een temperatuurbereik van -40 tot +85 °C, hebben beschermingsgraad IP 67 en zijn zeer goed bestand tegen elektromagnetische storingen.Een verder interessant aspect van deze toepassing is de lage voedingsspanning, waardoor deze kan worden gevoed door een batterij. Zodoende kan de kraan zelfstandig werken.
Een ander belangrijk argument voor de kraanfabrikant was het open karakter van het systeem. Indusign heeft de technische kennis en wil de technologie van haar machines ontwikkelen en beheren. De besturingen van ifm worden geprogrammeerd met CodeSys, een open standaard waarvoor een complete bibliotheek van softwaremodules bestaat voor de verschillende onderdelen van de installatie. Daardoor is de onderneming niet afhankelijk van één enkele leverancier van systemen voor sensoren, kleppen en andere componenten. In verband met deze know-how hebben zij gebruik gemaakt van de nogal spontane maar effectieve methode om alle werknemers te betrekken bij de overschakeling op elektronische besturingen. Een testopstelling met PLC, "mens-machine-interface" en een simulatie van alle toepasselijke ingangen/uitgangen staat in de kantine ter beschikking. Iedere kraanmachinist kreeg de kans om in zijn vrije tijd te oefenen. Bovendien beschikte de technische afdeling over een soortgelijke opstelling voor testdoeleinden en voor de realisatie van de wensen van klanten.
De automatisering van de kraan is gebaseerd op CAN-bus, waarvoor de mobiele PLC een standaardinterface heeft. Op de bus zijn vijf I/O-eilanden aangesloten: twee in de aandrijving met motor en hydraulische pomp, twee in de machinistencabine en de laatste in het kraanonderstel in de buurt van de ventielen. Ook het display dat eveneens door ifm is ontwikkeld, wordt aangesloten op de CAN-bus en biedt toegang tot alle systeemparameters. Op interfaceniveau worden alle variabelen periodiek opgeslagen op een geheugenkaart. Deze historische data komt van pas wanneer diagnose en onderhoud voor speciale interfaces weer op het displayniveau moeten worden geprogrammeerd.
Indusign heeft gekozen voor de mobiele besturingen van ifm electronic. Die worden geprogrammeerd met CodeSys.
Diagnose op afstand
De automatisering van de kranen heeft nog een optie opgeleverd: diagnose op afstand. Hiervoor werd een speciaal GSM-modem in het systeem in de CAN-bus geïntegreerd. Met dit modem is het mogelijk om vanuit de fabriek in Adegem elke kraan te selecteren, waar die zich ook ter wereld bevindt. Het betreft een driebandsmodem dat zich automatisch aanpast aan het netwerk van de locatie. Verbindingen op afstand zijn technisch gezien niet moeilijk. De installatie heeft toegang tot de variabelen in de bus en het display bij de kraan. Wanneer men een soortgelijke software gebruikt, is het zodoende mogelijk om in real-time dezelfde kranen te zien als de kraanmachinist. Het bovenstaande probleem met een defecte sensorkabel kan worden opgelost door het modem samen met de gebruiker en de leverancier. Met verschillende gebruikersniveaus wordt vastgelegd wie aan een interventie kunnen deelnemen. De data die via het modem wordt verstuurd, kan ook naar de testinstallatie van de technische afdeling worden doorgestuurd.
Een probleem dat voortvloeit uit een dergelijk concept met CAN-bus, is dat de PLC een centrale, maar ook beslissende rol zal spelen bij het functioneren van de kraan. Terwijl ervaren onderhoudspersoneel vroeger veel individuele aanpassingen uitvoerde, worden tegenwoordig alle wijzigingen met de software gestart. Voor deze reuzen is het een nogal merkwaardige situatie, omdat deze mobiele PLC op het eerste gezicht met betrekking tot de afmetingen en de investeringen eruit ziet als een verwaarloosbaar element van het gehele systeem. Indusign past voor dit probleem dezelfde open benadering toe als bij de keuze van de besturing. Met andere woorden, elke klant die aanpassingen aan de besturing wil uitvoeren, ontvangt de broncode van de leverancier. In de praktijk is een dergelijke aanvraag tot nu toe nog niet ontvangen. De kranen zijn onderdeel van een markt die de fabrikant van binnen en van buiten kent en waar alle functies van het systeem zo ontwikkeld zijn dat ze voldoen aan de eisen van de branche. Een laatste ingang: vanuit de machinistencabine kan de gebruiker een interface met andere softwaresystemen instellen.
Indusign beschikt over gefundeerde, technische kennis en wil de complete know-how met betrekking tot haar machines blijven ontwikkelen en beheren. Afbeelding: Testen met apparatuur.