- Αυτοματισμός λιμένων
- Οι φορητοί ελεγκτές μετατρέπουν τον γερανό του λιμένα σε έξυπνο μηχάνημα
Ο φορητός ελεγκτής μετατρέπει τους γερανούς σε έξυπνα μηχανήματα
Εικ. 1: Η Indusign κατασκευάζει 10 έως 14 γερανούς μεταφόρτωσης ετησίως. Πωλούνται παγκοσμίως με την επωνυμία E-Crane.
Η ταχύτερη φόρτωση και εκφόρτωση των πλοίων γίνεται όλο και πιο σημαντική λόγω της αυξανόμενης ζήτησης και του αυξανόμενου αριθμού πλοίων μεταφοράς χύδην φορτίου. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζονται μεγαλύτεροι γερανοί μεταφόρτωσης για την επεξεργασία χύδην υλικών. Οι υπεύθυνοι των φορτώσεων, ωστόσο, δυσκολεύονται να βρουν έμπειρους χειριστές γερανών. Αυτός είναι ο λόγος που η βιομηχανία αναζητά ισχυρότερους γερανούς που να είναι όσο το δυνατόν πιο εύχρηστοι.
Τα τελευταία χρόνια, αυτές οι τάσεις οδήγησαν στην ανάπτυξη της Indusign, μιας βελγικής εταιρείας κατασκευής γερανών μεταφόρτωσης με έδρα το Adegem. Η εταιρεία ιδρύθηκε το 1990 ως γραφείο μηχανικών, αλλά μετά από μερικά χρόνια και κατόπιν αιτήματος αρκετών πελατών μετατράπηκε σε κατασκευαστική εταιρεία. Σήμερα, η εταιρεία κατασκευάζει 10 έως 14 γερανούς ετησίως που χρησιμοποιούνται παγκοσμίως με την επωνυμία E-Crane.
Μερικά εντυπωσιακά στοιχεία: Ο μεγαλύτερος γερανός έχει ύψος 25 m, εμβέλεια 45 m, μπορεί να κινήσει 45 τόνους ανά κύκλο και είναι εξοπλισμένος με κινητήρα κίνησης 600 kW. Η χρήση αυτών των γιγάντων έχει γίνει συνήθης εδώ και πολύ καιρό. Μόλις πριν από 10 χρόνια, ο γερανός μεταφόρτωσης είχε μέση χωρητικότητα 5 έως 10 τόνους. Σήμερα έχει 10 έως 30 τόνους. Είναι η μόνη δυνατότητα επίσπευσης των διαδικασιών εφοδιαστικής στους λιμένες. Αυτοί οι γερανοί δεν μπορούν να συγκριθούν με τους γερανούς ανύψωσης. Οι τελευταίοι είναι στην πραγματικότητα σχεδιασμένοι για περιορισμένο αριθμό κινήσεων ανά ημέρα, ενώ οι γερανοί μεταφόρτωσης μπορούν να χρησιμοποιούνται συνεχώς. Επιπλέον, αυτά τα μηχανήματα αναμένεται να είναι ιδιαίτερα ευέλικτα, καθώς οι γερανοί πρέπει να μπορούν να μετακινούν κοντέινερ, να σηκώνουν μηχανήματα bobcat σε πλοία, κτλ.
Με το E-Crane, η Indusign έχει ενσωματώσει ηλεκτρονικό έλεγχο στους γερανούς τα τελευταία χρόνια. Ο πρώτος λόγος ήταν η αντικατάσταση των αρχικών joystick με υδραυλικές βαλβίδες από μία ηλεκτρονική έκδοση, δεδομένου ότι η υδραυλική έκδοση χρησιμοποιείται όλο και λιγότερο. Ένας ελεγκτής διασφαλίζει στη συνέχεια τη μετατροπή του ηλεκτρονικού ελέγχου σε έλεγχο των υδραυλικών βαλβίδων που είναι εγκατεστημένες στον γερανό. Εφόσον τοποθετήθηκε ο ελεγκτής, προστέθηκαν όλο και περισσότερες λειτουργίες, ώστε σήμερα να είναι ένα έξυπνο μηχάνημα με έλεγχο, οπτικοποίηση και σύγχρονες δυνατότητες διάγνωσης.
Ένα ισορροπημένο έργο
Το γράμμα E στο E-Crane αντιπροσωπεύει την ισορροπία (equilibrium) και σχετίζεται με την έννοια της ισορροπίας του γερανού. Η μπούμα (κύριος βραχίονας) είναι παραλληλόγραμμη. Ο δεύτερος βραχίονας είναι μία συνδετική ράβδος που συνδέει τον μπροστινό βραχίονα και το αντίβαρο του γερανού. Η κίνηση του μπροστινού βραχίονα γίνεται με την ταλάντευση του αντίβαρου μέσω ενός υδραυλικού κυλίνδρου, ο οποίος μεταφέρεται στον μπροστινό βραχίονα από τη συνδετική ράβδο. Αποτέλεσμα: Το αντίβαρο ταλαντεύεται προς τα πίσω όταν ο μπροστινός βραχίονας κινείται προς τα εμπρός, έτσι ώστε το κέντρο βάρους ολόκληρης της κατασκευής να παραμένει στη θέση του.
Χάρη σε αυτήν την ισορροπία μπορεί να εξοικονομηθεί ενέργεια λόγω του γεγονότος ότι η ισχύς του κινητήρα χρησιμοποιείται μόνο για την ανύψωση του πραγματικού φορτίου και, φυσικά, για τη μετακίνηση του γερανού, αλλά όχι για την αντιστάθμιση μιας ανισορροπίας. Σε αντίθεση με τους συρματοφόρους γερανούς, αυτή η κατασκευή προσφέρει ένα άλλο πλεονέκτημα: Το φορτίο δεν μπορεί να ταλαντεύεται, έτσι ώστε η εργασία να εκτελείται πιο γρήγορα και πιο ανεξάρτητα από την εμπειρία του χειριστή του γερανού. Ο χειρισμός των γερανών γίνεται μέσω δύο joystick. Εκτός από την κίνηση της μπούμας και του μπροστινού βραχίονα, προσφέρουν τη δυνατότητα περιστροφής του γερανού και ανοίγματος, κλεισίματος ή περιστροφής της αρπάγης. Όλες αυτές οι κινήσεις εκτελούνται υδραυλικά, επομένως στην κατασκευή του γερανού περιλαμβάνεται ένας ηλεκτροκινητήρας και μία υδραυλική αντλία.
Η μετάβαση σε ηλεκτρονικό χειριστήριο οφείλεται στο γεγονός ότι τα προγενέστερα joystick με υδραυλικές βαλβίδες δεν είναι πλέον διαθέσιμα. Επρόκειτο να αντικατασταθούν από ηλεκτρονικά joystick και έναν νέο ελεγκτή για τη μετατροπή των ηλεκτρικών σημάτων εισόδου για τον έλεγχο των υδραυλικών βαλβίδων. Σύντομα διαπιστώθηκε ότι το ηλεκτρονικό χειριστήριο πρόσφερε πολλές πρόσθετες δυνατότητες, όπως έλεγχο της επιτάχυνσης και της επιβράδυνσης στο τέλος της ζώνης εργασίας. Η συμπεριφορά του γερανού είναι λιγότερο απότομη και επομένως έχει θετική επίδραση στην ασφάλεια και την αντοχή.
Ταυτόχρονα ήταν δυνατή η σύνδεση αισθητήρων κάθε είδους στο χειριστήριο, έτσι ώστε να προσαρμόζεται η ταχύτητα στο βάρος του φορτίου και να ενσωματώνεται η προστασία έναντι υπερφόρτωσης του χειριστηρίου.
Μία άλλη λογική εξέλιξη είναι ότι ο χειριστής του γερανού έχει πλέον μία γραφική διεπαφή με μία αριθμητική ένδειξη της κατάστασης του γερανού. Το φορτίο του γερανού είναι η πιο σημαντική παράμετρος για τον χειριστή, ωστόσο στη διεπαφή εμφανίζεται γραφικά και μία ολόκληρη σειρά μηνυμάτων σφάλματος. Η διεπαφή διαθέτει, μεταξύ άλλων, έναν μεγάλο αριθμό οθονών διάγνωσης που επιτρέπουν την πρόσβαση σε μία σειρά δεδομένων κατάστασης του γερανού. Μία συμπαγής κάρτα μνήμης flash στη διεπαφή γραφικών αποθηκεύει περίπου κάθε δεύτερο δευτερόλεπτο τις τιμές περίπου 60 μεταβλητών.
Όλα αυτά έχουν αλλάξει σημαντικά τις μεθόδους εργασίας του χειριστή και του προσωπικού συντήρησης του προμηθευτή. Στο παρελθόν, για παράδειγμα, το καλώδιο σύνδεσης του δυναμομετρικού αισθητήρα (κυψέλη φορτίου) του βραχίονα του γερανού χαλούσε και οδηγούσε στην ακινητοποίηση του γερανού για λόγους ασφαλείας, ενώ το σύστημα ασφαλείας γεφυρωνόταν στον πίνακα ελέγχου των ρελέ.
Σήμερα αυτό γίνεται σε επίπεδο λογισμικού, το οποίο σημαίνει ότι μπορείτε να αποφασίζετε μαζί με τον προμηθευτή εάν θα γεφυρώνετε προσωρινά το σύστημα ασφαλείας. Αυτή η διαδικασία καταγράφεται, μπορεί να ενεργοποιήσει έναν συναγερμό, κτλ., επιτρέποντας την προσωρινή μείωση της ταχύτητας και τον προγραμματισμό μιας παρέμβασης για συντήρηση. Η συγκεκριμένη εκτέλεση βελτιώνει την απόδοση, την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής του μηχανήματος.
Ένας φορητός ελεγκτής για ακραίες συνθήκες
Μετά από προσεκτική εξέταση, για αυτήν την εφαρμογή επιλέχθηκαν οι φορητοί ελεγκτές από τη σειρά R360 της ifm electronic. Ένα τυπικό πλεονέκτημα των «φορητών» PLC έναντι των «βιομηχανικών» ελεγκτών είναι η αυξημένη στιβαρότητά τους. Σε αυτή την περίπτωση, οι ελεγκτές διαθέτουν αντοχή σε κραδασμούς με πιστοποιητικό 1. Λειτουργούν σε εύρος θερμοκρασίας από -40 έως +60 °C, έχουν προστασία IP 67 και είναι εξαιρετικά ανθεκτικοί στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Μία άλλη ενδιαφέρουσα πτυχή αυτής της εφαρμογής είναι η χαμηλή τάση τροφοδοσίας που επιτρέπει την τροφοδοσία από μπαταρία. Επομένως, ο γερανός μπορεί να λειτουργεί με αυτονομία.
Ένα άλλο σημαντικό κριτήριο για τον κατασκευαστή του γερανού ήταν ο ανοιχτός χαρακτήρας του συστήματος. Η Indusign έχει τεχνογνωσία στη μηχανική και επιθυμεί να αναπτύσσει και να τελειοποιεί την τεχνολογία των μηχανών της. Τα PLC της ifm προγραμματίζονται μέσω CodeSys, ένα ανοιχτό πρότυπο, για το οποίο υπάρχει μία ολοκληρωμένη βιβλιοθήκη με ενότητες λογισμικού για τα διάφορα στοιχεία της εγκατάστασης. Άρα, η εταιρεία δεν εξαρτάται από έναν μόνο προμηθευτή συστημάτων όσον αφορά τους αισθητήρες, τις βαλβίδες και άλλα εξαρτήματα. Όσον αφορά αυτή την τεχνογνωσία, εφάρμοσαν μία μάλλον αυθόρμητη αλλά αποτελεσματική μέθοδο για τη συμμετοχή όλων των εργαζομένων στη μετάβαση στον ηλεκτρονικό έλεγχο. Στο κυλικείο τοποθετήθηκε μία δοκιμαστική εγκατάσταση με PLC, μία διεπαφή ανθρώπου-μηχανής και προσομοίωση όλων των σχετικών εισόδων/εξόδων. Κάθε χειριστής είχε την ευκαιρία να εξασκηθεί στον ελεύθερο χρόνο του. Επιπλέον, το τμήμα μηχανικών έχει μία παρόμοια εγκατάσταση για σκοπούς δοκιμής και υλοποίησης των αιτημάτων των πελατών.
Ο αυτοματισμός του γερανού βασίζεται στον δίαυλο CAN, για τον οποίο το φορητό PLC διαθέτει τυπική διεπαφή. Υπάρχουν πέντε νησίδες εισόδου/εξόδου στον δίαυλο: Δύο στη «μονάδα ισχύος» με τον κινητήρα και την υδραυλική αντλία, δύο στην καμπίνα του οδηγού και μία τελευταία στο πλαίσιο του γερανού κοντά στις βαλβίδες. Ακόμη και η οθόνη, η οποία έχει επίσης αναπτυχθεί από την ifm, είναι συνδεδεμένη με τον δίαυλο CAN και παρέχει πρόσβαση σε όλες τις παραμέτρους του συστήματος. Στο επίπεδο διεπαφής αποθηκεύονται επίσης όλες οι μεταβλητές περιοδικά σε μία κάρτα μνήμης. Αυτό το ιστορικό είναι χρήσιμο όταν πρόκειται να εκτελεστεί διάγνωση και συντήρηση, για τις οποίες έχουν επίσης προγραμματιστεί συγκεκριμένες διεπαφές σε επίπεδο οθόνης.
Τηλεδιάγνωση
Ο αυτοματισμός των γερανών είχε ως αποτέλεσμα την εφαρμογή μιας ακόμα δυνατότητας: Την τηλεδιάγνωση. Για τον σκοπό αυτόν ενσωματώθηκε ένα ειδικό μόντεμ GSM στο σύστημα στον δίαυλο CAN. Αυτό το μόντεμ επιτρέπει την κλήση κάθε γερανού, όπου κι αν βρίσκεται στον κόσμο, από το εργοστάσιο στο Adegem. Είναι ένα τριζωνικό μόντεμ που προσαρμόζεται στο δίκτυο της τοποθεσίας του. Η απομακρυσμένη σύνδεση τεχνικά δεν είναι δύσκολη. Το εργοστάσιο έχει πρόσβαση στις μεταβλητές του διαύλου όπως ακριβώς και στην οθόνη του γερανού. Επομένως, χρησιμοποιώντας ένα παρόμοιο λογισμικό είναι δυνατή η προβολή σε πραγματικό χρόνο των ίδιων γερανών με τον χειριστή του γερανού. Το προηγούμενο παράδειγμα ενός ελαττωματικού καλωδίου αισθητήρα μπορεί να επιλυθεί από το μόντεμ μέσω του χρήστη σε συνεργασία με τον προμηθευτή. Τα διάφορα επίπεδα χρηστών καθορίζουν ποιος μπορεί να λάβει μέρος στην εκάστοτε παρέμβαση. Τα δεδομένα που λαμβάνονται μέσω του μόντεμ μπορούν, επίσης, να μεταδίδονται στη δοκιμαστική εγκατάσταση του τμήματος μηχανικών.
Ένα πρόβλημα που προκύπτει σε αυτό το πλαίσιο με τον δίαυλο CAN είναι ότι το PLC διαδραματίζει κεντρικό αλλά και κρίσιμο ρόλο για τη λειτουργία του γερανού. Ενώ το έμπειρο προσωπικό συντήρησης χειριζόταν πολλές επιμέρους ρυθμίσεις, σήμερα όλες οι τροποποιήσεις ξεκινούν από το λογισμικό. Για αυτούς τους γίγαντες είναι μία μάλλον περίεργη κατάσταση, καθώς αυτό το φορητό PLC φαίνεται εκ πρώτης όψεως να είναι ένα αμελητέο στοιχείο όλου του συστήματος, όσον αφορά τις διαστάσεις ή τις επενδύσεις. Η Indusign εφαρμόζει την ίδια ανοιχτή προσέγγιση σε αυτό το πρόβλημα, όπως και για την επιλογή του ελεγκτή. Με άλλα λόγια, κάθε πελάτης που θέλει να πραγματοποιήσει προσαρμογές στο στοιχείο ελέγχου λαμβάνει τον πηγαίο κώδικα από τον προμηθευτή. Στην πράξη, τέτοιο αίτημα δεν έχει ακόμη προκύψει. Οι γερανοί αποτελούν μέρος μιας αγοράς, όπου ο κατασκευαστής έχει εμβριθή γνώση και όλες οι λειτουργίες του συστήματος έχουν αναπτυχθεί για να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις της βιομηχανίας. Μία περαιτέρω δυνατότητα: Από την καμπίνα του γερανού μπορεί να υλοποιηθεί μία διεπαφή με άλλα συστήματα λογισμικού από τον χρήστη.