- Automatizace přístavu
- Mobilní ovladače mění přístavní jeřáb v inteligentní stroj
Mobilní řídicí jednotka mění jeřáby v inteligentní stroje
Fig.1: Společnost Indusign staví 10 až 14 překládacích jeřábů ročně. Prodávají se po celém světě pod značkou E-Crane.
Vzhledem k rostoucí poptávce a zvyšujícímu se počtu lodí pro přepravu volně ložených materiálů je rychlejší nakládka a vykládka lodí stále důležitější. To znamená, že na zpracování volně loženého zboží jsou zapotřebí větší překládací jeřáby. Do nakladačů je však problém sehnat zkušené jeřábníky. Proto průmysl hledá výkonnější jeřáby s co nejsnadnějším ovládáním.
V posledních letech vyvolaly tyto trendy vývoj ve společnosti Indusign, což je belgický výrobce překládacích jeřábů se sídlem v Adegemu. Společnost byla založena v roce 1990 jako konstrukční kancelář, ale po několika letech a na žádost několika zákazníků přešla na výrobu. Dnes tato společnost vyrábí 10 až 14 jeřábů ročně; ty se používají po celém světě pod značkou E-Crane.
Několik působivých údajů: největší jeřáb má výšku 25 m, dosah 45 m, v každém cyklu dokáže přemístit 45 tun a je vybaven hnacím motorem o výkonu 600 kW. Používání těchto obrů je již delší dobu běžné. Ještě před 10 lety měl překládací jeřáb průměrnou nosnost 5 až 10tun; dnes je to 10 až 30tun. Je to jediná možnost, jak urychlit logistické procesy v přístavech. Uvedené jeřáby nelze srovnávat se zdvihacími jeřáby. Zdvihací jeřáby jsou ve skutečnosti určeny pro omezený počet pohybů za den, překládací jeřáby však mohou být používány nepřetržitě. Dále se od těchto strojů očekává, že budou obzvláště pružné, protože jeřáby musí být schopny přemisťovat kontejnery, zvedat na palubu nakladače atd.
Společnost Indusign v posledních letech integrovala elektronické ovládání jeřábů pomocí systému E-Crane. Prvním důvodem bylo nahradit původní joysticky shydraulickými ventily elektronickou verzí, protože hydraulická verze se používá stále méně. Řídicí jednotka pak zajišťuje převod elektronického řízení na ovládání hydraulických ventilů instalovaných vjeřábu. Po zavedení řídicí jednotky byly přidávány další a další funkce, takže dnes se jedná o inteligentní stroj s možností ovládání, vizualizace a moderní diagnostiky.
Vyvážený projekt
Písmeno E ve slově E-Crane znamená rovnováhu – equilibrium – a souvisí s pojmem rovnováhy, který je specifický pro jeřáby. Výložník (hlavní rameno) je rovnoběžník. Jeho druhé rameno je spojovací tyč, která spojuje přední rameno a protizávaží jeřábu. Pohyb předního ramena se uskutečňuje sklápěním protizávaží pomocí hydraulického válce, které se pomocí ojnice přenáší na přední rameno. Výsledek: protizávaží se při pohybu předního ramena vpřed odklápí zpět tak, aby těžiště celé konstrukce zůstalo na místě.
Díky této rovnováze lze ušetřit energii, protože výkon motoru se využívá pouze ke zvedání aktuálního břemene a samozřejmě k pohybu jeřábu, ale ne k vyrovnávání nerovnováhy. Na rozdíl od lanových jeřábů nabízí tato konstrukce další výhodu: břemeno se nemůže houpat, takže lze pracovat rychleji a nezávisle na zkušenostech jeřábníka. Jeřáby se ovládají dvěma joysticky. Kromě pohybu výložníku a předního ramena nabízejí možnost otáčení jeřábu a otevírání, zavírání nebo otáčení drapáku. Všechny tyto pohyby jsou poháněny hydraulicky, proto má jeřáb na palubě elektromotor a hydraulické čerpadlo.
Důvodem přechodu na elektronické ovládání je skutečnost, že dříve používané joysticky s hydraulickými ventily již nejsou kdispozici. Měly být nahrazeny elektronickými joysticky a novou řídicí jednotkou kpřevodu elektrických vstupních signálů ovládání hydraulických ventilů. Brzy se ukázalo, že elektronické řízení nabízí mnoho dalších možností, jako je například řízení zrychlení a zpomalení na konci pracovní zóny. Chování jeřábu je méně trhavé, což má pozitivní vliv na bezpečnost a životnost.
Současně bylo možné k řízení připojit všechny druhy senzorů, aby bylo možné přizpůsobit rychlost hmotnosti zátěže a integrovat ochranu proti přetížení řízení.
Další logický vývoj spočívá v tom, že obsluha jeřábu má nyní k dispozici grafické rozhraní s číselným zobrazením stavu jeřábu. Nejdůležitějším parametrem pro obsluhu je zatížení jeřábu, ale také celá řada chybových hlášení, která se na rozhraní zobrazují graficky. Rozhraní obsahuje mimo jiné velké množství diagnostických obrazovek, které umožňují přístup k řadě údajů o stavu jeřábu. Kompaktní paměťová karta flash v grafickém rozhraní ukládá přibližně každou druhou sekundu hodnoty přibližně 60 proměnných.
To vše výrazně změnilo pracovní metody provozovatele a pracovníků údržby dodavatele. V minulosti došlo například k poškození propojovacího kabelu dynamometrického senzoru (senzoru zatížení) ramena jeřábu, což vedlo k znehybnění jeřábu z bezpečnostních důvodů, a bezpečnostní systém byl přemostěn v reléové ovládací skříňce.
Dnes se to provádí na úrovni softwaru, což znamená, že se můžete společně s dodavatelem rozhodnout, že bezpečnostní systém dočasně překlenete. Tento postup se zaznamená, může spustit alarm atd. a umožňuje dočasně snížit rychlost a naprogramovat údržbový zásah. Zavedení této možnosti zvyšuje účinnost, spolehlivost a životnost stroje.
Mobilní řídicí jednotka do extrémních podmínek
Po pečlivém zvážení byly pro tuto aplikaci vybrány mobilní řídicí jednotky řady R360 od společnosti ifm electronic. Typickou výhodou „mobilních“ řídicích jednotek PLC oproti „průmyslovým“ řídicím jednotkám je jejich větší robustnost. V tomto případě mají uvedené řídicí jednotky odolnost vůči nárazům s certifikátem 1; fungují v teplotním rozsahu od -40 do +60 °C, mají třídu ochranyIP67 a jsou vysoce odolné proti elektromagnetickému rušení. Dalším zajímavým aspektem této aplikace je nízké napájecí napětí, které umožňuje napájení z baterie. Díky tomu může jeřáb může fungovat nezávisle.
Dalším důležitým kritériem pro konstruktéra jeřábů byl otevřený charakter systému. Společnost Indusign má inženýrské know-how a chce technologii svých strojů zvládat a rozvíjet. Řídicí jednotky PLC od společnosti ifm se programují prostřednictvím otevřeného standardu CodeSys, pro který existuje kompletní knihovna se softwarovými moduly pro různé součásti instalace. Společnost tak není závislá na jediném dodavateli systémů, pokud jde o senzory, ventily a další komponenty. S ohledem na toto know-how použili poměrně spontánní, ale účinnou metodu zapojení všech zaměstnanců do přechodu na elektronické řízení. V jídelně byla k dispozici zkušební instalace s řídicí jednotkou PLC, rozhraním člověk-stroj a simulací všech použitelných vstupů/výstupů. Každý operátor měl ve svém volném čase možnost cvičit. Podobnou instalaci má k testovacím účelům a realizaci požadavků zákazníků k dispozici i technické oddělení.
Automatizace jeřábu je založena na sběrnici CAN, se kterou má mobilní řídicí jednotka PLC standardní rozhraní. Na sběrnici je pět I/O ostrůvků: dva v „pohonné jednotce“ s motorem a hydraulickým čerpadlem, dva v kabině řidiče a poslední na podvozku jeřábu v blízkosti ventilů. I displej, rovněž vyvinutý společností ifm, je připojen ke sběrnici CAN a umožňuje přístup ke všem parametrům systému. Na úrovni rozhraní jsou také všechny proměnné pravidelně ukládány na paměťovou kartu. Takto uložená historie je užitečná při diagnostice a údržbě, pro které byla na úrovni displeje opět naprogramována konkrétní rozhraní.
Vzdálená diagnostika
Automatizace jeřábů s sebou přinesla další možnost: vzdálenou diagnostiku. Za tímto účelem byl do systému na sběrnici CAN integrován speciální GSM modem. Tento modem umožňuje volat z továrny v Adegemu každému jeřábu, ať se nachází kdekoli na světě. Jedná se o třípásmový modem, který se přizpůsobuje síti v místě svého umístění. Vzdálené připojení není technicky nijak obtížné. Závod má přístup k proměnným na sběrnici stejně jako kdispleji na jeřábu. Podobným softwarem je tak možné v reálném čase sledovat stejné jeřáby jako jeřábník. Předchozí příklad vadného kabelu senzoru může vyřešit modem společně s uživatelem a dodavatelem. Různé úrovně uživatelů určují, kdo se může zúčastnit kterého zásahu. Data přijatá prostřednictvím modemu lze rovněž přenášet do testovacího zařízení technického oddělení.
Problém, který z takové koncepce se sběrnicí CAN vyplývá, je, že řídicí jednotka PLC bude hrát ústřední, ale také rozhodující roli pro fungování jeřábu. Zatímco dříve prováděli zkušení pracovníci údržby mnoho individuálních nastavení, dnes se všechny úpravy zahajují pomocí softwaru. Pro tyto giganty je to poněkud zvláštní situace, protože uvedená mobilní řídicí jednotka PLC se na první pohled jeví jako zanedbatelný prvek celého systému, ať už jde o rozměry nebo investice. Společnost Indusign přistupuje k tomuto problému stejně otevřeně jako k výběru řídicí jednotky. Jinými slovy, každý zákazník, který chce provést úpravy řízení, obdrží od dodavatele zdrojový kód. V praxi však takový požadavek ještě nebyl vznesen. Jeřáby jsou součástí trhu, který výrobce zná do hloubky a kde jsou všechny funkce systému vyvinuty tak, aby splňovaly požadavky tohoto odvětví. Poslední otevření: z kabiny jeřábu lze implementovat rozhraní s dalšími softwarovými systémy uživatele.