Автоматизация козлового крана

Статья из электронного издания «Automation World» (США). Англ.

При участии фирм:  Safety, Machine, PLCs/PACs, Industrial PCs

Металлурги используют датчики лазерного наведения для управления на базе ПК и надежную систему предотвращения столкновений, чтобы укладывать 20-тонные рулоны металла практически полностью при помощи автоматизации.

Автор: Грант Герке, сотрудник редакции Automation World

На этом металлургическом заводе производственная операция с семи минутным циклом - кран перемещает металлические катушки весом от 1 до 20 тонн. Для управления движением крана использована беспроводная связь ПЛК – Программный Линейный Контроллер - через сети Profinet.

Напольные козловые краны являются рабочими лошадками внутри заводов тяжелой промышленности по всему миру, поднимают массивные грузы - сырьё или отходы производства. Например, козловой кран на производственной площадке засыпает руду в печи или перегружает 60-тонные рулоны на технологических стойках.

Мост козлового крана может быть как шестиэтажное здание и охватывать 100 футов или более. Учитывая размеры и объем операций, столкновения - это реальная проблема. Сами размеры козловых кранов и их массивные нагрузки практически гарантируют, что несчастные случаи никогда не бывают незначительными.

Шарлотта, Н.С. – специалист по системным базам фирмы Trutegra, которая специализируется на управлении кранами и талями говорит, что они совершенно не знакомым с этими проблемами в металлургической промышленности. Через своих клиентов, Trutegra узнала, какие существуют вопросы безопасности, а также значимость затрат на обслуживание и время простоя, когда стойки случайно врезаются в различные объекты, что двигаются вдоль пути работы крана.

У типового козлового крана есть тележка, расположенная на мосту, который бежит по рельсам и имеет массивную систему подъёма груза. Многие клиенты Trutegra, металлурги, используют ручные мостовые краны с вращающейся стрелой, лебедки для подъема огромных рулонов металла.

Когда одному клиенту потребовалась новая система для нового завода, на основании здания, в Trutegra создали патент на лазерное наведение, систему обхода препятствий (OAS) для перемещения и укладки 20-тонных рулонов. Систему операций козловым краном автоматизировали до такой степени, что производитель сообщил, 98 процентов штабелирования катушек теперь делается автоматически.

В основе этой системы лежит ПЛК Siemens S7-300 и промышленный ПК Siemens Simatic. Технология управления на базе ПК, сочетается с программным обеспечением для топографии и лазерного наведения, а датчики позволяют определить, когда делать 90-градусный поворот в 12 футовый проход 10-тонному рулону металла, движущемуся со скоростью 3 метра в секунду.

Топография производства

Проект начинали с нового завода, с помощью AutoCAD разработка заняла четыре дня. Электронный чертеж затем был преобразован в базу данных с помощью системы обхода препятствий импорта данных в виде DXF-файла. Он хранится в процессорном блоке, расположенном на раме моста.

Система также включает в себя сопоставление размера, формы и скорости крана, и груза в режиме реального времени.

- Промышленный компьютер идеально подходит для применения в заводских цехах. Он мощный, не имеет движущихся частей, без вентилятора и крепится на DIN-рейку, - говорит Пауль Фогт, вице-президент R&D Trutegra.

Tru Tegra использует сочетание лазера Сика с поддержкой расстояния в метрах, энкодеры и другие средства для мониторинга положения и скорости крана в режиме реального времени. Для этой установки, расстояние определено в два метра от крана, беспроводная связь через сеть Profinet, ПЛК в кране для управления крановыми движения. С помощью лазерных входов промышленный ПК-сервер делает расчеты для прогнозирования будущих столкновений; он замедляет кран, если бегущим лучом обнаруживается препятствие, с которым может произойти столкновение.

Например, одна комбинация переменных может начать замедление крана на расстоянии 20 метров, в то время как другой набор может начать вмешательство на половине этого расстояния.

- Если оператор крана и захочет за полтора метра от препятствия подтолкнуть кран немного ближе, система знает, что кран движется очень медленно и есть возможность остановиться, - говорит Фогт.

Геометрия становится еще более сложной и динамичной для промышленного ПК на вращающемся кране при перевозке груза или без него.

- Сервер программного обеспечения, работающего на промышленном ПК несет два набора данных, наряду с направлением и скоростью крана», - говорит Фогт. - Система постоянно оценивает все эти параметры, чтобы определить, следует ли применять тормоза и в какой конкретно оси.

Система безопасности

С беспроводными данными движение идёт так быстро, потому что используется промышленный ПЛК Siemens, обеспечивающий немедленное их переопределение.

- Когда «e-stop» работает без проводов, мы отключаем сигнал safe torque off (STO) – «безопасное движение» - на вход крана, чтобы остановить движение. Это может произойти, когда беспроводный пульт оператора удалён, отсутствует, - говорит Фогт.

Промышленный ПК также имеет специальный драйвер общения с ПЛК крана и, если соединение потеряно, кран останавливается. Фогт добавляет, что это не проблема на заводе.

Металлурги также записывают все события в цеховых базах данных и это позволяет компании увидеть хронологию с помощью «просмотра». Интерфейс позволяет воспроизводить хронологические данные, как в реальном времени. При просмотре архива, пользователь видит видеорегистратор с элементами управления (вперед, назад, перемотка вперед, перемотка назад).

 - Та же программа просмотра используется для наблюдения за деятельностью крана, и/или архивных хронологических данных с возможностью присоединить одновременно несколько зрителей. Клиент/Серверное приложение поставляется в виде «довеска клиенту», написано в Windows Presentation Foundation (WPF), и может быть установлено на любой MS Windows, компьютер или ноутбук, поддерживающие .Net Framework 4.5, - добовляет Фогт.