Современная архитектура автоматизации кранов: платформа Smartcrane

Автоматизация производственной и строительной техники (в том числе кранов) сейчас идет по двум взаимодополняющим векторам: повышение безопасности эксплуатации и рост производительности за счет исключения человеческого фактора.

Платформа SmartCRANE (рис. 1) соответствует этим тенденциям. Она разработана на базе современных алгоритмов и представляет собой следующую ступень развития крановой карты и крановых библиотек. Три обязательных компонента в современной платформе управления краном — это прибор безопасности, интеллектуальные алгоритмы управления краном и цифровые сервисы сбора и аналитики данных. Рассмотрим их особенности.

Рис. 1. Схема устройства платформы SmartCRANE

Прибор безопасности и управления

Прибор безопасности и управления на платформе SmartCRANE основан на оборудовании автоматизации Schneider Electric серии MachineStruxure. В состав платформы входят:

• программируемый логический контроллер (ПЛК) с загруженным программным обеспечением прибора управления и безопасности;
• панель оператора с загруженной программой визуализации.

Обратимся к функциям прибора.

Ограничитель грузоподъемности

Ограничитель обеспечивает защиту крана от перегрузки путем отключения механизма подъема груза: как посредством датчиков, подключаемых по интерфейсу 4–20 мА, так и по моменту двигателя.

Датчики выбираются заказчиком и устанавливаются в количестве до двух штук на лебедку. Кроме того, есть возможность настроить несколько точек калибровки (по выбору) для увеличения точности измерения. Показания датчиков корректируются в зависимости от текущей высоты подъема.

Ограничение движений крана

Прибор автоматически обеспечивает снижение скоростей с последующей остановкой механизмов для подъема при его подходе к крайним верхнему и нижнему положения по сигналам:

• физических конечных выключателей;
• виртуального конечного выключателя, реализованного на данных энкодера двигателя подъема.

Измерение и отображение параметров крана

Прибор определяет и отображает на дисплее блока индикации:

• нагрузочные параметры крана — массу груза на крюке и степень загрузки;
• работу механизмов крана и системы управления;
• состояние конечных выключателей;
• работу алгоритмов;
• календарную дату и текущее время суток.

Защищенные зоны

Электронные системы позволяют запрограммировать зону работы крана. Это обеспечивает работу крана в разрешенных зонах и запрет нахождения крюка в зоне работы технологического оборудования. На экран монитора в кабине крановщика выводится информация о положении крана, величине груза и его перемещении, запретных зонах. Система автоматически останавливает движение крана при приближении крюка (грейфера, магнита, захвата) к зоне запрета работы.

На базе данной системы также реализуется защита от столкновения с кранами, работающая на нескольких уровнях.

Кроме того, обеспечению безопасности способствуют встроенные интеллектуальные алгоритмы работы крана.

Интеллектуальные алгоритмы управления краном

Алгоритмы обладают гибкими возможностями настройки, позволяют снизить вероятность человеческой ошибки и адаптированы под российские условия эксплуатации:

• грейферный автомат позволяет автоматизировать синхронную работу приводов, автоматическое заполнение материалом и выравнивание нагрузок между приводами;
• благодаря автоматической компенсации груза можно минимизировать раскачивание груза и оптимизировать производительность работы крана;
• контроль падения груза и система проверки тормозов позволяют повысить безопасность;
• за счет автоматической коррекции перекоса крана можно уменьшить износ колес;
• синхронизация работы приводов независимых подъемов повышает безопасность;
• локальная диагностика системы управления позволяет оперативно локализовать неисправность и уменьшить время простоя крана.

Цифровые сервисы сбора и аналитики данных

Данные сервисы (рис. 2) призваны облегчить управление краном, обеспечить возможности дистанционного контроля, а также обезопасить данные на случай сбоя.

Рис. 2. Цифровые сервисы сбора и аналитики данных

Платформа подключена к облачному серверу. Благодаря этому у систем безопасности всегда есть резервная копия базы данных в облаке, что обеспечивает три важных преимущества:

• объем сохраняемых данных больше не ограничивается объемом памяти бортовой электронной системы;
• повышается надежность сохранения информации (платформа работает как «черный ящик»);
• уменьшается объем работы оператора, что позволяет исключить вероятность человеческой ошибки в процессе сохранения данных.

Кроме того, с помощью GSM-модема можно удаленно настраивать систему управления и специализированные алгоритмы, а также настраивать и отслеживать параметры преобразователей частоты.

Конфигурирование и ввод в эксплуатацию прибора безопасности

Встроенная в SmartCRANE универсальная программа ПЛК позволяет реализовать систему управления с продвинутыми алгоритмами и функцией прибора безопасности на большинстве типов мостовых кранов (одно- или двухподъемных крюковых, грейферных, кранов с одной или двумя тележками).

Настройка SmartCRANE выполняется в два этапа с помощью сенсорной панели. На первом оператор выбирает приводы и механизмы крана, а на втором — необходимые алгоритмы управления краном.

Первый этап показан на рис. 3. В зависимости от выбранных механизмов конфигурируется архитектура крана. Так, система управления может быть реализована на кране с одним и двумя подъемами, с одной или двумя тележками, крюковом или грейферном.

Рис. 3. Настройка «Смарт-Крана». Этап 1

Второй этап отображен на рис. 4. Доступные алгоритмы управления зависят от сконфигурированной архитектуры крана.

Рис. 4. Настройка «Смарт-Крана». Этап 2

Пример визуализации работы крана на панели управления (после конфигурации) можно увидеть на рис. 5.

Рис. 5. Пример визуализации работы крана для одного подъема

Коммуникационные интерфейсы

В системе SmartCRANE предусмотрены интерфейсы управления на базе Ethernet — Ethernet/IP и ModbusTCP, ModbusRTU, а также CANopen.

Регистратор параметров работы крана

Еще один элемент платформы — регистратор параметров работы крана (рис. 6). Регистратор производит запись постоянных данных и запись оперативных данных с периодичностью в 1 с. Запись ведется на SD-карту контроллера, которую можно прочитать на ПК или в облачном сервисе. Формат *.CSV позволяет анализировать данные в Excel. Дополнительную защиту данных (от редактирования и подделки) обеспечивает их параллельная запись на встроенную Flash-память ПЛК. Также реализована регистрация действий оператора крана и работы системы управления.

Рис. 6. Регистратор параметров работы крана

Заключение

Платформа SmartCRANE — это современное и эффективное решение по управлению грузоподъемным оборудованием. Использование унифицированного, заранее запрограммированного и протестированного программного обеспечения снижает затраты на проектирование нового оборудования, а также ускоряет процесс запуска. Кроме того, программное обеспечение адаптировано к российским условиям эксплуатации.

Обеспечение безопасности эксплуатации и повышение эффективности работы кранов достигаются за счет удаленного мониторинга кранов (определение гарантийных случаев и предотвращение выхода из строя), измерения реальной загрузки кранов (оптимизация производственного процесса), управления преобразователями по встроенному в ATV900 интерфейсу Ethernet (экономия) и формирования данных о событиях, предшествующих аварийным ситуациям.

Необходимо помнить о том, что автоматизация крановых систем требует комплексных решений с учетом всех норм и стандартов безопасности.