Аккерман Н.М., Технический директор ООО «Интеллект Групп Компани»

Мотивация проекта.

Судопогрузочные машины портовых терминалов во время осуществления погрузочных работ всегда являлись источником повышенной опасности. Актуальность этого вопроса возрастает с каждым днем, особенно потому, что в условиях устойчивой тенденции роста объемов перевалки грузов, возрастает напряженность работ в портах. Cтесненные условия, в которых производятся погрузочные работы, увеличивают вероятность столкновения как элементов машин с конструкциями и надстройками судов, так и столкновения самих машин друг с другом, особенно в тех случаях, когда их перемещение осуществляется по одному рельсовому пути.

До настоящего времени предотвращение этого обеспечивалось комплексом нормативных, технических и организационных мер. Однако, возросшая интенсивность режимов работы подъемного и транспортного оборудования вызывает необходимость автоматизации такой защиты. В соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ 10-382-00» такие механизмы должны быть оборудованы приборами и устройствами, обеспечивающими их безопасную эксплуатацию: ограничителями, указателями, сигнальными устройствами.

Ограничители должны выключать механизм (или группу механизмов) судопогрузочной машины или крана, если наступают условия, при которых нарушается их безопасная эксплуатация. Например, если стрела перемещается в такое положение, при котором она может столкнуться с надстройкой судна, палубным краном или крышкой трюма. Погрузочные машины, эксплуатируемые на предприятиях, как правило, оборудованы простейшими системами, которые предотвращают столкновение её с другими механизмами и надстройками. Безопасность работы зависит только от внимательности оператора и, как показала практика, эти системы малоэффективны.

Проектируйте с «Интеллектом».

Специалисты отдела проектирования ООО «Интеллект Групп Компани» получили запрос от руководства одного из ведущих предприятий отрасли -компании «ADM», занимающегося хранением и перегрузкой зерна в Одесском морском торговом порту, на разработку современной и надежной системы предотвращения столкновения зерновой судопогрузочной машины. Система должна принимать превентивные меры от столкновения стрелы с загрузочным рукавом и элементами палубы судна, а также взаимного столкновения несущих платформ судопогрузочных машин, перемещающихся по одному рельсовому пути.

Рис. 1 Судопогрузочная машина ПМ-1200У11200У1.

Ввиду значительной инерционности конструкций, безопасное расстояние срабатывания ограничителя движения должно составлять, по крайней мере, несколько метров. Анализ опыта предыдущих лет и применяемых решений показал следующее:

  • — контактные датчики в этом случае нецелесообразны ввиду их механической уязвимости, особенно существенной при проведении погрузочно- разгрузочных работ в непосредственной близости от платформ;
  • — емкостные датчики в условиях повышенной влажности и запыленности ведут себя крайне нестабильно и требуют периодической перекалибровки;
  • — оптические (инфракрасные) датчики при воздействии метеорологических факторов таких, как туман или снег, малофункциональны;
  • — ультразвуковые датчики более устойчивы к метеорологическим факторам, но требуют дополнительных затрат на текущее обслуживание (очистка от пыли, снега и т.д.), и нестабильны в случае одновременной работы нескольких датчиков в одной границе.

Неординарность поставленной задачи и сложные условия эксплуатации, а также зарубежный опыт натолкнул специалистов ООО «Интеллект Групп Компани» на мысль о применении лазер-лидарной технологии для решения поставленной задачи. Лида́р (LIDAR англ. Light Identification Detection and Ranging — световое обнаружение и определение дальности) — технология получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеяния в прозрачных и полупрозрачных средах.

Именно это свойство, возможность работы в полупрозрачных средах в нашем случае и предопределило выбор метода идентификации препятствий. Ведь зачастую судопогрузочным машинам приходится работать в условиях высокой запыленности, тумана или снега.

Подтверждением надежности этой технологии может быть широкое применение лидаров в:

  • — исследовании атмосферы;
  • — геодезии;
  • — строительстве и горном деле;
  • — беспилотном транспорте;
  • — авиации;
  • — морском деле.

Компания SICK является одним из ведущих производителей датчиков для любых задач, предлагает передовые LIDAR технологии в сфере автоматизации производства и систем безопасности.

Рис. 2 Сканер 2D LMS511 (Стрела/Рукав)

Рис. 3 Сканер 2D LMS111(Опоры платформы)

В процессе разработки системы предотвращения столкновений в качестве партнера нами были выбраны официальные представители компании SICK в Украине. Результатом нескольких недель совместных консультаций стал выбор датчиков, которые будут применены в нашем проекте в качестве сканеров охранных контуров стрелы с погрузочным рукавом и четырех опор платформы судопогрузочной машины.

 

Лидар, как прибор, представляет собой, как минимум, активный дальномер оптического диапазона. Сканирующие лидары в системах машинного зрения формируют двумерную или трёхмерную картину окружающего пространства.

 

Каждый датчик помещается во всепогодный кожух с обзором 270 ° и обогревом, оборудованный устройством обдува линз, применяемом в случае запредельной запылённости. Кожух монтируется на специализированный кронштейн, имеющий в своем конструктиве фиксаторы ориентации.

Сам лазерный сканер имеет степень защиты IP67 и диапазон рабочих температур -30°С… +50 °С. Дальность сканирования для приборов, устанавливаемых на стрелу с погрузочным устройством — 40 метров при яркости 10%, а для приборов, устанавливаемых на опоры платформы -18 метров при яркости 10%.

Рис. 4 Пример отражающей способности разных материалов (как эталон материал фирмы Kodak

Создавайте с «Интеллектом».

Разработанная специалистами ООО «Интеллект Групп Компани» и компании SICK система предотвращения столкновения состоит из:

  • — 2D сканер LMS111 (IP67, с подогревом) — 4 шт.;
  • — 2D сканер LMS511(IP67, с подогревом) — 3 шт.;
  • — всепогодный кожух обзора 270 ○ с комплектом креплений — 7 шт.;
  • — комплект для автоматического обдува линз радаров воздухом;
  • — сенсорная панель пульта оператора TP700 COMFORT;
  • — шкаф контроллерный на базе Simatic S7-1200.

Сканеры устанавливаются в защищенном от механических повреждений месте, и это никак не сказывается на удобство их эксплуатации. Ведь они не требуют никакого обслуживания!

Для диалога с оператором, контроля и визуализации работы систем безопасности в кабине оператора предусмотрена сенсорная графическая панель.

Рис. 4 Вид из кабины(графика)

Контроль и управление осуществляется при помощи программируемого логического контроллера Simatic S7-1200, установленного в помещении РП.

Рис. 5 TP700 COMFORT

Рис. 6 Simatic S7-1200

 

Процесс конфигурации сканеров состоит из внесения данных граничных точек охранного контура через бесплатное приложение, поставляемое вместе с датчиком. Охранный контур каждого датчика может состоять максимально из десяти периметров, что позволяет описать любую достаточно сложную конфигурацию габаритов конструктива погрузочных машин.

 

 

 

Рис. 7 Фильтрация импульсов отраженных и случайных помех и внешнего пространства LMS1XX (графика)

 

Рис. 8 Фильтрация импульсов отраженных и случайных помех и внешнего пространства LMS5XX (графика)

В том случае, если в пятно охранного контура датчика попадает помеха, сигнал через встроенный дискретный выход поступает на дискретный вход программируемого контроллера. В зависимости от создавшейся ситуации, контроллер вырабатывает управляющее воздействие производящее блокировку перемещения механизма в сторону препятствия, выводит информацию на панель и включает светосигнальное устройство, требующее квитирования оператора.

Алгоритм работы управляющей программы позволяет возобновить работу отключенных механизмов для возвращения рабочего оборудования в безопасное положение. Так, если сработал ограничитель перемещения платформы вперед, то движение платформы назад не заблокировано. Если стрела на своем пути встретила препятствие, то её движение в обратном направлении ни что не должно ограничивать.

Рис. 7 Пример охранных контуров судопогрузочной машины.

По просьбе заказчика в рабочий проект была внесена дополнительная опция, позволяющая контролировать работу погрузочного рукава. На первый взгляд, очевидность решения данной задачи оказалась обманчивой. Ведь в процессе погрузки рукав меняет свою длину, а это значит, что и охранный периметр рукава будет динамически изменяться. И в этот раз, совместная работа со специалистами компании SICK принесла положительные плоды. Было найдено лаконичное техническое решение, позволившее соблюсти новые требования к системе.

Диапазон чувствительности сканера позволяет предотвратить столкновение с учётом инерционность механизма, и не зависит от степени внимания оператора, тем самым снижает степень влияния человеческого фактора.

Рис. 8 Пример охранных контуров погрузочного рукава.

Таким образом, автоматический комплекс, разработанный специалистами ООО «Интеллект Групп Компани», соответствует современным требованиям безопасной работы судопогрузочного оборудования и готов работать в условиях повышенной запылённости и тяжелых метеорологических условиях, предотвращая аварийные ситуации.

Работы по реализации автоматизированной системы предотвращения столкновения ООО «Интеллект Групп Компани» включены в бюджетный план текущего года руководством зерно-перегружающего терминала.

Презентация пилотного проекта проходила при поддержке головного предприятия штаб-квартиры компании SICK, которая любезно предоставила образец 2D лазерного сканера. А наши партнеры из украинского представительства компании, специально к этому событию, изготовили симулятор судопогрузочной машины.

За несколько дней презентации с предлагаемым нами решением ознакомились специалисты ведущих терминалов «большой Одессы» таких, как ЧАО «Укрэлеваторпром», ЗПК «Бруклин-Киев», ООО «Трансбалктерминал», ООО «ТИС-Зерно», ООО «ТИС-Минудобрения», ООО «ТИС-Руда», ООО «ТИС-Уголь», ООО «Новотех-Терминал».

Непреложный интерес, вызванный работой созданного комплекса, стал доказательством возросшей актуальности вопроса безопасности погрузочных работ портовых терминалов. Этой работой специалисты компании ООО «Интеллект Групп Компани» подтвердили свое кредо, заключенное в одном из наших слоганов: «Создавайте с «Интеллектом!».