Od ponad 35 lat Heila Cranes S.p.A. jest światowym liderem w budowie żurawi pływających dostosowanych do potrzeb klientów. Heila, mająca siedzibę we Włoszech w Poviglio (prowincja Reggio Emilia), od ponad dwudziestu lat specjalizuje się w budowie żurawi dla branży transportu morskiego i obiektów morskich i jest bliska ukończenia budowy jednego z największych żurawi pływających dostępnych obecnie na rynku europejskim, w pobliżu portowego miasta Rawenna we Włoszech.

W celu zapewnienia krótszego czasu montażu i dostawy, zwiększenia bezpieczeństwa i wydajności energetycznej oraz zmniejszenia kosztów konserwacji spółka przyjęła oparte na podzespołach firmy Eaton zintegrowane rozwiązanie zaprojektowane przez oddział automatyki działu inżynierii firmy Heila. Obejmują one innowacyjną architekturę systemów sterowania, UPS i oświetlenia.

Wyzwanie

Heila Cranes otrzymała od holenderskiej spółki Stemat z Rotterdamu zlecenie budowy żurawia dla Stemat Spirit, kontenerowca wykorzystywanego do transportu materiałów i sprzętu dla morskich elektrowni wiatrowych na Morzu Północnym. Żuraw, model HR4070/30-2BJ z aktywną kompensacją nurzania, posiada udźwig 4000 ton, maksymalny wysięg 34 metry i maksymalną wysokość 42 metry.

Ponieważ żuraw jest przeznaczony do zastosowań morskich w odległych obszarach narażonych na ekstremalne warunki pogodowe, projekt ten dał Heila możliwość wdrożenia innowacyjnych rozwiązań konstrukcyjnych i inżynieryjnych, mających na celu sprostanie wyjątkowemu zestawowi wyzwań. Obejmują one konieczność zminimalizowania czasu dostawy, montażu i konserwacji, co ma zapewnić uniknięcie niepożądanych przestojów, których koszt dla klienta to ponad 100 000 euro dziennie.

„Ponieważ praca będzie się odbywać na otwartym oceanie, gdzie szybkie wsparcie i dostawa części zamiennych są często niemożliwe, Stemat Spirit wymaga niezawodnego rozwiązania umożliwiającego natychmiastowe wsparcie w razie potrzeby” – wyjaśnia Giovanni Bertozzi, główny inżynier ds. automatyki w Heila. „Nasza wcześniejsza współpraca z Eaton daje nam pełną świadomość obecności tej firmy na całym świecie oraz wysokiej jakości i szerokiej gamy jej produktów. Wśród nich są programowalne sterowniki logiczne, oświetlenie bezpieczeństwa oraz UPS, co umożliwia nam wyposażenie naszego żurawia w kompleksowe rozwiązanie mogące zapewniać nadzwyczajną niezawodność i bezpieczeństwo”.

Heila musiała przede wszystkim dostarczyć żurawia z architekturą systemów sterowania, umożliwiającą zdalne monitorowanie i szybki montaż, oraz zasilania bezprzerwowego (UPS) zapewniającego działanie ręcznego systemu przeciwprzeciążeniowego nawet w przypadku przerwy w dostawie zasilania. Ostatnie z tych wymagań zostało nałożone przez europejską normę EN 13852-1 oraz przez DNV GM, jednostkę certyfikującą branży morskiej.

Z uwagi na bezpieczeństwo żuraw pływający spółki Heila wymagał również skutecznego systemu oświetlenia wszystkich chodników, który zagwarantowałby wysoką wydajność energetyczną oraz niskie koszty konserwacji.

Ponadto z uwagi na ograniczoną przestrzeń na pokładzie Heila była zmuszona do zminimalizowania okablowania i wymiarów montażowych urządzeń elektrycznych. Oprócz tego użyte podzespoły miały być wytrzymałe i odporne na trudne warunki środowiskowe i pogodowe.

Rozwiązanie

Rozwiązanie obejmuje architekturę systemów sterowania opartą na komputerze przemysłowym serii XP500, programowalnym sterowniku serii XC-CPU202 oraz systemie rozproszonych wejść/wyjść XI/ON ze wsparciem zarówno dla portów komunikacyjnych CAN jak i Ethernet, w zależności od potrzeb.

System zdalnych wejść/wyjść XI/ON obejmuje modularne stacje obiektowe sygnałów wejścia/wyjścia i jest montowany na szynie DIN. Montaż systemu jest szybki i prosty dzięki jego kompaktowej konstrukcji, w której moduły są montowane na podstawie, oraz montażu na szynie DIN umożliwiającej uniezależnienie okablowania poszczególnych modułów oraz wykorzystanie zacisków sprężynowych niewymagających korzystania ze śrubokręta. Okablowanie zostało ponadto zoptymalizowane i ograniczone w maksymalnym możliwym zakresie, co umożliwiło Heila łączenie jednostek funkcjonalnych w wymaganym czasie.

Rozbudowana pamięć i lepsze parametry komputera przemysłowego XP500 z dwurdzeniowym procesorem o taktowaniu 1,65 GHz zapewniają szybką pracę oraz mniejsze zużycie powierzchni. Cechy te umożliwiają uproszczenie rejestrowania danych niezbędnych przy identyfikacji uszkodzeń modułów, odnajdywaniu źródeł problemu oraz podczas czynności wyjaśniających (w razie wypadku) bez konieczności wykorzystania dodatkowego komputera. Wszystkie powyższe cechy zapewniają najwyższą prędkość działania systemu. Oprócz tego dzięki swoim parametrom komputer nie wymaga wentylatora chłodzącego, dzięki czemu system jest kompaktowy i mniej narażony na zablokowanie, gdyż nie ma w nim ruchomych elementów.

Komputer firmy Eaton został ponadto zaprojektowany z myślą o ciągłym narażeniu na działanie sił przyrody, jakie panują na Morzu Północnym, oraz jest wyposażony w ekran antyrefleksyjny, aluminiową obudowę oraz wytrzymały, odporny na zarysowanie, wodoszczelny i odporny na chemikalia panel.

Aby uprościć korzystanie z komputera połączonego z programowalnym sterownikiem oraz ograniczyć ewentualny wpływ błędów operatora, użyto technologii pojemnościowej (PCT) wyświetlacza oraz oprogramowania firmy Codesys, zapewniając w ten sposób niezwykle intuicyjny interfejs. Funkcja wielopunktowego dotyku umożliwia użytkownikowi wywoływanie funkcji na ekranie podobnie jak na tablecie czy smartfonie.
Ciągłość pracy jest zapewniona także podczas awarii zasilania, gdyż Eaton zamontował na żurawiu HR4070/30-2BJ zasilanie bezprzerwowe (UPS) 9355 Marine, będące jednym z niewielu produktów UPS posiadających świadectwo zgodności z normą EN 13852-1 oraz certyfikowanym przez DNV GL do współpracy z ręcznym systemem przeciwprzeciążeniowym. Urządzenie umożliwia odtworzenie obciążenia, dzięki czemu w razie awarii zasilania możliwe jest ukończenie trwających działań.

Ponadto dzięki kompaktowej konstrukcji oraz wbudowanemu zasilaniu akumulatorowemu UPS 9355 Marine nie wymaga od Heila zapewnienia zewnętrznej szafy, co pozwala na zmniejszenie zajmowanej powierzchni. Czynniki te umożliwiły umieszczenie zasilacza UPS w wysięgniku żurawia i przez to dalsze zmniejszenie ilości okablowania.

System oświetlenia CEAG firmy Eaton z wysoce wydajnymi, energooszczędnymi reflektorami szerokostrumieniowymi LED również przyczynia się do „wyszczuplenia” zasilacza UPS. Niższy pobór energii umożliwia ponadto użycie mniejszego zasilacza UPS w celu zapewnienia ciągłości oświetlenia podczas awarii zasilania, nawet w przypadku zastosowania w systemie oświetlenia większej liczby źródeł światła niż wymagana.

Wyniki

Heila szacuje, że zastosowanie tych rozwiązań umożliwiło skrócenie czasu wykonania okablowania i montażu o ponad 10% względem poprzednich aplikacji.

„Pracując z firmami branży morskiej można się przekonać, jak istotne jest skrócenie czasu montażu. Architektura systemów sterowania firmy Eaton bazuje na pojedynczej jednostce z wieloma wejściami i wyjściami, co skraca i usprawnia montaż bez konieczności wykonywania skomplikowanych połączeń”, stwierdził Bertozzi. „Zdalne wsparcie oraz krótki czas realizacji dostaw przez firmę Eaton zapewnia możliwość szybkiej wysyłki części zamiennych do każdego miejsca umożliwiając nam ograniczenie do minimum przestojów u naszych klientów”.
Bertozzi szacuje ponadto, że wykorzystanie energooszczędnego oświetlenia LED umożliwi klientowi uzyskanie oszczędności energii rzędu 45% w porównaniu ze świetlówkami przy jednoczesnej redukcji kosztów konserwacji o 50% i zapewnieniu średniej żywotności co najmniej 30 000 godzin. Przekłada się to na brak konieczności przeprowadzania konserwacji przez okres czterech lat.