Сегодняшняя международная грузовая система основана на стандартизированном использовании транспортные контейнеры. Эти штабелируемые стальные ящики, в основном длиной 20 или 40 футов, днем и ночью перемещаются по мировым судоходным путям, железным и шоссейным дорогам, обеспечивая непрерывное перемещение коммерческих грузов. В рамках этой логистики порты – и– стоят на решающем этапе.
В каждом морском порту, занимающемся обработкой грузов, над причалом возвышаются большие портальные краны типа «корабль-берег» (STS). Тележки перемещаются взад и вперед по своим подвесным стрелам, поднимая и опуская контейнеры с помощью мощных подъемников и специализированных захватных приспособлений, известных как разбрасыватели.
Под постоянным давлением для выполнения перемещений как можно быстрее и эффективнее тролли крана перемещаются со скоростью около 350 м/мин, в то время как подъемники может двигаться со скоростью около 150 м/мин без груза или 90 м/мин с грузом, скажем, 60 или 70 тонн. Эти скорости должны быть достигнуты без ущерба ни для безопасности, ни для точности управления.
Быстрый и плавно работающий кран выигрывает от системы электропитания, в которой двигатели переменного тока (или, реже, двигатели постоянного тока) управляются приводами, оснащенными модулями, которые были запрограммированы с помощью специальных пакетов программного обеспечения и подключены к ПЛК через сеть полевой шины.
Какими бы ценными и с трудом приобретенными ни были навыки оператора крана в управлении своей машиной, они значительно повышаются с помощью таких систем, особенно там, где они освобождают оператора от утомительных или повторяющихся задач.
Основное использование крутящего момента в несущем подъемном двигателе значительно улучшает управление движением, связанное с подъемом и опусканием контейнеров. Вместо того, чтобы просто включать или выключать его, возможность ускорять и замедлять работу подъемника снимает напряжение с механизма при открытии или нажатии на тормоза.
Кроме того, вес груза крана можно определить и измерить, обычно с помощью тензодатчиков или в некоторых случаях с помощью внутреннего измерения крутящего момента приводов подъемника. В современных системах эта информация обрабатывается подъемными двигателями для достижения оптимальной скорости подъема.
Аналогичная технология может быть использована для управление движением при подъеме. Вместо использования тележки подъемный кран поднимает свой груз одним длинным шарнирным рычагом, а затем поднимается вверх, удерживая крюк в горизонтальном положении на постоянной высоте за счет уменьшения угла между стрелой и стрелой. Здесь, опять же благодаря динамической реакции приводов на вес груза, движение может быть плавным и ровным.
Две особые проблемы, с которыми сталкивается движение крана, — это раскачивание и перекос. Контейнеры, подвешенные к подъемникам, естественным образом начинают раскачиваться подобно маятникам как при начале бокового транспортирующего движения, так и при его прекращении. Проблема может усугубляться перекосом или неравномерным наклоном груза, если, например, он имеет неравномерный вес.
Автоматическая функция предотвращения раскачивания зависит от информации, получаемой как от лазеров, так и от датчиков веса. Эта информация поступает обратно и преобразуется в компенсаторное двигательное поведение, такое как ускорение или замедление, так что тросы, поддерживающие контейнер, остаются почти полностью вертикальными во время работы.
Как и во всех хорошо спроектированных системах электроснабжения, достижение надлежащего уровня использования двигателя, устранение непропорциональных усилий и нагрузок идет рука об руку с энергосбережением — выигрыш, которого можно добиться, если использовать возможности рекуперативного торможения (например, предоставляемые подъемными кранами).
Была разработана альтернативная технология предотвращения раскачивания, которая использует только математические расчеты (основанные на таких данных, как длина и угол наклона троса) для определения требуемых корректирующих усилий. Однако, когда дело доходит до портовых кранов, преимущество систем на основе датчиков заключается в том, что они способны учитывать переменные окружающей среды, такие как сильный ветер.
Другие факторы, зависящие от конкретного объекта, создают значительные проблемы для электронных систем в целом. То цифровые приводы’ ограждения должны быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать экстремальные колебания температуры и соленость морского воздуха и брызг. И, учитывая их уникальную конструкцию, краны несут с собой необычное количество проблем с заземлением и помехами. Волоконно-оптические кабели, например, как правило, используются для защиты от перекрестных электрических помех, неизбежного следствия обвязки кабелей, связанной с движущимися тележками.
Учитывая большие грузы и высокие ставки, лежащие в основе индустрии обработки контейнеров, стандарты безопасности, естественно, также высоки. Когда дело доходит до системы питания, желательно – и, учитывая достаточное пространство панели, просто – установка и/или настройка дополнительных дисков действовать в качестве резервных копий, если потребуется.
По мере того как контейнеровозы с годами становились все крупнее – сейчас есть суда, перевозящие более 10 000 TEU (двадцатифутовых единиц эквивалента), — портовые краны росли вместе с ними. Так называемый кран Super-Post-Panamax (название относится к размеру судна, способного перемещаться по Панамскому каналу) теперь имеет высоту более двадцати этажей и весит более 1500 метрических тонн.
Становится все более нереалистичным оснащение этих конструкций кабинами, из которых оператору было бы трудно определять расстояния и управлять органами управления с требуемым уровнем точности. Вместо этого за последние десять лет специально спроектированная диспетчерская стала естественным наблюдательным пунктом, с которого можно контролировать все более автоматизированный набор операций.
В любом случае, возраст полностью автоматизированный порт это уже на нас. Австралийский Виктория Интернэшнл Контейнерный терминал, открытый в прошлом году, использует автоматические STS и штабелирующие краны наряду с автоматическими контейнеровозами. Шанхайский Глубоководный порт ЯншаньКомпания проводит пробные операции с прошлого года и в конечном итоге рассчитывает интегрировать более 100 дистанционно управляемых козловых кранов в свою полностью автоматизированную систему.
Конечно, пройдет некоторое время, прежде чем эти новаторские сайты станут какой-либо нормой. В то же время, поскольку порты по всему миру продолжают модернизировать свои силовые структуры – и снижать чисто ручные аспекты управление краном – именно системы управления, доступные с помощью новейших программируемых приводов, обеспечивают повышенный уровень безопасности, эффективности и производительности.
