Intelligente Brückenkrane: Definition und Schlüsseltechnologien

Viele Brückenkrane sind heute mit Frequenzumrichtern, Fernsteuerungen, Überwachungsplattformen oder Schwingungsdämpfungssystemen ausgestattet. Die bloße Kombination dieser Funktionen macht einen Kran jedoch noch nicht intelligent. Intelligente Brückenkrantechnologien müssen es einem Kran ermöglichen, die Last zu erkennen, seine Position und die Arbeitsumgebung zu bestimmen, seinen Fahrweg zu planen, das Pendeln der Last zu kontrollieren und Wartungsentscheidungen auf Basis des Anlagenzustands zu treffen.

Mit anderen Worten: Intelligenz bedeutet nicht einfach nur, einen Kran zu bewegen. Es geht darum, dem Kran die Fähigkeit zu verleihen, zu erfassen, zu analysieren, Entscheidungen zu treffen, Aktionen auszuführen und Feedback zu erhalten. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Schlüsseltechnologien für den autonomen Kranbetrieb, darunter Lasterkennung, räumliche Positionierung, intelligente Hebezeuge, Wegplanung, Zustandsüberwachung und integriertes Anlagenmanagement.

1. Was ist ein intelligenter Brückenkran?

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Kran leistet ein intelligenter Brückenkran mehr als nur die Ersetzung manueller körperlicher Arbeit. Er kann auch Teile der kognitiven Arbeit des Kranführers ersetzen oder unterstützen. Sensoren, intelligente Entscheidungssoftware und der Kran selbst sind integriert, um Erfassung, Analyse, Schlussfolgerung, Entscheidungsfindung und Steuerung zu ermöglichen. Dies fördert die Interaktion und Koordination zwischen Menschen, Maschinen und Material.

Ein intelligentes Steuerungssystem kann einen Teil der Aufgaben des Kranführers übernehmen: Erfassung, Beurteilung und Ausführung der Arbeitsabläufe. Es ermöglicht dem Kran, sich an Veränderungen der Arbeitsumgebung anzupassen und Lasten zu identifizieren, den Zustand zu erfassen, automatisch zu arbeiten und das Betriebsmanagement zu steuern. Der grundlegende Arbeitsablauf bleibt ähnlich wie bei einem herkömmlichen Kran, jedoch erweitern intelligente Funktionen die Erfassungs-, Entscheidungs- und Ausführungsfähigkeiten für einen autonomeren Betrieb.

2. Wichtige intelligente Brückenkrantechnologien

Um die Wahrnehmung, Entscheidungsfindung und Ausführung durch den Kranführer zu ersetzen oder zu unterstützen, muss ein Kran die Lastposition erkennen, die Last identifizieren und verifizieren, Lasten automatisch aufnehmen und absetzen, Fahrwege auswählen und optimieren, Pendelbewegungen in einem flexiblen Hebesystem unterdrücken, präzise am Zielort anhalten und seinen eigenen Betriebszustand überwachen können. Er muss außerdem in der Lage sein, Fehler zu diagnostizieren und während des automatischen Betriebs Alarme auszugeben.

2.1 Lastidentifizierung, -verifizierung, -rückmeldung und Datenspeicherung

Je nach Form, Verpackung und Lagerungs- oder Transportmethode können Ladungen Folgendes umfassen: Spulen wie Stahl-, Papier- und Folienspulen; Kisten wie Container, Materialbehälter und Transferboxen; Blöcke wie Stahlplatten, Knüppel und Schildvortriebskomponenten; Bündel wie Stahlrohre, Bewehrungsstahl, Schienen und Profile; Spulen wie Kabel- und Walzdrahtspulen; Einzelteile wie Eimer und Gießkellen; und lange Stücke wie Schienen, I-Träger, H-Träger und Konstruktionsträger.

Die automatische Identifizierung, Verifizierung und Rückmeldung von Informationen über Ladungen in verschiedenen Zuständen bildet die Grundlage für die standardisierte Datenkodierung, -erfassung, -identifizierung, -verwaltung und -übertragung. Zu den relevanten Technologien gehören Barcode-Erkennung, RFID, Spracherkennung, optische Zeichenerkennung, magnetische Identifikation, Bilderkennung, Mustererkennung und biometrische Erkennung. Die nach Identifizierung und Verifizierung gespeicherten Ladungsinformationen sollten breit anwendbar, stabil und schwer zu duplizieren sein.

2.2 Räumliche Positionierung

Einige High-End-Krane nutzen dreidimensionale Positionierung, doch die Positioniergenauigkeit kann durch akkumulierte Fehler im gesamten Maschinensystem weiterhin eingeschränkt sein. Gängige Positionierungsverfahren lassen sich in zwei Kategorien einteilen:

• Relative Adressierung: typischerweise mittels Drehgebern, Laser- oder Radarentfernungsmessung und visueller Erkennung.
• Absolute Adressierung: typischerweise mittels Positionsendschaltern, codierten Kabeln wie Gray-Code-Stromschienen, linearen Encodern, BPS-Barcodes, Kettenrad- und Kettensystemen und absoluter Echtzeit-Adressierung über Funk, Infrarot, drahtlose HF, GPS oder ähnliche Systeme.

Mit der Weiterentwicklung der drahtlosen Kommunikation verbessert sich die Genauigkeit von Mobilfunknetz- und Indoor-Positionierungstechnologien wie WLAN, Bluetooth, Infrarot, Ultrabreitband-RFID und Ultraschall stetig. Diese Technologien finden zunehmend Anwendung in der Positionierung mechanischer Geräte.

Die Kranpositionierung umfasst mehr als die Überwachung der Lastform, die Erkennung freier Lagerplätze und die Bestimmung der ein-, zwei- oder dreidimensionalen Lagerposition der Last. Sie beinhaltet auch die ein-, zwei- und dreidimensionale Positionierung von Hebezeugen wie Haken, Gabeln, Saugvorrichtungen, Greifern und Schaufeln.

Da Krane über große Flächen arbeiten, kann ein einzelnes Positionierungsverfahren in komplexen Umgebungen oft nicht die erforderliche Genauigkeit gewährleisten. Daher kombinieren großflächige und komplexe Anwendungen üblicherweise „relative Annäherungspositionierung + absolute Positionierung“. Im Vergleich zur alleinigen Verwendung relativer oder absoluter Annäherung bietet dieses kombinierte Verfahren eine höhere Genauigkeit, Stabilität und Kosteneffizienz bei gleichzeitig geringeren Anforderungen an die Bauqualität.

2.3 Intelligente Hebevorrichtungen

Herkömmliche Krane verwenden hauptsächlich Haken als Hebevorrichtungen. Diese müssen in der Regel manuell angebracht und gelöst werden und eignen sich nur für eine begrenzte Anzahl von Lastarten, was den Automatisierungsgrad von Förderanlagen einschränkt.

Für unterschiedliche Lasten wie Schüttgut, Kisten, Flaschen und Spulen kann ein intelligenter Brückenkran automatische Hebevorrichtungen oder intelligente Hebeeinrichtungen benötigen. Dazu gehören beispielsweise automatische Auslösevorrichtungen. Haken, C-Haken, elektromagnetische Heber, Vakuumheber, Gabeln, Klemmen, Vorrichtungen, Hebebalken, Behälterspreizer, Gießkellen, Greifschaufelnund Greifvorrichtungen. Die Entwicklung einer automatischen Befestigungsvorrichtung oder eines intelligenten Hebegeräts, das für die jeweilige Lastbedingung geeignet ist, ist ein wichtiger Schritt zur Ermöglichung der automatischen Einlagerung und Entnahme.

2.4 Bahnplanung und elektronische Schwingungsdämpfung für flexible Hebesysteme

Fahrwegplanung und Schwingungsdämpfung sind für den automatischen Kranbetrieb flexibler Hebesysteme unerlässlich. Beschleunigung und Verzögerung von Brücke und Laufkatze können in Verbindung mit dem Heben der Last zu Pendelbewegungen führen. Dies verringert die Betriebseffizienz und kann das Unfallrisiko erhöhen.

Für die Pfadplanung und die Stabilisierung von Fahrzeugen werden häufig offene und geschlossene Regelungsverfahren eingesetzt. Zu den offenen Verfahren zählen vor allem die eingangsformungsbasierte und die trajektorienplanungsbasierte Positionierung und Stabilisierung. Geschlossene Verfahren umfassen unter anderem die Rückkopplungslinearisierung, die gewinngesteuerte Regelung, die Gleitmodusregelung, die prädiktive Regelung, die Fuzzy-Regelung, die Regelung mit neuronalen Netzen und die passivitätsbasierte Regelung.

Statische Pfadplanung ist im Allgemeinen ausreichend, wenn Hindernisse an festen, bekannten Positionen verbleiben. Können Hindernispositionen nicht im Voraus bestimmt werden oder sind mehrere Kräne im selben Bereich im Einsatz, ist eine dynamische Pfadplanung erforderlich, um online einen sicheren Pfad zu generieren. Relevante Planungsalgorithmen umfassen die Methode des künstlichen Potentialfelds, die probabilistische Straßenkartenmethode, die Methode der schnell explorierenden Zufallsbäume, genetische Algorithmen und Ameisenkoloniealgorithmen.

Mit der Entwicklung drahtloser Mobilkommunikation kann die Installation von Gyroskopen, Beschleunigungssensoren, Kurssensoren und ähnlichen Geräten an Hebevorrichtungen die dreidimensionale Lastpositionierung, die Pfadplanung und die Schwingungsdämpfung weiter unterstützen.

2.5 Zustandsüberwachung und automatische Fehlerdiagnose

Die Zustandsüberwachung nutzt definierte Methoden, um den Betriebszustand von Anlagen zu erfassen und zu verfolgen. Die Fehlerdiagnose analysiert die Informationen der Zustandsüberwachung zusammen mit den Funktionsprinzipien, den strukturellen Merkmalen, den Betriebsparametern und den historischen Daten der Anlage. Sie kann potenzielle Fehler vorhersagen und aufgetretene oder sich entwickelnde Fehler bewerten, einschließlich ihrer Art, Kategorie, Schwere, ihres Ortes und ihrer Entwicklung.

Zu den üblicherweise überwachten Parametern für Hebezeuge gehören Tragfähigkeit, Lastmoment, Hubhöhe bzw. Senktiefe, Fahrstrecke, Reichweite, Brückenschrägstellung, Nivellierung, Windgeschwindigkeit, Schwenkwinkel, Sicherheitsabstand zwischen Mechanismen auf derselben oder verschiedenen Schienen, Vertikalität der Abstützungen, Betriebszeit, kumulierte Betriebszeit und jeder Arbeitszyklus.

Zu den üblicherweise überwachten Zuständen gehören der Status von Motoren, Bremsen, Frequenzumrichtern, Windschutz- und Antirutschvorrichtungen, Verriegelungen, Türendschaltern, Verriegelungen zwischen Mechanismen, Betriebseinstellungen, Kabeltrommeln und Durchgangs- oder Übertragungsabschnitten. Die Überwachung kann auch Videosysteme und die Echtzeit-Selbstprüfung der Brückensteifigkeit und -festigkeit umfassen.

2.6 Online-Überwachung und Ferndiagnose in Echtzeit

Systeme zur Echtzeitüberwachung und Ferndiagnose kombinieren üblicherweise Sensorüberwachung, drahtlose Echtzeitübertragung, Datenmanagement, Informationsabfragen, Ursachenanalyse, Trendanalyse, Expertendiagnose, Zustandsprognose und IoT-basierte Fernüberwachung.

Durch die Installation eines Überwachungsgateways an bestehenden Anlagen und die Übertragung von Betriebs- und Fehlerdaten via WLAN oder Mobilfunknetze wird die Fernüberwachung und das visualisierte Management ermöglicht. Bei neuen Anlagen lässt sich ein Fernverwaltungssystem in eine einheitliche Anlagenmanagementplattform integrieren und mit einem Instandhaltungsmanagementsystem verbinden, um die Instandhaltungseffizienz und die Anlagenleistung zu verbessern.

Nachdem der Gerätestatus drahtlos in Echtzeit erfasst wurde, kann das System automatisch Wartungs- und Inspektionspläne generieren und durch Datenanalyse schrittweise eine zustandsorientierte, vorausschauende Wartung implementieren.

Die vorausschauende Instandhaltung basiert auf Zustandsüberwachung und Fehlerdiagnose und richtet die Instandhaltungsplanung nach dem tatsächlichen Anlagenzustand und den Produktionsanforderungen aus. Zu ihren Zielen gehören das frühzeitige Erkennen von Ausfallanzeichen, die Bestimmung von Fehlertyp, Schweregrad, Ort und Entwicklungstrend sowie die Vermeidung oder Reduzierung schwerwiegender Störungen. Tritt ein Fehler auf, kann das System den gesamten Fehlerprozess aufzeichnen, um die Ursachenanalyse und zukünftige Verbesserungen zu unterstützen.

2.7 Integrierte Geräteüberwachung und -verwaltung

Für unterschiedliche Lageranordnungen und Anforderungen im Zusammenhang mit Schüttgütern, Kisten, Spulen und anderen Lasten kann ein intelligentes Kranüberwachungs- und -managementsystem Lasterkennung, räumliche Positionierung, automatische Ein- und Auslagerung sowie Zustandsüberwachung kombinieren. Das System kann ein Schnittstellensubsystem, ein Subsystem für Standort- und Bestandsverwaltung, ein Subsystem zur Lasterkennung, ein Subsystem für Disposition und Kranbetrieb sowie ein Subsystem zur räumlichen Positionierung umfassen. Zusammen ermöglichen diese Funktionen einen effizienten, sicheren und intelligenten Kranbetrieb.

3. Schlussfolgerung

Die Nachfrage nach intelligenten Brückenkränen wächst in den Bereichen intelligente Fertigung, intelligente Logistik und intelligente Instandhaltung. Die oben beschriebenen Technologien lassen sich mittels Software, Produkten und Steuerungstechnik in intelligente Brückenkräne und komplette Anlagensysteme integrieren. Anwendungsbereiche sind unter anderem der Arbeitsplatztransfer in der Metallurgie, Papierherstellung und Automobilindustrie sowie Lagerung und Materialfluss in der Logistik.

Der Kern eines intelligenten Brückenkrans besteht nicht einfach in der Integration eines Frequenzumrichters, einer Fernsteuerung oder einer Überwachungsplattform. Er liegt vielmehr in der Fähigkeit, einen vollständigen Regelkreis zu bilden, der Lasterkennung, räumliche Positionierung, automatische Handhabung, Bahnplanung, Schwingungsdämpfung, Zustandsüberwachung, Fehlerdiagnose und Anlagenmanagement umfasst. Durch die automatische Ausführung von Prozessabläufen, die Echtzeit-Erfassung des Betriebszustands und die Unterstützung vorausschauender Wartung können intelligente Brückenkrane die Betriebseffizienz steigern, Betriebs- und Wartungskosten senken und Daten für eine optimierte Anlagenkonstruktion, Wartung und Eigensicherheit liefern.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

Email: cindywang@hndfcrane.com

Ich bin Cindy, habe 10 Jahre Berufserfahrung in der Kranbranche und eine Fülle an Fachwissen angesammelt. Ich habe für über 500 Kunden die zufriedenstellendsten Kräne ausgewählt. Wenn Sie irgendwelche Bedürfnisse oder Fragen zu Kränen haben, können Sie sich gerne an mich wenden. Ich werde mein Fachwissen und meine praktische Erfahrung nutzen, um Ihnen bei der Lösung des Problems zu helfen!