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Seguridad avanzada ABB para grúas de torre

NTK Ingenieurbüro utiliza el PLC de seguridad ABB  AC500-S para el control de grúas de torre 

Seguridad avanzada ABB para grúas de torre

El nivel de congestión de las grandes obras de construcción está aumentando debido al esfuerzo por aprovechar mejor el espacio de construcción disponible y reducir los plazos de proyecto. La grúa de torre de carga es un elemento crítico para la eficiencia de estos emplazamientos, y los operadores de grúas hoy tienen que trabajar en espacios tridimensionales muy complejos con numerosas zonas de posible colisión.

El diseñador de controles para grúas NTK ha hallado la solución a estos problemas con un nuevo sistema de seguridad avanzado para grúas de torre, que puede reconocerse fácilmente por las cabinas de grúa con el distintivo de la empresa y las ventanas circulares u ovaladas. NTK actualmente está instalando un sistema de control basado en una nueva generación de PLC de seguridad de ABB. Este sistema monitoriza continuamente el par de carga así como las zonas de trabajo y colisión en tiempo real, según el nivel de seguridad funcional SIL3 (IEC 61508 y 62061) PLe (ISO 13849-1). Este sistema ofrece al operador una visibilidad instantánea y completa de todos los indicadores clave del estado de la grúa. La velocidad máxima de desplazamiento de la grúa también se controla ahora mediante un cálculo dinámico completo del momento de la carga. Esto mejora la productividad de la grúa proporcionado una envoltura de rendimiento de izado ajustable de manera ilimitada, en lugar de usar bandas de velocidad máxima con graduación limitada.

El PLC de seguridad utilizado, el AC500-S de ABB, simplifica este proyecto de mejora del control gracias a las funciones matemáticas que integra. A diferencia de otras opciones de controlador de seguridad, el PLC admite funciones trigonométricas, lo que aumenta notablemente la velocidad de cálculo de la seguridad estática y dinámica de carga de la grúa. La posición del carro, el radio de la grúa y las condiciones de carga y viento se muestran en la interfaz de usuario táctil de NTK.

"El PLC de seguridad calcula complejas funciones aritméticas de seguridad para monitorizar los parámetros clave. Entre otras cosas, garantiza que no se superen en ningún caso los momentos máximos de carga admisibles para evitar la inclinación por sobrecarga de la grúa", afirma Ralf Tensing, uno de los fundadores de NTK Ingenieurbüro. "El estado se muestra ahora en tiempo real. De un vistazo, el operador puede ver dónde está el carro o el polipasto, por ejemplo, y el tipo de carga. Cuando se trabaja en instalaciones congestionadas o a grandes altitudes, esto es una gran ventaja".

NTK siempre ha ido a la vanguardia en cuanto a seguridad en el control de grúas. Para esta iteración de su sistema de control, que lo mejora con una arquitectura de PLC dual que incluye el PLC de seguridad AC500-S con nuevas funciones de cálculo, NTK llegó a un acuerdo para ser usuario beta de ABB. Gracias a esto, NTK tuvo acceso al nuevo PLC de seguridad en etapas muy tempranas del ciclo de desarrollo. A cambio, los desarrolladores de NTK intercambiaron con ABB sus comentarios y opiniones sobre el PLC y sus herramientas de desarrollo.

El lanzamiento al mercado del nuevo sistema de control de NTK llevó finalmente unos 12 meses. No obstante, esto incluyó un periodo de prueba con uno de sus clientes OEM de grúas, que a su vez aportó su propio feedback a NTK sobre el nuevo sistema de control de seguridad. El nuevo código de seguridad se desarrolló en un plazo más breve, de unos tres meses, gracias en gran parte a la calidad de las herramientas de programación de ABB.

En lugar de programar con bloques de funciones de PLC de seguridad especializados, el AC500-S ofrece un completo lenguaje de programación de texto estructurado con certificado de seguridad. Este lenguaje de alto nivel, que incluye la capacidad de usar construcciones sofisticadas tales como enunciados condicionales, proporcionó a NTK mayor flexibilidad para desarrollar su propias ideas acerca de la nueva monitorización de seguridad de la grúa y la interfaz de usuario. Además, una de las herramientas de desarrollo clave que ayudó a NTK en la transición desde la escritura del código de control PLC "estándar" hasta la producción del código del PLC de seguridad, fue la disponibilidad del analizador de código de seguridad (SCA) exclusivo de ABB. Esta herramienta verifica que el usuario siga reglas o directrices de programación de seguridad conforme a IEC 61508-3. A medida que NTK crea nuevos módulos de software, estos se pueden verificar rápidamente con la herramienta SCA, que comprueba, entre otras cosas, que las variables tengan un nombre adecuado y que se transfiera el trabajo correctamente. Además, puede realizar el etiquetado automáticamente si la estructura del código es compleja o si usa instrucciones que pueden llevar a errores de software, como los bucles de programa.

Otra parte importante del entorno de desarrollo completo para NTK es la suite Automation Builder de ABB. Esta proporciona un entorno de desarrollo integrado para la gama de componentes de automatización usados en los proyectos de sistemas de control como los de NTK: desde PLC, PLC de seguridad y controladores de movimiento hasta accionamientos y HMI. Esta herramienta simplifica enormemente el software y reduce el tiempo de comercialización.

"Esta aplicación ilustra lo simple que es para los usuarios de PLC empezar a adoptar arquitecturas de sistemas de control basadas en PLC de seguridad", afirma Knud Jansen, Responsable de producto para Machinery Controls and Automation en ABB Automation Products. "Los impulsores clave para NTK fueron la capacidad de programar usando el lenguaje de texto estructurado de alto nivel y la potente herramienta de análisis de código de seguridad, que proporciona a los desarrolladores de software de la empresa un feedback instantáneo de los módulos de código del PLC conforme los desarrollan y los prueban".

El sistema de control para grúa mediante PLC de NTK está ubicado en un armario protegido en el interior de la cabina del operador. Sin embargo, el PLC también puede suministrarse en una variante para "condiciones extremas" para que los propios usuarios puedan configurar las soluciones del PLC de seguridad funcional. Estas soluciones también son robustas y adecuadas para el funcionamiento en condiciones exigentes y climas extremos, como los que suelen encontrar algunas grúas y aplicaciones de izado, por ejemplo.

El hardware del PLC de seguridad de ABB comparte el mismo aspecto que la familia de PLC AC500 estándar para aplicaciones que no son de seguridad, así como dimensiones idénticas a la CPU y los módulos de E/S de ABB estándar y el mismo montaje y esquema de cableado. Ambos tipos de módulos pueden combinarse en el mismo PLC, lo cual permite al sistema ejecutar funciones de seguridad y o de otra naturaleza. Esto puede reducir la complejidad y el coste de los proyectos, y abre la puerta a nuevas opciones para aplicaciones como el mapeo directo de variables y el intercambio de datos entre los elementos de seguridad y otros elementos del sistema de control.

Las capacidades matemáticas del AC500-S incluyen una potente suite de funciones para cálculos trigonométricos, incluyendo COS, SIN, TAN, ASIN, ACOS y LOG. Esto es ideal para garantizar un control de movimiento seguro en cualquier aplicación que implique cinemática compleja, como grúas, polipastos, manipuladores y plataformas móviles (vehículos de guiado automático).

La CPU de seguridad del AC500-S está programada con editores estándar como texto estructurado (ST), diagrama en escalera (LD) o diagrama de bloques de funciones (FBD), lo cual facilita a los usuarios la migración de las arquitecturas de control a nuevos niveles de seguridad. Esto permite una curva de aprendizaje sencilla y un desarrollo de la aplicación rápido, y reduce por tanto el coste total de propiedad del sistema de automatización. La herramienta de análisis del código de seguridad de ABB, SCA, ayuda aún más a acelerar el desarrollo mediante la verificación de las reglas o directrices de programación de seguridad conforme a la norma IEC 61508-3. Esta potente herramienta posee la certificación de TÜV SÜD, que sometió el software a pruebas exigentes. Los resultados se documentan en un informe técnico que verifica las características del analizador, el cumplimiento de las normas y el rendimiento en términos de análisis de sintaxis del código fuente de la aplicación de seguridad.

Uno de los mayores beneficios es que el código del PLC es más fiable, está mejor estructurado y se lee con más facilidad, lo que ayuda a reducir el esfuerzo de certificación y los costes de mantenimiento tras la comercialización. La reducción de costes y la rapidez de desarrollo se ven aún más potenciadas por el editor de programación de seguridad del AC500-S, con la bien conocida biblioteca de seguridad PLCopen, que incluye los bloques de funciones estandarizados usados en aplicaciones de seguridad como E-Stop, Selector de modo, Control bimanual, etc. El AC500-S admite además una amplia gama de tipos de datos IEC, proporcionando a los programadores mucha más flexibilidad.

A diferencia de algunos PLC de seguridad, el AC500-S de ABB cuenta con un procesador de seguridad independiente. La CPU de seguridad puede configurarse para trabajar incluso si el procesador dedicado a tareas que no son de seguridad se encuentra en modo PARO o mantenimiento, o durante un cambio en línea. ABB ofrece una selección de módulos de E/S de seguridad con certificación SIL3/PL e, incluyendo entradas y salidas digitales y un módulo de entrada de intensidad analógico dedicado que cubre el rango de 0-20 mA (o 4-20 mA). Este último módulo permite medir parámetros como la presión, la temperatura, la posición y el par directamente en aplicaciones, sin necesidad alguna de conversión A/D o electrónica propia. Esto puede simplificar la implementación de una amplia gama de aplicaciones de control de maquinaria relacionadas con la seguridad, como sistemas de frenado en polipastos y equipo de izado, hasta sistemas de posicionamiento y control de temperatura en grúas, plataformas móviles y sistemas de desconexión selectiva en aerogeneradores.

Para simplificar el diseño del sistema, los módulos de control relacionados con la seguridad pueden instalarse como parte de la solución de PLC principal, o ubicarse en un rack de E/S conectado mediante el protocolo PROFINET/PROFIsafe. Los sistemas de control conectados en red como este reducen el coste de cableado y montaje y evitan problemas de interferencias. En esta aplicación, NTK eligió usar el estándar Ethernet industrial PROFINET/PROFIsafe para sus comunicaciones de seguridad en la grúa.