Radarbasierte Kran-Positionierung

Hafentechnik
Sicher und efﬁzient gestaltete Schlüsselprozesse im Containerterminal
Radarbasierte Kran-Positionierung
Symeo hat ein neues 24-GHz-Funksystem entwickelt, das über eine
hohe Messgenauigkeit bis 1 cm
bei gleichzeitig hohen Reichweiten
verfügt. Speziell entwickelte Multiantennen können, anders als bisher,
nicht nur einen Messpfad auswerten,
sondern acht gleichzeitige Messungen
durchführen. So sollen Schlüsselprozesse im Containerterminal noch
efﬁzienter und sicherer gestaltet
werden.
fügt (Bild ➊). Ein einziges Sensorpaar
reicht aus, um Entfernungen bis 1000 m
präzise zu bestimmen. Zusätzlich können Krandaten wie die gemessene Position, der Ladezustand oder die Kranhakenhöhe WiFi-unabhängig über den
LPR-eigenen Funkkanal an eine ortsfeste Kommunikationseinheit übertragen werden. Da das Funksystem robust
ist, kann es im Innen- wie im Außenbereich beispielsweise zur Materialverfolgung oder zur Kollisionsvermeidung
von Kranen und Fahrzeugen verwendet werden.
■ Dirk Brunnengräber
Spezielle Multiantennen können
mehrere Messpfade auswerten
In den letzten 10 Jahren hat sich Radar
als Mittel zur Positionsbestimmung
von Prozess-Kranen und Krankatzen in
vielen Industrien etabliert, u. a. auch in
Containerterminals. Insbesondere bei
hoher Belastung mit Staub, Schmutz
und Feuchtigkeit im Innenbereich und
unter Witterungseinﬂüssen wie Regen,
Nebel und Schnee bei (Hafen-)Außenanwendungen ist die Unempﬁndlichkeit
einer funkbasierten Messung ein wichtiges Merkmal.
Die Symeo GmbH aus Neubiberg hat
nun ein neues Funksystem, das LPR1D24, entwickelt, das über eine hohe
Messgenauigkeit von bis zu 1 cm und
zugleich über hohe Reichweiten ver-
Die Reichweite wird generell von der
Wellenlänge und der im Band zulässigen Sendeleistung beeinﬂusst, während
sich die zulässige Bandbreite stärker auf
die mögliche Genauigkeit auswirkt. Für
den Messzweck sinnvoll nutzbare ISMFrequenzbänder stehen bei 2,4 GHz,
5,8 GHz, 24 GHz und bei 61 GHz zur
Verfügung. Das 2,4 GHz Band scheidet aufgrund der parallelen Nutzung
durch WiFi aus. Ein weiteres Band bei
77 GHz ist ursprünglich für den Bereich
des Automobilradars geschaffen worden, weswegen die Funkeinheiten zulassungsbedingt nur auf bewegten Objekten eingesetzt werden dürfen und
ebenfalls ausscheiden. Die gleichzeitige
S
R
Das neue Funkmesssystem
LPR-1D24 liefert zentimetergenaue
Messungen bei gleichzeitig hoher
Reichweite.
Datenübertragung als Zusatzfunktion
eines Funkmesssystems wurde aus Kosten- und Komplexitätsgründen bisher
nur bei 5,8 GHz realisiert.
Das neue Funksystem nutzt 24 GHz als
Signalfrequenz. Dazu wurden gleichzeitig spezielle Multiantennen mit mehreren Sende- und Empfangspfaden entwickelt, die die Vorteile des Frequenzbandes ideal ausnutzen. Somit werden
nicht wie bisher ein einzelner Messpfad
ausgewertet, sondern acht gleichzeitige
Messungen durchgeführt (Bild ➋a und
➋b), was die Messgenauigkeit erhöht.
Diese Redundanz in der Messung wird
R
S
R
S/E
➊
R
β
E
S
R
α
R
S
R
S/E
R
a)
b)
➋ a Bisher:
➋ b Neu:
Multiantenne
für mehrere
zeitgleiche
Messungen
Einzelantenne
für das Senden
und den
Empfang
274
a)
➌ a Das eintreffende
Signal kommt
zeitversetzt an den
Antennensegmenten an.
b)
➌ b Beide 24-GHzMesspartner bestimmen
den individuellen
Eintreffwinkel.
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Hafentechnik
auch zur Steigerung der Sicherheit
(Performance Level nach EN ISO 13849)
verwendet.
Entfernung und Eintreffwinkel
werden gleichzeitig gemessen
Mit diesen angepassten Multiantennen
kann LPR-1D24 nicht nur die Entfernung messen, sondern auch den Eintreffwinkel der Signale des Messpartners ermitteln. Diese Winkelbestimmung erfolgt hochgenau (0,1°) und
ebenfalls redundant. Der Eintreffzeitpunkt des Messsignals von der Partnereinheit an verschiedenen Segmenten der Multiantenne wird intern verglichen. Danach berechnet sich der
Winkel des eintreffenden Signales
(Bild ➌a und ➌b). Diese Berechnung
führen beide Messpartner unabhängig voneinander durch. Die Winkelinformationen stehen anschließend
auf beiden Geräten an den Datenschnittstellen zur Verfügung.
Darüber hinaus können auch Daten
wie der Messwert einer Wägezelle an
der Lastaufnahme, ein aktueller Temperaturmesswert oder der Zustand von
IO-Signalen auf dem bewegten Gerät
per Funk übertragen werden. Solche
Informationen werden über eine der
Geräteschnittstellen des LPR-1D24 eingelesen und während der Distanzmessung parallel im LPR-Funkkanal an
das gekoppelte Gerät übertragen. Von
dort aus kann die Information entweder an ein weiteres LPR-1D24-Paar zur
Funkübertragung übergeben werden
oder ist direkt an den Geräteschnittstellen im entsprechenden Protokollformat wieder abrufbar.
Trägheitsschwingungen der Last bei
Katzfahrt werden ausgeglichen
Das Funksystem lässt sich für unterschiedliche Anwendungen nutzen:
▶ Messung der Kran- und Katzposition: Je zwei Gerätepaare messen
die Kranfahrt und die Katzbewegung. Die beiden Paare auf dem
Kran werden per Kabel (Ethernet)
miteinander verbunden. Dadurch
stehen alle Messwerte auf allen
vier Geräten an den Datenschnittstellen zur Verfügung. Zusätzliche Signale, z. B. Gewichtsmessung
am Lasthaken, Temperaturfühler
und Dehnmessungen, werden von
einem Gerät lokal mit aufgenommen. Somit stehen auch diese Informationen an den Datenschnittstellen bereit (Bild ➍).
▶ Bestimmung des Lastumlenkpunktes bei Tragarmdurchbiegung: Tragarme, insbesondere wenn diese
teleskopierbar ausgeführt sind,
verbiegen sich unter Last. Zur
Erfassung des Lastumlenkpunktes
➍ a Typische Kranpositionsbestimmung
mit Zusatz-Datenerfassung auf dem Kran
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Hafentechnik
➎
Dynamische Bestimmung der
Durchbiegung und der Position
der Mastspitze
an der Mastspitze und damit auch
zur Begrenzung des Kippmomentes an Mobilkranen werden heute
viele Einzelsensoren und zugehörige,
mathematische Biegemodelle miteinander verknüpft. Die Messung der
Durchbiegung und Entfernung liefert diese Information direkt (Bild ➎). ▶ Relative Position von zwei Geräten zueinander: Das Funksystem LPR-1D24
unterstützt die Bediener von Groß-
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➏
Bestimmung der
Relativposition
(Abstand und Winkel)
geräten, die in einer bestimmten Relativposition zueinander stehen müssen, um mit möglichst wenig Verstellbewegung zusammenzuarbeiten (Bild ➏). So kann beispielsweise
die Position eines Kippers relativ zu
dem beladenden Bagger bestimmt
werden, um dem Fahrer anzuzeigen,
wie und wann die richtige Position erreicht wird, bei der der Bagger zum
Beladen nur noch eine Drehung und
keine zusätzliche Fahrt mehr machen
muss.
▶ Schwingungsmessung am Lastaufnahmemittel: Die Erfassung der tatsächlichen Schwingung des Lastaufnahmemittels erlaubt eine sehr genaue Ansteuerung der Antriebe
(Bild ➐). Dadurch kann die Trägheitsschwingung der Last bei Katzfahrt
schnell und effektiv ausgeglichen
werden.
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➐
Dynamische Schwingungserfassung
am Lastaufnahmemittel
Weitere Anwendungsbeispiele sind:
▶ die Kollisionsvermeidung bei Kranen
auf mehreren Ebenen, ▶ die Schrägstellungserfassung bei
Portalkranen sowie
▶ die dynamische Verfolgung der Position und der Höhe einer Hubbühne
Universelles Messsystem mit hoher
Reichweite und Genauigkeit
Der 24-GHz-Funksensor ist ein universelles Messsystem mit hoher Betriebssicherheit, Reichweite und Genauigkeit. Optional lässt sich damit auch die Winkellage
relativ zum Signalpfad bestimmen. Die
24-GHz-Funktechnik ist im Kranbereich
besonders geeignet:
▶ für die Distanzmessung und Positionierung von Kranbrücken, Katzen und
Auslegern,
▶ für die Winkelmessung zur Kippmomentbegrenzung bei mobilen Kranen,
▶ zur Kollisionsvermeidung für Krane,
die auf einer oder zwei verschiedenen
Ebenen verfahren und
▶ zur integrierten Funkdatenübertragung ohne WiFi-Nutzung.
TOC Europe: Stand B70
Dirk Brunnengräber
ist Geschäftsführer
der Symeo GmbH aus
Neubiberg/München
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