Применение прибора безопасности ОНК-160С на грузоподъемном кране КС-8973

В 2006 г. ОАО «Автокран» (г. Иваново) был изготовлен третий по счету кран КС-8973 грузоподъемностью 100 т на специальном шасси автомобильного типа производства ОАО «Брянский завод колесных тягачей». В отличие от первых двух образцов автокранов, оснащенных немецкими ограничителями грузового момента DS85 и DS160 фирмы PAT-HIRSCHMANN, третий грузоподъемный кран оборудован отечественным многофункциональным прибором безопасности нового поколения ОНК-160С [1], изготовленным в ОАО «Арзамасский приборостроительный завод».

Это обусловлено необходимостью дооснащения автокрана КС-8973 в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ 10-382-00» приборами и устройствами координатной защиты, а также защиты от приближения к линиям электропередачи (ЛЭП), и, как следствие, проведением схемотехнической и программной интеграции указанных электронных модулей в действующую систему автоматического управления крана.А приборы DS85 и DS160 способны выдавать в центральный процессор DIGSY электрогидравлической схемы крана КС-8973 лишь только два управляющих сигнала: о достижении максимальной высоты подъема крюковой обоймы и перегрузке автокрана. Кроме того, немецкие приборы не обеспечивали работу машины при температуре ниже минус 250С.

Аппаратура ОНК-160С работоспособна при температуре окружающей среды от минус 40С и полностью удовлетворяет требованиям к приборам безопасности стреловых кранов, отраженным в «Правилах ПБ 10-382-00» и других нормативно-технических документах Ростехнадзора. Прибор ОНК-160С представляет собой набор датчиков и блоков, связанных высоконадежным цифровым каналом обмена информацией (CAN интерфейсом).

Ограничитель рабочих движений. К дискретным входам контроллера поворотной части (КПЧ) прибора ОНК-160С подключены в качестве датчиков концевые выключатели ограничения максимальной высоты подъема крюка и минимального числа витков каната на барабане грузовой лебедки. Ограничение минимального и максимального значения вылета производится по сигналам датчика вылета (ДВ), входящего в комплект прибора.

Ограничитель грузоподъемности. Определение нагрузки производится по давлениям рабочей жидкости гидросистемы в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра подъема стрелы, измеряемых цифровыми датчиками давления (ДДЦ). Прибор осуществляет ограничение нагрузки с учетом веса крюка, параметров опорного контура, массы установленного противовеса, последовательности выдвижения секций стрелы, параметров гуська, установленной схемы запасовки грузового каната в соответствии с паспортными грузовыми характеристиками крана КС-8973 на всех 29 режимах его работы.

Защита от приближения к проводам линий электропередачи. Контроллер оголовка стрелы (КОС) прибора содержит антенный модуль (МЗОН), обеспечивающий обнаружение ЛЭП в шести диапазонах напряжения (до 1 кВ, от 1 до 20 кВ, от 35 до 110 кВ, от 150 до 220 кВ, 330 кВ,от 500 до 750 кВ). Переключение диапазонов осуществляется кнопкой, расположенной на лицевой панели блока отображения информации (БОИ), установленного в кабине машиниста крана.

Регистратор параметров. Встроенный регистратор параметров (РП) полностью отвечает всем требованиям РД 10-399-01, РД СМА-001-03 и имеет в стандартном исполнении объем памяти 8 Мб, что позволяет хранить подробную оперативную информацию о работе крана в течение последних девяти рабочих смен. При комплектации прибора (в качестве опции) БОИ с дополнительной памятью встроенного регистратора параметров объемом 256 Мб в ней сохраняется полная оперативная информация о работе крана в течение всего гарантийного срока его эксплуатации (полтора года). Помимо записи информации о параметрах, регламентированных нормативными документами Ростехнадзора, в регистраторе параметров фиксируются данные о функционировании крана при блокировке прибора перемычками, работе при перегретом двигателе, снижении давления масла в двигателе ниже допустимого предела, уровне топлива (при подключении соответствующих датчиков) и т. п. Считать записанную в регистратор параметров служебную информацию и долговременную информацию, где хранятся данные о наработке, режимах эксплуатации и перегрузках крана в течение всего срока его эксплуатации, можно непосредственно с индикатора БОИ после выбора кнопками соответствующего пункта меню. Полностью долговременная и часть оперативной информации из служебной и основной областей памяти считываются в течение не более 45 секунд через инфракрасный (ИК) порт в устройство считывания СТИ-3, а также через USB-порт (более полные оперативные данные, предназначенные для тщательного расследования аварий и инцидентов) — непосредственно в персональный компьютер (ПЭВМ) примерно за 15 минут. Данные из СТИ-3 переносятся в ПЭВМ, где соответствующим образом по специальной программе обрабатываются и представляются в виде унифицированных выходных таблиц согласно РД СМА-001-03. Информацию из дополнительной памяти (256 Мб) можно считать только через USB-порт и лишь в ПЭВМ. Причем, в отличие от известных технических решений, в приборе ОНК-160С связь микросхем памяти РП с ИК и USB-портами осуществляется через контроллер БОИ, что исключает возможность изменения хранящейся в РП информации с помощью внешних устройств, то есть гарантированно обеспечивается защита данных РП от несанкционированного доступа.

При проектировании ОНК-160С разработчики прибора целенаправленно отказались от альтернативных электронных устройств для считывания информации РП, например от применения флеш-карт памяти типа FEPROM и, в частности, от оборудования и способов считывания данных РП, используемых на грузоподъемных кранах фирм Liebherr [2] и Grove (аппаратура «PAT» DL350 и DL400) [3]. Сказанное связано прежде всего с тем, что международный стандарт ISO 10245-1 (Cranes — Limiting and indicating devices —Part 1: General, 2005) не предусматривает такого понятия, как «регистратор параметров», в связи с чем его конструктивное исполнение для кранов может быть достаточно свободным, в отличие от российских требований, изложенных в РД 10-399-01. Применение карт памяти не избавит владельцев крана от необходимости иметь на корпусе приборов безопасности конструктивно бесперспективные дополнительные разъемы и опломбируемые лючки. Затруднительно обеспечить защиту от несанкционированного доступа записанных на флеш-карту данных при транспортировке носителя информации от крана к достаточно удаленной ПЭВМ (например, при проведении экспертизы промышленной безопасности крана и его авариях). В условиях жесткой конкуренции между фирмами-производителями карт памяти различных стандартов (существенно отличающихся друг от друга по системам программирования, геометрии, массе и т. д.) весьма проблематично решение вопроса унификации приборов считывания РП, так как сложно остановиться на выборе именно того формата флеш-карты, который будет поддерживаться производителями и стабильно выпускаться в течение ближайших десяти лет (на этот срок рассчитан прибор безопасности крана). Сказанное особенно актуально для карт памяти с расширенным температурным диапазоном, с влагоустойчивым и ударопрочным исполнением, что является непременным условием их практического использования на грузоподъемных кранах. При этом для обеспечения требований, предъявляемых к РП, вовсе нет необходимости в использовании носителей информации с большим объемом памяти. Даже в аппаратуре фирмы Liebherr [2] применены флеш-карты с объемом данных 2 Мб, что позволяет за счет оптимизации программного обеспечения сохранять информацию о нагружениях крана в интенсивных режимах в течение одного года.

Координатная защита. Прибор ОНК-160С позволяет устанавливать все те же виды координатной защиты («ПОВОРОТ ВЛЕВО», «ПОВОРОТ ВПРАВО», «СТЕНА», «ПОТОЛОК»), что и наиболее распространенный в настоящий момент прибор безопасности ОНК-140, в любой комбинации. Отличие состоит в использовании полноповоротного датчика азимута (ДА) с круговой характеристикой, без нерабочих зон.

Указатель грузоподъемности и креномер. На жидкокристаллический индикатор БОИ, имеющий 4 строки по 20 символов, выводится информация не только о значении грузоподъемности при текущем положении кранового оборудования в данной конфигурации и крене платформы в двух плоскостях, но и о многих других рабочих параметрах (значениях действующей нагрузки на крюке, текущего и предельного вылетов, степени загрузки крана, длине и угле наклона стрелы, угле поворота (азимуте) платформы, давлениях в гидроцилиндрах наклона стрелы), а также о конфигурации и установленном режиме работы крана, о состоянии дискретных входов и выходных реле, о текущем времени и дате. На индикатор выводятся также предупреждающие и диагностические сообщения при приближении и достижении ограничений, а также о возникновении неисправностей (функция самодиагностики прибора).

На основе сигналов датчиков и подключенных концевых выключателей ОНК-160С определяет положение кранового оборудования относительно границ рабочей зоны, степень загрузки крана относительно грузовой характеристики и наличие ЛЭП в зоне работы крана и, в зависимости от текущей ситуации, вырабатывает восемь управляющих сигналов, разрешающих или запрещающих отдельные движения крана, соответственно включающих или отключающих реле системы электрогидравлического управления. Поэтому в случае достижения какого-либо ограничения прибор оставит включенными только разрешенные движения, что снижает риск возникновения аварийных ситуаций из-за ошибок машиниста крана.

Наряду с возможностью перепрограммирования эта структура позволила получить гибкую, но надежную систему безопасности с возможностью последующего наращивания. Например, для крана КС-8973, максимальная длина стрелы которого составляет 41,37 м, с возможностью установки гуська длиной до 16 м, актуальным является вопрос контроля скорости ветра. Прибор ОНК-160С, установленный на кране, предоставляет такую возможность путем подключения к КОС на оголовке стрелы датчика скорости ветра (ДСВ). Также возможно, например, подключение внешних индикаторов крена (ИК), размещенных в удобных для обзора местах платформы крана, для его контроля в процессе установки крана на выносные опоры.

Для такой сложной и дорогой машины, как КС-8973, весьма актуален вопрос контроля наработки и продления срока службы. Наличие во встроенном регистраторе параметров необходимой информации о наработке крана и возможность перепрограммирования РП его разработчиками (с помощью соответствующих аппаратных и программных средств) позволят при проведении экспертизы промышленной безопасности объективно оценить состояние крана и продлить при необходимости со снижением грузоподъемности срок эксплуатации крана без замены ограничителя нагрузки.

Прибор ОНК-160С обеспечивает гибкую технологию настройки. При устойчивой повторяемости конструктивных параметров (размеров и массы элементов конструкции, зазоров и трения в сопряжениях и т. д.) при производстве кранов используется стандартный вариант, обеспечивающий минимальную трудоемкость процесса настройки. Причем в процессе настройки не потребуется набирать груз, близкий к максимальной грузоподъемности, или менять запасовку при переходе к настройке с другой длиной стрелы и т. п. При заметных отклонениях параметров отдельных экземпляров кранов необходимой точности работы прибора безопасности можно достичь путем использования режима углубленной настройки.

Описанные возможности прибора ОНК-160С были бы невозможны без новых технических решений, многие из которых защищены патентами Российской Федерации на полезные модели: № 38746 (ограничение скорости рабочих движений при приближении к препятствиям), № 38747(применение мультиплексной линии связи между датчиками и блоками, а также возможность варьирования параметрами работы прибора при изменении режима эксплуатации крана), № 54024 (конструкция ограничителя максимальной высоты подъема крюка), № 54366 (возможность автоматического определения кратности полиспаста грузового каната), № 54367 (структура и подключение оборудования, расположенного на оголовке стрелы), № 54368 (функциональная схема встроенного регистратора параметров), № 55762(структура семейства приборов ОНК-160), № 55763 (определение рабочих движений крана), № 56364 (учет фактического прогиба стрелы при расчете вылета), № 56366 (возможность контроля оборудования неповоротной части крана) и пр. На другие наиболее значимые технические решения оформлены заявки на изобретения, которые сейчас проходят экспертизу в Роспатенте.

В настоящий момент ведутся работы по дальнейшей, более глубокой интеграции прибора в электрогидравлическую систему управления краном. Основные направления работ: расширение числа режимов работы с новыми конфигурациями кранового оборудования, применение радиопередачи информации, включение функций снижения скорости рабочих движений при приближении к ограничениям, контроля скорости ветра, гашения колебаний груза, контрольно-диагностических функций и т. д., которые придадут крану новые эксплуатационные качества.

 ЛИТЕРАТУРА
1. Затравкин М. И., Каминский Л. С., Пятниц-кий И. А., Федоров И. Г., Червяков А. П. Многофункциональный прибор безопасности ОНК-160С для стреловых кранов // Всероссийский журнал о грузоподъемной технике «Все краны», апрель 2006 г., № 01 (01), стр. 9–12.
2. Service Bulletin № 21: Crane Analyzer with Liebherr Management Console MC — Liebherr, Offshore Service Department, 26/07/2004.
3. Зарецкий А. А., Каминский Л. С., Федоров И. Г. Регистраторы параметров работы грузоподъемных кранов // Безопасность труда в промышленности, 2001 г., № 4, стр. 60–62.