Torninosturin automaatiojärjestelmän vianhavaitsemis- ja pysäytyslaitteen suunnittelu ja toteutus

Abstract

Insinöörityön tavoite oli kehittää Trenox Oy:n kehityksessä olevaan torninosturin automaattiseen ohjausjärjestelmään erillinen vianhavaitsemis- ja pysäytyslaite. Laitteen haluttiin havaitsevan automaatiojärjestelmän laitteiden vikatiloja ja vian esiintyessä pysäyttävän nosturin hallitusti ilman hätäjarrutusta. Laitteen haluttiin toimivan myös manuaalisella etälaukaisulla ja näin korvaavan nosturinjuurelle vedetyn käsikäyttöisen virtakytkimen, jota oli käytetty aiempana turvajärjestelynä. Työn oli tarkoitus toimia automaatiojärjestelmän turvajärjestelmän perustana, jonka kehitystä pystyttäisiin myös jatkamaan tulevaisuudessa.

Työn aikana kartoitettiin erilaisten vianhavaitsemistapojen toteutusmahdollisuuksia ja tarvetta. Tuloksena oli laite, jolla automaattinen ohjausjärjestelmä pystytään kytkemään irti nosturin ohjauselektroniikasta aiheuttaen nosturin rauhallinen pysähtyminen. Laitteella pystytään myös laukaisemaan nosturin alkuperäinen hätä-seis-järjestelmä, joka aiheuttaa hätäjarrutuksen. Laitteeseen onnistuttiin luoda joitain automaattisia vianhavaitsemistoimintoja ja siihen tehtiin web-selain -pohjainen käyttöliittymä, jonka kautta laitteen manuaalinen laukaisu ja muu hallinta suoritetaan.

Laitteen alustana käytettiin Kunbuksen Revolution Pi -teollisuustietokonetta ja I/O-moduuleja. Kommunikaatiossa automaatiojärjestelmän eri osien kanssa hyödynnettiin XBee-radiota, TCP/IP-yhteyksiä ja sarjaliikennettä. Automaatiojärjestelmän irti kytkeminen ja hätäseis-järjestelmän laukaiseminen toteutettiin releiden avulla. Ohjelmoinnissa käytettiin Node RED -ohjelmointityökalua, sekä Python- ja JavaScript-ohjelmointikieliä. Laite asennettiin Trenox Oy:n testauskäytössä olleeseen torninosturiin.

Työstä saatiin hyödyllistä tietoa automaatiojärjestelmän kehitystyöhön, sekä nopeampi ja turvallisempi pysäytysjärjestelmä jo olemassa olevaan järjestelmään. Valmistuneesta laitteesta laadittiin myös englanninkielinen dokumentaatio Trenox Oy:n käyttöön.

The purpose of this thesis work was to develop an external error detection and stopping device to the automatic tower crane control system under Trenox Oy’s development. The device was wanted to detect malfunctions of the automatic control system’s devices and to stop the crane in a controlled manner without emergency braking. The device was also wanted to function with manual remote launch and thus to replace the manual power switch on the crane’s base, which was used as the former safety arrangement. The work was meant to be a base also for the safety system, the development of which could be continued in the future.

During the work possibilities and needs for different malfunction detection methods was surveyed. The work resulted in a device with which the automatic control system can be decoupled from the crane’s control electronics and so to cause the crane’s easy stopping. The crane’s original emergency stop can also be launched with the device. Some automatic malfunction detection features were created, and web-browser based user interface was made for controlling the device.

The device was based on Kunbus GmbH’s Revolution Pi industrial PC and I/O-modules. XBee-radios, TCP/IP-connections and serial communication were utilized in communication with devices of the automation systems. Decoupling of the automation system and launching of the emergency stop was done with a set of relays. Node-RED programming tool and Python and JavaScript programming languages were used for programming. Finally, the device was installed to a tower crane in Trenox Oy’s test use.

The work resulted in a quicker and safer stopping system for the automation system and during the work useful knowledge was gathered for the future development of the system. A documentation about the device was written in English for Trenox Oy’s use alongside this thesis.