Förderprojekt SFI Offshore Mechatronics

 

Echtzeit Teleoperation und modellbasierte Regelung von Offshore-Kranen mit hängenden Lasten

 

Motivation

Im Kontext maritimer Verladeoperationen finden Krane heute auch außerhalb des Frachtumschlags im Hafen vielfältige Anwendung. Schiffskrane werden beispielsweise für den Transport von Lasten zwischen zwei Schiffen genutzt und verfügen häufig über einen Knickausleger, der einen flexiblen Arbeitsraum ermöglicht. Die zu verladene Last wird hierbei manuell über spezielle Bedienfelder oder Joystick-basierte Eingabegeräte kontrolliert. Neben dem Verfahren der Kranaktuatorik muss der Kranführer seegangsinduzierte Störungen kompensieren, was ein hohes Maß an Erfahrungswissen erfordert. Für die Sicherheit von Mensch und Equipment muss auch unter harschen Wetterbedingungen das Schwingen der Last verhindert bzw. minimiert werden. Die Teilautomation des Vorgangs über zusätzliche Regelkreise am Kran sowie eine angepasste Mensch-Maschinen Schnittstelle zur Teleoperation bietet die Möglichkeit einer vereinfachten Lasthandhabung.

 

Projektziele und Methoden

Urheberrecht: © The Research Council of Norway

Im Rahmen des internationalen Forschungszentrums „SFI Offshore Mechatronics“ ist das Institut für Regelungstechnik an der Entwicklung innovativer Automatisierungslösungen für den Offshore Sektor beteiligt. Ziel des Projektes ist die Regelung hängender Lasten in krangestützten Verladeprozessen sowie die Implementierung einer intuitiven Mensch-Maschinen Schnittstelle zur Teleoperation des Schiffkrans. Im Vordergrund steht die assistierte Kompensation von Lastschwingungen aufgrund des Seegangs. Im Allgemeinen wird das Ziel der Laststabilisierung in zwei Probleme unterteilt - Active Heave Compensation (AHC) und Anti-Sway Control (ASC). Während AHC-Lösungen bereits heute eine Entkopplung der vertikalen Lastposition durch Aktuierung der Kranwinde ermöglichen, ist die Dämpfung von Lastoszillationen in der Ebene (ASC) Gegenstand aktueller Untersuchungen. Im Kontext des Projekts wird eine ganzheitliches Regelungskonzept zur räumlichen Laststabilisierung erforscht. Ein modelgestützter Reglerentwurf ermöglicht hierbei Prozesswissen explizit zu nutzen und Randbedingungen, wie die limitierte Dynamik der Kranaktuatorik, zu berücksichtigen. Unter Verwendung eines angepassten Bedieninterfaces wird darüber hinaus ein haptisches Feedback zur Nutzerführung generiert, welches zusätzliche Prozessinformationen zur Laufzeit bereitstellt. Hierzu kommt ein roboterbasierter Teststand im Laborumfeld zum Einsatz. Während der Kran durch ein Kuka KR16 Industrieroboter emuliert wird, dient ein kooperativer Roboter (Kuka LBR) als Mensch-Maschinen Interface.

 

Innovationen und Perspektiven

Die behandelten Forschungsfragen gliedern sich in die Automatisierung mechatronischer Systeme oder genauer der Regelung offener kinematischer Ketten. Die Positionsregelung hängender Lasten unter Kompensation externer Störungen kann zudem von dem konkreten Anwendungsfall eines Offshore Krans abstrahiert werden und ist daher auch im Kontext andere Szenarien von Interesse. Die Teilautomation des Verladeprozess ermöglicht eine Erweiterung des Wetterfensters, in welchem kranbasierte Operationen durchgeführt werden können. Neben einem wirtschaftlichen Mehrwert durch die Reduzierung von Ausfallzeiten bietet der Ansatz zudem eine erhöhte Sicherheit aufgrund der Entlastung des Kranführers.

 

Projektpartner
University of Agder Norwegian university of science and technology - NTNU (Trondheim and Aalesund) RWTH Aachen University NORCE GCE NODE - Global Center of Expertise ABB Bosch Rexroth Cameron - A Schlumberger Company Edge Consulting Klüber Lubrication Lundin Norway MacGregor MHWirth NOV - National Oilwell Varco Skeie Technology Stepchange Debt Charity