Αναζήτηση στην κοινότητα

MOBACT ΕΠΕ, Ηρακλέους 18, Νέα Φιλαδέλφεια, 14342, Τηλ.:+30 210 25 19 273, E-mail: [email protected] Machine Control - Αυτόματος Έλεγχος και Καθοδήγηση Μηχανημάτων Έργων 1.Εισαγωγή Οι αλματώδεις τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων χρόνων επιτρέπουν τη μελέτη και κατασκευή μεγάλων τεχνικών έργων (Projects) οδοποιίας, λιμενικών, σιδηροδρομικών, αεροδρόμιων, κ.ά. Τα μεγάλα αυτά έργα έχουν υψηλές απαιτήσεις σε ταχύτητα και ακρίβεια και ως εκ τούτου στην οικονομία και την ποιότητα κατασκευής. Τα μηχανήματα έργων αποτελούν καθοριστικό παράγοντα στην κατασκευή ενός τέτοιου Project, καθώς η σωστή διαχείριση και λειτουργία τους εξοικονομεί χρόνο και χρήμα, ενώ παράλληλα εξασφαλίζει την ποιότητα κατασκευής. Η ανάγκη για ταχύτητα, οικονομία και ακρίβεια στην εκτέλεση των έργων αποτέλεσαν τις κύριες αιτίες της τεχνολογικής εξέλιξης παγκοσμίως στο αντικείμενο που λέγεται Machine Control – Αυτόματος Έλεγχος και Καθοδήγηση Μηχανημάτων Έργων. 2.Η έννοια του Machine Control Με τον όρο «Machine Control» εννοούμε τον αυτοματοποιημένο έλεγχο και καθοδήγηση των μηχανημάτων έργων με αποτέλεσμα την ακριβή εφαρμογή του σχεδιασμού του project. Πιο συγκεκριμένα, σε όλα τα μηχανήματα έργων, ανεξαρτήτως μάρκας ή μοντέλου ή παλαιότητας, υπάρχει η δυνατότητα εγκατάστασης ηλεκτρονικών ή αναλογικών συστημάτων, τα οποία καθοδηγούν το βασικό «Εργαλείο» του μηχανήματος υπό την επίβλεψη του χειριστή. Με τον όρο βασικό «Εργαλείο» μηχανήματος εννοούμε: · Το Μαχαίρι για τον Ισοπεδωτή (Grader) και Προωθητή (Dozer) · Την Πλάκα για τον Διαστρωτήρα (Finisher) · Τον Κάδο για τον Εκσκαφέα (Excavator) και τον Φορτωτή (Wheel-loader) · Τον Ρότορα για τη Φρέζα (Milling Machine) · Την Μπούμα για το Διατρητικό (Drilling Machine) , κ.o.κ για τα υπόλοιπα μηχανήματα. 3.Τρόπος λειτουργίας Συστημάτων Machine Control Στο μηχάνημα εγκαθίστανται όργανα μέτρησης υψηλής ακρίβειας (αισθητήρες ύψους, κλισίμετρα, δέκτες Laser, πρίσματα Γεωδαιτικών Σταθμών, δέκτες GPS, κτλ), τα οποία προσδιορίζουν με ακρίβεια τη θέση του Εργαλείου στο χώρο. Οι μετρήσεις των οργάνων «μεταφράζονται» σε εντολές λειτουργίας του Εργαλείου μέσω των ηλεκτρικών και υδραυλικών συστημάτων του μηχανήματος. Αυτή η διαδικασία αυτοματοποιεί τη λειτουργία του βασικού εργαλείου του μηχανήματος, με βάση τις ακριβείς μετρήσεις των οργάνων. Με την αυτοματοποίηση του μηχανήματος διαφοροποιείται ο ρόλος του χειριστή, ο οποίος πλέον οδηγεί και ελέγχει αντί να καθοδηγεί με βάση την εμπειρία, τις γνώσεις, τις ικανότητες και κάποιες φορές την αυθαίρετη κρίση του. Είναι προφανές ότι το αποτέλεσμα της αυτοματοποιημένης μεθόδου του Machine Control δίνει ακριβέστερα αποτελέσματα, δίχως να αναιρείται ο ρόλος του χειριστή. 4.Κατηγοριοποίηση των Συστημάτων Machine Control Τα Συστήματα Αυτόματης Καθοδήγησης εφαρμόζονται σε όλα τα μηχανήματα έργων: · Διαστρωτήρες (Finishers) · Φρέζες (Milling machines) · Ισοπεδωτές (Graders) · Οδοστρωτήρες (Road rollers) · Εκσκαφείς (Excavators) · Διατρητικά (Drilling machines) · Προωθητές (Dozers) · Κρασπεδομηχανές (Slipform pavers) · Πλωτά μηχανήματα (Floating machines) · Αγροτικά μηχανήματα · Συστήματα ζύγισης για φορτωτές, εκσκαφείς κ.λ.π. · Συστήματα ελέγχου ανυψωτικών μηχανημάτων Τα Συστήματα αυτά χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες, δύο διαστάσεων (2D) και τριών διαστάσεων (3D), με βάση την αρχή λειτουργίας τους. Η κατηγοριοποίηση των Συστημάτων είναι ανεξάρτητη από το μηχάνημα, καθώς σε όλα τα μηχανήματα μπορούν να εγκατασταθούν τόσο τα δισδιάστατα συστήματα (2D) όσο και τα τρισδιάστατα (3D). Η βασική διαφορά ανάμεσα στις δύο κατηγορίες Συστημάτων είναι ότι τα μεν δισδιάστατα (2D) συστήματα απαιτούν ένα επίπεδο αναφοράς βάσει του οποίου καθοδηγείται το εργαλείο κάθε μηχανήματος, τα δε τρισδιάστατα (3D) συστήματα εφαρμόζουν τα δεδομένα της μελέτης που έχουν εισαχθεί στο μηχάνημα σε ψηφιακή μορφή. 5.Δισδιάστατα Συστήματα Καθοδήγησης (2D) Τα Δισδιάστατα Συστήματα Καθοδήγησης (2D) ακολουθούν ένα επίπεδο αναφοράς και διαμορφώνουν μία τελική επιφάνεια σε επίπεδο παράλληλο. Το επίπεδο αναφοράς μπορεί να είναι: · Ράμμα με πασαλάκια · Υφιστάμενη στρώση (ασφαλτική, χωματουργική) · Φρεζαρισμένη επιφάνεια · Ρείθρο ή πεζοδρόμιο υφιστάμενου δρόμου · Εικονικό επίπεδο από χωροβάτη Laser Πιο συγκεκριμένα, τα όργανα μέτρησης (μηχανικός/ηλεκτρονικός αισθητήρας ύψους, κλισίμετρο, δέκτης Laser, αισθητήρας υπερήχων, κτλ) «διαβάζουν» με ακρίβεια το επίπεδο αναφοράς. Οι μετρήσεις επεξεργάζονται από τη μονάδα του Συστήματος, το οποίο δίνει εντολές στο Εργαλείο μέσω των υδραυλικών/ηλεκτρικών συστημάτων του μηχανήματος. Το τελικό επίπεδο που διαμορφώνει το Εργαλείο του μηχανήματος είναι παράλληλο στο επίπεδο αναφοράς, δηλαδή η επιθυμητή επιφάνεια. 6.Τρισδιάστατα Συστήματα Καθοδήγησης (3D) Η λειτουργία ενός Συστήματος Τρισδιάστατης (3D) καθοδήγησης βασίζεται στην ύπαρξη της μελέτης σε ψηφιακή μορφή. Η μελέτη προκύπτει από την τοπογραφική αποτύπωση του χώρου εργασίας και τη μετέπειτα επεξεργασία από λογισμικό δημιουργίας Τρισδιάστατων Μοντέλων (DTM – Digital Terrain Model). Η μελέτη αυτή εισάγεται (φορτώνεται) στον υπολογιστή του συστήματος που είναι εγκατεστημένο στο μηχάνημα. Ως εκ τούτου, γνωρίζουμε σε κάθε σημείο του χώρου εργασίας την τελική επιθυμητή θέση της επιφάνειας μας. Τα όργανα μέτρησης μας δίνουν της ακριβή θέση του Εργαλείου σε κάθε σημείο του χώρου εργασίας του μηχανήματος σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα, λοιπόν, συγκρίνει την πραγματική θέση του εργαλείου με την επιθυμητή θέση της μελέτης και δίνει την εντολή στο Εργαλείο να την πραγματοποιήσει. Τα κύρια όργανα μέτρησης που χρησιμοποιούνται για την εύρεση της πραγματικής θέσης του εργαλείου του μηχανήματος είναι οι γεωδαιτικοί δέκτες GNSS (γνωστοί και ως δέκτες GPS) και οι ρομποτικοί γεωδαιτικοί σταθμοί (RTS), ενώ ενώ συμπληρωματικά χρησιμοποιούνται και άλλοι αισθητήρες όπως κλισίμετρα, στροφόμετρα, επιταχυνσιόμετρα κ.ά. Τα συστήματα τριών διαστάσεων πλεονεκτούν έναντι των δισδιάστατων στα παρκάτω: · Εφαρμόζουν με ακρίβεια χιλιοστών την ψηφιακή μελέτη · Παρέχουν τη δυνατότητα αυτόματης καταγραφής του as-built · Απαιτείται λιγότερο εργατικό προσωπικό · Υπάρχει η δυνατότητα της real-time παρακολούθησης των εργασιών του μηχανήματος από το γραφείο του εργοταξίου · Δε χρειάζεται η εγκατάσταση ράμματος με πασαλάκια Ωστόσο, τα τρισδιάστατα συστήματα έχουν σημαντικά μεγαλύτερο κόστος σε σχέση με τα συστήματα δύο διαστάσεων και ως εκ τούτου δεν ενδείκνυται ως η καλύτερη λύση για μεμονωμένα μικρά projects. 7.Πρόσθετα συστήματα Στα μηχανήματα έργων μπορούν να εγκατασταθούν συστήματα, εκτός των ανωτέρω, για εξειδικευμένες εφαρμογές. Η εξέλιξη της τεχνολογίας, σε συνδυασμό με τις υψηλές απαιτήσεις των τεχνικών έργων, καθιστούν αναγκαίες εφαρμογές όπως τη μέτρηση θερμοκρασίας οδοστρώματος κατά τη διάστρωση, τον έλεγχο της συμπύκνωσης του οδοστρωτήρα, τα ζυγιστικά συστήματα σε φορτωτές-εκσκαφείς-φορτηγά, τα συστήματα ασφάλειας για γερανούς-κλαρκ-φορτηγά, τον τηλεματικό έλεγχο στόλου οχημάτων κ.ά. 8.Η χρησιμότητα του Machine Control στα Τεχνικά Έργα Τα μεγάλα έργα γίνονται όλο και πιο πολύπλοκα. Η διαχείριση των δεδομένων, οι χρόνοι εκτέλεσης, το κόστος κατασκευής και οι υψηλές προδιαγραφές δημιουργούν όλο και μεγαλύτερη πίεση στον διαχειριστή του έργου. Τα συστήματα καθοδήγησης εκτελούν το έργο με μεγαλύτερη ταχύτητα, ακρίβεια και συνεπώς οικονομία σε χρόνο και υλικά. Αποφεύγονται οι υπέρ/υπό εκσκαφές, οι υπερκαταναλώσεις υλικών, οι στάσεις του μηχανήματος για έλεγχο και πιθανά η επιστροφή για διορθώσεις. Επίσης, απαιτείται λιγότερο εργατικό προσωπικό και εξασφαλίζεται η ασφάλεια έναντι εργατικών ατυχημάτων. Επίσης, η παρακολούθηση της εκτέλεσης του έργου είναι άμεση. Τα τρισδιάστατα συστήματα (3D) έχουν δυνατότητα αυτόματης δημιουργίας του as built, αλλά και της real-time παρακολούθησης της εργασίας του μηχανήματος από το γραφείο του εργοταξίου. 9.Εφαρμογές του Machine Control Εικ.1 – Σύστημα 2D [MOBA-Matic] εγκατεστημένο σε Διαστρωτήρα (Finisher) Το σύστημα αποτελείται από έναν αιθητήρα υπερήχων (Sonic-Ski) και μια κεντρική μονάδα (Controller). Ο αισθητήρας «διαβάζει» ένα επίπεδο αναφοράς, το οποίο μπορεί να είναι είτε το ρείθρο (Εικ.1α) είτε το ράμμα (Εικ.1β). Ο χειριστής καθορίζει στην κεντρική μονάδα το offset, δηλαδή την απόσταση που πρέπει να έχει το επίπεδο διάστρωσης από το επίπεδο αναφοράς (ρείθρο ή ράμμα). Η κεντρική μονάδα επεξεργάζεται τις μετρήσεις του αισθητήρα, υπολογίζει τον μέσο όρο και δίνει αυτόματα εντολή στην πλάκα να ανέβει/κατέβει, ώστε το επίπεδο διάστρωσης να είναι απόλυτα παράλληλο με το επίπεδο αναφοράς. Το μηχάνημα, με τη χρήση του συστήματος, πραγματοποιεί μία απολύτως λεία επιφάνεια απαλοίφοντας όλες τις ανωμαλίες του εδάφους. Εικ.2 – Σύστημα 2D [MOBA Big-Sonic-Ski] εγκατεστημένο σε Διαστρωτήρα (Finisher) Το σύστημα αποτελείται από τρεις αισθητήρες υπερήχων (Sonic-Ski) προσαρμοσμένους σε μεταλλικά «μπράτσα» που πακτώνονται στο μηχάνημα, μία κεντρική μονάδα επεξεργασίας και έναν κιβώτιο σύνδεσης. Οι αισθητήρες παίρνουν συνεχείς μετρήσεις ύψους «διαβάζοντας» την προηγούμενη στρώση ή άλλο επίπεδο αναφοράς. Η κεντρική μονάδα υπολογίζει το μέσο όρο των μετρήσεων και δίνει αυτόματα εντολή στην πλάκα του μηχανήματος να ανέβει/κατέβει ώστε να επιτευχθεί το επιθυμητό ύψος διάστρωσης υλικού με ακρίβεια χιλιοστών. Το Big-Sonic-Ski αποτελεί αναβάθμιση του συστήματος MOBA-Matic. Εικ.3 – Σύστημα 2D [MOBA MLS-508] εγκατεστημένο σε Φρέζα (Milling machine) Το σύστημα αποτελείται από δύο αισθητήρες υπερήχων (Sonic-Ski) ανά πλευρά, μηκυνσιόμετρο, κλισίμετρο, κεντρική μονάδα και πίνακα ελέγχου-οθόνη. Τα Sonic-Ski «διαβάζουν» ένα επίπεδο αναφοράς, το ποτενσιόμετρο καταγράφει την επιμήκυνση της βάσης του ρότορα και το κλισίμετρο μετράει την εγκάρσια κλίση της φρέζας. Όλες οι μετρήσεις επεξεργάζονται από την κεντρική μονάδα και φαίνονται στην οθόνη του πίνακα ελέγχου, από όπου δίνεται αυτόματα η εντολή στον ρότορα να ανέβει/κατέβει, ώστε η φρεζαρισμένη επιφάνεια να έχει το επιθυμητό βάθος. Το σύστημα μπορεί να επεκταθεί είτε χρησιμοποιώντας πρόσθετους δέκτες Laser σε συνεργασία με χωροβάτη Laser, είτε αναβαθμίζοντάς το σε Big-Sonic-Ski. Εάν οι απαιτήσεις του έργου είναι αυξημένες, τότε με τη χρήση RTS ή GPS, το σύστημα μετατρέπεται σε τρισδιάστατο (3D). Εικ.4 – Σύστημα 3D [MOBA 3D-TS] εγκατεστημένο σε Ισοπεδωτή (Grader) Η μελέτη του έργου εισάγεται στον Ρομποτικό Γεωδαιτικό Σταθμό (RTS Leica) και στον υπολογιστή του Συστήματος MOBA (εγκατεστημένο στο Grader). Το RTS ακολουθεί κάθε στιγμή το πρίσμα και συγκρίνει τη στιγμιαία θέση του μαχαιριού με την επιθυμητή θέση σχεδιασμού (μελέτης). Η απόκλιση της στιγμιαίας από την επιθυμητή θέση εκμηδενίζεται, καθώς ο υπολογιστής του Συστήματος δίνει σήμα στο μαχαίρι να ανέβει/κατέβει/στραφεί. Δηλαδή να «διορθώσει» τη θέση του στην επιθυμητή, σύμφωνα με τα ακριβή δεδομένα που δέχεται ασύρματα από το RTS. Στη διάταξη αυτή μπορεί να αντικατασταθεί το RTS με έναν δέκτη GPS (base) και το πρίσμα με έναν δεύτερο δέκτη GPS (rover) με εξίσου ακριβή αποτελέσματα. Η διάταξης με GPS πλεονεκτεί στο ότι δε χρειάζονται συνεχείς στάσεις του Γεωδαιτικού Σταθμού. Εικ.5 – Σύστημα 3D [MOBA Novatron] εγκατεστημένο σε Εκσκαφέα (Excavator) Στον εκσκαφέα έχουν εγκατασταθεί αισθητήρες τριών διαστάσεων (Χ,Υ,Ζ) στις τρεις αρθρώσεις (κάδος, βραχίονας, μπούμα) και στο πλαίσιο (σασί). Επίσης έχουν εγκατασταθεί δύο δέκτες GPS στο πλαίσιο και μία οθόνη αφής στην καμπίνα. Ο χειριστής εισάγει στον υπολογιστή του συστήματος τη μελέτη σε ψηφιακή μορφή (DTM), η οποία απεικονίζεται στην οθόνη. Με αυτόν τον τρόπο, το σύστημα καθοδηγεί τον χειριστή στο που και πόσο θα σκάψει, ακολουθώντας τη μελέτη με ακρίβεια. Εικ.6 – Σύστημα 2D [MOBA GS-506 Laser] εγκατεστημένο σε Προωθητή (Dozer) Το σύστημα χρησιμοποιεί έναν χωροβάτη Laser ο οποίος έχει τη δυνατότητα να χαράξει επίπεδο αναφοράς μίας ή δύο κλίσεων (Χ,Υ). Στο μηχάνημα έχουν εγκατασταθεί δύο δέκτες Laser με δυνατότητα «ανάγνωσης» του επιπέδου που χαράσσει ο χωροβάτης. Η υπολογιστική μονάδα του συστήματος δίνει εντολή στο μαχαίρι να ανέβει/κατέβει/στραφεί, ώστε η διαμορφούμενη επιφάνεια να είναι σε επίπεδο παράλληλο με το επίπεδο αναφοράς. Εικ.7 – Σύστημα συμπύκνωσης [Geodynamik CompactoBar] εγκατεστημένο σε Οδοστρωτηρα (Roller), Εικ.9β – Οπτική του χειριστή προς την οθόνη του συστήματος Το σύστημα χρησιμοποιεί έναν αισθητήρα επιτάχυνσης που εγκαθιστάται στο τύμπανο, έναν ψηφιακό επεξεργαστή και μία οθόνη στην καμπίνα του χειριστή. Ο ψηφιακός επεξεργαστής μεταφράζει το σήμα του αισθητήρα σε σήμα σχετικό με την ικανότητα συμπίεσης του χώματος CMV (Compaction Meter Value). Το CMV είναι σχετικός αριθμός χωρίς μονάδες μέτρησης, ωστόσο υπάρχει δυνατότητα αντιστοίχισης με την τυποποιημένη μέθοδο Proctor. Η οθόνη απεικονίζει το ποσοστό συμπύκνωσης και ειδοποιεί το χειριστή όταν επιτευχθεί το επιθυμητό ποσοστό. Έτσι αποφεύγονται οι άσκοπες διαδρομές του οδοστρωτήρα, αλλά και οι ρηγματώσεις λόγω υπερβολικού βαθμού συμπύκνωσης. Εικ.10 – Σύστημα Ζύγισης [3Β6 Top Master] εγκατεστημένο σε Φορτωτή (Wheel-loader) Στον φορτωτή εγκαθίστανται ένας αισθητήρας πίεσης και δύο αισθητήρες θέσης , μία κύρια μονάδα επεξεργασίας-οθόνη και ο εκτυπωτής στην καμπίνα. Στην οθόνη απεικονίζονται η μερική ζύγιση (ανά κουβαδιά), το άθροισμα όλων των επιμέρους ζυγίσεων, το μέγιστο επιτρεπόμενο φορτίο, η πλήρωση του φορτηγού. Επίσης υπάρχει η δυνατότητα εκτύπωσης ημερήσιας/εβδομαδιαίας/μηνιαίας αναφοράς. Το παρών δημοσιεύθηκε στην κοινότητα e-archimedes.gr στο link: http://e-archimedes.gr/component/k2/item/5258- Γιάννης Καριζώνης, MOBACT Μ.ΕΠΕ Ηρακλέους 18, Νέα Φιλαδέλφεια, 14342 Τηλ.: +30 210 25 19 273 Φαξ.: +30 210 25 19 255 Κιν.: +30 6936 129 230 E-mail: [email protected] Website: www.mobact.gr Εισαγωγή στο Machine Control MOBACT.pdf