Pro-Kran: Intelligenter Prozessbeobachter für die Kranautomatisierung

Bei Krananlagen, die feuerflüssige Massen transportieren, bestehen besondere Gefährdungen, die es im normalen Industriebereich so nicht gibt. Zahlreiche tragische Unfälle sind dokumentiert, die belegen, dass der Zapfen der Gießpfanne nur mit der Spitze des Lamellenhakens in Kontakt stand und es unmittelbar nach dem Anheben der Last zum Absturz der gefüllten Pfanne gekommen ist.
Ausgeklügelte Assistenzsysteme auf Basis von Piezo-Sensoren oder induktiven Elementen stellen den bisherigen Stand der Technik dar. Bei diesen Systemen findet die Übertragung der Signale oftmals kabelgebunden statt, was insbesondere im Heißbetrieb und bei Einwirkung von Flammen zu Problemen führt und mit enormem Wartungsaufwand verbunden ist. Auch Kamerasysteme oder Winkelmesseinheiten stellen keine störungsfreie und vor allem sichere Lösung dar.

Ziel des FuE-Gemeinschaftsprojektes „Pro-Kran: Intelligenter Prozessbeobachter für die Kranautomatisierung“ war es daher, ein automatisiertes Analyseverfahren zu entwickeln, um den Kranarbeitsbereich mit der Last (z. B. Gießpfanne mit Zapfen) sowie den verschiedenen Komponenten der Fördergeräte (z. B. Haken, Laufkatze) mittels spezieller LiDAR- und RGB-Sensoren vollumfänglich extrinsisch zu erfassen und hinsichtlich der Bewegungsdynamik in Echtzeit zu analysieren.

Es wurden Algorithmen entwickelt, die auf Basis einer hohen Datenquantität und –qualität des 4D-Scans die effiziente Auswertung spezieller Umschlagoperationen in der Stahl- und Prozessindustrie ermöglichen. Die Ergebnisse werden in einem digitalen Modell abgebildet und die dynamischen Modelldaten werden für die Kranautomatisierung als Digitaler Zwilling aufbereitet. Entsprechend des Assistenzgrades werden Steuerungsbefehle für die automatisierte Kransteuerung abgeleitet und über eine sichere Schnittstelle an die Kransteuerung übergeben. Diese Steuerdaten dienen z. B. auch dazu, das Anschlagmittel schnell und effizient an den Anschlagpunkt zu führen.

Primärer Markt sind Betreiber und Hersteller von Krananlagen in der Gießerei- und Prozessindustrie. Damit können die Arbeitsverhältnisse für die Beschäftigten wesentlich verbessert, Gefahren minimiert sowie Umschlagsprozesse beschleunigt werden. Der Chargierprozess von Gießereianlagen steht im Vordergrund. Die Ergebnisse sind auf andere Stückgut-Krananlagen übertragbar und werden zu einem großen Entwicklungsschub in der Automatisierung dieser Krananlagen führen.

Pro-Kran: Intelligent process observer for crane automation

In the case of crane systems that transport molten masses, there are special hazards that do not exist in the normal industrial sector. Numerous tragic accidents have been documented, proving that the pin of the foundry ladle was only in contact with the tip of the lamellar hook and the filled ladle fell immediately after the load was lifted. Sophisticated assistance systems based on piezo sensors or inductive elements represent the current state of the art. With these systems, the signals are often transmitted by cable, which leads to problems, especially in hot operation and when exposed to flames, and is associated with enormous maintenance costs. Camera systems or angle measuring units are also not a trouble-free and, above all, safe solution.
The aim of the joint R&D project "Pro-Kran: Intelligent Process Observer for Crane Automation" was therefore to develop an automated analysis method in order to compare the crane work area with the load (e.g. ladle with spigot) and the various components of the conveying equipment (e.g. g. hook, trolley) by means of special LiDAR and RGB sensors and to analyze the movement dynamics in real time.
Algorithms were developed which, based on the high data quantity and quality of the 4D scan, enable the efficient evaluation of special handling operations in the steel and process industry. The results are mapped in a digital model and the dynamic model data is processed as a digital twin for crane automation. According to the degree of assistance, control commands for the automated crane control are derived and transferred to the crane control via a safe interface. These control data are used e.g. B. also to guide the sling quickly and efficiently to the anchor point.
The primary market is operators and manufacturers of crane systems in the foundry and process industries. In this way, the working conditions for employees can be significantly improved, risks minimized and handling processes accelerated. The charging process of foundry plants is in the foreground. The results can be transferred to other general cargo crane systems and will lead to a major development boost in the automation of these crane systems.