L es principaux sites de construction ont tendance à devenir très encombrés, en grande partie du fait de tous les efforts pour mieux exploiter l'espace constructible et accélérer le temps de réalisation des projets. La polyvalente grue à tour des chantiers est essentielle pour optimiser l'efficacité du travail sur ces sites, et les grutiers actuels doivent souvent travailler dans des enveloppes très complexes en volume avec de nombreuses zones de collision potentielle.

Le concepteur de contrôleurs de grue NTK Ingenieurbüro s'est attaqué à ces problèmes et fournit un nouveau système à la pointe de la sécurité pour leurs grues de chantier, qui sont facilement reconnaissables par leurs fenêtres de cabine circulaires ou ovales. C'est la marque distinctive des grues de la société. NTK installe maintenant un système de contrôle conçu autour d'une nouvelle génération d'automates programmables (API ou PLC) de sécurité proposée par ABB. Ce système surveille en permanence et en temps réel le couple lié au chargement ainsi que les zones de travail et de collision, conformément aux niveaux de sécurité fonctionnelle SIL3 (IEC 61508 et 62061) et PLe (ISO 13849-1). Il fournit à l'opérateur une visibilité instantanée et complète sur tous les indicateurs clés de l'état de la grue. De plus, la vitesse maximale de déplacement de la grue est maintenant contrôlée par un calcul entièrement dynamique du moment de charge. Ainsi la productivité de la grue est améliorée en s'appuyant sur une enveloppe de performance de levage ajustable à l'infini; une solution bien meilleure que celle, plus restrictive, basée sur des paliers graduels de vitesse maximale.

NTK «bêta-teste » le nouveau PLC de sécurité d'ABB

Le PLC de sécurité utilisé, l'AC500-S d'ABB, a permis de simplifier ce projet de mise à niveau du système de contrôle grâce à ses capacités mathématiques intégrées. Contrairement aux options proposées par d'autres contrôleurs de sécurité, l'automate supporte les fonctions mathématiques trigonométriques, accélérant grandement les calculs statiques et dynamiques pour assurer la sécurité du chargement de la grue. En plus des indications sur les conditions de charge et de vent, la position du chariot et le rayon d'action de la grue sont tous affichés via l'interface utilisateur graphique sur écran tactile de NTK. « L'automate de sécurité effectue des fonctions arithmétiques complexes de sécurité pour surveiller les paramètres clés. Notamment, il s'assure que les moments maximaux de charge admissibles ne sont jamais dépassés,afin d'éviter une surcharge pouvant provoquer le basculement de la grue, déclare RalfTensing, un fondateur de NTK Ingenieurbüro. L'état de la grue est maintenant affiché en temps réel. D'un coup d'œil, l'opérateur peut par exemple voir la position du chariot et du treuil ainsi que l'état de la charge. Lorsque vous travaillez sur des sites encombrés ou à des altitudes élevées, cela présente un énorme avantage ».

NTK a toujours été à la pointe de la sécurité en matière de contrôleurs de grue. Pour cette nouvelle version de son système de contrôle, dont la mise à jour est basée sur une architecture dual-PLC équipée du nouvel automate de sécurité AC500-S aux capacités mathématiques étendues, NTK a accepté d'être l'un des «bêta-testeurs» d'ABB. De ce fait, NTK a eu accès au nouveau PLC de sécurité très tôt dans le cycle de développement. En retour, les développeurs de NTK ont communiqué à ABB leurs réactions sur le PLC et ses outils de développement.

Au total,le nouveau système de contrôle de NTK a été mis sur le marché en envi-ron 12 mois.Toutefois, cela comprend une période où la société a entrepris son propre essai de précommercialisation avec l'un de ses clients OEM de grues, qui a fourni à NTK ses commentaires sur le nouveau système de contrôle de la sécurité. Le code de sécurité lui-même a été développé sur une période plus courte, d'environ trois mois, en grande partie grâce à la qualité des outils de programmation d'ABB.

Le concepteur de contrôleurs et de cabines de grues NTK s'est attaqué aux problèmes rencontrés par les grutiers qui doivent souvent travailler dans des enveloppes très complexes en volume avec de nombreuses zones de collision potentielle. Basé sur les automates de sécurité d'ABB, le système de NTK est intégré dans ses cabines de grues de chantier, qui sont facilement reconnaissables par leurs fenêtres de cabine circulaires ou ovales.

Au lieu d'une programmation à l'aide de blocs fonctionnels spécialisés pour les automates de sécurité, l'AC500-S propose un langage complet de programmation Structured Text certifié pour la sécurité. Ce langage de haut niveau, qui inclut la possibilité d'utiliser des constructions sophistiquées telles que les instructions IF, a fourni à NTK beaucoup plus de souplesse pour développer ses idées nouvelles et uniques en matière de surveillance de la sécurité des grues et pour l'interface utilisateur. En outre, l'un des principaux outils de développement ayant aidé NTK à faire la transition entre l'écriture d'un code «standard» pour le contrôle des PLC et la production d'un véritable code spécialisé dans la sécurité de ces derniers, était la disponibilité de SCA, l'analyseur de sécurité du code d'ABB. Cet outil vérifie que l'utilisateur suit les règles ou directives de programmation de sécurité conformément à la norme IEC 615083. Au fur et à mesure que NTK crée de nouveaux modules logiciels, ceux-ci peuvent être rapidement évalués par l'outil SCA. Celui-ci effectue un certain nombre de contrôles comme vérifier que les variables sont nommées correctement et que les transferts fonctionnent parfaitement.En outre, il déclenche automatiquement un signal dès que la structure du code devient trop complexe et/ou utilise des instructions qui pourraient mener à des erreurs logicielles telles que des boucles infinies.

Pour NTK, une autre partie importante de l'environnement de développement global est la suite d'outils Automatisation Builder d'ABB. Celui-ci fournit un environnement de développement intégré pour l'ensemble des composants d'automatisation utilisés dans les projets de système de contrôle comme celui de NTK, comprenant des automates, des automates de sécurité, des contrôleurs de mouvement, des variateurs et des interfaces homme-machine (IHM). Cet outil réduit considérablement la complexité des logiciels et le temps de mise sur le marché.

Le système de contrôle avec architecture dual-PLC équipée de l'automate de sécurité AC500-S d'ABB aux capacités mathématiques étendues prend place à l'intérieur d'une armoire de commande que NTK installe dans les cabines de grues.

« Cette application illustre à quel point il est simple pour les utilisateurs d'automates de commencer à adopter des architectures de contrôle de sécurité à base de PLC, explique Knud Jansen, chef de produit pour les contrôleurs de machinerie et l'automatisation chezABBAutomation Products. Les arguments principaux pour NTK ont été la possibilité de programmer en utilisant un langage StructuredText de haut niveau, et le puissant outil d'analyse de la sécurité du code, qui a donné aux développeurs de logiciels de l'entreprise des informations instantanées sur les modules de code des PLC pendant qu'ils étaient développés et testés ». Le système de contrôleur de grue à PLC de NTK est logé dans une armoire protégée qui se trouve dans la cabine de l'opérateur. Cependant, l'automate peut également être fourni dans une version « conditions extrêmes » qui permet aux utilisateurs de configurer des solutions de PLC pour la sécurité fonctionnelle qui soient robustes et adaptées à une exploitation dans des conditions difficiles et des climats extrêmes, comme on peut les trouver couramment dans certaines applications de grutage et de treuillage.

Au niveau matériel, les PLC de sécurité d'ABB partagent la même apparence que celle de sa famille AC500 de PLC standard d'ABB pour les applications non sécurisées, ainsi que des dimensions identiques à celles des CPU et modules d'entrées/sorties (E/S ) standard d'ABB, avec les mêmes schémas de montage et de câblage. Les deux types de modules peuvent cohabiter dans le même PLC, permettant au système d'assurer à la fois les fonctions sécurisées et non sécurisées. Une manière efficace de réduire la complexité et le coût des projets, et de mettre en œuvre de nouvelles options au sein des applications telles que la correspondance directe des variables et l'échange des données entre les éléments du système de contrôle sécurisé et non sécurisé.

Les capacités mathématiques du PLC AC500-S incluent une puissante suite de fonctions pour les calculs trigonométriques, comprenant COS, SIN, TAN, ASIN, ACOS et LOG. Ce qui est idéal pour assurer le contrôle sécurisé du mouvement dans toute application impliquant une cinématique com-plexe, telles celles des grues, des treuils, des manipulateurs et des plates-formes mobiles (véhicules à guidage automatique). Le CPU de sécurité de l'AC500-S est programmé à l'aide d'éditeurs standard comme StructuredText (ST), Ladder (LD) ou Function Block Diagram (FBD), permettant aux utilisateurs de faire migrer facilement leurs architectures de contrôle vers de nouveaux niveaux de sécurité. Cela permet une courbe d'apprentissage rapide et le développement accéléré des applications, réduisant le coût total d'acquisition et d'exploitation du système d'automatisation. L'outil d'analyse de sécurité du code SCA d'ABB participe également à un développement plus rapide en vérifiant les règles et directives pour la programmation de sécurité conformément à la norme IEC 61508-3. Cet outil puissant a été certifié parTÜV SÜD, après avoir soumis le logiciel à des tests rigoureux. Les résultats sont consignés dans un rapport technique, qui vérifie les caractéristiques de l'analyseur, la conformité aux normes et les performances en termes d'analyse syntaxique du code source de l'application de sécurité.

Une conséquence précieuse est que le code de l'automate est plus fiable, mieux structuré et plus lisible, contribuant à réduire l'effort de certification et les coûts de maintenance après-vente. La baisse des coûts et un développement plus rapide sont encore facilités via le support de la bibliothèque PLCopen Safety Library par l'éditeur de programmation de sécurité duAC500-S. Cette bibliothèque comprend les blocs fonctionnels standardisés utilisés dans les applications de sécurité telles qu'E-Stop,Mode Selector,Two-Hand-Control, etc. De plus, l'AC500-S prend en charge un large éventail de types de données IEC, donnant beaucoup plus de souplesse aux programmeurs.

Ces illustrations représentent un affichage typique provenant du système de commande de grue de NTK basé sur les automates de sécurité d'ABB.

Ce faisant, les grutiers disposent d'une visibilité instantanée du moment de charge et des zones de collision.

Contrairement à certains automates de sécurité, l'AC500-S d'ABB dispose d'un processeur de sécurité séparé. Le CPU de sécurité peut être configuré pour fonctionner même si le processeur non sécurisé est en mode STOP ou en mode de maintenance, ou lors d'une mise à jour en ligne. ABB offre un choix de modules d'E/S SIL3/PLe certifiés pour la sécurité, comprenant des entrées et sorties numériques, et un module avec une entrée de courant analogique dé-diée couvrant la gamme 0-20mA (ou 4-20mA).Ce dernier module rend possible la mesure de paramètres tels que la pression, la température, la position et le couple directement sur les applications, sans nécessiter une conversion analogique/numérique ou un système électronique propriétaire.Cela peut simplifier la mise en œuvre d'un large éven-tail d'applications de commande de machines relatives à la sécurité telles que les systèmes de freinage des treuils et engins de levage, les systèmes de positionnement et de contrôle de la température sur les grues, les plates-formes mobiles et les systèmes d'arrêt sélectifs sur les turbines éoliennes.

Pour faciliter la conception du système, les modules de commande de sécurité peuvent être installés en tant que partie de la solution à PLC principale, ou être placés dans un rack d'E/S distant relié en utilisant le protocole Profinet/ PROFIsafe. Ce type de systèmes de contrôle connectés en réseau permet d'économiser sur les coûts de câblage et d'assemblage, et évite les problèmes d'interférences. Pour son application, NTK a choisi d'utiliser le standard Ethernet industriel Profinet/PROFIsafe pour les communications relatives à la sécurité de la grue.