De Belgische kranenbouwer SARENS doet zijn slogan “Niets te zwaar, niets te hoog” weer alle eer aan. Het bedrijf bouwde afgelopen jaar in Gent ’s werelds grootste ringkraan en doopte hem tot ‘Big Carl’. Na een half jaar proefdraaien verhuist de kraan begin 2019 voor vier jaar naar het Britse Hinkley Point C, Somerset waar Big Carl zal worden ingezet voor het extreem zware hijswerk. Met een lastvermogen van 250.000 tonmeter, een hoofdmast tot 160 meter en optioneel een Jib tot 100 meter slaat deze kraan alle records. Maar hoe deze kraan zijn mobiliteit blijft behouden, ronddraait, hijst en verplaatst? En, dit volgens de hoogste veiligheidsnormen? Hier is een knap “staaltje techniek” voor nodig als het gaat om machinebesturing. Hoe zit het met de automatisering en in het bijzonder; de industriële netwerken PROFINET en SERCOS? Hierover zal Michael Brockhans van Zsystems BVBA alles vertellen tijdens de openingslezing van Industrial Ethernet op 26 maart.

Lees hieronder een achtergrond artikel over de Sarens Giant Crane 250 dat verscheen op 13 februari op de website van The Factory Files.

 

Grootste hijskraan ter wereld modulair opgebouwd

Door Bart Driessen – The Factory Files


In november afgelopen jaar doopte de Belgische kranenbouwer Sarens de ‘Big Carl’, ofwel SGC-250 (‘Sarens Giant Crane 250’). Relaties uit binnen- en buitenland kwamen af op de ‘Big Carl’ in de haven van Gent. Logisch, het ging namelijk om de grootste ringkraan ter wereld.

De superlatieven van deze kraan manifesteren zich op verschillende manieren. Alleen al het opvallen op grote afstand zorgt voor extra aantrekkingskracht. De ‘Big Carl’ wordt opgebouwd uit een hoofdmast, in lengte variërend van 118 tot 160 meter. Daarnaast kan de hoofdmast ook nog eens verlengd worden met een jib met afmetingen tot 100 meter. De kraan kan daarmee een hoogte halen van 250 meter. Ter vergelijking: de Zalmhaventoren in Rotterdam komt tot 215 meter en de Eiffeltoren tot 324 meter. Ook wat betreft hijscapaciteit slaat de kraan alle records. Het maximale lastvermogen van de kraan is 250.000 tonmeter. Wordt de hoofdmast gehesen tot een hoogte van 160 meter en een horizontale afstand van het midden van de ring tot de hijspositie van 40 meter, dan kan de kraan een last van 5000 ton hijsen. Wordt de kraan met zijn last afgetopt, dan neemt ook de hijscapaciteit af. Maar ook dan biedt de ‘Big Carl’ nog altijd een bijzondere hijscapaciteit. Op een horizontale afstand van 100 meter tussen kraan en last bedraagt de hijscapaciteit 2000 ton, oftewel het gewicht van 567 olifanten. Bij 165 meter is dit nog altijd 775 ton: even veel als het gewicht van drie Airbussen A380’s. Het gebruik van de hoofdmast van 160 meter kan natuurlijk ook zonder de 100 meter lange giek. Gaat het om grote lasten en afstanden, dan ligt de combinatie van hoofdmast en giek voor de hand. Aan beide gieken kunnen dan passende haakblokken worden gehangen.

‘Big Carl’ van Sarens is klaar om de wereld te veroveren

Waarom zo groot

Het besluit om de ‘Big Carl’ zo groot en mobiel te maken, heeft te maken met de bouw van Hinkley Point C. Hinkley Point C is een nieuwe kerncentrale die momenteel in Somerset, Engeland, wordt gebouwd. De aannemer daarvan is een combinatie van Bouygues Travaux Publics (Frankrijk) en Laing O’Rourke Construction (UK). Deze twee hebben dit project voor een slordige 22,7 miljard Euro aangenomen. Sarens mag het grote hijswerk doen omdat het aan alle eisen voldoet die rondom de bouw van deze centrale worden gesteld. Met de ‘Big Carl’ levert Sarens voldoende capaciteit voor het verplaatsen van erg grote onderdelen, zoals de vijf belangrijkste delen van de ‘steel containment liner’ en de koepel. Bovendien is de kraan zo mobiel dat hij zich ook snel over een groot gebied kan verplaatsen. Het werkgebied is namelijk 6 kilometer lang en bestaat uit twee reactoren plus diverse installaties. Omdat de ‘Big Carl’ dit aankan heeft de aannemer de kraan alvast voor een periode van 4 jaar gehuurd. De verwachting is dat Hinkley Point C na vier jaar verder kan zonder de Belgische megakraan.

Mobiliteit voor megakranen

Een uitdaging voor alle megakranen is de mobiliteit. Immers, met het vergroten van het vermogen neemt ook de massa van de kraan zelf toe. Met als gevolg dat de mobiliteit van de kraan achteruitgaat. Megakranen met een grootte in de buurt van ‘Big Carl’ kunnen vaak alleen ronddraaien. De kraan draait dan alleen op een ringvormige rail. In het geval van de ‘Big Carl’ wordt echter gebruik gemaakt van een lange rechtlijnige rail en plus drie van elkaar gescheiden ringen. De keuze van Sarens voor de combinatie van een lange rechtlijnige rail en drie ringen heeft te maken met de locatie waar de ‘Big Carl’ binnenkort gaat werken: het enorme terrein van Hinkley Point C. Op deze locatie wordt voor de ‘Big Carl’ een 600 meter lange rail gebouwd. Op die rail worden drie ringvormige hijsplaatsen gemonteerd. De kraan zal straks op deze ringen van richting kunnen veranderen. Dat gebeurt op een diameter van 48,5 meter. Het draaien is mogelijk door 128 stalen wielen die hydraulisch worden aangedreven. Moet de kraan verplaatst naar een andere hijsplaats, dan komen er 96 andere wielen in actie. De kraan moet namelijk omhoog worden gebracht. De wielen die dit mogelijk maken, worden aangedreven door 24 hydraulische lifting cilinders.

 

Modulaire opbouw

Een ander belangrijk onderdeel van de constructie is de modulaire opbouw van de ‘Big Carl’. De engineers van Sarens hebben ervoor gezorgd dat elk onderdeel van de kraan zo opgebouwd is dat deze gemakkelijk uit elkaar gehaald kan worden. Als het hijskarwei uitgevoerd is en de kraan gedemonteerd wordt, worden alle onderdelen in containers opgeslagen. Een groot deel daarvan zijn standaard zeecontainers. Daarnaast zijn er 52 speciaal gebouwde ballastcontainers waarvan een deel machineonderdelen vervoert. Al deze ballastcontainers worden echter lokaal gevuld met zand of kiezel en gestapeld op de achterkant van de kraan. Op die manier wordt de kraan ook voorzien van een contragewicht van 5200 ton.

Samenwerking voor kabels en netwerken

De modulaire opbouw van de ‘Big Carl’ gaat echter verder dan de stalen onderdelen. De ‘Big Carl’ is in feite een groot mechatronisch systeem, waarin naast mechanica, elektra, elektronica, hydraulica en veel besturingssoftware en netwerktechnologie actief zijn. We hebben het over powerpacks met aggregaten, hydraulische motoren en pompen, besturingen met PLC’s en HMI’s voor de bediening van de verschillende mastonderdelen, wielen en lieren. Zaken die direct en indirect met elkaar verbonden zijn. De engineering van alle besturingen is in 4 maanden uitgevoerd door Peter de Ras en Michael Brockhans, van ZSystems, in samenwerking met Maarten Koort, van FELTEN Wire & Cable Solutions. Beide partijen hebben al eerder samengewerkt aan projecten van Sarens; met name de ‘Big Benny’ of SGC-120, en de ‘Big Benny XL’ of SGC-140.

Michael Brockhans, van ZSystems: “Omdat we al eerder ervaringen hebben opgedaan met de bouw van de ‘Big Benny’, hebben we ook dit project als opdracht gekregen. We zorgen voor de complete besturing van de kraan, plus alle netwerken, tot en met bekabeling en connecties. Met de kennis van Maarten over bekabeling zijn wij een goed team voor het project van de ‘Big Carl’. Door het modulaire concept hebben wij veel te maken met stekkerverbindingen. Besturingen, schakelkasten, sensoren, motoren en pompen zijn afgescheiden in verschillende subsystemen, maar worden wel in één groot netwerk geïntegreerd. Omdat alle machineonderdelen bij een verhuizing gescheiden worden, moeten wij wel zorgen voor de juiste stekkerverbindingen. De onderdelen van de netwerken zijn daarom heel snel los te koppelen en weer aan elkaar te verbinden. Maarten Koort heeft daar met zijn collega’s voor gezorgd. Met als resultaat dat ook onze systemen op de ‘Big Carl’ echt modulair zijn.”

LEONI hybride kabels in plaats van slangen

De nauwe samenwerking tussen Maarten Koort van FELTEN Wire & Cable Solutions en Michael Brockhans van ZSystems is een bijzonder onderdeel van het project. Michael Brockhans zocht een goede en betrouwbare bekabeling. Naast PROFINET moest die ook Ethernet en onderdelen met CanBus kunnen bedienen. PROFINET nam daarbij met twee aparte netwerken het grootste deel van het netwerk in beslag. Maarten Koort over de samenwerking: “De ‘Big Carl’ is ook voor ons een heel prestigieus project. We hebben hier voor 700 meter klantspecifieke kabel geleverd. Het gaat om hybride kabel, dat wil zeggen samengesteld uit verschillende elementen. Alle elementen – twee maal PROFINET, een Ethernet Cat6a, CANbus en twee reserve-aders – zijn bijeengebracht en geëxtrudeerd met één FRNC buitenmantel. Daarbij voldoet de kabel aan normen zoals als IEC 60332-3-24, LS IEC 61034 (UK), verhoogde oliebestendigheid IEC 60811-404 en offshore condities volgens 60092-360 SHF2 (ozon- en UV-bestendigheid). Het design en de productie van deze hybride kabel heeft LEONI Special Cables uit Friesoythe voor haar rekening genomen. De afdeling Systems 2.0 binnen FELTEN WCS heeft de complete assemblage geëngineerd. Belangrijk aspect in dit design was de selectie van metalen IP68 industriële behuizingen, vanwege de verhoogde EMC en resistentie tegen water en corrosiviteit. Voor de inzetstukken is gekozen voor een modulaire opbouw, bestaande uit vier circulaire MIXO connectoren. Daardoor konden we de verschillende dataelementen van de hybride kabel gescheiden verbinden. Je kunt het je eigenlijk nauwelijks voorstellen, maar ’s werelds grootste kraan communiceert over vergulde 1,6 mm contactjes! Daarnaast hebben we voor de verbindingen van de elektrische kasten naar de liftingcilinders 25 hybride kabelsets en junction-boxen gemaakt. Deze kabelverbindingen van in totaal circa 550 meter zijn wel in slangvorm uitgevoerd. De kabelset is onderverdeeld in 8 standaard LEONI kabels en wordt vooral gebruikt voor datatransport van 4-20 mA druksensoren, SSI-encoders, feedback logics, propventielen, schakelventielen en een spare kabel. Verder zijn alle veldkabels door ons in zogenaamde kitting packs samengesteld. Het gaat hier om 540 standaard M12 sensorkabeltjes die we via onze partner Weidmuller hebben betrokken. En tenslotte hebben we 35 stuks CEE-kabels voor 16 amp en 32 amp geleverd voor de voedingsspanning van de verdeelkasten voor de PowerPacks en lieren.” Aldus Maarten Koort.

Communicatie op de grootste kraan

In de schakelkasten van de ‘Big Carl’ vallen al gauw de aanwezigheid op van de besturingen van Bosch-Rexroth. Bij de ‘Big Benny’ was Bosch-Rexroth ook al aanwezig. Alleen is dat al een jaar of 7 geleden. Hoe zit het inmiddels met de automatisering en netwerken? Peter de Ras, ZSystems: “Er is veel veranderd. Denk bijvoorbeeld aan power over ethernet (PoE): voeding in een kabel met besturingsdata. Een enorme vooruitgang voor de machinebouw is dat. Een andere techniek die nu veel gemakkelijker geïntegreerd wordt is video. We hebben voor het Sarens-project 24 camera’s verspreid over de kraan geplaatst. Alle beelden zijn nu tegelijk probleemloos en real-time zichtbaar via ETHERNET. Vroeger was dit niet mogelijk. De capaciteit van de Ethernet was daarvoor te klein. De data van 24 camera’s nemen nu wel veel ruimte in beslag. Maar desondanks hou ik nog minstens de helft van mijn besturing vrij. We kunnen ook nog ons systeem uitbreiden met GPS. Ook dat zal wel hoge eisen stellen. Maar ik denk dat we dat ook in de toekomst zullen gebruiken, met name voor handheld PC’s.”

Protocollen voor machinebesturing ‘Big Carl’

Michael Brockhans: “Sinds 2012 passen we PROFINET toe als protocol voor machinebesturingen in onze projecten. Een van de voordelen van PROFINET is de gemakkelijke scheiding van motioncontrol en langzamer dataverkeer. Voor de hoofdbesturing van alle processen door de kraan van Sarens gebruiken we de VPB40.4, een industriële Box-PC van Bosch-Rexroth met geïntegreerde PLC- en Motion-functionaliteit. Deze PC is uitgerust met twee PROFINET/PROFIBUS-masterkaarten die op dezelfde interfacekaart zijn ondergebracht. De PLC/motioncontroller kan overweg met PROFINET en verzorgt zowel de realtime motiondrive als de langzamere dataoverdracht. Het is dan ook geen probleem voor deze besturing om vier lieren synchroon aan te sturen. Een ander groot voordeel van PROFINET is dat we nu alles op locatie of decentraal kunnen volgen. Alle informatie over het proces van de kraan, incuslief safetyinformatie, is nu overal op de kraan te zien. Omdat we kiezen voor PLe, de hoogst veiligheidsnorm, hebben we in onze besturing Safe Logic Compact-veiligheidscomponenten van Bosch-Rexroth opgenomen. Daarmee voldoet de kraan aan de hoogste veiligheidsnormen.”

Onderdelen netwerk

19 PLC/Motion-controllers (1 x Bosch-Rexroth VPB40.4 masterbesturing en 18 x Bosch-Rexroth XM22 sturing voor locale machine-onderdelen)

6 PLC-controllers (Bosch-Rexroth XM22 voor de powerpacks)

25 Veiligheids-PLC’s (voor elk machine-onderdeel een SLC van Bosch-Rexroth)

14 Bosch-Rexroth HNC100-3X-SEK hydrauliek regelaars voor de hydraulische motoren (secundair-eenheden)

12 Bosch-Rexroth VT-HPC pompenregelaars voor de powerpacks

MLPI software van Bosch-Rexroth voor de HMI-applicaties

Constructie en inspectie

Kris Colman en Tom Derveaux, engineers bij Sarens: “De engineering door Sarens duurde ongeveer een jaar. Het voorontwerp is door constructeurs uitgevoerd en bestaat in het uitzoeken van zowel onderdelen als specialisten. Vooral het uitzoeken van de beste bedrijven voor uitbesteding van specifieke werkzaamheden vraagt veel aandacht. Verder zorgen onze engineers voor de noodzakelijke tekeningen. Tussentijds wordt er regelmatig gecontroleerd op kwaliteit. Metaalonderdelen worden ook regelmatig gecontroleerd of alle stappen voldoen aan de voorwaarden die in EN 1090-2 zijn vermeld. Terwijl de productie van metaalonderdelen meestal wordt uitbesteed, wordt de uiteindelijke opbouw van de kraan door Sarens zelf gedaan. Dat gebeurt op een grote kade in de haven van Gent. Tijdens de opbouw wordt opnieuw gecontroleerd of alle onderdelen binnen de normen vallen. De afmetingen van onderdelen, ook die van de grote kraan, worden op millimeters beoordeeld. Andere beproevingen op de kade zijn de zogeheten overlooptesten. Met deze testen wordt de maximaal toelaatbare belasting van alle onderdelen van de kraan extra zwaar getest. In de praktijk betekent dat, dat we de kraan eerst tot zijn maximale belasting brengen. Daarna doen we er nog eens 25% bovenop. Iets dat je natuurlijk niet ergens anders moet doen, ofwel ‘don’t try this at home’. Als alle keuringen dan met succes zijn uitgevoerd, volgt de CE-keuring. En als afsluiting volgt nog de dubbele check voor de certificering door SGS.”

 

Klik hier voor een video: https://www.youtube.com/watch?v=ODk9bfv-ZY

 

Foto’s: Bart Driessen en Feltenwcs