Cantiere Meyer
All’avanguardia nella costruzione delle navi
Il cantiere Meyer nella Germania del Nord è uno dei cantieri navali più moderni al mondo ed occupa all'incirca 2.500 dipendenti ai quali si aggiungono altre 10.000 persone che lavorano per l’indotto. A Papenburg si fabbricano navi di lusso e grandi navi da crociera, il cui trasporto sulla Ems attira regolarmente parecchi visitatori.
La costruzione di navi, oggigiorno, è diventata inconcepibile senza l’ausilio di sistemi CAD 3D. I loro dati, infatti, vengono utilizzati per la realizzazione dei modelli costruttivi. Se si tratta poi di simulare superfici libere, anche parti dello scafo con forme complesse non sono realizzabili senza la precedente costruzione di un modello. Nell’area del cantiere Meyer è stato così allestito un modello costruttivo liberamente traslabile, che occupa una superficie di 103 x 20 mq. Funzionamento e controllo di questo modello avvengono con l’ausilio di prodotti per l’automazione e del sistema per bus di campo Interbus di Phoenix Contact.
Il modello
Per ogni metro quadrato di superficie a terra vi è un elemento di sollevamento con un’altezza di traslazione pari ad un metro. In totale si hanno 2060 elementi di sollevamento, suddivisi in quattro campi singoli da 400 ed un ulteriore campo da 460 elementi di sollevamento. Ad ognuno di questi campi sono attribuiti due Remote Field Controller (RFC), che controllano rispettivamente 200 o 260 elementi di sollevamento. Questi, a loro volta, ricevono i propri dati da un PC di supervisione di livello superiore.
Nella modalità operativa completamente automatica, una piastra di acciaio tagliata a misura (la cosiddetta pannellatura) viene adagiata sugli elementi di sollevamento che si trovano in posizione zero. Viene quindi misurata la posizione della pannellatura e s’inoltra la serie di dati al sistema CAD. Quest’ultimo calcola le altezze di traslazione degli elementi di sollevamento interessati e trasmette i necessari comandi di movimentazione ad un elaboratore di testa, il quale distribuisce infine i comandi ai PC industriali. Il percorso completo di comunicazione dal sistema CAD fino agli RFC viene realizzato tramite connessioni Ethernet-TCP/IP.
Con un’apparecchiatura di comando manuale, connessa via radio con il quadro di comando centrale, ogni elemento di sollevamento può essere traslato anche indipendentemente dalle direttive impartite dal controllore. Per questa modalità operativa è integrata una funzione multipla di arresto d’emergenza.
Con una precisione inferiore al millimetro, gli elementi di sollevamento riproducono una superficie libera alla quale, per effetto del peso, si appoggia la pannellatura. Per ultimo vengono montate per saldatura le ordinate prefabbricate: una nuova parte di scafo è pronta!
Il modello nel cantiere Meyer è stato costruito dalla Rolf Janssen GmbH Stabilimenti elettrotecnici con sede ad Aurich. Questa azienda, attiva a livello mondiale, occupa oggi circa 400 dipendenti nei settori della tecnica navale, idrica, energetica, di controllo dei processi e d’automazione. La
parte tecnica riguardante la meccanica del modello è stata realizzata dalla Maschinenbau Hahn GmbH, con sede a Papenburg.
Il funzionamento di 2060 elementi di sollevamento rappresenta una sfida particolare. Ogni singolo elemento di sollevamento necessita infatti di un motore proprio, che deve essere reversibile nel senso di rotazione. Qui trova impiego un motore asincrono con riduttore e freno ed una potenza di 0,37 kW. La corrente attuale del motore deve essere rilevata per entrambi i sensi di rotazione nonché sottoposta a monitoraggio in relazione a possibili sovracorrenti.
Ogni elemento di sollevamento comprende inoltre due interruttori di finecorsa collegati in serie ed un trasduttore di velocità angolare per la misurazione indiretta del percorso. Ai già numerosi motor switch si aggiungono perciò altri 6180 ingressi digitali. Alla luce di questi dati appare scontato un requisito sostanziale posto ai costruttori: minimizzare gli oneri d’installazione delle unità elettriche. Un cablaggio manuale degli attacchi per i contattori d’inversione con rilevamento della corrente, ad esempio, avrebbe infatti accresciuto notevolmente i costi di montaggio.
Il sistema d’automazione
Per risolvere il problema, Janssen utilizza il sistema d’automazione modulare Inline di Phoenix Contact. Le funzioni elettriche vengono così riunite in unità centrali nell’armadio elettrico o in quadri elettrici decentrati di dimensioni più contenute. Un altro requisito importante riguarda un’installazione possibilmente semplice e priva di utensili. I componenti Inline vengono affiancati tramite montaggio a scatto su una guida di supporto, le linee per dati ed alimentazione sono collegate automaticamente in trasversale. Gli attacchi periferici, anch’essi agevoli da montare, contribuiscono all’ulteriore riduzione degli oneri d’installazione.
In concreto, i motori vengono controllati attraverso lo switch IB IL 400 ELR R-3A del sistema Inline. Questi elementi formano unità funzionali complete per il collegamento, la protezione e il monitoraggio dei motori. La funzionalità d’inversione, la misurazione della corrente durante il movimento ascendente e discendente degli elementi di sollevamento, così come il monitoraggio della funzione meccanica rappresentano un particolare vantaggio per questo task d’automazione. Il sistema d’installazione Inline segue, nella tecnica di collegamento, il principio „Innestare invece di cablare“, offrendo così un ulteriore potenziale di risparmio.
Nel cantiere Meyer, Janssen ha adottato anche la filosofia della decentralizzazione delle unità funzionali. Immediatamente al di sotto del modello, i 6180 ingressi digitali (DI) vengono riuniti in unità decentrate da 128 DI ciascuna, situate in quadri elettrici, e collegati via Interbus con l’RFC centrale. Rispetto ad un’installazione centralizzata risulta così possibile risparmiare anche la lunghezza di linea necessaria.
La lunghezza dei percorsi, infatti, può considerarsi una caratteristica di questo progetto. Basti pensare che i 2060 motor switch sono disposti accanto al modello in armadi elettrici lunghi 70 m in totale. Una differenza di un solo metro nella distanza tra armadi elettrici ed elementi di sollevamento corrisponde ad oltre due chilometri in termini di cablaggio del motore. Grazie all’impiego del bus di campo Interbus, i dati I/O centrali non devono essere collegati con il PLC mediante un dispendioso cablaggio in parallelo, evitando così anche la lunghezza di linea. Un ulteriore vantaggio consiste nella necessità di installare soltanto la linea bus e la linea per l’alimentazione, il che si traduce in un notevole risparmio di tempo durante la messa in servizio!
L’alimentazione del modello avviene tramite un impianto di distribuzione da 800 A, il quale consente di traslare 600 elementi di sollevamento in contemporanea. La gestione dei carichi per la
traslazione degli elementi di sollevamento provvede l’elaboratore di testa, il quale fa in modo che non vengano traslati troppi elementi in contemporanea e regola la distribuzione dei carichi tra i singoli elementi di sollevamento.