Laserscanner LMS500 bewaakt havenkranen bij APM Terminals

In de haven moet alles niet alleen snel gaan, ook veiligheid is er een absolute prioriteit. Een van de uitdagingen is het bewaken van havenkranen, om te vermijden dat ze botsen met schepen. Dergelijke ongevallen doen zich al eens voor, en de schade loopt dan al snel in de honderdduizenden euro’s. APM Terminals in Zeebrugge heeft nu definitief komaf gemaakt met deze problematiek en rustte al haar kranen uit met laserscanners van SICK.

APM Terminals is een dochterbedrijf van de Maersk groep die wereldwijd een 75-tal haventerminals uitbaat. In ons land is dat in Zeebrugge, waar wekelijks een lijn van Maersk zelf en een van China Shipping aan wal komen. Het gaat om schepen van 8000 tot 10.000 containers, waarvan er doorgaans een 2000-tal geladen en gelost moeten worden.

“De afhandeling moet zeer snel gaan”, legt Steven Lowyck, control engineer bij APM Terminals uit. “Een schip heeft een window van 24 à 36 uur om aan wal te komen. Als die tijd verstreken is, moet het alweer vertrekken om in de volgende haven op schema aan te komen.”

Het laden en lossen wordt daarom grondig gepland en aangestuurd door een software die alle activiteiten en de locaties van de containers beheert. Het laden en lossen zelf is werk voor de ship-to-shore cranes, mastodonten van 80 meter hoogte met een arm van 65 meter lengte, die aan een ontzettend hoog tempo containers in- en uitladen.

De 65 meter lange kraanarm die vanop de kade boven het schip uitsteekt, wordt in het vak de klap genoemd – een verwijzing naar het feit dat de arm onder 45 of 90° naar boven kan klappen om een schip door te laten. Want ook al bevindt deze arm zich op meer dan 55 meter hoogte, het kasteel, de schouw en tal van antennes op het schip toornen daar meestal nog een flink stuk bovenuit.

En daarin schuilt dan ook het probleem: bij het verplaatsen van de kraan over de lengte van de kade, kan de klap in aanvaring komen met het kasteel of andere delen van het schip en zo enorme schade veroorzaken. De kraanman mag dan zelf ook boven in de kraan zitten, door de enorme afmetingen is het voor hem niet altijd mogelijk om alles te zien. En soms moet hij ook containers verplaatsen die zich op het schip gevaarlijk dicht bij het kasteel bevinden.

“Om botsingen te vermijden, worden havenkranen standaard uitgerust met een kabel die aan beide zijden van de klap gespannen is”, zegt Bart De Roo, control engineer bij APM Terminals. “Bij een botsing wordt dus eerst de kabel geraakt waardoor de kraan automatisch stilvalt. Het probleem is dat de kraan door zijn enorme gewicht ook een grote traagheid heeft. Wanneer de wielen op de grond plots geremd worden, zal de massa bovenaan nog even doorgaan, wat voldoende kan zijn om toch nog een botsing te veroorzaken.”

Door de kranen uit te rusten met laserscanners heeft APM Terminals dat probleem nu definitief opgelost. De scanners hebben een bereik van 80 meter zodat veel sneller ingegrepen kan worden.

Zodra de klap op een afstand van 9 meter van een hindernis komt, gaat de kraan automatisch in een slow down regime. Op 2 meter afstand volgt een volledige stop.
“De kraanman kan dan nog wel gebruikmaken van een collision by-pass wanneer hij nog dichter bij de hindernis moet zijn, maar die extra ingreep maakt dat hij zich op dat moment ook bewust is van het risico.”
 

APM Terminals heeft een jaar lang getest met één laserscanner en heeft omwille van de goede resultaten nu ook de overige 6 kranen met het systeem uitgerust. De eerste ervaringen met een laser scanner deed het bedrijf op in een heel andere toepassing, namelijk het bewaken van de poort die de toegang tot de spoorweg afsluit. Nadat het een paar keer gebeurd was dat aankomende treinen de gesloten poort niet tijdig opgemerkt hadden, werd boven de poort een scanner geplaatst die aankomende treinen detecteert en bij een gesloten poort alarmsignalen begint te geven.

De toepassing op de havenkranen is echter van een heel andere orde. Om makkelijk bereikbaar te zijn – de lens van een scanner moet af en toe gereinigd worden – werd er voor gekozen om de scanners ter hoogte van de mast te plaatsen.

Elke kraan werd uitgerust met twee scanners, een aan elke zijde. Dat betekent dat de scanner een zone van 65 meter lengte moet bewaken, met een breedte van 9 meter – de breedte van de slow down zone.
Het bereik van 80 meter van de laser scanners van SICK is in deze toepassing dus geen overbodige luxe. “Daar komt nog bij”, legt Bart De Roo uit, “dat we een zeer hoge resolutie nodig hebben om alle kleine componenten tot zelfs de antennes op het schip te kunnen detecteren. Dat is gelukt, aan een snelheid die bovendien voldoende hoog is om bij de detectie van een hindernis tijdig te kunnen reageren.”
 

Omdat het zo een kritische toepassing is, die men overigens door een extern controle-organisme moet laten keuren, is APM Terminals niet over een nacht ijs gegaan en werden ook andere mogelijkheden om de beveiliging te verbeteren onderzocht.

Bart De Roo: “Een veel eenvoudigere oplossing was het gebruik van een punt scanner, maar dat bleek geen verbetering. De kabel naast de klap wordt dan vervangen door een laserstraal maar het probleem zou hetzelfde gebleven zijn, namelijk dat de hindernis te laat opmerkt wordt. We hebben ook testen gedaan met een radar, maar daarmee kon niet de hele beveiligingszone afgedekt worden.”

“Een bijkomend voordeel van de LMS500 scanners die in de deze toepassing gebruikt worden, is dat men vanop afstand over Ethernet toegang heeft tot alle parameters en data van de scanner. Dit wordt gebruikt in het controlesysteem, dat uiteraard data van de scanner krijgt, maar ook parameters kan terugsturen, bijvoorbeeld wanneer de kraanarm onder 45° naar boven geklapt is en de scanner dus andere afstanden moet bewaken. De communicatie maakt ook dat men niet naar boven moet om diagnoses te doen”, aldus Johan Lepage, branche manager ports voor SICK .

Zo bevat de scanner onder meer een fotocel die controleert of de lens van het toestel nog voldoende proper is. De scanner ziet in zijn bereik ook een deel van de kraanmast, wat in de diagnose gebruikt wordt als referentie om te controleren of het toestel nog precies op zijn plaats hangt.
 

Nu men bij APM Terminals de mogelijkheden van sensortechniek verder verkend heeft, wordt nog een ander probleem bij de handling van containers aangepakt. Onderaan de kabel van de kraan bevindt zich een spreader waarin de containers vastgeklikt worden. “Een probleem dat zich daarbij kan voordoen, is dat een spreader van 40 voet 2 containers grijpt van 20 voet die tegen elkaar staan maar niet aan elkaar geklonken zijn”, legt Steven Lowyck uit.

“Vanuit zijn positie boven in de kraan is het voor een kraanman niet altijd duidelijk te zien of het om 1 grote of 2 kleinere containers gaat, zeker wanneer deze dezelfde kleur hebben en zich in het donkere ruim van een schip bevinden. Het probleem, als het om 2 containers gaat, is dat die gaan scheef hangen wanneer ze niet aan elkaar bevestigd zijn, waarbij de hele spreader krom getrokken wordt en de containers kunnen loskomen.

Met de ultrasoon sensor UM30 in de bovenkant van de spreader hebben we dat kunnen oplossen omdat de sensor tijdens het hijsen ziet wanneer de containers in het midden gaan doorzakken.

Op basis van die sensor hebben we bovendien een applicatie kunnen bouwen die de kraanman een visuele indicatie geeft, en eventueel automatisch de motor afremt, wanneer de spreader bij de approach de bovenkant van een container nadert. Op die manier kan veel sneller en nauwkeuriger gewerkt worden omdat de kraanman dankzij de sensoren feedback krijgt over wat er zich tientallen meters onder hem afspeelt.”