LDPS – Wegmessung über große Distanzen

Üblicherweise werden bei Weg- und Abstandsmessungen über große Strecken von bis zu einigen hundert Metern optische Laser-Messsysteme oder Radarsensoren eingesetzt. Aber nicht unter allen Umgebungs­bedingungen arbeiten diese optischen Abstandssensoren auf Dauer zuverlässig. Bei Kranbahnen die im Freien arbeiten und bei der Herstellung von Stahlprodukten im Stahlwerk, sind die Umgebungsbedingungen von Hitze, Staub und Schmutz geprägt. Im Freien sind Frost, Schnee und Regen aber auch Hitze und Sonneneinstrahlung Störfaktoren für optische Messsysteme. Hier bietet das Long Distance Positioning System LDPS eine gute Alternative, auch für Portal- oder Brückenkrane.

Portalkran Positionierung mit Magnettrack
Portalkran Positionierung mit Magnettrack

Long Distance Positioning System Magnettrack®

Mit unserem Partner Magnettrack haben wir ein Long-Distance Positioning System entwickelt, das inzwischen über Jahre hinweg verfeinert und optimiert wurde. Magnetostriktive Längenmess­systeme können in Verbindung mit dem LDPS zur einfachen Erfassung langer Strecken eingesetzt werden. Normalerweise haben diese Wegmesssysteme einen Messbereich von wenigen Zentimetern bis zu maximal rund 8 Metern.

Wenn es bisher um die Positionierung über längere Strecken ging, konnte man mehrere Wegmesssysteme kaskadieren um längere Messwege abzudecken. Allerdings ist dieses Vorgehen relativ teuer und die Auswertung der Positionsdaten teilweise recht komplex.

Daher haben wir bei diesem Long-Distance Positioning System die Vorgehensweise umgedreht. Das eigentliche Messsystem bewegt sich mit dem zu positionierenden Teil der Anlage. Dies kann z.B. ein Kran oder ein schienengebundenes Fahrzeug sein. Die Markierung der Positionen geschieht über Magnet-Marker, die über die zu erfassende Strecke verteilt sind.

Die Funktion des LDPS Systems, verbunden mit einem magnetostriktiven Wegmesssystem, basiert auf einem Funktionsbaustein der in die SPS der Kransteuerung integriert wird.
Dort werden die absoluten Positionen von mehreren magnetischen Positionsgebern erfasst und miteinander verglichen. Dadurch ergibt sich für jede Position entlang des Fahrwegs eines Krans eine eindeutige Zuordnung. Die Positionsmarker sind hier einfache Magnete, die in einem festgelegten Abstand zueinander montiert werden müssen.

Es gibt verschiedene Verfahren, das LDPS an bestimmte Anwendungen optimal anzupassen.

Wegmesssystem mit PROFINET und magnetischer Abschirmung

Magnetostriktive Wegmess­systeme

Berührungslose Wegmessung die auf dem magnetostriktiven Prinzip arbeiten, sind in der Automatisierung Standard. Die Erfassung der Position erfolgt berührungslos und damit verschleißfrei über Magnete, die sich über den Messbereich bewegen. Auch in Hydraulikzylindern hat sich diese Art der Positionserfassung bewährt.

Prinzip der Magnetostriktion – Grafik: Balluff

  

Magnetostriktives Wegmesssystem im Hydraulikzylinder

Diskretes Magnettrack® System

Einen guten Eindruck über die grundlegende Funktionsweise dieses Systems beschreibt dieses Video:

Bei diesem diskreten System bestehen die Positionsmarker aus einzelnen, jedoch speziell dimensionierten Magneten. Diese sind in genau festgelegten Abständen entlang des Verfahrweges montiert. Auf jedem Abschnitt der zu messenden Strecke, befinden sich mindesten 2 oder 3 der Positionsgeber im Messbereich des Wegemesssystems. Durch die Abstände zwischen den Positionsgebern kann die absolute Position des Krans abgeleitet werden. Nachteil des Systems sind die relativ genau zu montierenden Positionsgeber. Wird z.B. durch äußere Einflüsse die Position eines Magneten verändert, wird das System dies als Fehler erkennen.

LDPS Long Distance Positioning System Magnettrack
Transportwagen für Pipeline-Rohre mit Magnettrack® Positioniersystem

Adaptives Magnettrack® System LDPS

Beim adaptiven System bestehen die Positionsmarker aus einer Kombination von mehreren Magneten. Dadurch kann jeder Magnet einer bestimmten Position zugeordnet werden. Im Gegensatz zum Standardsystem ist die Montage der Marker wesentlich flexibler. Probleme bei der Montage durch Hindernisse entlang des Fahrweges, wie z.B. Schaltschränke oder Stahlträger, werden durch die nicht fest vorgegebenen Abstände vermieden.

Die adaptive Positionierung stellt eine standardmäßig verfügbare Lösung dar, die einfach und komfortabel integrierbar ist.
Hierbei können die Positionsmarker sehr flexibel, ohne spezifische Vorgaben entlang des Fahrwegs montiert werden. Selbst identische Positionsmarker können mehrfach auf dem Fahrweg des Krans vorhanden sein. Das erleichtert z.B. bei einem eventuellen Austausch, z.B. nach einer Beschädigung. Es müssen nicht viele  verschiedene Positionsgeber jeweils als Ersatzteil vorgehalten werden.
Selbst während des Betriebs kann das fehlertolerante System erweitert werden. Das Anlernen neuer oder veränderter Positionsmarker erfolgt im regulären Betrieb.

Nachrüstung von bestehenden Anlagen mit LDPS

Das LDPS eignet sich durch seine Flexibilität auch zur Nachrüstung und damit Automatisierung von bestehenden Anlagen.

LDPS an einem Transportwagen in einer Rohrproduktion
Transportwagen für Rohre nachgerüstet mit LDPS
LDPS am Kran montiert
Das LDPS montiert am Kran
LDPS Positionsgeber entlang der Kranbahn eines Portalkrans
LDPS Positionsgeber entlang der Kranbahn montiert

Eine Übersicht über die Vorteile des LDPS Long-Distance Positioning Systems gibt dieses Video:

Vorteile der Positionierung mit LDPS

  • Vibrations- und Schockunempfindlich
  • Widerstandsfähig gegen Umgebungsbedingungen in der Stahlherstellung wie Dampf, Staub, Schlacke usw. 
  • Große Messlänge, nahezu unbegrenzter Messbereich
  • Absolute Positionierung ohne Referenzfahrt
  • Maximale Verfahrgeschwindigkeit bis zu 10 m/s
  • Hohe Genauigkeit bei großen Distanzen
  • Wartungsfrei
  • Lange Lebensdauer
  • Weiter Temperaturbereich von -40…+85°С
  • Schutzart IP67

LDPS Anwendungs­beispiel Positionierung von Kokerei­maschinen im Stahlwerk

In mehreren Kokereien sowie bei der Herstellung von Rohren für Pipelines sind bereits Long Distance Positioning Systeme erfolgreich im Einsatz und arbeiten trotz widriger Umgebungs­bedingungen zuverlässig. Je nach gewähltem System und Positionsmarkern sind unterschiedlich große Abstände möglich. Toleranzen entlang des Fahrwegs, wie sie z.B. durch Verschleiß an den Rädern entstehen, können so ausgeglichen werden. 

Kokerei mit LDPS
LDPS Positionsmarker am Füllwagen
LDPS am Pusher Car einer Kokerei
LDPS Positionsmarker am Pusher car
LDPS Long Distance Positioning System Magnettrack montiert an einem Koksofen
Schneebedecktes LDPS mit beidseitigen Markern (gelb) am Kokereiwagen

Weitere Informationen zum LDPS in diesem Onepager:




Zu Fragen zum Long Distance Positionier System stehe ich gerne zur Verfügung

Weitere Lösungen für die Stahl- und Hüttenindustrie sind hier

Stahl- und Hüttenindustrie
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Dezember 28, 2020 1:33 pm

Der Bericht wurde von einem Praktiker geschrieben und geht auf die wichtigsten Punkte ein, die bei der Auswahl eines Wegmesssystems zu beachten sind.

März 11, 2021 2:46 pm

Super geschriebener und informativer Artikel :-). In diesen Blog werde ich mich noch richtig einlesen

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