Nidec DFS inspiratie voor aandrijving elektrische dredger

Nidec DFS inspiratie voor aandrijving elektrische dredger

De baggerindustrie en met name zand- en grindwinning zijn van oudsher industrieën waar veel aandrijvingen plaatsvinden met een dieselmotor. Maar wat als er gewoon walstroom voorhanden is? Dan is een elektrische aandrijving ook een optie. Een zandwinningsbedrijf in Tsjechië koos onlangs voor de nieuwste Bell A-frame Dredger van BELL DREDGING EQUIPMENT. Met een volledig elektrische aandrijving aangestuurd door een aantal NIDEC DFS-frequentieregelaars. Aandrijftechniek toog naar Winkel, Noord-Holland om te praten met de specialisten over elektrische aandrijvingen in de zand- en grindwinning.

Volgens Thijs van den Outenaar, Sales Engineer bij Bell Dredging Equipment, is het merendeel van hun equipment nog hydraulisch aangedreven. “Het aandeel elektrisch aangedreven is nog niet groot, maar het gaat wel die richting op. Zo ook bij deze Bell A-frame Dredger 250E.” De Bell A-frame Dredger heeft zoals de naam het al zegt een A-frame als basis op een catamaran-stijl ponton. Daaraan hangt de baggerpomp, die de klant laat afzakken in een zandput. De klant in Tsjechië gebruikt de dredger om zand en grind te winnen. De machinist kan de pomp naar elke gewenste diepte laten zakken. Dit type pomp wordt verticaal gebruikt en afhankelijk van de toeloop van het zand wordt het ponton verplaatst door de gehele put. Onderaan de pomp zitten twee roterende koppen, zogenaamde cutters, die tegen elkaar in draaien. “Dit type pompkop, de Bell ‘double cutter head’, is nog een relatief nieuwe ontwikkeling van ons”, legt Van den Outenaar uit.

De machinist heeft twee joysticks en diverse schermen voor het bedienen van de Bell A-frame Dredger 250

“We maken ook nog steeds ‘cutters’ met één kop, maar die worden aan de arm van een graafmachine bevestigd of worden bij cutterzuigers gebruikt. Zou je dit type aan een kabel laten zakken, dan zet de kop zich vast in de grond en gaat juist de bovenkant draaien. Dit is iets wat je wilt voorkomen. Vandaaruit hebben we de dubbele cutter ontwikkeld. Doordat beide koppen tegen elkaar in draaien, blijft de pomp mooi stil hangen.” Van den Outenaar legt ook het verschil uit tussen een cutterzuiger en deze A-frame Dredger: “Bij de cutterzuiger zit de pomp ofwel in de machinekamer ofwel vast aan een ladderframe. Dat ladderframe heeft een bepaalde lengte. Bij de A-frame Dredger hangt de pomp aan een lier wat er voor zorgt dat je dus veel dieper kunt gaan. In de put waar deze dredger nu ligt, willen ze naar een diepte van 50 meter gaan. Dat is niet mogelijk met een cutterzuiger. In  principe kun je met onze pompen zo diep gaan als je wilt, je wordt uiteindelijk alleen gelimiteerd door het pompvermogen.”

De dubbele cutter maakt de bodem los,  waarna de pomp het zand, grind en water verpompt naar de kant

Project met uitdagingen
Inmiddels is het woord vermogen gevallen, waarbij Johan Piek het woord neemt. Zijn bedrijf, Piek Technische Service BV (PTS) zorgt dikwijls voor de elektrotechnische kant van de baggermachines en -pompen van Bell Dredging Equipment. “Als Bell een project heeft waar een besturing of automatisering op moet komen, dan denken wij mee voor de juiste oplossing. Als er dan een aandrijving is met een frequentieregelaar schakelen wij vaak met Nidec. Die relatie gaat al heel lang terug toen het nog Control Techniques was. Voor deze elektrische dredger hebben wij de gehele aansturing qua software voor de frequentieregelaars ontworpen en gebouwd.” Volgens Piek was het wel een project met wat uitdagingen. “Uitgangspunt was dat de machinist met twee joysticks alles aan kan sturen. Van het bedienen van de pomp en dubbele cutter tot en met het positioneren van de complete dredger. Daarom wordt nu alles met frequentieregelaars aangestuurd die met elkaar communiceren. Zeker bij het positioneren is dat essentieel. De dredger beschikt over vier lieren die met de kade verbonden zijn. Door deze lieren te bedienen kan de dredger zich verplaatsen. Maar ook zijn er nog aandrijvingen in de vorm van de hijslier waar de pomp aan hangt en een extra lier om de double cutter head aan boord te trekken.”

Modulaire opbouw regelaars
De frequentieregelaars van het type Unidrive M700 zijn ingebouwd in schakelkasten volgens het DFS-series principe van Nidec. “In dit project is gebruik gemaakt van de modulaire bouwwijze van verschillende vermogens frequentieregelaars met een identieke set parameters”, aldus Teun van Breugel, Account Manager Nidec Netherlands. “Zeker een handige en praktische oplossing als je met verschillende vermogens werkt zoals bij deze dredger. We praten hier over een 190 kW pomp, een waterjet van 75 kW en twee snijkoppen van elk 30 kW. De lieren hebben allemaal een vermogen van 7,5 kW. Elke lier heeft zijn eigen elektromotor en eigen frequentieregelaar. Dan hebben we nog een hijslier en een supportlier. De waterjet gebruiken we om water onder hoge druk naar de dubbele cutter te pompen. Die houdt de cutters schoon en brengt extra beweging in het zand.” De communicatie tussen alle frequentieregelaars gaat via een Mod-bus TCP. De joysticks die de machinist bedient, communiceren via de CAN-bus met de besturing. De frequentieregelaars worden met de Mod-bus aangestuurd. “Het handige in dit project was, dat het om allemaal hetzelfde type frequentieregelaar ging”, aldus Van Breugel. “Johan kon op zijn bureau een kleine Unidrive M700 frequentieregelaar plaatsen om de software te ontwikkelen. Ze konden dus al in een vroeg stadium de software voor de besturing schrijven.” Verder zitten er in de schakelkasten enkele filters voor de EMC-eisen en zijn er diverse remweerstanden ingebouwd om energie af te voeren als de lier naar beneden gaat. 

Grafische interface
Vanuit de cabine heeft de operator goed zicht op het plaatsen, bedienen en positioneren van de dredger. Naast de twee joysticks beschikt hij over een touchscreen HMI, ontwikkeld door PTS. De machinist kan vandaaruit de pomp starten en stoppen, toerental regelen en diepte van de pomp bepalen. Bij een storing, bijvoorbeeld als een te grote steen de ingang van de pomp blokkeert, komt er vanuit de HMI een alarm. Dan slaan de cutterkoppen vast, loopt de stroom snel op en wordt een groen balkje op de HMI rood in plaats van groen. Piek: “Dit hebben we zo geautomatiseerd dat op het moment dat er een steen tussen de dubbele cutter komt, de koppen automatisch even de andere kant opdraaien. Is het stroomniveau weer voldoende gezakt, dan draaien ze weer de juiste kant op.” Van den Outenaar vult hem aan: “Als dat blijft gebeuren dan moet je de pomp omhoog halen, de steen verwijderen en de pomp weer laten zakken. Bovendien heeft de machinist naast de HMI met touchscreen nog een scherm. Dat is het scherm van de Bell baggercomputer. Hiervoor wordt eerst een scan (survey) gemaakt van de bodem. Zo kan de machinist zien hoe diep deze is en waar hij is geweest met de pomp. Hij kan dat zien aan de verschillende kleuren op het scherm.”

Op de touchscreen HMI, ontwikkeld door PTS, kan de operator alle relevante parameters zien en bepaalde functies in- of uitschakelen

Constant tension
De vier lieren voor de positionering moeten in de software naar elkaar ‘luisteren’. “Dat hoeft niet persé,” aldus Piek.  “We kunnen ze ook standalone bedienen. Op de joystick zitten knopjes. Zo is het knopje linksvoor voor de lier linksvoor. Maar het is ook mogelijk alle lieren tegelijkertijd aan te sturen. Als beide joysticks bijvoorbeeld schuin naar voren worden bewogen, dan verplaatst de complete dredger zich naar die richting. Dan weten de frequentieregelaars van elkaar dat de een moet vieren en de andere moet inhalen. Dat zit allemaal in de software ingebouwd.” Er wordt daarbij gebruikt gemaakt van de closed-loop regeling en de functie ‘constant tension’ om de kabels strak te houden. Deze ingebouwde functie in de frequentieregelaar wordt vaker bij lieren gebruikt. Ook was het bij dit project van belang om de koeling goed te regelen. Alle frequentieregelaars staan immers bij elkaar in een gesloten container. “Op het dak zit daarom een grote ventilator die we temperatuurafhankelijk aansturen, zodat er, indien nodig, een forse luchtstroming ontstaat door de container en de frequentieregelaars heen”, legt Piek uit.

Alle schakelkasten met frequentieregelaars staan in de container opgesteld. Er komt 6000 V naar binnen, van de 6000 V gaat het via een transformator naar 690 V voor de grote motoren. V.l.n.r. de pomp (190 kW), de waterjet (75 kW) en de cutters (2 x 30 kW). Alle lieren (7,5 kW) werken op 400 V, dus de vier positioneerlieren, de servicelier en de hijslier

24/7 bereikbaarheid
Piek werkt al heel lang met de frequentieregelaars van Control Techniques en is zeer te spreken over de samenwerking. “Wij zitten zelf in Werkendam en Nidec zit in Sliedrecht, dat is lekker dichtbij. Als er wat is, komt Teun of een andere technische man bij ons op de zaak om te overleggen. Maar ook als we ver weg iets aan het inregelen zijn en we hebben een vraag, wordt bij Nidec altijd de telefoon opgenomen met iemand met verstand van zaken. Vooral in de baggerwereld is het een 24-uurs economie. Dus als je in de nacht belt, verwachten ze snel een oplossing voor het probleem.” Mede daarom maakt PTS alle besturingen voor Bell Dredging Equipment zodanig, dat ze op afstand in de systemen kunnen komen. “Nidec heeft mooie software om de frequentieregelaars te programmeren en uit te lezen. Dus we kunnen altijd vrij snel, om onze eigen software om, rechtstreeks in de frequentieregelaar kijken wat er speelt qua data.” PTS heeft in haar werkplaats de container met alle frequentieregelaars en de cabine met de besturing in elkaar gezet. Deze componenten zijn door Bell Dredging Equipment, samen met het A-frame, pontons, cabine en overige systemen naar Tsjechië vervoerd. Binnen enkele dagen was het geheel opgebouwd en aangesloten en kon de klant gaan draaien. Een mooi voorbeeld van samenwerking tussen klant, leverancier en specialist.

V.l.n.r. Johan Piek (PTS), Thijs van den Outenaar (Bell Dredging Equipment) en Teun van Breugel (Nidec Netherlands)
(FOTO: PAUL QUAEDVLIEG)

www.belldredgingpumps.com
www.ptssleeuwijk.nl
www.at-aandrijftechniek.nl

Artikel:

 Meer Nidec nieuws? Lees hier verder