El caso de éxito de Siemens y Morgan Automation

Las dos marcas se unieron por un requerimiento de un cliente que necesitó un enfoque completamente nuevo para el manejo de bobinas en su producción.

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Una importante acería de los Estados Unidos le pidió a Morgan Automation que implementara una serie de tres grúas totalmente automatizadas y no tripuladas para trabajar con dos carros de transferencia de bobinas que aceptan bobinas calientes de la viga de marcha del fresado caliente.  

Al fabricar esta solución de sistema,  Morgan recurrió a su socio de control de movimiento y accionamiento, Siemens, quien proporcionó un complemento de accionamiento, plc, seguridad I/O, medidores de calidad de energía, PCs, hardware inalámbrico,  además de software de comunicación y su TIA Portal para puesta en marcha y el monitoreo del proyecto.  

Este proyecto totalmente nuevo implicó el manejo de aproximadamente 1000 bobinas o 30,000 toneladas de acero al día en la acería.  Una bobina típica en este patio es de aproximadamente   83” OD x 82” W y pesa 28 toneladas en promedio.   

Dado que la acería opera según una mentalidad “hecha a la orden”, existe un doble desafío de manejar bobinas calientes de la acería  y organizar su preparación para su envío por camión, riel o barcaza, con un cuadrante adicional en el suelo para bobinas que se dirigen a través de los vagones de transferencia de bobinas proporcionados por Morgan al Pickling Line Tandem Cold Mill (PLTCM) en las instalaciones.   

En el patio de bobinas propuesto y cerrado, la viga caminante entregaría las bobinas de la acería caliente, luego el agarre de la grúa aseguraría la bobina individual y la colocaría en el carro de transferencia de bobinas o en un sillín en el cuadrante apropiado en el piso.  

Durante los bajos tiempos de producción, el sistema desfragmentaría el surtido de bobinas en las posiciones adecuadas para conservar el espacio de almacenamiento con un seguimiento completo en tiempo real.  

Cada grúa  tiene una cámara termográfica para la detección de temperatura, más  un sistema de posicionamiento láser pendiente de patente. El seguimiento completo de los datos se muestra claramente en la sala de control de la acería con cálculos de KPI en tiempo real.  

Los objetivos para este nuevo autonomous coil yard (ACY) incluyeron la instalación interior para reducir el óxido y la corrosión, mejorar el manejo de la bobina para cumplir con los protocolos de envío,  reducir los costos de energía al eliminar el manejo de carretillas elevadoras y reducir el distanciamiento físico de las bobinas, además de una ubicación más rápida de las bobinas en sus sillines para el manejo de grúas en las áreas de preparación de  envíos.   

En general, era fundamental la seguridad del personal, por lo que se implementaría un sistema de nueve gabinetes I/O remotos y 21 puertas de seguridad.  La integración de toda  la operación iba a ser manejada por el sistema de gestión  logística patentado  Morgan CEPHAS con un motor basado en reglas para la toma de decisiones algorítmicas.  Toda la gestión de la información  sería transmitida y manejada por el personal de la acería, usando la plataforma interna y virtual private network (VPN).   

Con estos requisitos de logística,  rendimiento e integración de sistemas, Morgan comenzó el proceso de trabajar  con el equipo de  Siemens para utilizar la gama completa de opciones de productos y software para la construcción del sistema óptimo de manejo de materiales, control de movimiento y gestión de datos para  ACY.  

 Según Mark Sharamitaro, “estábamos llevando nuestro sistema de gestión de almacenes CEPHAS establecido a este desafío  y buscando unirlo a una sola interfaz, impulsada por las reglas  establecidas por nuestro cliente,  por lo que esencialmente hay un solo cubo  de datos en cada bobina”.   

En este “cubo” están todas las características físicas y la temperatura de la bobina además de la ubicación determinada para la colocación. Todo estos datos se transmiten a través de una serie de módulos de accionamiento Siemens SINAMICS, SIMATIC PLCs y el servidor de monitorización de red SINEMA, complementados con el control de supervisión del WinCC V16   para la monitorización  a largas distancias.  

Además, Siemens ofreció su conjunto inalámbrico  SCALANCE de conmutadores  Ethernet y puntos de acceso para comunicar la topología de anillo y los datos VLAN para el personal de la sala de control de la acería.   

Los componentes del controlador Siemens SIPLUS se utilizaron fuera de la casa electrónica debido a las temperaturas ambientales más altas, ya que estos dispositivos están diseñados para entornos más hostiles.  Sharamitaro informó que el equipo de Morgan realmente probó estos componentes más allá de sus calificaciones publicadas, por lo que su equipo sabía que se desempeñarían en esta aplicación, especialmente en el momento en que la grúa recogía la bobina caliente y la elevaba cerca del carro con los controles a bordo. 

Sharamitaro también señaló la necesidad de un sistema de calidad integrado para identificar las bobinas secundarias en el piso y determinar su ruta de transferencia. A medida que se agarra  cada bobina, una batería completa de sensores, interruptores, accionamientos de alimentación I/O, PLCs y comunicación inalámbrica  envía información desde el carro de la grúa directamente a la casa de control.  

Las tres grúas de 190 toneladas están totalmente sincronizadas para manejar las bobinas entrantes de la fresadora caliente más la colocación en los carros de transferencia y líneas de preparación. La información alimenta el sistema CEPHAS de Morgan Automation, que realiza las determinaciones algorítmicas para cada bobina, basadas en parámetros predeterminados establecidos por la fresadora. Como resultado, se logra un sistema extremadamente eficiente y fiable de manejo de bobinas.  

El personal de la acería no puede acceder a ninguno de los cuatro cuadrantes en el ACY si los dispositivos de bloqueo están activados. El sistema de seguridad terrestre literalmente “pide” permiso a la grúa antes de permitir que el personal acceda al área.  

Los líderes del proyecto para Siemens fueron Roland Najbar, gerente de desarrollo de negocios, así como  Rick Ludlow, gerente de cuentas, ambos enfocados en la industria de las grúas.  Najbar comenta sobre este proyecto que, “una vez que tuvimos los requisitos completos de Morgan, nos fuimos a trabajar ensamblando nuestros productos de control de movimiento y manejo de materiales y suites de software para acomodarlos”. 

Para evidenciar el ahorro de energía, Siemens también proporcionó sus medidores de potencia  PAC3200 que rastrean y registran el consumo de energía  en curso en un sistema y comunican datos de manera eficiente a través de un protocolo de red.  

Otro componente clave  en la solución Siemens fue el SINAMICS S120 Smart Line Module para aplicaciones de grúa, que cuenta con accionamiento regenerativo a bordo. Esta característica  toma el exceso de potencia de motor de un poliposto de grúa, por ejemplo, durante el descenso y lo alimenta a otro componente del sistema o de vuelta a la red para un ahorro de energía rastreable para el cliente.  

Además, este Smart Line Module tiene una aplicación particular en el mundo de las grúas, ya que cuenta con una alimentación  conmutada por línea que se ve reforzada por el uso de IGBTs que evitan las fallas de conmutación típicas de los rectificadores basados en tiristores.