Технический уровень приборов безопасности стреловых грузоподъемных кранов

К.В. Коровин, заместитель генерального директора НПП «Резонанс» по качеству и развитию,
М.Н. Кретов, начальник бюро схемотехники и программного обеспечения НПП «Резонанс»

В последнее время в средствах массовой информации появилась информация о выдающихся достижениях отечественных разработчиков приборов и систем безопасности грузоподъемных кранов. Так, например, в новостях на сайте (www.nppego.com) от 19.12.2005г. опубликовано сообщение о том, что «уникальная по своим технико-экономическим показателям, не уступающая лучшим мировым образцам, система защиты крана ОНК-160С рекомендована к серийному производству», а в журнале «Все краны» утверждается, что предлагает потребителям и продолжает проектировать «высококачественную аппаратуру, находящуюся на уровне мировых стандартов» [1].

Известно, что наиболее распространенный в настоящее время прибор безопасности типа ОНК-140, созданный в 1997г., имел высокие для своего времени технико-экономические характеристики. Но за прошедший период времени он практически не модернизировался и по этой причине морально устарел. Объем реализуемых защитных функций, надежность и удобство ОНК-140 в эксплуатации остались практически на прежнем уровне и уже не отвечают требованиям сегодняшнего дня. Более того, прибор ОНК-140 не в полной мере соответствует требованиям нормативных документов Ростехнадзора, в частности по регистратору параметров, что признают сами разработчики и изготовители этого прибора [2, стр.9].

Существуют также обоснованные претензии потребителей к качеству приборов безопасности. Так, например, согласно официальным данным Ростехнадзора, неисправность приборов безопасности является наиболее частой причиной аварий на подъемных сооружениях. В 2005 г. официально зарегистрировано 48 аварий, и 15 из них — по причине неисправности приборов и устройств безопасности [3].

По данным крановых заводов, приборы безопасности являются одними из наименее надежных составных частей грузоподъемных кранов, а отдельные заводы, например ОАО «Галичский автокрановый завод» и ООО «Юрмаш-кран», применяющие на своих кранах приборы типа ОНК-140, свои гарантийные обязательства на эти приборы не распространяют [4, 5].

Поэтому очевидна актуальность решения проблем поставок на крановые заводы и в эксплуатацию более качественных и недорогих приборов безопасности, а сообщения и ОАО «АПЗ» о выдающихся достижениях в создании прибора ОНК-160С мирового технического уровня, вызывают пристальный интерес всех заинтересованных специалистов.

На основании имеющихся публикаций о приборе ОНК-160С [1, 2, 6], рассмотрим, насколько эти сообщения соответствуют действительности.

Технический уровень любого технического устройства определяется как общей концепцией — руководящей идеей его построения, так и эффективностью реализации этой концепции.

При поиске основной технической идеи построения прибора ОНК-160С, в существующих публикациях мы находим, вероятно, ключевую фразу, проливающую свет на основные цели создания приборов серии ОНК-160: «ситуация, когда определяющими качествами для приборов безопасности была их цена и простота, постепенно меняется» [2, стр.9]. Иными словами, компетентные представители и ОАО «АПЗ» говорят открытым текстом, что ОНК-160С будет сложнее и дороже, чем ОНК-140.

Очевидно, что такая позиция в большинстве случаев не отвечает интересам потребителей — практически всегда их интересует недорогой и максимально простой в эксплуатации прибор. А усложнение и удорожание любой продукции выгодно, как правило, лишь ее производителю, особенно занимающему монопольное положение на рынке.

С другой стороны, если усложнение прибора сопровождается существенным повышением безопасности работы крана или придает прибору новые свойства, полезные потребителям, и потребители готовы оплатить появление этих новых свойств, то такое усложнение можно приветствовать. Но реализация этого подхода возможна лишь в рамках предварительно проработанной концепции построения нового прибора. Принципиально новый конкурентоспособный прибор нельзя создать как некое подобие одного из существующих на рынке приборов, механически слепив его из отдельных технических решений исходя из сиюминутных конъюнктурных соображений. Эти технические решения должны быть органично соединены в единое целое, объединены общей технической идеей. Для этого, собственно, и нужна концепция построения нового прибора.

Примеры логически стройной концепции построения приборов безопасности грузоподъемных кранов встречаются как в зарубежных, так и в отечественных приборах.

Компания Liebherr — один из лидеров мирового краностроения, в соответствии с назначением прибора безопасности, рассматривает эту концепцию, в первую очередь, с точки зрения ее потенциального влияния на повышение безопасности работы крана. Согласно требованиям международного стандарта по безопасности машин EN 954-1:1996 [7], особенности построения прибора безопасности должны быть адекватны той степени опасности, которую этот прибор должен предупреждать. Эта концепция, отражающая современный подход к выбору структуры и основных функций прибора безопасности, реализована на серийно выпускаемых башенных кранах этой компании. На них, наряду с высоким качеством всех составных частей системы защиты и управления, обеспечивается либо своевременное выявление всех неисправностей прибора безопасности, либо, если такое выявление невозможно, резервирование тех составных частей прибора, неисправности которых не выявляются. Это позволяет исключить работу крана с ненастроенным или неисправным прибором безопасности [8].

Но в приборе ОНК-160С такой подход даже не рассматривается. Соответственно, про «аппаратуру, находящуюся на уровне мировых стандартов» [1], говорить не приходится.

Еще один пример концепции построения приборов безопасности, реализованной в серийно выпускаемых отечественных приборах безопасности, — это применение простого однопроводного мультиплексного канала для обмена данными между всеми блоками и датчиками прибора, выполненного на основе универсальных асинхронных приемопередатчиков, входящих в состав микроконтроллеров. Реализация этой концепции позволила создать комплексные микропроцессорные приборы безопасности с цифровыми датчиками, отвечающие всем требованиям Ростехнадзора. Эти приборы, благодаря цифровой передаче данных по линиям связи и применению датчиков с нормированными характеристиками, лишены основных недостатков приборов ОНК-140 и имеют более низкую цену.

Среди основных особенностей прибора ОНК-160С в первую очередь декларируется гибкость его структуры [2]. Однако гибкость любой системы, т.е. простота ее реконфигурации и наращивания, возможны лишь в случае унификации электрических соединений ее составных частей на основе единого канала обмена данными, чего нет в приборе ОНК-160С. В нем для связи контроллера поворотной части крана с блоком обработки данных, с датчиком длины стрелы и контроллером неповоротной части используется мультиплексный канал обмена данными, датчики давления имеют токовый интерфейс 4-20 мА, а сигнал с датчика скорости ветра передается в виде частоты и т.п. [1, 2, 6]. Подобный странный аналого-цифровой гибрид, не имеющий унифицированного интерфейса, заведомо не отличается гибкостью, а применение разнообразных интерфейсов в одном приборе является, по нашему мнению, неоптимальным техническим решением, приводящим к его неоправданному усложнению.

Другой особенностью ОНК-160С является возможность его программирования для работы в составе конкретного крана как на ОАО «АПЗ», так и на заводе-изготовителе крана или непосредственно на месте его эксплуатации. Для этого проведена несложная замена использующегося в приборе ОНК-140 однократно программируемого микроконтроллера типа MSP430P325IPG на перепрограммируемый микроконтроллер с аналогичными характеристиками из серии MSP430F. Однако многофункциональные перепрограммируемые приборы безопасности для стреловых кранов в России и за рубежом серийно выпускаются уже не один год. Поэтому говорить о реализации перепрограммируемого прибора можно лишь в плане модернизации и устранения одного из конструктивных недостатков ОНК-140, но не как о каком-то достижении.

Сказанное относится и к реализации часов реального времени. Все современные приборы безопасности грузоподъемных кранов имеют встроенный регистратор параметров с отсчетом реального времени. Установка в прибор микросхемы часов реального времени с автономным источником питания является несложным типовым техническим решением и фактически направлена лишь на устранение отставания прибора ОНК-140 в части регистратора параметров от технического уровня других давно выпускающихся приборов.

Еще одним отличием прибора ОНК-160С от ОНК-140 является применение инфракрасного порта IrDA для считывания данных регистратора параметров. Безусловно, это является шагом вперед по сравнению с ОНК-140, в котором для считывания данных регистратора необходимо было вскрывать блок обработки данных. IrDA отличается дешевизной и упрощает конструкцию корпуса прибора благодаря возможности передачи данных через прозрачное окно на его передней панели. Но на этом преимущества IrDA заканчиваются. Инфракрасный канал обладает низкой надежностью передачи данных, в чем каждый неоднократно убеждался при управлении собственным телевизором. Инфракрасные импульсы слишком малой мощности приемник не «видит», а слишком большая мощность «ослепляет» приемник. Передачу данных осложняют внешняя засветка, загрязнение прозрачного окна и приемника и т.д. Необходимость строгой ориентации переносного устройства считывания относительно передатчика неудобно для потребителей и практически исключает возможность автоматизации считывания. Поэтому считывание данных регистратора параметров по инфракрасному каналу вместо традиционно использующегося электрического разъема, не говоря уже о передаче данных по радиоканалу, дает технические и коммерческие преимущества производителю прибора безопасности, но никак не его потребителям, и является нерациональным и неперспективным техническим решением.

Справедливость сказанного подтверждает, в частности, затягивание начала серийного производства этого прибора. Приемочные испытания прибора ОНК-160С были проведены еще в декабре 2005г., разрешение на его применение выдано только через 3 месяца — 22 марта 2006г., а по состоянию на май 2006г. мы не имеем никаких данных о серийном производстве этого прибора. По крайней мере, если бы утверждения о высочайшем техническом уровне прибора ОНК-160С соответствовали бы действительности, то, надо полагать, ОАО «АПЗ» в кратчайшие сроки освоило бы его серийное производство.

Другим красноречивым подтверждением является утверждение, что «уже более двух лет ведется планомерная разработка системы безопасности ОНК-180 следующего поколения» [1]. Иными словами, еще не освоено серийное производство новейшего прибора ОНК-160С, находящегося «на уровне мировых стандартов» [1], как ему на замену уже разрабатывается новый прибор. (Прибор нового поколения создается преимущественно для замены существующего).

Это означает, что само фактически признает, что прибор ОНК-160С представляет собой мертворожденное дитя. Иного объяснения поспешного начала разработки нового прибора ОНК-180 не находится.

В отличие от ОНК-160С, концепция создания прибора ОНК-180, на первый взгляд, достаточно конкретно определена и опубликована ее разработчиками. Она заключается «в фиксации максимальных нагрузок, возникающих в различных расчетных элементах крана (балках выносных опор, грузовом канате, металлоконструкции стрелы, механизме телескопирования стрелы и т.д.), а также в обеспечении необходимого запаса устойчивости при различных условиях эксплуатации…» [1].

Но это является скорее не концепцией, не основополагающей идеей построения нового прибора безопасности, а заведомо ошибочным направлением модернизации существующего прибора. Очевидно, что обвешивание крана большим количеством датчиков для «фиксации максимальных нагрузок, возникающих в различных расчетных элементах крана» ничего кроме удорожания и ухудшения эксплуатационных характеристик прибора не даст. Дело в том, что после измерения нагрузки в одном правильно выбранном конструктивном элементе крана, значения нагрузок во всех его других элементах проще и дешевле вычислить с использованием математической модели крана. Для этого нужна информация о пространственном положении элементов конструкции (угол наклона и длина стрелы, угол азимута и т.п.), но она, как правило, уже имеется в системе безопасности. Применение 2-х датчиков нагрузки еще можно как-то объяснить, например целесообразностью их резервирования. Но в увеличении их количества свыше двух не просматривается практической пользы.

В результате, концепции построения прибора ОНК-180 фактически нет. Его разработчики повторяют ту же самую ошибку, что и при создании прибора ОНК-160С. При таком подходе создание действительно конкурентоспособного прибора безопасности принципиально невозможно.

Неоднократно указывается на организационные достижения, говорится о многих тысячах ранее выпущенных приборов, об успешном взаимодействии с потребителями приборов и т.д. [1, 2, 6]. На технические вопросы относительно концепции построения и конструктивных особенностей приборов безопасности, а также на сомнения в их техническом уровне и патентной защищенности, высказанные, в частности, в публикациях на сайте ООО НПП «Резонанс» (www.rez.ru), ответов нет.

15 мая 2006 г.

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Оглавление