Innovative TBM-Steuerung: Weiterentwicklung der Interaktion von Mensch und Maschine im Tunnelbau
Die Vortriebssteuerung von Tunnelbohrmaschinen (TBM) ist ein kritischer Prozess, bei dem es darum geht, die horizontalen und vertikalen Abweichungen von der geplanten Tunneltrasse zu minimieren. Traditionell steuern die Maschinenführer der TBM den Lenkvorgang manuell, indem sie den Druck der Schubzylinder anpassen und gleichzeitig den gesamten Vortrieb überwachen. Für Bauunternehmen ist es jedoch zunehmend schwieriger geworden, qualifiziertes Personal für diese komplexe Aufgabe zu finden. Um dieses Problem anzugehen und damit die Effizienz und Sicherheit weiter zu verbessern, hat Herrenknecht ein innovatives Vortriebszylinder-Steuerungssystem mit einer neuartigen Mensch-Maschine-Schnittstelle („Human-Machine-Interface“, HMI) entwickelt – das Center of Thrust (CoT)-Lenksystem, das eine halbautomatische Steuerung für Vortriebszylinder bietet und den TBM-Betrieb optimiert.
Das CoT-Lenksystem vereinfacht den Steuerungsvorgang und erhöht damit den Bedienkomfort für den Fahrer. Im halbautomatischen Modus stellt der Fahrer die CoT-Koordinaten und die gewünschte Vortriebsgeschwindigkeit über den Touchscreen ein
Credit/Quelle: Herrenknecht
Visualisierung des Druckschwerpunktes (Center of Thrust)
Das Hauptmerkmal des CoT-Lenksystems ist die Visualisierung des Druckschwerpunktes, der den zentralen Punkt der gesamten von allen Vortriebszylindern erzeugten Schubkraft repräsentiert. Visualisiert als Punkt in einem x-y-Diagramm, spiegelt die Position des CoT die Verteilung der Kräfte wider. Die Maschinenführer können den CoT-Sollwert horizontal oder vertikal einstellen, um die TBM jeweils horizontal bzw. vertikal zu lenken. Die CoT-Visualisierung bietet dem Bediener ein klares Verständnis der Kraftverteilung zu jedem beliebigen Zeitpunkt, unabhängig von der Anzahl der Schubzylinder und deren Gruppierung.
Optimierung des Vortriebsprozesses
Das CoT-Lenksystem vereinfacht den Steuerungsvorgang und erhöht damit den Bedienkomfort für den Fahrer. Im halbautomatischen Modus stellt der Fahrer die CoT-Koordinaten und die gewünschte Vortriebsgeschwindigkeit über den Touchscreen ein. Diese innovative Schnittstelle reduziert die Komplexität, da nur die CoT-Sollwerte für die Lenkung eingestellt werden müssen und die manuelle Einstellung der einzelnen Schubzylinderdrücke entfällt. Dadurch wird eine intuitivere und präzisere horizontale und vertikale Lenkung möglich. Darüber hinaus vereinheitlicht das CoT-Lenksystem die Mensch-Maschine-Schnittstelle und erleichtert so die Schulung unerfahrener Bediener und ihre Umstellung auf neue TBMs. Die CoT-Visualisierung ermöglicht ein schnelles Verständnis der Kraftverteilung. Dadurch wird die Entscheidungsfindung verbessert und dem Bedarf an hochspezialisiertem Personal begegnet.
Da moderne Herrenknecht-Steuerungskabinen mit Touchscreens ausgestattet sind, kann das CoT-Steuerungssystem auch als Upgrade der Standard-GUI installiert werden
Credit/Quelle: Herrenknecht
Die beschriebene Technologie ist bereits in den ersten Herrenknecht-TBMs verbaut und kombiniert ein konventionelles Bedienfeld mit einer grafischen Benutzeroberfläche (graphical user interface, GUI) auf einem Touchscreen. Die hybride HMI ermöglicht es dem Bediener, über ein GUI-Menü einfach zwischen dem CoT-Steuermodus und dem manuellen Modus zu wechseln. Der Touchscreen erlaubt die intuitive Eingabe von CoT-Sollwerten und verbessert so die allgemeine Bedienung. Je nach Kundenwunsch können die HMI-Eingabeelemente als Hardware-Tasten, Schieberegler oder Joysticks ausgeführt werden. Da moderne Herrenknecht-Steuerungskabinen mit Touchscreens ausgestattet sind, kann das CoT-Steuerungssystem alternativ durch ein Upgrade der Standard-GUI realisiert werden, was auch die Nachrüstung bestehender Maschinen ermöglicht.
