크레인의 원격제어시스템(Remote Control Systems for Cranes)(1)

건설기계산업연구원 원장 김인유

 

 

원격 크레인 조종은 4차산업과 5G 통신 기술 발전으로 커다란 관심을 끌게 되었다. 첨단 자동화 및 원격제어 기능을 갖춘 크레인이 점점 더 많아지고 있으며, 자동화 및 원격 작동이 오늘날 운영자의 주요 동향임을 의심의 여지가 없다.

 

디지털화된 세계에서 물리적 거리는 더는 고려되지 않고 있으며, 전 세계의 인터넷 연결 속도가 빨라지고 있고, 글로벌 접근성이 향상되고 있다. 이러한 진행으로 인해 원격 크레인 작동이 디지털화되고 연결된 세계에서 얼마나 원격으로 이루어질 수 있는지 질문하게 된다.

현재 원격 크레인 운영 개념은 크레인 조종사를 크레인 조종석에서 작업현장 내 중앙 통제실로 이동하여 작업할 수 있도록 하는 것을 기본으로 하고 있다. 이렇게 되면 크레인 운행 속도가 빨라지고 원활한 변속을 통해 상당한 시간을 절약할 수 있어서 생산성이 향상되며, 예를 들어 크레인 조종석까지 갈 필요가 없어지고, 원격 조종은 크레인 조종사의 작업 환경을 획기적으로 개선하고 조종사의 역할을 변화시킬 수 있다는 것이다. 이러한 원격제어는 이동식크레인, 차량탑재형 크레인(카고크레인), 타워크레인, 컨테이너크레인, 천장크레인 등 다양한 크레인에 적용되고 있다.

 

 

■ 크레인의 원격제어 시스템

 

최근 크레인의 원격제어시스템이 도입되고 있어 크레인용 원격제어 시스템을 살펴보고자 한다. 크레인 작업 시 조종실에서 시야가 가려지는 경우가 많다. 조종석은 규범에 따라 훅과 하중이 있는 붐의 끝에서 떨어져 있어 붐의 길이 만큼 떨어진 곳에 있다. 많은 크레인 유형의 원격제어는 표준을 제외한 편안함을 추가하는 방향으로 변화하고 있다.

 

제조업체는 자체 설계하고, 전문업체의 원격제어장치를 장착하기도 하고, 일부 사용자는 기존의 장비를 개조하여 원격제어장치를 장착하기도 한다. 따라서 다양한 제품이 제공되고 있으며, 항상 더 능력 있고 정교해지고 있다.

 

크레인에서 원격제어장치의 수요가 많은 부문 중 하나는 트럭탑재형 크레인, 특히 너클 붐(knuckle booms)의 경우가 가장 많이 사용하고 있다. 그러나 타워크레인, 이동식크레인 등 다양한 크레인 분야로 확대되고 있다.

그러나 유압 및 통신 프로토콜 기술은 표준화되어 있으며 크레인과 기계마다 큰 차이가 없어서 모든 유형의 크레인이나 기계에서 구현할 수 있다. 그러나 경험에 의하면, 리모트컨트롤 부피를 개선하던 시대는 오래전에 지났다.

 

대신 원격제어는 오늘날 제조업체가 제공하는 표준 상품이다. 그러나 다른 컨트롤 제조업체는 여전히 최종 사용자의 요구를 보고 있다. 장비 제조업체 Danfoss의 영국 유통 업체 Iregasa의 기술 이사 Simon Robinson은 우리는 크레인을 개조하려는 최종 사용자인 제조업체와 크레인 소유자 모두에게 판매한다는 것이다.

 

그는 "일부 사람들은 기본 사양의 크레인을 구입 후 저렴하게 리모컨을 장착하면 실제로 이점을 얻을 수 있다는 것을 깨달았으며, 최종 사용자는 우리 시장의 절반 정도라는 것이다."

 

이탈리아에 본사를 둔 REMdevice는 개조 및 애프터 세일즈에 더욱 중점을 두고 있다. 마케팅 관리자인 Denni Toniolo는 “설치는 매우 간단합니다. 크레인에는 수신기만 설치하면 됩니다. 엔지니어나 전기 기술자가 필요한 연결을 매우 빠르게 할 수 있습니다. 리프팅 분야에서 우리의 주요 사업은 건설용 크레인이지만 유압 크레인에 중점을 두고 있습니다. 우리는 주로 개조 및 렌탈 운영 업체를 대상으로 판매하지만, 제조업체와 직접 협력하기 위해 마케팅 활동을 시행하고 있습니다.”

 

■ 차량탑재형 크레인 원격제어

 

너클 붐(knuckle booms) 제조업체의 경우 원격제어 시스템이 점점 더 중요한 판매 포인트이다. 크레인은 특히 원격제어의 이점을 제공하며 그 이유를 쉽게 알 수 있습니다. 건축 현장으로 물품을 운송 및 하역하는 일은 종종 한 사람의 일이며, 한 번의 짐을 풀고 다음 짐을 싣기 위해서는 작업자가 트럭의 크레인 제어기와 적재 위치의 짐 사이에서 지속해서 이동해야 합니다. 그러나 리모컨은 그것을 불필요하게 만든다는 것이다.

Hiab는 너클 붐(knuckle booms)의 주요 생산자입니다. 제어 시스템 제품 관리자 Lennart Andersson은 “전 세계적으로 사용량이 증가하고 있습니다.

 

“안전은 가장 중요한 요소 중 하나이지만 더 정확하고 수행해야 할 작업에 더 가까워질 수 있습니다. 섬세하고 정확한 움직임이 필요한 큰 유리판의 작업을 ​​상상해보십시오. 이것은 리모콘을 사용하여 현장 가까이에서만 작업할 수 있습니다.”

 

Hiab은 많은 모델에서 표준으로 제공되고 다른 모델에서는 옵션으로 제공됩니다. “리모콘은 모두 자체 디자인에 따라 개발되었습니다. 이는 운영자에게 유용한 기능과 정보를 통합할 수 있음을 의미합니다.” 요즘 데이터 흐름은 작업자에서 크레인으로 또는 그 반대로 양방향 프로세스이기 때문이다.

 

“고급 디스플레이를 사용하여 안정성 차트에서 추가 용량 로드 처리에 이르기까지 더 많은 정보를 제공할 수 있습니다. 모든 데이터는 손가락 터치로 사용할 수 있습니다. “XSDrive 및 CombiDrive 제품군과 같은 여러 모델이 있으며 각각 레이아웃이 다르고 레버 및 / 또는 조이스틱 변형이 다릅니다.

 

배터리 용량은 하루의 작업을 지원하도록 설계되었으며, 그 강도가 매우 높은 곳에서 작업을 계속 진행할 수 있는 보조 배터리를 제공합니다.” Hyva는 이탈리아 북부의 레지오 에밀리아 (Reggio Emilia)에서 너클 붐(knuckle booms)을 제작하는데 전자 공급 업체와의 협력은 시너지 효과가 있다고 말합니다.

 

글로벌 제품 관리자인 Riccardo Cuppi는 “전자 제품은 점점 더 중요 해지고 있습니다. "클라우드 연결과 클라우드 통합으로 IT를 통합하는 것은 미래입니다."

 

Hyva는 그것의 제어 장치의 표준적이고 축소된 버전을 가지고 있다. "우리는 송신기에 3, 4개의 조이스틱이 있는 6개 또는 8개의 레버 옵션을 제공한다."라고 Cuppi는 말한다. "운영자는 목이나 어깨, 벨트를 원하는 대로 선택할 수 있다. 그 기술은 고주파 라디오다. 블루투스 버전도 있는데, 약 2.4GHz에서 작동한다. 물리 법칙은 그 주파수가 그 범위에 제한된다는 것을 의미한다. 예를 들어 2.4GHz의 범위 신호는 100m 미만이다. 더 높은 주파수에서 우리는 300m에 도달할 수 있다. 물론 실제로 트럭에서 짐을 내리는 작업자는 그렇게 멀리 있지 않을 것이다. 그러나 그는, 예를 들어, 40미터 떨어진 건물 꼭대기에 있을 수도 있다. 그러나 그 거리에서도 그는 트럭으로부터 격리되어 있다. 우리의 송신기와 수신기는 그것을 완화하는 데 도움이 된다.

 

“자재 운송은 종종 한 사람의 작업입니다. 건물의 3층 또는 4층에 있는 경우, 트럭에서 짐을 내릴 때 경보음이 들리지 않거나 엔진 속도 등의 변화를 알 수 없습니다. 따라서 트럭에서 컨트롤러로의 피드백은 매우 중요합니다. 트럭 옆에 서 있는 조종사조차도 항상 컨트롤 박스 디스플레이가 아니라 작업에 집중할 수 있습니다. 과부 하나 안정성 한계에 근접했을 때 이를 알려주는 진동 알람이 있습니다. 가까이에서 크레인을 제어하는 느낌을 높여준다.

 

“당사의 그래픽 디스플레이는 동적 하중 다이어그램도 보여줍니다. 하중이 이동함에 따라 안정화 및 사용 가능한 목표 위치가 표시됩니다.

 

그리고 리프트를 미리 모의실험을 할 수 있습니다. 조종사가 트럭을 제자리로 몰아넣고, 스태빌라이저 빔(stabilizer beams)을 작동하고, 크레인을 작동할 경우 트럭이 잘못 배치되었다면 자신이 생각한 작업을 안전하게 작업할 수 없다는 것을 알 수 있습니다.

 

"그는 크레인과 스태빌라이저(stabilizer)를 닫고 트럭을 더 나은 위치로 옮기고 다시 시작해야 합니다. 우리 시스템을 사용하여 스태빌라이저(stabilizer)를 열기 전에 운전자가 리프트를 시뮬레이션하고 필요한 경우 계획을 수정할 수 있습니다. 트럭의 하중이 변함에 따라 리프트의 이론적 용량을 다시 계산하여 하중을 보낼 수 있는 위치를 즉시 이해할 수 있습니다.

“우리의 제어 시스템은 소형크레인에서 대형크레인까지 모든 용량의 크레인에서 사용할 수 있다. 우리의 원격 운영 체제에는 '매직 터치'가 있는 동적 하중 다이어그램과 함께 원격제어 장치의 단일 버튼으로 크레인을 작동시킬 수 있다. 보조 안정화 기능은 조종사가 여러 다른 제어 장치를 조작할 필요 없이 RRC 장치의 레버 하나에서만 스태빌라이저(stabilizer)를 설정한다는 의미입니다. 그리고 우리는 고르지 않은 땅에서 크레인을 가장 잘 배치 할 수 있는 특허받은 자동 레벨링 시스템(auto-leveling system)을 가지고 있습니다.”

 

오스트리아의 팔 핑거(Palfinger)는 너클 붐(knuckle booms)을 위한 자체 사내 원격제어 시스템을 개발했습니다. Palcom P7이라고 하는 이 장치는 SIL2 인증을 받았으며 최소 100m의 무선 범위를 갖습니다.

 

제품 관리자 Christian Hora는 사내에서 개발된 로더 크레인(loader crane) 운영을 위해 맞춤 제작된 것은 물론 실제로 설계하는 동안 실제 전문가인 크레인 조종사들의 의견이 반영되었다.

 

인체 공학적 고려 사항은 개발 과정에서 큰 역할을 했습니다. 종일 작업하는 동안 조종사의 편의를 극대화하도록 설계되었습니다.

 

조이스틱, 조이스틱 위치 등은 조종사의 조작 편의성을 고려하여 위치하였다.

 

대형 4.1 인치 TFT 컬러 디스플레이는 크레인 산업에 처음 도입된 '반 투과형(transflective)' 기술을 사용하여 햇볕이 잘 드는 곳에서 보고 읽을 수 있다.

사용하기 쉽도록 설계된 메뉴는 P- 드라이브라(P-Drive)는 중앙에 있는 장치로 제어됩니다.

 

"에너지 관리 시스템은 또 하나의 주요 혁신입니다"라고 Hora는 말합니다. “지능형 충전 스테이션은 충전 전에 방전 상태, 재충전 필요 및 배터리의 주변 온도를 확인할 수 있으며, 이 모든 정보에서 충전 장치는 최적의 충전 전류를 입력하여 배터리의 서비스 수명을 연장합니다.

 

“충전 시간은 배터리 작동 시간보다 훨씬 짧습니다. 전력 소비 감소로 PALcom P7은 재충전없이 연속 작동으로 최대 12시간 동안 작동할 수 있습니다.

 

크레인 이동 시 의도하지 않은 전복사고 방지 및 가속 센서와 같은 안정 기능이 설치되어 있다.

 

"예를 들어, 제어 핸드셋이 특정 경사각을 초과하거나 무선 콘솔이 지면으로 떨어지면 무선 원격제어 시스템이 자동으로 차단됩니다."

P7은 기존 RC 시스템으로는 불가능했던 기능을 제공한다고 Hora는 말합니다. 최대 12개의 안전장치 기능을 원격으로 제어하고 크레인 일부가 아닌 차량의 추가 기능을 선택적으로 제어할 수 있습니다. P7은 또한 붐의 자동 적재와 같은 반 자율적 움직임을 제어할 수 있으며, 제어 유닛은 기계가 하는 일을 운전자에게 명확하게 전달해야 합니다.

 

Palcom P7 시스템에는 2개의 배터리와 지능형 배터리 충전기가 포함되어 있습니다. 핸드셋은 1축, 2축 또는 3축 조이스틱 구성으로 두 가지 크기로 제공됩니다. 기계가 올바르게 장착되어 있으면 하드웨어를 변경할 필요가 없으므로 새로운 기능을 쉽게 개조할 수 있습니다.

 

Fassi는 또한, 너클 붐(knuckleboom) 전문가이다. Volvo Trucks Italia와 함께 크레인뿐만 아니라 트럭도 제어할 수 있는 FXLink 시스템이 있다.

 

트럭 엔진 시동 및 정지, 속도 설정, 에어서스펜션 제한, 헤드라이트 켜기 및 경적 및 주차 브레이크 활성화는 모두 크레인의 리모콘을 통해 수행할 수 있습니다. 크레인의 아웃트리거가 닫히지 않았거나 높이 관련 장애물이 있는 경우 트럭 대시 보드의 인터페이스가 운전자에게 경고합니다.