BR112016011749B1

BR112016011749B1 - Aparelho para controlar uma oscilação de uma carga suspensa e processo para controlar a oscilação de uma carga suspensa

Info

Publication number: BR112016011749B1
Application number: BR112016011749-2A
Authority: BR
Inventors: Sergio M. Savaresi; Felice Vinati; Samuele Vinati; Matteo Vinati; Mariachiara VINATI; Giacomo VINATI
Original assignee: Vinati S.R.L.
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CA2930474C; RU2676210C1; RU2016125496A; IL245633A; IL245633A0; ITMI20131958A1; EP3074337A1; ES2762858T3; US20160362280A1; EP3074337B1; WO2015074886A1; CN105934401B; CA2930474A1; BR112016011749A2; US9919901B2; CN105934401A

Abstract

aparelho para controlar uma oscilação de uma carga suspensa, processo para controlar a oscilação de uma carga suspensa, programa de computador e aparelho de controle para um aparelho de elevação uma realização da presente invenção descreve um aparelho para controlar uma oscilação de uma carga suspensa de um elemento deslizante motorizado que se pode mover ao longo de um eixo substancialmente horizontal, o aparelho de controle compreende uma unidade de controle e uma plataforma inercial, a plataforma inercial capaz de detectar valores representativos de um ângulo de inclinação de um cabo que suporta a carga em relação à vertical e estando provido com meios para comunicar os valores para a unidade de controle, em que a unidade de controle é provida com meio para medir e controlar a velocidade do elemento deslizável motorizável e é capaz de processar os valores representativos do ângulo de inclinação do cabo em relação à vertical, de modo a calcular e conferir as ações de controle, a fim de dinamizar e acelerar o elemento deslizante motorizado como uma função de um ângulo de inclinação desejado do cabo em relação à vertical.

Description

Campo técnico

[0001] A presente invenção refere-se a um aparelho e um processo para controlar um balanço de uma carga suspensa por meio de aparelhos de cabo ou de elevação de corrente, tais como pontes rolantes, guindastes usados na construção, guindastes motorizados e aparelhos semelhantes para elevação e movimentação de cargas.

Histórico anterior

[0002] Como é sabido, gruas de ponte são máquinas destinadas a levantar e deslocar materiais e produtos, em ambientes externos e internos, e são geralmente constituídos por uma ponte móvel em direção horizontal ao longo de um par de carris e fornecida com um elemento transversal sobre o qual um suporte é montado, a caixa de transporte um dispositivo de elevação que pode mover-se horizontalmente ao longo do elemento transversal. Um guincho está ligado ao mecanismo de elevação, o guincho que tem um elemento de aperto, por exemplo, um gancho, para agarrar e levantar objetos.

[0003] O guincho tem um ou mais cabos aplicados a ele, que através de um sistema de guindastes, relés e ganchos permite elevação e deslocamento de pesos. Um dos principais problemas relacionados com a utilização dessas plantas, bem como em geral relacionado com cabo ou aparelho de elevação de corrente, é garantir a total segurança dos operadores durante a sua utilização, também tendo em consideração os grandes pesos a serem transferidos.

[0004] A solução para estes problemas foi fornecida pelo aparelho descrito na patente italiana IT 1 386 901 e IT 1 387 564, a que é feita referência para detalhes adicionais. O aparelho de segurança para os aparelhos de elevação descritos na presente invenção inclui meios para a detecção de um deslocamento em relação à vertical de pelo menos um dos cabos que suportam o elemento de aperto para a carga.

[0005] Uma realização inclui a utilização de um grupo de acelerômetros, cada um dos acelerômetros capaz de determinar o deslocamento do elemento de aperto de carga sobre um respectivo eixo cartesiano ortogonal.

[0006] Em particular, os acelerômetros estão posicionados sobre a cabeça fixa do cabo, ou seja, no ponto em que o cabo de suporte do elemento de fixação da carga está fixado e não se move, ou seja, não desliza.

[0007] Para os meios de detecção do deslocamento em relação à vertical, acústico e/ou meios de aviso visíveis, ou meios de interrupção do levantamento ou operações de deslocamento podem ser associados e capazes de entrar em função se o deslocamento em relação à vertical do cabo exceder pelo menos um limite predeterminado.

[0008] Uma solução adicional é descrita na patente italiana IT 1 393 950, a que é feita referência para detalhes adicionais.

[0009] Resumidamente, o documento acima refere-se a um sistema que permite a gestão integrada de plantas elevação, cujo sistema é indicado como Serviços de Gestão Integrada de Gruas (CIMS).

[00010] O sistema permite a detecção e cataloga os dados relativos ao Componente de uma planta de elevação, com o objetivo de aumentar a segurança da mesma, por exemplo, a fim de ser capaz de gerir as operações de manutenção de uma forma simples e fácil para os clientes.

[00011] Por exemplo, por meio de um sistema de detecção do acelerômetro situado a bordo dos dados do aparelho de elevação, relativamente aos deslocamentos do elemento de aperto de carga, os dados relativos aos deslocamentos do elemento de fixação da carga em pelo menos um eixo cartesiano ortogonal e/ou dados referentes a eventos individuais ou série de eventos históricos do aparelho de elevação podem ser detectados.

[00012] O sistema permite, entre outras coisas, aumentar a eficiência em de gestão da manutenção, especialmente em todas as situações industriais onde uma multiplicidade de plantas está presente.

[00013] Os dados colhidos podem ser disponibilizados diretamente na web sem a utilização de programas instalados no PC, que permita a acessibilidade geral máxima a partir de qualquer estação de Internet.

[00014] No entanto, apesar do fato de que a ponte rolante ser um aparelho de elevação sujeito a normas específicas, tanto de construção e relativos aos controles periódicos, os seguintes problemas técnicos permanecem em aberto, substancialmente ligados à segurança dos operadores que utilizam o aparelho.

[00015] Um destes problemas se deve ao fato de que os aparelhos da técnica anterior, embora aptos a determinar a deslocação da carga em relação à vertical, realizam a determinação substancialmente com o objetivo de permitir que o operador tome as decisões apropriadas em caso de deslocamento excessivo.

[00016] Da mesma forma, embora existam estudos teóricos que lidam com os problemas relacionados com a oscilação da carga no aparelho de levantamento, os estudos são geralmente baseados em simulações ou protótipos de laboratório e geralmente não levam em conta as necessidades que surgem no campo industrial, por exemplo, devido à presença do operador e os comandos enviados, portanto, no que diz respeito as normas e outros elementos.

[00017] Um aparelho mais conhecido é descrito no documento US 2005/103738, que descreve várias realizações de um sistema de controle para a oscilação de uma carga.

[00018] Em uma realização exemplar de tal sistema de controle conhecido, duas plataformas de inércia são providas.

[00019] A primeira plataforma de inércia é acoplada para medir uma aceleração de um primeiro objeto, tal como uma carga, suspenso de um segundo objeto, tal como um carrinho, a primeira plataforma de inércia gera um primeiro sinal que representa a aceleração do primeiro objeto.

[00020] A segunda plataforma de inércia é acoplada para medir a aceleração do segundo objeto, a segunda plataforma de inércia gera um sinal de segundos representando a aceleração do segundo objeto. O aparelho de US 2005/103738 compreende ainda um processador em comunicação com a primeira e a segunda plataforma de inércia, o processador operável para determinar uma oscilação do primeiro objeto em relação ao segundo objeto com base, pelo menos em parte, no primeiro e segundo sinais, representando a influência de um deslocamento relativo do primeiro objeto em relação ao segundo objeto.

Descrição da invenção

[00021] O objetivo da presente invenção é, portanto, proporcionar um aparelho e um processo para o controle e estabilização das oscilações da carga, durante as operações normais e devido às etapas de travagem ou aceleração bruscas.

[00022] Um outro objetivo da invenção é descrever um aparelho e um processo para o controle que é industrialmente aplicável.

[00023] Um objetivo não menos importante das várias realizações da invenção é fornecer um procedimento de estabilidade do guindaste de ponte, que explora a capacidade de cálculo disponível atualmente.

[00024] Os objetivos da invenção são atingidos com um aparelho para controlar uma oscilação de uma carga suspensa de um elemento deslizante motorizado que se pode mover ao longo de um eixo substancialmente horizontal, o aparelho de controle compreende uma unidade de controle e uma plataforma de inércia, a plataforma de inércia capaz de detectar valores representativos de um ângulo de inclinação de um cabo que suporta a carga em relação à vertical e estando provido com meios para comunicar os valores para a unidade de controle, em que a unidade de controle é capaz de processar os valores representativos do ângulo de inclinação do cabo em relação à vertical, de modo a calcular e conferir as ações de controle, a fim de dinamizar e acelerar o elemento deslizante motorizada como uma função de um ângulo de inclinação desejado do cabo em relação à vertical.

[00025] Uma vantagem desta realização é que ela permite operação no elemento de deslizamento do aparelho de elevação contemporaneamente com os movimentos de carga, com o objetivo de reduzir a oscilação e manter a carga suspensa, tanto quanto possível perto de uma posição pretendida.

[00026] Em outra realização da invenção, a plataforma de inércia é capaz de detectar os ângulos de oscilação da carga em relação à vertical em dois ângulos de oscilação perpendiculares entre si que definem eixos deslizantes para os respectivos elementos deslizantes motorizados do aparelho de elevação e a unidade de controle é capaz para processar os valores com o objetivo de calcular e transmitir as ações de controle do motor, com o objetivo de minimizar a oscilação da carga.

[00027] Uma vantagem desta realização é que ela permite trabalhar ao mesmo tempo sobre os elementos que operam em direções mutuamente perpendiculares de deslizamento, tais como, por exemplo, no caso de um guindaste de ponte, o transporte e a ponte, de modo a reduzir a oscilação da uma carga suspensa e mantê-la o mais próximo possível a uma posição espacial desejada.

[00028] Em outra realização da invenção, a plataforma de inércia compreende um acelerômetro de inércia e um giroscópio.

[00029] Uma vantagem desta realização é que ela permite detectar informações sobre a posição da carga, e, através da combinação das leituras do acelerômetro com aqueles do giroscópio, medindo o ângulo de oscilação da carga com o sinal algébrico do mesmo, com o objetivo de determinar com precisão a posição da carga, bem como o cálculo dos parâmetros dinâmicos, tais como, por exemplo, a velocidade e a aceleração angular.

[00030] Em outra realização da invenção, a plataforma está posicionada a uma cabeça fixa de um cabo ou de uma corrente, que suporta um elemento de carga de aperto.

[00031] Uma vantagem desta realização é que ela permite uma medição precisão dos valores físicos medidos pela plataforma de inércia, a posição não sendo influenciada pelos movimentos dos órgãos do aparelho de elevação, como por exemplo, os das polias que deslizam livremente sobre os respectivos cabos.

[00032] Em outra realização da invenção, uma unidade de processamento remoto pode ser associada à unidade de controle.

[00033] Uma vantagem desta realização é que por meio da utilização da unidade de processamento remoto que permite utilizar os dados processados pela unidade de controle por meio de um controle de sistema e software de configuração, bem como um programa de pós-processamento, e para fazer interface com a plataforma CIMS, e a interface com outros sistemas de processamento de dados, por exemplo, PLC, PC, e assim por diante.

[00034] A invenção compreende ainda um aparelho de elevação que compreende uma plataforma de inércia associável ao aparelho de controle capaz de agir sobre o aparelho de elevação.

[00035] Outra realização da presente invenção refere-se a um processo para controle da oscilação de uma carga suspensa por meio de um aparelho de levantamento, como na reivindicação anterior, em que as seguintes etapas são compostas: - monitorar um valor representativo de um ângulo de inclinação de um cabo que suporta a carga em relação à vertical; - determinar a diferença entre o ângulo de inclinação monitorado e um ângulo de inclinação desejado, de modo a reduzir ou eliminar a diferença; - cálculo da ação de controle a ser aplicado em pelo menos um dos motores dos elementos deslizantes motorizados; - aplicar a ação de controle em pelo menos um dos motores dos elementos deslizantes motorizados como uma função de um ângulo de inclinação desejado do cabo em relação à vertical.

[00036] Em outra realização da invenção, a etapa de cálculo da ação de controle é realizada tendo em conta as variações de distância da carga a partir do elemento deslizante do aparelho de elevação.

[00037] Uma vantagem desta realização é fornecida pelo fato de que permite operar em todos os aparelhos de elevação, em que a carga pode ser sujeita a excursões consideráveis, passando de uma posição mais baixa para uma posição elevada, por exemplo, por meio do efeito de um guindaste ou guincho capaz de aumentar ou diminuir a carga.

[00038] Em outra realização da invenção, em que a etapa do cálculo da etapa de aplicação da ação de controle calculado é realizada de forma independente para cada uma das ativações dos elementos deslizantes do aparelho de elevação.

[00039] Uma vantagem desta solução é que ela permite a simplificação do cálculo da ação de controle, e a sua implementação prática.

[00040] Os vários aspectos do processo podem ser atuadores com o auxílio de um programa de computador que compreende um código de fonte que implementa as etapas do processo. O programa de computador pode ser memorizado, por exemplo, numa memória associada à unidade de controle.

Breve descrição dos desenhos

[00041] Outras características e vantagens da invenção surgirão da leitura da descrição que se segue, fornecida a título de exemplo não limitativo, com a ajuda das figuras dos desenhos anexos.

[00042] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um guindaste de ponte no qual o aparelho de controle é aplicado de acordo com uma realização da presente invenção;

[00043] A Figura 2 é uma vista esquemática do guindaste de ponte da Figura 1;

[00044] A Figura 3 é uma vista esquemática de realizações do aparelho de controle da invenção;

[00045] A Figura 4 é uma vista esquemática de alguns parâmetros relevantes para o sistema de controle da invenção;

[00046] A Figura 5 ilustra um diagrama de blocos referente à arquitetura de uma realização do sistema de controle;

[00047] A Figura 6 ilustra um elemento de medição dos parâmetros que descrevem o movimento de uma carga;

[00048] A Figura 7 é uma vista esquemática, em uma única dimensão, de alguns parâmetros relevantes para o sistema de controle da invenção; e

[00049] A Figura 8 ilustra um diagrama de blocos referente à arquitetura de uma realização do sistema de controle.

Descrição dos desenhos

[00050] A presente invenção refere-se a um aparelho e um processo para controlar a oscilação de uma carga suspensa por meio de cabo ou de equipamento de levantamento de corrente, tais como pontes rolantes, gruas de torre para construção, gruas móveis e aparelhos semelhantes para elevação e movimentação de cargas. Por uma questão de simplicidade, será descrito com referência a um guindaste de ponte.

[00051] A Figura 1 ilustra esquematicamente um guindaste de ponte 10 que apresenta uma ponte 19, que compreende duas vigas mutuamente paralelas 15,16, a ponte 19, 10 sendo móvel ao longo de uma primeira direção indicada na figura 1 por X, cujo movimento é conseguido pelo movimento das duas cabeças 13, 14 ao longo de duas vigas 33,34.

[00052] Um carreto motorizado 20 é montado na ponte 19, cujo transporte pode deslizar sobre dois trilhos 15’, 16’, cada qual localizada em uma respectiva viga 15, 16 da ponte 19. O carreto 20 pode deslizar ao longo de uma direção perpendicular na primeira direção X, denotado por Y.

[00053] A ponte 19 está associada com um motor 24, equipado com um inversor 24’, o que lhe permite mover-se ao longo do eixo X da Figura 1, enquanto o suporte móvel está associado a um motor relativo (não mostrado por razões de simplicidade), igualmente equipado com um respectivo inversor.

[00054] Como ilustrado mais detalhadamente no que se segue, um aparelho de controle está associado ao guindaste de ponte, cujo aparelho de controle inclui uma unidade de controle 40 para a transmissão de ações de controle para os motores da grua de ponte, e comandando (para cada um dos motores) um respectivo inversor que regula a velocidade do motor ao qual ele está associado. Em uma variante da invenção, a unidade de controle 40 pode comandar através do CLP (Controlador Lógico Programável) ou outra unidade de controle, que por sua vez atua nos inversores dos motores.

[00055] Uma polia 11 está associada ao suporte 20, cuja polia, por sua vez, é provida com um elemento de aperto 12, por exemplo um gancho, e pode aumentar ou diminuir uma carga (não mostrado por razões de simplicidade), utilizando um sistema de cabos 27 operados por um guincho 18 montado no elemento transversal 17.

[00056] O elemento de fixação da carga 12 pode, assim, ser levantado ou baixado ao longo de uma direção vertical, mas pode estar sujeito a movimentos em que a carga 12 se desvia da vertical, dependendo das condições de trabalho, por exemplo, quando a ponte 19 e/ou o carreto 20 estão em movimento, ou quando uma força é aplicada por um operador.

[00057] Na figura 2 o guindaste da figura 1 é representado em termos de seus principais componentes, de modo a destacar uma plataforma de inércia 30 capaz de medir os movimentos do cabo tendo o elemento de fixação da carga, como ilustrado na seguinte descrição.

[00058] Um aparelho para o controle ativo de estabilidade de acordo com várias realizações da presente invenção é também associado ao guindaste de ponte 10.

[00059] Com referência à figura 3, note que o aparelho de controle compreende a plataforma de inércia 30 e a unidade de controle 40, a unidade de comando sendo capaz de transmitir comandos de movimento para os inversores que controlam a ativação dos motores de guindaste de ponte.

[00060] A unidade de controle 40 pode emitir comandos, tanto para o inversor 24' que ajusta o motor 24 ativando o movimento da ponte 19, e ao conversor de regulação do motor que aciona o movimento do carreto 20. Estes comandos são independentes entre si e podem ser enviados para os inversores dos motores, por meio de um conversor analógico, cabos ou outras ligações de barramento Ethernet.

[00061] Em particular, a plataforma de inércia 30 compreende um acelerômetro de três eixos 34 e um giroscópio 36, ambos sendo controlável por um microprocessador 32.

[00062] Em uma realização preferida, a unidade de controle 40 pode ser montada sobre o guindaste de ponte real (como indicado na parte esquerda da figura 3) e ligada através de um cabo 42, ou no modo sem fios, para a plataforma de inércia 30.

[00063] Em outra realização preferida, a unidade de controle 40 pode ser associada à unidade de controle remoto, por exemplo, incorporada em um servidor 80, onde a unidade remota pode operar software de controle e a configuração do sistema, assim como software de pós-processamento de dados, e pode fazer interface com uma plataforma do tipo de Serviços de Gestão Integrada de Guindastes (SGIG), como descrito na patente IT 1 393 950, que é aqui incorporada para fins de referência.

[00064] Em uma variante da invenção, a plataforma de inércia 30 e a unidade de controle 40 podem ser integradas em uma única unidade.

[00065] Com referência agora à plataforma de inércia 30, o acelerômetro de três eixos 34 é capaz de medir o ângulo de inclinação do cabo 27 que suporta o elemento de fixação da carga 12; no entanto, o ângulo medido apenas indica a inclinação do cabo em relação à vertical, mas não contêm a informação em relação à direção em que o cabo está inclinado.

[00066] A fim de completar a representação no espaço dos movimentos do membro de aperto 12, a plataforma de inércia 30 também inclui um giroscópio 36.

[00067] Como é conhecido, o giroscópio 36 é um instrumento que tende a manter o seu eixo de rotação orientado numa direção fixa e, assim, permite a medição de um ângulo de orientação em relação à direção fixa.

[00068] Por conseguinte, a combinação das informações derivadas das medições feitas pelo acelerômetro de três eixos 34 e o giroscópio 36 é utilizada para determinar a posição do elemento de aperto 12 no espaço, expressa como, por exemplo, o ângulo de figura 2, bem como para calcular a variação ao longo do tempo do ângulo , bem como a aceleração angular

[00069] Em uma realização preferida da invenção, a plataforma de inércia é posicionada no suporte fixo do cabo que suporta o elemento de fixação.

[00070] Este arranjo da plataforma de inércia é preferível a um posicionamento da plataforma de inércia na polia 11, em que a polia 11 é livre para deslizar nos cabos 27 e o elemento de fixação 12 tem a tendência de manter a orientação substancialmente vertical. Portanto, um acelerômetro na polia teria a tendência de medir acelerações consideravelmente menores do que as acelerações medidas quando este é colocado no suporte do cabo. Em qualquer caso, os dados da plataforma de inércia 30 são enviados para a unidade de controle 40 para permitir ao aparelho de controle identificar as correções que devem ser fornecidas para o carreto 20 e a ponte 19. Estas correções são ativadas operando nos inversores dos respectivos motores de acionamento para movimentar o carreto 20 e/ou a ponte 19, de modo a trazer o elemento de aperto da carga para uma posição vertical, ou a um ângulo desejado, num tempo mais curto do que aquele em que nenhum controle está presente.

[00071] O controle do dispositivo também pode atuar em conjunção com o movimento da ponte e/ou carreto para manter o ângulo de inclinação do cabo entre pequenos valores que permitem uma segurança de operação.

[00072] Para ilustrar o funcionamento do sistema de controle, é feita agora referência à figura 4, que é uma vista esquemática de alguns parâmetros relevantes para o sistema, ilustrados de acordo com um exemplo que considera apenas o movimento horizontal de um dos componentes do guindaste. Como o guindaste de ponte pode incluir um movimento do carreto 20 ao longo de um primeiro eixo e um outro movimento, dada pela ponte 19, ao longo de um segundo perpendicular ao primeiro, todos os conceitos que se seguem podem ser aplicados em ambos os eixos.

[00073] Uma vez que, no entanto, os movimentos dos referidos eixos são desacoplados um do outro à medida que são gerados pelos respectivos motores, operáveis independentemente um do outro, por motivos de referência de simplicidade, podem ser feitos para um caso de movimento ao longo de um eixo sozinho, isto é, no presente exemplo, o eixo X representado na figura 4, com o movimento ao longo do segundo eixo sendo esquematizado e controlável de forma independente e de um modo inteiramente semelhante.

[00074] Portanto, um dos componentes do guindaste de ponte, que pode ser carreto ou ponte 19, é mostrado esquematicamente como um exemplo na figura 4, que indica a massa M e a sua posição de X, isto é, a distância do centro de gravidade da massa M de uma referência fixa. A massa M pode se movimentar ao longo do eixo X. Um peso m é restringido à massa M por um cabo ou corrente que tem um comprimento de 1. O peso m pode, portanto, oscilar como um pêndulo simples e pode, por conseguinte, desviar-se em relação à vertical de um ângulo O peso m indica, portanto, o peso que a grua tem que levantar, onde, dependendo de casos individuais, o peso pode ser fornecido pelo peso do elemento de fixação que suporta o elemento de fixação carregado ou descarregado. A lógica do sistema continua a ser a mesma em ambos os casos.

[00075] Portanto, para desenvolver um modelo de desempenho dinâmico do sistema ilustrado na figura 4, o seguinte procedimento pode ser aplicado.

[00076] Em primeiro lugar a função de Lagrangeanos L do sistema da Figura 4 pode ser definida: L = T - U onde, como é conhecido, T é a energia cinética do sistema e U a energia potencial da mesma.

[00077] Para o sistema ilustrado na figura 4, utilizando as coordenadas de Lagrange generalizadas, as equações seguintes podem ser escritas:

em que: x é a velocidade ao longo do eixo X e é a velocidade angular do pêndulo de comprimento 1 e massa m.

[00078] Neste caso, foi assumido que o cabo tem um comprimento constante de um e um peso que pode ser considerada irrelevante.

[00079] Com esta premissa, as equações de Euler-Lagrange para o sistema da figura 4 podem ser escritas, ou seja:

em que b é um parâmetro que representa os atritos e F é uma força aplicada ao sistema.

[00080] Seguindo os cálculos, resultam as seguintes equações:

[00081] Usando a velocidade de referência ■ do deslocamento do motor, a massa.

[00082] M ao longo do eixo X da Figura 4 como uma variável de controle, e, com a hipótese de que o controle da velocidade é rápido e preciso, o seguinte pode ser postulado:

[00083] Definindo a ação de controle como = e linearização com a condição de

um modelo dinâmico é obtido

definida pela equação (1), que representa a relação entre a ação de controle e os parâmetros dinâmicos que definem a posição, a velocidade e a aceleração da massa m, isto é:

[00084] Com referência à figura 5, é descrito o diagrama de blocos referente a uma realização do sistema de controle da invenção.

[00085] Em particular, na hipótese de que o elemento de fixação de carga deve ser conduzido para a posição vertical, ou seja

atingindo no diagrama de blocos da figura 5, o controlador C(S) (bloco 110) e as possíveis entradas de um operador de guindaste de ponte (bloco 100) são indicadas.

[00086] O controlador C (S) recebe como entrada o erro angular,

dado pela diferença entre o ângulo pretendido e o ângulo

medido pela plataforma de inércia 30, ou seja

[00087] O controlador C (S), com base no erro angular ,

calcula a velocidade de referência ou desejada a ser definida para o transporte com o objetivo de reduzir ou eliminar o erro angular .

[00088] O sistema de controle também inclui a consideração das eventuais entradas de um operador da ponte rolante (bloco 100), se presente.

[00089] A velocidade de referência ou desejada se transforma em velocidade eficaz , do transporte por efeito do motor controlado por inversor relativo, cujo efeito inclui os mecanismos internos do motor e que está esquematizado pela função de transferência M (s) do bloco 120. Em muitos casos, por uma questão de simplicidade, M(s)-1 podem ser posicionados.

[00090] Por sua vez, a velocidade eficaz do carreto é utilizada como uma entrada para o modelo dinâmico da ponte rolante (Eq. (1)), que fornece na saída o ângulo eficaz assumido pelo cabo que sustenta o elemento de fixação de carga.

[00091] Este ângulo pode ser medido pela plataforma de inércia 30 que restitui um valor 1 a ser usado para i9 calcular um novo valor do erro angular -.

[00092] O controlador C (s) pode ser proporcional, ou seja, C (s) = Kp, onde o ganho Kp liga o erro admitido para a Vref(O velocidade de referência para pilotar os motores.

[00093] O valor eficaz de Kp a ser aplicado depende do sistema. De um modo geral com Kp elevado, há uma rápida redução da oscilação, embora com um custo em termos de redução da velocidade do transporte e vice-versa.

[00094] Além disso, para melhorar o desempenho do sistema, uma consideração adicional deve ser a variação no comprimento do cabo, que pode ser feita por um controlador proporcional programado de ganho, descrito mais detalhadamente no que se segue.

[00095] Por outro lado, o controlador C (s) pode ser um controlador PI, ou seja, um controlador proporcional- integral.

[00096] O funcionamento do sistema de controle é completamente igual quando uma inclinação é necessária do elemento de fixação da carga que não é a vertical, por exemplo, um grau, durante o movimento de todo o guindaste de ponte a partir de uma posição para outra no local de trabalho. A única diferença será definir uma inclinação desejada diferente, ou seja, no exemplo .

[00097] A Figura 6 ilustra um exemplo de medição dos parâmetros que descrevem o movimento do elemento de aperto realizado usando a plataforma de inércia 30.

[00098] Neste caso, uma primeira medição pode ser feita pelo acelerômetro 34 o qual mede, no caso descrito, a variação na aceleração da carga ao longo do eixo Y. Ao mesmo tempo, o giroscópio 36 pode medir uma variação no ângulo de oscilação da carga ao longo do eixo X.

[00099] As medições podem ser combinadas por meio de métodos de filtragem conhecidos, por exemplo, com a utilização de um filtro de Kalman estendido, com o objetivo de obtenção de uma medição da variação do ângulo ao longo do eixo Y com o sinal algébrico do mesmo.

[000100] Para refinar o desempenho do sistema de controle, o ganho Kp, do controlador pode ser considerado dependente também da distância uma da carga do carreto, como está esquematicamente ilustrado na figura 7. Neste caso, um controlador proporcional programado de ganho pode ser utilizado em operação.

[000101] Como é conhecido, o método de controle de ganho programado implica conceber um controlador para vários pontos de funcionamento do sistema a ser controlado. Os parâmetros obtidos deste modo podem então ser interpolados, de tal forma a criar um controlador que tem um ganho variável, dependendo dos vários pontos de funcionamento.

[000102] A Figura 7 ilustra, a título de exemplo, um carreto que se desloca sobre os trilhos e uma carga de uma massa m ligada ao carreto por meio de cabos ou correntes, que são considerados como tendo uma massa insignificante. As variáveis necessárias para o controle da programação de ganho são: - a distância d entre o gancho da cabeça e a viga 15 formado entre o carreto e a carga em condições estacionárias (sem oscilações), - o ângulo de oscilação, estimado usando a plataforma de inércia, que é igual ao ângulo de inclinação do cabo que suporta a carga, - e o ângulo hmax e hmin dentro do qual a massa m pode se mover ao longo do eixo vertical.

[000103] A figura 8 esquematiza o funcionamento do controlador proporcional. O ângulo de oscilação é obtido pela plataforma de inércia e filtrada com um filtro passa-alto, de modo a eliminar o componente contínuo, enquanto o ângulo desejado é igual a zero, isto é, sem oscilação. O erro de diferença obtido é multiplicado por um de Kp(h) dependendo da altura h da carga, de modo a obter a correção da velocidade a ser enviada para os inversores que comandam os motores.

[000104] A partir dos dados disponíveis, a altura da carga é estimada (entendida como sendo a distância do transporte) com o objetivo de programar o ganho de controle:

[000105] Nesta altura, h é calculado e está saturado entre h_max e h_min, ou seja, de tal maneira que h é sempre compreendido entre estes valores.

[000106] A partir de uma etapa de colocação de sistema inicial, os dois valores Kp a serem aplicados em alturas máximas e mínimas podem ser obtidos, ou seja, Kp_max e Kp_min. Neste ponto, para calcular o valor de Kp, a seguinte fórmula pode ser usada:

[000107] Esta solução permite operar em todos os casos onde a carga é sujeita a excursões significativas, passando de uma posição mais baixa para uma posição elevada, por exemplo, por efeito do guincho 18.

[000108] Por último, em geral, localizando a unidade de controle em uma posição remota com relação ao aparelho de elevação, além da operação de controle remoto, o aparelho pode ser integrado com um conjunto de dados em tempo real, com a finalidade de controlar o funcionamento da operação de levantamento e o planejamento de sua manutenção.

[000109] A invenção, tal como concebida, é susceptível de numerosas modificações e variantes, todas dentro do âmbito do conceito inventivo. Além disso, todos os detalhes podem ser substituídos por outros elementos tecnicamente equivalentes.

Claims

1. Aparelho para controlar uma oscilação de uma carga suspensa a partir de um elemento deslizante motorizado, a qual pode se mover ao longo de um eixo horizontal, o aparelho de controle compreendendo uma unidade de controle (40) e uma plataforma de inércia (30), a plataforma de inércia (30) sendo capaz de detectar valores representativos de um ângulo de inclinação de um cabo que suporta a carga em relação à vertical e estando provido com meios para comunicar os valores para a unidade de controle (40), sendo que a unidade de controle (40) é provida com meio para medir e controlar a velocidade do elemento deslizável motorizável (19,20) e é capaz de processar os valores representativos do ângulo de inclinação do cabo em relação à vertical, de modo a calcular e conferir as ações de controle, a fim de controlar, de forma dinâmica, a velocidade do elemento deslizante motorizado (19, 20) como uma função de um ângulo de inclinação desejado do cabo em relação à vertical, caracterizado pelo fato de a unidade de controle (40) compreender um controlador proporcional programado de ganho provido com meio para calcular um ganho variável a ser aplicado ao controle de velocidade do elemento deslizante motorizado (19, 20) como uma função de uma distância da carga a partir do elemento deslizante motorizado (19, 20), a distância estando compreendida entre um valor máximo e um valor mínimo, sendo que o ganho variável é calculado como uma função da distância (h) da carga a partir do elemento deslizante motorizado (19, 20) através da multiplicação do erro da diferença entre o ângulo de inclinação monitorado e o ângulo de inclinação desejado por um coeficiente Kp(h) dependente da distância h da carga a partir do elemento deslizante motorizado (19, 20), a distância h estando sempre compreendida em uma faixa hmáx e hmín dentro da qual a carga m pode mover ao longo de um eixo geométrico vertical, a fim de obter dois valores Kp_máx e Kp_mín a serem aplicados nos valores máximo e mínimo hmáx e hmín e através do cálculo do valor de Kp(h) por meio da seguinte fórmula:

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a plataforma de inércia (30) ser capaz de detectar os ângulos de inclinação do cabo (27) que suporta a carga em relação à vertical em duas direções de oscilação reciprocamente perpendiculares definindo eixos deslizantes para os respectivos elementos deslizantes motorizados (19, 20) e a unidade de controle sendo capaz de processar os valores com o objetivo de calcular e transmitir as ações de controle do motor como uma função de um ângulo de inclinação desejado do cabo (27) em relação a vertical.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a unidade de controle (40) transmitir as ações de controle calculadas para os motores (24) por comando, para cada motor (24), de um respectivo inversor (24') que regula a velocidade do motor (24) ao qual está associado.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a plataforma de inércia (30) compreender um acelerômetro (34) e um giroscópio (36).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a plataforma de inércia (30) estar posicionada em uma cabeça fixa do cabo (27) que suporta um elemento de fixação de carga.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma unidade de processamento remoto poder ser associada à unidade de controle (40).

7. Processo para controlar a oscilação de uma carga suspensa, por meio de elementos deslizantes motorizados, sendo que as seguintes etapas são compreendidas: - monitorar um valor representativo de um ângulo de inclinação de um cabo que suporta a carga em relação à vertical; - determinar uma diferença entre o ângulo de inclinação monitorado e um ângulo de inclinação desejado, de modo a reduzir ou eliminar a diferença; - calcular a ação de controle a ser aplicado a pelo menos um dos motores (24) dos elementos deslizantes motorizados (19, 20); - aplicar a ação de controle em pelo menos um dos motores (24) dos elementos motorizados deslizantes (19, 20) como uma função de um ângulo de inclinação desejado do cabo (27) em relação à vertical; sendo que o citado processo é caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - calcular um ganho variável a ser aplicado ao controle de velocidade do elemento deslizante motorizado (19, 20), a distância estando compreendida entre um valor máximo e um valor mínimo, sendo que o cálculo é realizado por meio de um controlador proporcional programado de ganho, a etapa de cálculo da ação de controle sendo realizada através da consideração das variações da distância h da carga a partir do elemento deslizante motorizado (19, 20), sendo que o ganho variável é calculado como uma função da distância h da carga a partir do elemento deslizante motorizado (19, 20), a etapa de cálculo sendo ainda realizada através da multiplicação do erro da diferença entre o ângulo de inclinação monitorado e o ângulo de inclinação desejado por um coeficiente Kp(h) dependente da distância h da carga a partir do elemento deslizante motorizado (19, 20), a distância h estando sempre compreendida em uma faixa hmáx e hmín dentro da qual a carga m pode mover ao longo de um eixo geométrico vertical, a fim de obter dois valores Kp_máx e Kp_mín a serem aplicados nos valores máximo e mínimo hmáx e hmín e através do cálculo do valor de Kp(h) por meio da seguinte fórmula:

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a etapa de monitoramento de um valor que representa o ângulo de inclinação ser feita com a utilização de uma plataforma de inércia (30).

9. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a etapa de cálculo da ação de controle a ser aplicada a pelo menos um dos motores (24) dos elementos deslizantes motorizados (19, 20) ser realizada com base de um modelo matemático que considera o valor representativo do ângulo de inclinação monitorado e a variação dos mesmo ao longo do tempo.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a etapa de cálculo e a etapa de aplicação da ação de controle calculado serem realizadas de forma independente para cada um dos motores (24) dos elementos de deslizamento (19, 20), comandando os respectivos inversores (24').