CN102786001A - 起重机控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于布置在船上的起重机的起重机控制，具有确定最大允许有效负荷的负荷力矩限制系统，其中，该负荷力矩限制系统与用于测量船的运动的测量单元通信并基于测量单元的数据来确定最大允许有效负荷。

Description

起重机控制
技术领域
本发明涉及一种用于布置在船上的起重机的起重机控制，该起重机控制具有确定最大允许有效负荷的负荷力矩限制系统。该负荷力矩限制系统在这方面能够以自动的方式将最大允许有效负荷考虑到起重机的控制中、或者能够向用户输出最大允许有效负荷使得用户能够将最大允许有效负荷考虑到起重机的控制中。
背景技术
在布置在船上的起重机的情况下，除了负荷力矩限制系统中考虑的常见因素比如起重机的延伸范围之外，在确定最大允许有效负荷时还必须考虑到当前波浪运动也会对最大允许有效负荷产生影响。以前的负荷力矩限制系统在这方面承受很大的不确定性，在以前的负荷力矩限制系统中要确定明显的浪高或者海况，并且根据该明显的浪高或者海况来选择相应的有效负荷曲线。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有如下负荷力矩限制系统的起重机控制：该负荷力矩限制系统允许更可靠地确定布置在船上的起重机的最大允许有效负荷。
通过根据权利要求1所述的起重机控制来达到根据本发明的目的。
本发明在这方面表现为用于布置在船上的起重机的起重机控制，该起重机控制具有确定最大允许有效负荷的负荷力矩限制系统。在这方面，负荷力矩限制系统与用于对船的运动进行测量的测量单元通信并基于测量单元的数据来确定最大允许有效负荷。
然而根据现有技术得出如下结论：由明显浪高造成的吊杆顶端的运动无论如何都难以确定，而最大有效负荷限制又是根据所述运动来确定的，因此无法考虑例如流动方向和船的类别，船的运动此时是通过传感器来检测的并且船的运动用于确定起重机的最大有效负荷。因而能够通过真实的船运动的测量而以更好地满足该情况的方式来利用该技术限制，并且因而能够以不变的高可靠性获得较高的有效负荷。
特别地，惯性测量系统在这方面用作测量单元，根据测量单元的数据，能够基于船的运动来确定起重机的吊杆顶端的至少在竖直方向上的运动。该测量单元在这方面能够特别地包括陀螺仪和/或加速计和/或电子倾斜仪。负荷力矩限制系统有利地通过对测量单元的数据的评估来确定吊杆顶端的速度和/或加速度并且据此确定最大允许有效负荷。在这方面，有利地至少确定吊杆顶端的在竖直方向上的速度和/或加速度并且据此确定最大允许有效负荷。吊杆顶端的竖直运动的确定在这方面通常足以确定最大允许有效负荷，因为其代表了吊杆顶端的运动中关于有效负荷的决定性因素。
在根据本发明的起重机控制中，有利地，基于先前的特定时间段的数据来进行吊杆顶端的速度和/或加速度的确定。因而确定总是经由特定的并行时窗而进行，使得当前数据总是用于确定速度和/或加速度或者用于确定最大允许有效负荷。
此外，能够在本发明中设置成：使用当前测量值的负荷力矩限制系统的初始化在工作开始时进行。起始结果在这方面由于控制的重新启动而总是基于当前测量值，而旧的数据不考虑用于计算。
负荷力矩限制系统有利地确定吊杆顶端在特定时间段内的顶端速度和/或顶端加速度。这随后能够用于确定最大允许有效负荷。
顶端速度和/或顶端加速度的确定在这方面有利地通过对测量单元的测量数据进行评估的过滤算法来进行。
进一步有利地，负荷力矩限制系统形成吊杆顶端的在特定时间段内的速度和/或加速度的平均值。平均值的形成在这方面有利地在这方面发生在通过测量单元确定的速度和/或加速度的上部区域内。平均的顶端速度和/或顶端加速度由此产生。例如，根据本发明能够在这方面确定测量到的速度和/或加速度的上三分之一的平均值。
进一步有利地，最大允许有效负荷是参照根据测量单元的数据所确定的速度值和/或加速度值从根据本发明的表或者查询表中读取的。用于不同速度值和/或加速度值的最大允许有效负荷因此能够以表的形式存储在根据本发明的起重机控制中，并且随后能够根据所确定的值来读取。该表能够自然地为多维表，从而除了速度值和/或加速度值之外，另外的值也能够自然地被考虑到最大允许有效负荷的查询中。起重机的延伸范围在这方面能够特别地仍被考虑到表的查询中。替代性地，也能够在线计算有效负荷。就以下描述中参照表的读取来说，此处也能够替代性地相应执行在线计算。
在本发明的第一实施方式中，测量单元能够布置在起重机顶端处。该测量单元因而能够直接测量由船的波浪运动造成的起重机顶端的运动。该测量单元在这方面特别地装备成使得其能够确定起重机顶端的在竖直方向上的运动，特别是起重机顶端的在竖直方向上的速度和/或加速度。起重机控制在这方面有利地具有评估单元，该评估单元根据由测量单元测量的总运动计算由起重机运动引起的吊杆顶端的运动。
此外，能够通过未布置在特定吊杆位置上的测量单元的数据的转换来进行对于该特定吊杆位置的吊杆顶端的速度和/或加速度的确定。在这方面，吊杆不再需要移动到应当对其确定最大有效负荷的位置。
还能够根据本发明设置成使测量单元布置在起重机的塔身处或者布置在船处，其中负荷力矩限制系统通过对来自测量单元的数据进行转换来确定吊杆顶端的速度和/或加速度。为此，有利地使用起重机的几何模型。进一步有利地，关于吊杆顶端的当前和/或虚拟位置的数据在这方面被考虑到计算中。
能够根据本发明有利地设置成对能够由用户输入的吊杆位置进行吊杆顶端的速度和/或加速度的确定。根据本发明的起重机控制因此特别地包括用户对话框，在该用户对话框中，用户能够输入随后对其确定最大允许有效负荷的吊杆位置。因而可以对于吊杆顶端的任何所需的位置进行速度或者加速度的确定而不必移动到该位置。
如果使用未布置在起重机顶端处的测量单元，则该测量单元有利地确定所有三个空间方向上的速度和/或加速度。对于有效负荷关键的吊杆顶端的竖直速度和/或加速度因而能够根据该测量单元的测量值来计算。该竖直运动然后被考虑到最大允许有效负荷的确定中。有利地，也能够组合两个指定的测量单元。
有利地，能够另外考虑水平影响。水平影响能够基于由负荷状态或者由预平衡(pre-trim)造成的船的倾斜位置。这里还考虑到由装置(具有起重机的船，负荷减小以及增大的船)的相对水平运动造成的负荷的动态水平偏转。在这方面，能够测量或者计算水平影响。这些值能够通过表或者通过在线计算而被考虑到有效负荷中。
能够进一步设置成使得根据本发明的负荷力矩限制系统与确定另外的船的运动的第二测量单元通信，其中该负荷力矩限制系统另外利用第二测量单元的数据以确定最大允许有效负荷。根据本发明的起重机控制的该实施方式能够特别地在负荷应当放置在另外的船上或者应当从另外的船提升负荷时使用。在该情况下，该另外的船的运动也是必须考虑到最大允许有效负荷中的因素。根据本发明，这通过布置在另外的船上的第二测量单元来实现。
第二测量单元的数据的评估在这方面能够以与对于第一测量单元的数据相同的方式发生。在这方面，特别地能够确定另外的船的顶端速度和/或顶端加速度。为此，能够有利地形成在特定时间段内的速度和/或加速度的平均值。平均值的形成在这方面有利地发生在由测量单元确定的速度和/或加速度的上部区域内。此外，能够提前发生测量数据的过滤。
根据本发明的起重机控制有利地具有输出单元，该输出单元输出由负荷力矩限制系统计算的最大有效负荷。该输出单元在这方面有利地为光学输出单元，特别地为显示单元。输出也能够另外地或者替代性地对起重机控制进行，这将该输出自动地考虑到起重机的控制中。
在这方面能够有利地设置成：对于特定吊杆位置的最大允许有效负荷的输出是可能的。这种吊杆位置在这方面能够有利地由用户输入。
替代性地或者另外地，能过设置成使得最大允许有效负荷被输出为有效负荷曲线。
除了起重机控制之外，本发明还包括具有根据本发明的起重机控制的起重机。该起重机在这方面特别地为吊杆起重机。该起重机还有利地为诸如回转吊杆起重机、海上起重机、船用起重机之类的旋转塔式起重机，或者具有塔身的非旋转的倾斜框架龙门起重机，该塔身能够绕竖直转动轴线转动并且在该塔身处设置有吊杆。起重机控制在这方面有利地对根据本发明的起重机的提升机构进行控制。根据本发明的起重机在这方面能够布置或者被布置在船上。
除了起重机控制和起重机之外，本发明还包括船，该船具有根据本发明的相应地装备有根据本发明的起重机控制的起重机。
本发明还包括用于操作布置在船上的起重机的方法，在该方法中确定最大允许有效负荷。为此，有利地设置成测量船的运动并且基于测量到的运动确定最大允许有效负荷。最大允许有效负荷的确定在这方面有利地例如以已经在前面关于起重机控制描述过的方式进行。在这方面，特别有利地通过测量数据来确定吊杆顶端的速度和/或加速度、特别是在竖直方向上的速度和/或加速度并据此确定最大允许有效负荷。
本发明还包括用于执行例如前面关于起重机控制所提出的方法的程序，特别是存储在数据载体上的程序。
附图说明
现在将参照实施方式并且参照附图更详细地呈现本发明。
示出了：
图1是根据本发明的具有根据本发明的起重机的船的实施方式，其中，该起重机具有根据本发明的控制单元；
图2是根据本发明的起重机控制的第一实施方式的示意图；
图3是用于本发明的第二实施方式的起重机控制的输入和输出单元；
图4是用于本发明的第三实施方式的起重机控制的输出单元；
图5是根据本发明的起重机控制的第四实施方式的示意图；
图6是根据本发明的起重机控制的第五实施方式的示意图；
图7是根据本发明的起重机控制的第六实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的船1的实施方式。船1在这方面具有装备有根据本发明的起重机控制的起重机3。在该实施方式中，起重机3在这方面为一种旋转塔式起重机，其具有塔身5，塔身5以能够通过回转机构6绕竖直转动轴线转动的方式设置在塔基部4上。吊杆7以能够绕水平转动轴线向上及向下俯仰的方式设置在塔身5处。起重绳8在这方面被引导于吊杆7的顶端10上。起重机在这方面特别具有用于使起重绳8移动的升降驱动器，通过该升降驱动器能够提升悬挂在起重机吊钩9处的负荷。此外，图1中示出了另外的船2，负荷能够放置在船2上或者能够从船2提升负荷。
如图1所示，波浪运动引起船的运动并且因而引起吊杆的顶端10的以及因而负荷的运动vC。波浪运动同样引起另外的船的以及因而目的地的运动vD。起重机的由波浪运动引起的运动对最大允许有效负荷(SWL＝安全工作负荷)有影响。根据本发明，适于这种情况的起重机最大有效负荷是参照由用于对船1的运动进行测量的测量单元获得的测量值来确定的。由传感器检测到的船的运动在这方面通过过滤算法来处理，以便因而确定竖直的吊杆顶端速度和/或竖直的吊杆顶端加速度。因此适于这种情况的起重机最大有效负荷能够随后使用该速度和/或加速度来计算。
船在大海上的真实运动的测量在这方面使技术限制能够得到较好的利用，因为与通过根据现有技术的方法相比，通过吊杆顶端的在竖直方向上的所传递的真实运动能够基本上更可靠地确定最大有效负荷。
惯性测量单元有利地用作测量单元MU。测量单元MU能够特别包括陀螺仪和/或加速度编码器或者加速计和/或电子倾斜仪。在图1中，给出了用于这种测量单元的三个可能的不同位置，根据本发明，在各种情况下能够组合地以及单独地使用这三个可能的不同位置。
MU1：测量单元MU1的在吊杆顶端处的布置
MU2：测量单元MU2的在起重机的塔身处或者在船处的布置
MU3：测量单元MU3的在另外的船/驳船上的布置
用于测量单元的布置的前两个位置在这方面能够相互替代地或者同时地使用，以基于船1的运动来确定吊杆顶端的运动。测量单元的第三布置选择用来确定另外的船2(负荷将被放置在船2上或者将从船2提升负荷)的运动。
如果使用固定的装置例如平台而不是另外的船2，则不需要第三测量单元MU3。竖直速度vD因而能够假定为零。
相比之下，吊杆顶端中的竖直速度vC或者吊杆顶端的加速度能够通过MU1直接测量和/或能够根据由MU2测量的值来计算。
现在将对第一实施方式中的测量值的评估进行更详细的说明，在第一实施方式中，最大有效负荷的确定是参照顶端竖直速度vC来确定的。在这方面，起重机顶端的当前位置的平均竖直速度通过借助测量单元MU1记录吊杆顶端的运动以及在特定时窗内的后续统计评估来确定。因而，该竖直速度和延伸范围确定最大有效负荷。
图2在这方面示出评估的示意流程图：首先在这方面通过过滤算法21对由测量单元20测量到的吊杆顶端的运动的数据进行过滤并且根据测量数据来确定当前竖直速度vC。起重机吊杆的位置--在步骤25中从起重机控制获取--在这方面有利地被考虑到算法21中，算法21用于根据测量单元20的测量数据来计算吊杆顶端的竖直速度vC。然后在步骤22中，在特定时窗内确定测量速度vC的上三分之一的平均值。
在步骤22中确定的起重机吊杆的顶端速度和延伸范围随后在步骤23中用来确定最大有效负荷。在这方面，最大有效负荷是参照用于顶端速度以及用于延伸范围的值从相应的表中读取的。随后在步骤30中在用户界面中进行由此所确定的最大有效负荷SWL的输出。
为了增加用户的舒适性，可以对任何所需的工作点进行吊杆顶端的竖直速度vC的确定而不需要首先使起重机移动到该点。为此能够使用第二测量单元MU2。在这方面，能够通过用户的输入而虚拟地移动到任何所需的吊杆顶端位置。吊杆顶端的虚拟工作点的吊杆顶端竖直速度vC此时能够根据测量单元2确定的数据来计算。为此，仅仅吊杆顶端的相对于第二测量单元MU2的位置的已知几何形状必须使用。
该评估在这方面能够如图2中示出的那样发生，然而此时过滤算法21通过关于起重机吊杆的位置的虚拟数据来执行来自未布置在起重机吊杆顶端处的测量单元20的数据的转换。
在这方面自然能够在吊杆顶端处使用第一测量单元MU1，并在塔身或者船处使用第二测量单元MU2。
图3在这方面示出输入/输出单元，通过该输入/输出单元能够虚拟地到达任何所需的吊杆顶端位置。在这方面，回转角度能够通过输入掩码31来转换；半径通过输入掩码32来转换。输入在这方面能够例如通过在监视器或者触摸式屏幕处的键盘和/或虚拟滑块而发生。用户界面此时在显示器33中输出对于所设定的虚拟位置的竖直顶端速度，以及在显示器34中输出由此得到的最大有效负荷SWL。
替代性地或者另外地，对于总工作范围的最大有效负荷的显示能够例如以有效负荷曲线的形式出现。在这方面必须考虑到对于起重机的不同回转角度的最大竖直速度、因而最大允许有效负荷能够不同，这是因为波浪运动能够例如导致船的在横向方向上的比在纵向方向上的更强烈的运动。
然而，为了能够给出对于起重机的任何所需回转角度都有效的有效负荷曲线，可遵循以下程序：
首先，对总延伸范围内的N个不同的回转角度计算最大竖直速度vC。在第二步骤中，据此根据半径确定对于不同回转角度的最大有效负荷。此时通过将对于不同回转角度的最大有效负荷投影到单个图表中来进行表示。最后，能够在所有回转角度范围内计算最小值并且随后将该最小值表示为有效负荷曲线形式的最大可能SWL。
在这方面，在图4中示出了这种显示的实施方式，在该实施方式中，对于不同回转角度的多个有效负荷曲线35组合在一个表示中。替代性地或者另外地，也能够在所有有效负荷曲线上提供最小值的显示。
在本发明的所有实施方式中，在重新启动控制之后进行吊杆顶端的运动的确定的新的初始化。启动结果在这方面由于控制的重新启动而总是基于数值。相比之下，所有数据未被考虑用于计算。
结果的表示在这方面能够在起重机控制中进行以及在要被连接到外部的诊断计算机上进行。
上述实施方式在这方面涉及vD＝0的情况，即具有固定的目的地的工作。相比之下，如果工作应当在非零的甲板速度的情况下进行，即，在以另外的船作为目的地或者起始点的情况下进行，则使用第三测量单元MU3的测量值。操作模式在这方面基本上对应于前面已经描述的情况，然而，其中，查询表23具有另外的输入。除了吊杆顶端的速度vC之外，甲板速度vD因此也用来从表23读取最大允许有效负荷(参照图5)。
第三测量单元40的测量数据的评估在这方面以类似于第一或者第二测量单元20的数据的评估的方式发生。为此提供过滤算法41，过滤算法41根据测量单元的数据来确定在竖直方向上的甲板速度vD。在步骤42中，因而据此确定上三分之一的平均值。该上三分之一的平均值然后被考虑到作为甲板速度的最高值的最大有效负荷的确定中。
然后能够如前面已经表示的那样进行数据在用户界面30上的显示。
不同于在该实施方式中使用的竖直方向上的速度vC或者vD，替代性地或者另外地，在竖直方向上的加速度aC或者aD也能够用于确定最大允许有效负荷。测量结果的评估在这方面能够以与对于速度相同的方式进行。
在图6和图7中示出了与根据图4和图5的那些评估程序类似的评估程序。在步骤50中另外考虑到水平影响。水平影响能够基于由负荷状态或者由预平衡(pre-trim)造成的船的倾斜位置。此处还考虑到由装置(具有起重机的船，负荷减小以及增大的船)的相对水平运动造成的负荷的动态水平偏转。在这方面，能够测量或者计算该水平影响。这些值能够通过表或者通过在线计算而被考虑到有效负荷中。
本发明可以通过使用船的运动的测量值而使用应用于船上的起重机而不管由波浪运动引起的船的运动如何并且因而能够可靠地以及在高的有效负荷的情况下使用起重机。
在这方面，受到波浪运动影响的任何漂浮体都可被认为是在本发明的意义上的船。本发明因此也能够与布置在驳船或者其他漂浮体上的起重机使用。

Claims (12)

1.一种用于布置在船上的起重机的起重机控制，具有确定最大允许有效负荷的负荷力矩限制系统，其特征在于，
所述负荷力矩限制装置与用于测量所述船的运动的测量单元通信；以及
所述最大允许有效负荷是基于所述测量单元的数据来确定的。
2.根据权利要求1所述的起重机控制，其中，所述负荷力矩限制系统通过对用于测量所述船的运动的所述测量单元的数据的评估来确定吊杆顶端的速度和/或加速度、特别是在竖直方向上的速度和/或加速度，并据此确定所述最大允许有效负荷，其中有利地基于先前相应地限定的时间段的数据来进行所述确定。
3.根据权利要求1或2所述的起重机控制，其中，所述负荷力矩限制系统确定所述吊杆顶端在特定时间段内的顶端速度和/或顶端加速度，所述负荷力矩限制系统有利地形成所述吊杆顶端在所述特定时间段内的速度和/或加速度的平均值，并且所述平均值的形成有利地发生在由所述测量单元所确定的速度和/或加速度的上部区域内。
4.根据前述权利要求中的一项所述的起重机控制，其中，所述最大允许有效负荷是参照根据所述测量单元的所述数据所确定的速度值和/或加速度值从表中读取的或者是在线计算的。
5.根据前述权利要求中的一项所述的起重机控制，其中，对水平影响进行测量和/或计算，以便随后在通过表或者通过在线计算进行的有效负荷计算中考虑所述水平影响。
6.根据前述权利要求中的一项所述的起重机控制，其中，所述测量单元布置在起重机顶端处，或者其中，通过未布置在特定吊杆位置中的测量单元的数据的转换来对该位置进行所述吊杆顶端的速度和/或加速度的确定，所述测量单元有利地布置在所述起重机的塔身处或者布置在所述船处，和/或有利地对能够由用户输入的吊杆位置进行所述确定。
7.根据前述权利要求中的一项所述的起重机控制，其中，所述负荷力矩限制系统与确定另外的船的运动的另外的测量单元通信；
其中，所述负荷力矩系统利用所述另外的测量单元的另外的数据以确定所述最大允许有效负荷。
8.根据前述权利要求中的一项所述的起重机控制，其中，所述起重机控制具有输出单元、特别是光学输出单元，所述输出单元输出由所述负荷力矩限制系统计算出的最大有效负荷，并且有利地对特定吊杆位置、特别是由用户输入的特定吊杆位置进行所述输出，和/或所述最大有效负荷作为有效负荷曲线输出。
9.根据前述权利要求中的一项所述的起重机控制，其中，所述测量单元为惯性测量系统或者GPS系统。
10.根据前述权利要求中的一项所述的起重机控制或者具有根据前述权利要求中的一项所述的起重机的船。
11.一种用于操作布置在船上的起重机的方法，特别是用于操作根据权利要求8所述的起重机的方法，在所述方法中确定最大允许有效负荷，
其特征在于，
对所述船的运动进行测量；以及
基于所测量的运动来确定所述最大允许有效载荷。
12.一种程序，特别是存储在数据载体上的程序，用于将根据权利要求9所述的方法实施在起重机控制上。
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