DD216222A1

DD216222A1 - Anordnung zur geschwindigkeitssteuerung von im verbundbetrieb arbeitenden dreh-wippkran

Info

Publication number: DD216222A1
Application number: DD25245383A
Authority: DD
Inventors: Ingo Magdanz; Bernd Kunde
Original assignee: Univ Rostock
Priority date: 1983-06-28
Filing date: 1983-06-28
Publication date: 1984-12-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Geschwindigkeitssteuerung von im Verbundbetrieb arbeitenden Dreh-Wippkranen, wobei die relative Lage der auf eine Ebene projizierten Krankopfrollen zueinander konstant bleibt. Entsprechend den Bewegungen des von einem Steuerstand gesteuerten Fuehrungskranes koordiniert die automatische Steuerung die Bewegungen des oder der anderen Krane in der fuer den Verbundbetrieb erforderlichen Weise. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass aus den Messwerten fuer die Positionen der Krane und aus den Drehzahlsollwerten des fuehrenden Kranes durch Loesung eines Gleichungssystems direkt die Drehzahlsollwerte des bzw. der Folgekrane berechnet und den Drehzahlreglern aufgeschaltet werden. Durch die schnelle Reaktion auf die Bewegungen des Fuehrungskranes wird das dynamische Verhalten entscheidend verbessert und zusaetzlich durch die Verwendung digitaler Systemkomponenten die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erhoeht. Die Anfangslage der Last und der Lastweg unterliegen im durch die Krankontruktion bestimmten Arbeitsbereich keinen Beschraenkungen, der Eintritt in den Verbundbetrieb ist in jeder Stellung der Kranausleger zueinander moeglich.

Description

Anordnung zur Geschwindigkeitssteuerung von im Verbundbetrieb arbeitenden Dreh-Wippkranen

Anwendungsgebiet der Erfindung ,

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Koordinierung von beweglichen Teilen, besonders von Kranen, für die in einer Ebene die Forderung nach Beibehaltung der relativen. Lage zueinander besteht. Beispielsweise kann die relative Lage durch eine Traverse zur Aufnahme von Containern im Verbundbetrieb, bei dem sich zwei Schiffswippkrane an einer Luke gegenüberstehen, bestimmt sein.· Denkbar ist auch eine landseitige Anwendung zur Bewältigung von Schwerlasten oder die Anwendung bei anderen zu synchronisierenden Bewegungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bereits eine Steuerung für den Verbundbetrieb zweier Schiffswippkrane bekannt (DE-AS 1961345; B66C. 13/48), bei der unter Verwendung von Drehmeldern, Punktionsgeneratoren und Analogrechnern eine Nachlaufregelung derart realisiert wurde, daß aus der Position eines Pührungskranes laufend die Sollposition eines Folgekranes berechnet und die Abweichung zwischen Ist- und Sollposition des Folgekranes als Regelabweichung einem Regelalgorithmus zugeführt wird, dessen Ausgangsgrößen die Solldrehzahlen für die; Antriebe des .Folgekranes darstellen. Dabei sind die Drehzahlregler des Folgekranes mit je einem Begrenzungseingang der dem'Hebel zur / Vorgabe der Führungskransollwerte nachgeschalteten Verstärker , verbunden/, um in exponierter Stellung des Folgekranes die Drehzahlsollwerte für den Führungskran zu begrenzen. Bei dieser Lösung sind der erreichbaren.Positionsgenauigkeit durch die analogen Meß- und Verarbeitungsglieder Grenzen

gesetzt. Die Voraussetzungen für eine Automatisierung des Umschlagbetriebes und zur Schaffung zusätzlicher Service- und Überwachungsfunktionen sind ungünstig. Der schaltungstechni- , sehe Aufwand zur Realisierung einer zufriedenstellenden Punktion ist sehr groß. Ein entscheidender Nachteil ergibt sich aus der prinzipiellen Arbeitsweise: die Drehzahlregler des Folgekranes, werden erst dann mit einem Wert beaufschlagt, wenn bereits eine Abweichung zur Sollposition eingetreten ^ ist. Deshalb ist ein sorgfältiges Optimieren der Reglerparameter erforderlich, um im dynamischen Betrieb eine zufriedenstellende Arbeitsweise zu erreichen.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, daß zur Bestimmung der jeweiligen Führungskranposition entsprechenden Folgekranposition ein mechanisches Modell benutzt (DE-AS 2363261; B 66C 13/48). Dabei sind die über mechanische Vorrichtungen mit denjeweiligen Kranauslegern verbundenen Stellhebel vertikal und horizontal schwenkbar in einem fest mit der Säule des Steuerkranes verbundenen Gehäuse so angeordnet, daß sie über zwei vertikale, parallele Führungen mit konstantem Abstand mechanisch miteinander verbunden sind. Nachteilig wirkt sich die __ notwendige und aufwendige Justierung sowie der bei mechanischen Elementen stets auftretende Verschleiß aus. Durch auftretendes mechanisches Spiel kann es zu Ungenauigkeiten in den Stellvorgängen kommen. Beiden beschriebenen Varianten gemein ist der Nachteil, daß sich der zwischen den Tragseilen bestehende Sollabstand nur aufwendig ändern läßt und die Last nur in parallel zur Kranverbindungslinie befindlicher Stellung geführt werden kann.

Ziel der- Erfindung ,

Ziel der Erfindung ist es¹, eine Einrichtung zur Geschwindigkeitssteuerung von im Verbundbetrieb arbeitenden Dreh-Wippkranen zu schaffen, die gegenüber bekannten automatischen . Steuerungen das dynamische Verhalten sowie die erreichbare Positioniergenauigkeit verbessert. Mit der Aufschaltung der · Geschwindigkeitssollwerte des Folgekranes ist eine schnellere Reaktion auf die Bewegungen des Führungskranes verbunden, das Überschwingen über die Sollposition und das damit verbundene

Lastpendeln können vermindert und dadurch-die Sicherheit und Zügigkeit¹ des Umschlages erhöht werden. Gegenüber der Handsteuerung mehrerer Krane im Verbundbetrieb wird zusätzlich noch eine Personaleinsparung wirksam bzw. die hohe psychische Belastung infolge Mehrfa^chbe dienung durch einen Kranführer verringert. ^!

Darlegung des Wesens der Erfindung /

Es besteht die Aufgabe, eine Steuerungseinrichtung zur Koordinierung der Bewegungen von mindestens zwei Kranauslegern zu: -entwickeln, bei der durch die Aufschaltung der direkt berechneten Geschwindigkeitssollwerte die Dynamik entscheidend ver- ^v bessert und durch die Verwendung digitaler Systemkomponeriten die erreichbare Genauigkeit erhöht wird. 'Darüber hinaus soll die Steuerungseinrichtung im wesentlichen aus universell einsetztearen Baugruppen ,bestehen. ' . '' ' '

Erfindungsgemäß wird die .Aufgabe dadurch gelöst, daß aus den Meßwerten für die Dreh- und Wippwinkel zweier lirane, die deren Position widerspiegeln, sowie aus d'en Drehzahlsollwerten des führenden Kranes durch Lösung eines Gleichungssystems direkt die Drehzahlsollwerte für den Polgekran berechnet werden, wobei davon ausgegangen wird, daß die relative Lage der auf ein festgelegtes Hiveau, zum Beispiel die Decksebene bei Schiffskranen, profilierten Krankopfrollen zueinander dann erhalten bleibt, wenn die in die Kopfrollen oder Haken hineingelegten Geschwindigkeitsvektoren in dieser Ebene identi'sch sind. Zur mathematischen Beschreibung dieser Geschwindigkeitsvektoren werden kartesische Koordinatensysteme mit ihren Ursprüngen in den Krandrehachsen verwendet. Nach dem Gleichsetzen der Geschwindigkeitsvektoren und.ihrer Transformation in entsprechende Kugelkoordinatensysteme können die den Verbundbetrieb gewährleistenden oben genannten Drehzahlsollwerte' abgeleitet werden, wobei die zur Berechnung verwendeten Pührungskransollwerte vorher im Interesse einer besseren Dynamik entsprechend geeignet behandelt werden können. An die Berechnung der Drehzahlsollwerte des Folgekranes schließt sich deren Grenzwertüberprüfung und die Überprüfung des Arbeitsbereiches an. Bei positivem Überprüfungsergebnis erfolgt

die Ausgabe aller vier Solldrehzahlen an die jeweiligen Regler, ansonsten ihre entsprechende Modifizierung im Sinne einer Reduzierung bzw. der Einhaltung des Arbeitsbereiches.

Ausführungsbeispiel ,

Die erfindungsgemäße Einrichtung soll nachstehend an.einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen: <

Figur. 1: das Blockschaltbild einer Einrichtung zur . . Geschwindigkeitssteuerung im Verbundbetrieb

Figur 2: die Projektion auf die als Niveaufläche gewählte x-y-Ebene mit den Drehwinkeln oC^ und c/₂ '

Figur 3' Die Seitenansicht' zweier im Verbundbetrieb eine gemeinsame Last hebende Kranausleger

Gemäß Fig. 1 und 2 wird die Last 3 von den am V/ip ρ-Dreh-Punkt K1 und am V/ipp-Dreh-Punkt K2 befestigten Kranauslegern 1 und 2 so geführt, daß der durch die Lage der Krankopfrollen P1 und P2 bestimmte Längsversatz Ax sowie der Querversatz AJ und damit auch der Abstand a bei jeder beliebigen Kranbewegung erhalten bleibt. Dazu müssen die in den Krankopfrollen beginnenden Geschwindigkeitsvektoren V1 und V2 in jedem beliebigen Zeitpunkt identisch sein, was durch entsprechende Werte für die tangentialen Drehwerkskomponenten v^-. und v^p sowie die radialen V/ippwerkskomponenten Vß.. und Vßp erreicht- wird. Diese Geschwiiidigkeitskomponenten sind über die Auslegerlänge L und den jeweiligen Wippwinkel· ß. bzw. ßp mit den Antriebsdrehzahlen verknüpft. Für den Fall, daß sich Auslegerwipp-· achse und Krandrehachse nicht schneiden, stellen die Längen L¹' .und LA der Ausleger sowie die V/ippwinkel ß. und ßp umgerechnete 'Ersatzgrößen dar. Zur Begrenzung des Sollwertanstieges können die vom Betätigungshebel 4 abgegebenen Drehzahlsollwerte mit einer programmierbaren Rampenfunktion behandelt werden.. Der Bearbeitungsblock 5 führt die Ermittlung der Solldrehzahlen des Folgekranes aus den so erhaltenen V/erten und den von den vier Winkelgebern gelieferten Positions-Istwerten durch. Dabei werden folgende Gleichungen verwendet: ' . ' -

-S*n U^cC_x

/31

Wegen der möglichen Überschreitung des Stellbereiches der Solldrehzahlen des Folgekranes folgt im Bearbeitungsblock 6 die Überprüfung auf Realisierbarkeit der berechneten .'Sollwerte, wobei entweder sofort die Ausgabe an die-zwei Antriebssysteme 7 und 8 des Führungskranes und die zwei Antriebssysteme 9 und 10 des Folgekranes erfolgt, oder die Sollwerte für den Pührungskran in demselben Maße wie die Sollwerte für den Folgekran solange schrittweise reduziert werden, bis die Realisierbarkeitsbedingungen erfüllt sind. Sämtliche Berechnungen und Kontrollabfragen werden in zyklischen Abständen durch einen Digitalrechner, vorzugsweise einen Mikrorechner, ausgeführt, wobei die Abtastzeit mit der notwendigen Meßwertauflösung im Zusammenhang steht. Es ist ein Block 11 zur Kontrolle des Arbeitsbereiches vorgesehen. Dieser Block realisiert vor den Grenzen des Arbeitsbereiches die Steuerung des Bremsvorgangs, so daß an der Grenze der Zustand Halt erreicht wird. Eine v/eiterbewegung ist nur mit Geschwindigkeitisvektoren und ihrer Widerspiegelung in den entsprechenden Drehzahlen möglich, die in den Arbeitsbereich hineihzeigen. Zur Erhöhung der Langzeitgenauigkeit wird zusätzlich die Sollage des Folgekranes im Block 12 bestimmt und eine Korrekturwertermittlung 13 durchgeführt, wobei die erhaltenen Korrekturwerte W/^k und Wä2if zu den Solldrehzahlen des Folgekränes' addiert werden.

Claims

Erfindun^aansprüche: .

!.Einrichtung zur Geschwindigkeitssteuerung von im Verbund-

betrieb arbeitenden'Dreh-Wippkranen, bei der ein Betätigungshebel sowie an den Dreh- und Wippwerksantrieben der Krane befestigte Winkelgeber'und eine Recheneinheit' vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch, -daß die Ausgänge der Winkelgeber der Antriebssysteme (7) bis (10) und des Betätigungshebels (4) mit der Recheneinheit (14), für die vorzugsweise ein Mikrorechner eingesetzt wird, zur Berechnung von Drehzahlsollwerten ^25 und ^2.5 verbunden, sind und daß die Drehzahlregler in den Antriebssystemen (7) bis (10) an die Recheneinheit (14) angeschlossen sind, wobei die Antriebe . (9) und (10) des Folgekranes so gesteuert werden, daß die Richtung und der Betrag des auf die x-y-Ebene projezierten Geschwindigkeitsvektors Vg der Krankopfrolle P2 identisch mit denen des entsprechenden Geschwin-. digkeitsvektors V₁ der Krankopfrolle P1 sind.
2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Bearbeitungsblock (5) der Recheneinheit (14) zur Lösung der mathematischen Beziehungen '

und , . .

programmiert ist,, dabei gilt: .

= vom Betätigungshebel (4) abgegebene Drehzahlsollgröße für das Drehwerk des Führungskranes = vom Betätigungshebel (4) abgegebene Drehzahlsollgröße für das Wippwerk des Führungskranes S Positionswinkel des Drehwerks (7) des Führungs-. kranes,' . \ . "

= Positionswinkel des Wippwerks (8) des Kihrungs-

kranes, ,

= Positionswinkel des. Drehwerks (9) des Folgekranes, = Positionswinkel des Wippwerks (10) des Folgekranes.

Einrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß zum Ausgleich von langzeitigen Abweichungen von der relativen Ausgangslage der Krankopfrollen zueinander durch die Bearbeitungsblöcke (12) und (13) eine Aufschaltung von Korrekturwerten ^2<c und'«yn* auf die vom Bearbeitungsblock (5) ermittelten Drehzahlsollwerte ^ω^ und c^/3i erfolgt, wobei diese Aufschaltung in im Vergleich zur Abtastzeit großen Zeitabständen bzw. nach Überschreiten eines, einstellbaren Wertes der Abweichung vorgenommen wird.

Einrichtung nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß in einem.Bearbeitungsblock (6) sowohl die Drehzahlsollwerte H^7/V und M(MH für den FUhrungskran'als auch die Drehzahlsollgrößen i^2Z und <^>/3ϊτ. des Folgekranes solange schrittweise- und proportional reduziert werden, bis die Drehzahlsollwerte für den Folgekran im gegebenen Stellbereich realisierbar sind.

Einrichtung nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß durch einen Bearbeitungsblock (11) aus den^: Kranpositionen und den Krandrehzahlen solche Steuersignale gebildet werden, die die Bewegung der Krane aus dem durch die Krangeometrie und die Anordnung der Krane zueinander . bestimmten Arbeitsbereich heraus unter Berücksichtigung : des Bremsverhaltens der Krane verhindern..

Hierzu. .:2/..Se!ten Zeichnungen