DD216222A1

DD216222A1 - ARRANGEMENT FOR SPEED CONTROL OF THREE-WIPER CRANES WORKING IN COMPOSITION

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.The invention relates to a device for controlling the speed of working in compound operation rotary rocker cranes, wherein the relative position of projected on a plane crane poppets to each other remains constant. In accordance with the movements of the control crane controlled guidance crane, the automatic control coordinates the movements of the other crane (s) in the manner required for the combined operation. The essence of the invention is that from the measured values for the positions of the cranes and from the speed setpoints of the leading crane by solving a system of equations directly the speed setpoints of the following cranes and calculated the speed controllers are switched. The fast reaction to the movements of the guide crane significantly improves the dynamic behavior and, in addition, increases the accuracy and reproducibility through the use of digital system components. The initial position of the load and the load path are not subject to any restrictions in the work area defined by the crane construction, the entry into the combined operation is possible in each position of the crane boom to each other.

Description

Anordnung zur Geschwindigkeitssteuerung von im Verbundbetrieb arbeitenden Dreh-WippkranenArrangement for controlling the speed of composite luffing cranes

Anwendungsgebiet der Erfindung , Field of application of the invention ,

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.The invention relates to a device for the coordination of moving parts, especially of cranes, for in a plane the demand for maintaining the relative. Able to each other. For example, the relative position can be determined by a traverse for accommodating containers in the composite mode, in which two ship swing cranes facing each other at a hatch. · Also conceivable is a shore-side application for handling heavy loads or for other movements to be synchronized.

Characteristic of the known technical solutions

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 GrenzenIt is already a control for the combined operation of two tipping cranes known (DE-AS 1961345; B66C., 13/48), in which using resolvers, punctuation and analog computers, a tracking control was realized such that from the position of a Pührungskranes continuously the desired position of Following cranes calculated and the deviation between the actual and target position of the following crane is supplied as a control deviation a control algorithm whose output variables are the target speeds for the; Represent drives of the following crane. In this case, the speed controller of the following crane, each with a limiting input of the dem'Hebel for / default of the Führungsransolerollwerte downstream amplifier, connected / to limit the speed setpoints for the guide crane in the exposed position of the following crane. In this solution, the achievable positional accuracy is limited by the analog measuring and processing elements

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.set. The prerequisites for automation of the handling operation and for the creation of additional service and monitoring functions are unfavorable. The circuitry, see effort to achieve a satisfactory puncture is very large. A decisive disadvantage arises from the principle of operation: the speed controller of the following crane, are only then applied to a value when a deviation has already occurred to the target position ^. Therefore, careful optimization of the controller parameters is required to achieve satisfactory performance in dynamic operation.

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.Furthermore, a method is known that a mechanical model used for determining the respective crane position corresponding crane position (DE-AS 2363261, B 66C 13/48). In this case, the levers connected via mechanical devices to the respective crane jibs are arranged vertically and horizontally pivotably in a housing fixedly connected to the column of the control crane so that they are mechanically connected to each other via two vertical, parallel guides at a constant distance. The disadvantage is the __ necessary and complex adjustment and the mechanical wear always occurring wear. The occurrence of mechanical play can lead to inaccuracies in the setting processes. Common to both variants described is the disadvantage that the existing between the support cables target distance can be changed only consuming and the load can be performed only in parallel to the Kranverbindungslinie befindlicher position.

Ziel der- Erfindung , Aim of the invention ,

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 verbundeneThe aim of the invention is ^1, to provide a means for controlling the speed of working in combination operating rotary Wippkranen opposite known automatic. Controls improves the dynamic behavior and achievable positioning accuracy. Connecting the speed setpoints of the following crane results in a faster response to the movements of the guide crane, the overshoot of the setpoint position and the associated position

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. ^! Load swinging can be reduced and thereby the security and tack ^{1 of} the envelope can be increased. Compared with the manual control of several cranes in combined operation, additional personnel savings are made or the high mental stress due to multiple crane operation by a crane operator is reduced. ^!

Darlegung des Wesens der Erfindung / Presentation of the essence of the invention

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. ' . '' ' 'It is the task of a controller to coordinate the movements of at least two crane booms: -entwickeln where ^v improved by the connection of the directly calculated speed setpoints the dynamics crucial and the achievable accuracy is increased by using digital Systemkomponeriten. In addition, the controller should consist essentially of universally deployable assemblies. '. ''''

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 erfolgtAccording to the invention the .Aufgabe is achieved in that from the measured values for the turning and luffing angles of two liranes that reflect their position, as well as d'en speed setpoints of the leading crane by solving a system of equations directly the speed setpoints for the Polgekran be calculated, of which It is assumed that the relative position of the crane hoop profiles profiled with respect to one another at a defined level, for example the deck level in ship cranes, is maintained when the speed vectors inserted into the head rollers or hooks are identical in this plane. For the mathematical description of these velocity vectors, Cartesian coordinate systems with their origins in the crane rotation axes are used. After equating the velocity vectors and their transformation into corresponding spherical coordinate systems, the above-mentioned rotational speed setpoints' can be derived, whereby the Pührungskransollwerte used for the calculation can be treated appropriately in advance in the interest of better dynamics. The calculation of the speed setpoints of the following crane is followed by their limit value check and the inspection of the working area. If the result of the check is positive

die Ausgabe aller vier Solldrehzahlen an die jeweiligen Regler, ansonsten ihre entsprechende Modifizierung im Sinne einer Reduzierung bzw. der Einhaltung des Arbeitsbereiches.the output of all four setpoint speeds to the respective controller, otherwise their corresponding modification in the sense of a reduction or compliance with the work area.

Ausführungsbeispiel , Execute ungsbeispiel,

Die erfindungsgemäße Einrichtung soll nachstehend an.einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen: <The device according to the invention will be explained below an.einem embodiment. The accompanying drawings show: <

Figur. 1: das Blockschaltbild einer Einrichtung zur . . Geschwindigkeitssteuerung im VerbundbetriebFigure. 1: the block diagram of a device for. , Velocity control in combined operation

Figur 2: die Projektion auf die als Niveaufläche gewählte x-y-Ebene mit den Drehwinkeln oC^ und c/₂ 'FIG. 2: the projection onto the xy plane selected as the level surface with the angles of rotation oC ^ and c / ₂ '

Figur 3' Die Seitenansicht' zweier im Verbundbetrieb eine gemeinsame Last hebende KranauslegerFIG. 3 ' The side view' of two crane jibs lifting a common load in a linked operation

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: ' . ' -According to FIGS. 1 and 2, the load 3 is guided by the crane jibs 1 and 2 fastened to the V / ip ρ rotary point K1 and the V / ipp rotary point K2 in such a way that the position indicated by the position of the crane poppets P1 and P2 certain longitudinal offset Ax and the transverse offset AJ and thus also the distance a is maintained during any crane movement. For this purpose, the velocity vectors V1 and V2 beginning in the crankshaft rollers must be identical at any given time, which is indicated by corresponding values for the tangential slewing gear components v ^. and v ^ p and the radial V / ippwerkskomponenten Vß .. and Vßp is achieved. These Geschwiiidigkeitskomponenten are about the boom length L and the respective rocking angle ß. or ßp linked to the drive speeds. In the event that cantilever rocker axis and crane rotation axis do not intersect, the lengths L ¹ 'and LA make the boom as well as the V / ippwinkel ß. To limit the setpoint increase, the speed setpoints output by the actuating lever 4 can be treated with a programmable ramp function. The processing block 5 carries out the determination of the setpoint speeds of the following crane from the values thus obtained and from the four angle encoders Position actual values. The following equations are used: '. '-

-S*n U^cC_x -S * n U ^ cC _x

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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. Because of the possible exceeding of the setting range of the setpoint speeds of the following crane, the processing block 6 is checked for the feasibility of the calculated. Setpoints, whereby either the output to the two drive systems 7 and 8 of the guide crane and the two drive systems 9 and 10 of the following crane takes place immediately. or the setpoints for the jib crane are progressively reduced to the same extent as the setpoints for the following crane until the feasibility conditions are met. All calculations and control requests are carried out at cyclic intervals by a digital computer, preferably a microcomputer, wherein the sampling time is related to the necessary Meßwertauflösung. There is a block 11 for controlling the work area. This block realized before the limits of the work area, the control of the braking process, so that at the limit of the state stop is reached. A lateral movement is possible only with velocity vectors and their reflection in the respective speeds pointing into the work area. To increase the long-term accuracy, the setpoint position of the following crane is additionally determined in block 12 and a correction value determination 13 is carried out, the correction values W / k and Wa2if being added to the setpoint speeds of the following crane.

Claims

Inventive claims:.

! Means for controlling the speed of the

operating "Dreh-Wippkranen, in which an actuating lever and attached to the lathes and luffing drives of the cranes Winkelgeber'und a computing unit 'are provided, characterized in that -daß the outputs of the angle encoder of the drive systems (7) to (10) and the Actuating lever (4) with the arithmetic unit (14), for which preferably a microcomputer is used, for calculating speed setpoints ^ 25 and ^ 2.5 connected, and that the speed controller in the drive systems (7) to (10) to the arithmetic unit (14 ) are connected, the drives. (9) and (10) of the following crane are controlled so that the direction and the amount of the speed vector Vg of the crane pawl P2 projected onto the xy plane are identical to those of the corresponding speed. vector V _{1 of} the crane roller P1.

2. Device according to item 1, characterized in that the processing block (5) of the arithmetic unit (14) for solving the mathematical relationships'

and , . ,

is programmed, where:.

= speed setpoint output by the operating lever (4) for the slewing gear of the guide crane = speed setpoint output by the actuating lever (4) for the luffing gear of the guide crane S Position angle of the slewing gear (7) of the guide. kranes, '. \. "

= Position angle of the luffing mechanism (8) of the Kihrungs

crane,,

= Position angle of the slewing gear (9) of the following crane, = position angle of the luffing gear (10) of the following crane.

Device according to item 1 and 2, characterized in that to compensate for long-term deviations from the relative starting position of the crane pint rolls to each other by the processing blocks (12) and (13) an addition of correction values ^ 2 <c and '"yn * on the processing block (5) determined speed ^setpoint values ^ω ^ and c ^ / 3i, wherein this connection is made in comparison to the sampling time large time intervals or after exceeding an adjustable value of the deviation.

Device according to points 1 to 3, characterized in that in a processing block (6) both the speed setpoint values H ^ 7 / V and M (MH for the control crane and the speed setpoint variables i ^ 2Z and <^> / 3ϊτ of the Following cranes are gradually and proportionally reduced until the speed setpoints for the following crane in the given setting range can be realized.

Device according to items 1 to 4, characterized in that by a processing block (11) from the ^: crane positions and the crane speeds, such control signals are formed, the movement of the cranes from each other by the crane geometry and the arrangement of the cranes. certain working area taking into account : the braking behavior of the cranes prevent ..

For this. .: 2 / .. Se? Ten drawings