DE102019214034A1

DE102019214034A1 - Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine und Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102019214034A1
Application number: DE102019214034.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Frasch; Stefan Höfling; Frederik Kort; Mirco Kuhlmey; Carl Wiesenack
Original assignee: Putzmeister Engineering GmbH
Current assignee: Putzmeister Engineering GmbH
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2021-03-18
Also published as: JP2022548041A; KR20220056187A; WO2021047872A1; US20220341197A1; CN114729544B; CN114729544A; EP4028611A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine (100) aufweisend eine Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff, wobei eine Anzahl von Sollwerten, die den Betrieb der Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff betreffen, von einem Benutzer einstellbar sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:- Erfassen einer Anzahl von Istwerten der Vorrichtung (1),- Berechnen eines Sollwert-Optimums für einen jeweiligen Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten basierend auf der Anzahl von erfassten Istwerten, und- Ausgeben eines Hinweises an den Benutzer, falls ein eingestellter Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten nicht seinem berechneten Sollwert-Optimum entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine und eine Arbeitsmaschine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine und eine Arbeitsmaschine zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst optimalen Betrieb der Arbeitsmaschine ermöglichen.
Das Verfahren dient zum Betreiben einer Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine weist eine Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff auf, beispielsweise in Form von Flüssigbeton. Bei der Arbeitsmaschine kann es sich beispielsweise um eine Autobetonpumpe handeln.
Im Betrieb der Arbeitsmaschine ist von einem Benutzer eine Anzahl von Sollwerten einstellbar, die den Betrieb der Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff steuern.
Das Verfahren weist folgende Schritte auf.
Erfassen einer Anzahl von Istwerten der Vorrichtung, Berechnen eines Sollwert-Optimums für einen jeweiligen Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten basierend auf den erfassten Istwerten, und Ausgeben eines Hinweises an den Benutzer, falls ein eingestellter Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten nicht seinem berechneten Sollwert-Optimum entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Anzahl von einstellbaren Sollwerten ausgewählt aus der Menge: Soll-Fördermenge bzw. Soll-Volumenstrom des Dickstoffs, Soll-Drehzahl eines Motors, insbesondere in Form eines Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors, der die Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff antreibt, und Soll-Stellung eines Masts der Arbeitsmaschine. Die Soll-Stellung des Masts kann beispielsweise eine gewünschte Drehwinkelstellung des Masts vorgeben und/oder gewünschte Winkelstellungen zwischen Mastsegmenten des Masts vorgeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Anzahl von Istwerten ausgewählt aus der Menge: Ist-Hydraulikdruck eines hydraulischen Antriebs der Arbeitsmaschine, Ist-Drehzahl eines Motors, insbesondere in Form eines Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors, der die Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff antreibt, Ist-Stellung eines Masts der Arbeitsmaschine, Zustand des Dickstoffs, Ist-Volumenstrom eines hydraulischen Antriebs der Arbeitsmaschine, Ist-Schwingungen eines Masts der Arbeitsmaschine, Ist-Schwingungen eines Unterbaus der Arbeitsmaschine, und Ist-Förderdruck des Dickstoffs.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Sollwert-Optimum für einen jeweiligen Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten berechnet anhand mindestens eines Optimierungskriteriums ausgewählt aus der Menge: Energieverbrauch, insbesondere Kraftstoffverbrauch, Wirkungsgrad, Mastschwingungen, Bauteilbeanspruchung, Unterbauschwingungen, Geräuschemissionen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Ausgeben des Hinweises an den Benutzer dadurch, dass das Sollwert-Optimum für einen jeweiligen Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten angezeigt wird, und/oder eine zugehörige Einstelleinrichtung zur Einstellung eines jeweiligen Sollwerts der Anzahl von Sollwerten hervorgehoben dargestellt wird, und/oder ein Score-Wert angezeigt wird, der angibt, inwieweit ein jeweiliger Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten seinem zugehörigen Optimum entspricht.
Die Arbeitsmaschine weist eine Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff auf, wobei die Arbeitsmaschine dazu ausgebildet ist, ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Arbeitsmaschine einen Mast auf, insbesondere einen Mast mit mehreren über Gelenke miteinander verbundenen Mastsegmenten, wobei Winkelstellungen zwischen den Mastsegmenten mittels Hydraulikzylindern einstellbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Arbeitsmaschine einen hydraulischen Antrieb auf, insbesondere zum Antreiben der den Mastsegmenten zugeordneten Hydraulikzylinder.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:

1 schematisch eine Arbeitsmaschine aufweisend eine Vorrichtung zur Förderung von Dickstoff, und
2 ein Blockdiagramm betreffend eine Berechnung von Sollwert-Optima und zugehörigen Hinweisen an einen Benutzer der in 1 gezeigten Arbeitsmaschine.

1 zeigt schematisch eine Arbeitsmaschine 100 in Form einer Autobetonpumpe mit einer Vorrichtung 1 zur Förderung von Dickstoff in Form von Flüssigbeton, einem Verbrennungsmotor 2, einem Mast 3 mit einer Anzahl von Mastsegmenten 3a, einem mittels des Verbrennungsmotors 2 betriebenen hydraulischen Antrieb 4 und einem Unterbau 5. Die Mastsegmente 3a des Masts sind über Gelenke miteinander verbunden, wobei Winkelstellungen zwischen den Mastsegmenten 3a mittels Hydraulikzylindern 3b einstellbar sind. Es versteht sich, dass die Arbeitsmaschine 100 weitere herkömmliche Komponenten aufweist, die zum Betrieb der Arbeitsmaschine 100 notwendig sind, jedoch zur Beschreibung der Erfindung nicht wesentlich sind. Insoweit sei daher auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen, insbesondere zu Autobetonpumpen.
Es versteht sich, dass der Verbrennungsmotor 2 auch durch einen Elektromotor ersetzt sein kann.
Der Betrieb der Arbeitsmaschine 100 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Es wird eine Anzahl von Istwerten der Vorrichtung 1 erfasst und einem Optimum-Berechner 6 als Eingangsparameter zur Verfügung gestellt. Die Istwerte sind exemplarisch: Ist-Hydraulikdruck p_HD,ist des hydraulischen Antriebs 4, Ist-Drehzahl n_Motor,ist des Verbrennungsmotors 2, Ist-Stellung Mast_ist des Masts 3 und ein Zustand Beton_ist des Dickstoffs. Die Maststellung kann beispielsweise eine Drehwinkelstellung des Masts 3 bezeichnen und/oder Winkelstellungen zwischen den Mastsegmenten 3a bezeichnen. Der Zustand des Beton_ist des Dickstoffs kann beispielsweise eine Viskosität, einen Feuchtigkeitsgehalt, eine Dichte, etc. des Dickstoffs bezeichnen.
Weiter werden dem Optimum-Berechner 6 eine Anzahl von benutzereinstellbaren Sollwerten als weitere Eingangsparameter zur Verfügung gestellt. Die benutzereinstellbaren Sollwerte sind ausgewählt aus der Menge: Soll-Fördermenge bzw. Soll-Volumenstrom Q_soll des Dickstoffs, Soll-Drehzahl n_Motor,soll des Verbrennungsmotors 2 und Soll-Stellung Mast_soll des Masts 3.
Der Optimum-Berechner 6 berechnet aus den oben genannten Eingangsparametern anhand eines oder mehrerer Optimierungskriterien zugehörige Sollwert-Optima bzw. optimale Werte Q_opt für die Soll-Fördermenge bzw. den Soll-Volumenstrom des Dickstoffs, n_Motor,opt für die Soll-Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 und Mast_opt für die Soll-Stellung des Masts 3.
Die optimalen Werte Q_opt für die Soll-Fördermenge bzw. den Soll-Volumenstrom des Dickstoffs, n_Motor,opt für die Soll-Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 und Mast_opt für die Soll-Stellung des Masts 3 werden zusätzlich zu den benutzereingestellten Sollwerten Q_soll für die Soll-Fördermenge bzw. den Soll-Volumenstrom, n_Motor,soll für die Soll-Drehzahl und Mast_soll für die Soll-Stellung in einen Hinweis-Berechner 7 eingegeben, der zugehörige Hinweise Q_Hinweis für die Soll-Fördermenge bzw. den Soll-Volumenstrom des Dickstoffs, n_Hinweis für die Soll-Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 und Mast_Hinweis für die Soll-Stellung des Masts 3 berechnet und an einen Benutzer ausgibt, damit dieser basierend auf den Hinweisen eine optimierte Einstellung der Sollwerte vornehmen kann.
Das Ausgeben des Hinweises an den Benutzer kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Sollwert-Optimum für einen jeweiligen Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten angezeigt wird, und/oder eine zugehörige Einstelleinrichtung zur Einstellung eines jeweiligen Sollwerts der Anzahl von Sollwerten hervorgehoben dargestellt wird, und/oder ein Score-Wert angezeigt wird, der angibt, inwieweit ein jeweiliger Sollwert der Anzahl von Sollwerten seinem zugehörigen Optimum entspricht.
Ein Score-Wert x kann beispielsweise in einem Display 8 grafisch angezeigt werden. Eine exemplarische Berechnung des Score-Werts x wird weiter unten beschrieben.
Das mindestens eines Optimierungskriteriums kann ausgewählt sein aus der Menge: Energieverbrauch bzw. Kraftstoffverbrauch, Wirkungsgrad, Mastschwingungen, Bauteilbeanspruchung, Unterbauschwingungen, Geräuschemissionen.
Ein zur Berechung eines Score-Werts x verwendeter Modus M kann beispielsweise wie folgt definiert sein: $\begin{array}{l} Definition Modus Aktiv: & n_{Motor,ist} < = n_{Motor,opt} & UND & Hydraulikpumpe An \\ Definition Modus Inaktiv: & n_{Motor,ist} > n_{Motor,opt} & UND & Hydraulikpumpe An \\ Definition Modus Aus: & Hydraulikpumpe Aus \end{array}$
Der Score-Wert x, eine zugehörige farbliche Darstellung und ein zugehöriges Symbol können dann beispielsweise wie folgt berechnet/bestimmt werden, wobei exemplarisch eine Konstante a = 50% (bezogen auf eine maximale Fördermenge) und eine Konstante b = 90% (bezogen auf die maximale Fördermenge) gewählt sind.
Fall 1:
Modus Aktiv, Ist-Fördermenge Q_ist < a, x = 100, dargestellte Farbe positiv, dargestelltes Symbol ECO aktiv, Formel x(M=Aktiv, Q_ist <a) = 100.
Fall 2:
Modus Aktiv, a < Q_ist< b, 50 < x < 100, dargestellte Farbe positiv, dargestelltes Symbol Fördermenge reduzieren, Formel $x (M = A k t i v, a < Q_{i s t} < b) = - \frac{50}{b - a} * Q_{i s t} + \frac{100 b - 50 a}{b - a}$
Fall 3:
Modus Aktiv, Q_ist > b, x = 50, dargestellte Farbe positiv, dargestelltes Symbol Fördermenge reduzieren, Formel x(M = Aktiv, Q_ist > b) = 50
Fall 4:
Modus Inaktiv, 0 < x = 75, dargestellte Farbe negativ, dargestelltes Symbol Eco-Modus aktivieren, Formel $x (M = I n a k t i v) = \frac{n_{M o t o r, m a x} - n_{M o t o r, i s t}}{n_{M o t o r, i s t} - n_{M o t o r, o p t}} * (- 0,5 Q_{i s t} + 75),$
wobei n_Motor,max eine Maximaldrehzahl des Motors darstellt.
Fall 5:
Modus Aus, x = 0, dargestellte Farbe neutral, dargestelltes Symbol keines, Formel x(M = Aus) = 0
Ein durch einen Bediener rücksetzbarer Langzeit Score-Wert S kann beispielsweise wie folgt berechnet werden.
Fall 1:
Modus Aus, keine Berechnung, letzten Wert darstellen.
Fall 2:
Modus Aktiv/Inaktiv, mitlaufender Mittelwert, $S (t) = \frac{s (t - Δ t) * (T_{B e z u g} - Δ t) + x (t) * Δ t}{T_{B e z u g}}$
Fall 3:
Modus Reset, mitlaufender Mittelwert, S(0) = 50 ; t_Bezug = t_Pump, _Total
wobei t_Pump, _Total die laufenden Pump-Betriebsstunden bezeichnet. Die Bezugszeit t_Bezug für den Langzeit Score-Wert S ermittelt sich dann aus t_Bezug = t_Pump, _Total - t_Pump,ReSet
Ein Nutzer der Arbeitsmaschine 100 muss herkömmlich eine bestimmte Anzahl von einzustellenden Sollwerten selbst einstellen (freie Parameter/Sollgrößen), da die Arbeitsmaschine 100 nicht selbst beurteilen kann, ob diese Sollwerte für eine Arbeitsaufgabe tatsächlich notwendig sind oder nicht. Dem Nutzer fehlen auf der anderen Seite das Wissen und die Information, ob eine andere Einstellung dieser Sollwerte zu einer Verbesserung der Maschinenfunktion führen könnte. Die Erfindung unterstützt nun den Nutzer dabei, eine bessere Einstellung der Sollwerte zu finden.
Erfindungsgemäß wird dem Nutzer auf Basis der aktuellen Istwerte und Sollwerte ein Hinweis gegeben, wie der Nutzer die frei einstellbaren Sollwerte einstellen soll, um ein bestimmtes Optimierungskriterium zu erfüllen. Die Istwerte können beispielsweise sein: Hydraulikdruck p_HD,ist, Motordrehzahl n_Motor, Mast-Stellung, Betonzustand, usw. Die frei-einstellbaren Soll-Werte können sein: Fördermenge Q_soll, Motordrehzahl, Mast-Stellung, usw. Die Optimierungskriterien können sein: Kraftstoffverbrauch, Mastschwingungen, Bauteilbeanspruchung (z.B. durch Pumpstöße), usw.
Der Hinweis kann ermittelt werden basierend beispielswiese auf: Online-Berechnung, Kennfeld/Tabelle aus Offline-Berechnung, Kennfeld/Tabelle aus Erfahrung, Grenzwerte/Schwellwerte, Fuzzy-Logic, usw.
Die Ermittlung kann diskret oder kontinuierlich, sowie basierend auf Echtzeitdaten oder einer Datenhistorie erfolgen. Zur Ermittlung des Hinweises können berechnete Optimal-Werte herangezogen werden.
Der Hinweis kann beispielsweise gegeben werden durch: direkte Anzeige der Sollwert-Optima, Anzeige zur Betätigungsrichtung der nicht optimal eingestellten Sollwerte (beispielsweise Drehzahlreduzierung ohne Zielwert), Anzeige der aktuellen Situation (beispielsweise Optimum Ja/Nein, berechneter Score-Wert), mittels eines Langzeit-Score-Werts (Einbeziehung älterer Daten), usw.
Durch Analyse des aktuellen Hydraulikdrucks und der aktuellen Motordrehzahl sowie der Soll-Fördermenge und der Soll-Motordrehzahl (manuell eingestellt) kann beispielsweise die optimale Ansteuerung der Hydraulikpumpen und die optimale Motordrehzahl im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch ermittelt werden. Ist nun beispielsweise eine große Fördermenge oder eine vom Optimum abweichende Motordrehzahl durch den Nutzer eingestellt, kann der Hinweis an den Bediener gegeben werden, die optimalen (oder einfach bessere) Sollwerte einzustellen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine (100) aufweisend eine Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff, wobei eine Anzahl von Sollwerten, die den Betrieb der Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff betreffen, von einem Benutzer einstellbar sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - Erfassen einer Anzahl von Istwerten der Vorrichtung (1), - Berechnen eines Sollwert-Optimums für einen jeweiligen Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten basierend auf der Anzahl von erfassten Istwerten, und - Ausgeben eines Hinweises an den Benutzer, falls ein eingestellter Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten nicht seinem berechneten Sollwert-Optimum entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von einstellbaren Sollwerten ausgewählt ist aus der Menge: - Soll-Fördermenge (Q_soll) des Dickstoffs, - Soll-Drehzahl (n_Motor,soll) eines Motors (2), der die Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff antreibt, und - Soll-Stellung (Mast_soll) eines Masts (3) der Arbeitsmaschine (100).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Istwerten ausgewählt ist aus der Menge: - Ist-Hydraulikdruck (p_HD,ist) eines hydraulischen Antriebs (4) der Arbeitsmaschine (100), - Ist-Drehzahl (n_Motor,ist) eines Motors (2), der die Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff antreibt, - Ist-Stellung (Mast_ist) eines Masts (3) der Arbeitsmaschine (100), - Zustand (Beton_ist) des Dickstoffs, - Ist-Volumenstrom eines hydraulischen Antriebs (4) der Arbeitsmaschine (100), - Ist-Schwingungen eines Masts (3) der Arbeitsmaschine (100), - Ist-Schwingungen eines Unterbaus (5) der Arbeitsmaschine (100), und - Ist-Förderdruck des Dickstoffs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollwert-Optimum für einen jeweiligen Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten berechnet wird anhand mindestens eines Optimierungskriteriums ausgewählt aus der Menge: - Energieverbrauch und/oder Wirkungsgrad eines Motors, der die Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff antreibt, insbesondere Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors (2), der die Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff antreibt, - Mastschwingungen, - Bauteilbeanspruchung, - Unterbauschwingungen, und - Geräuschemissionen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgeben des Hinweises an den Benutzer dadurch erfolgt, dass - das Sollwert-Optimum für einen jeweiligen Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten angezeigt wird, und/oder - eine zugehörige Einstelleinrichtung zur Einstellung eines jeweiligen Sollwerts der Anzahl von Sollwerten hervorgehoben dargestellt wird, und/oder - ein Score-Wert (x) angezeigt wird, der angibt, inwieweit ein jeweiliger Sollwert der Anzahl von einstellbaren Sollwerten seinem zugehörigen Optimum entspricht.
Arbeitsmaschine (100) aufweisend eine Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff, wobei die Arbeitsmaschine (100) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Arbeitsmaschine (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass - die Arbeitsmaschine (100) einen Motor (2) aufweist, der die Vorrichtung (1) zur Förderung von Dickstoff antreibt.
Arbeitsmaschine (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet dass - die Arbeitsmaschine (100) einen Mast (3) aufweist.
Arbeitsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass - die Arbeitsmaschine (100) einen hydraulischen Antrieb (4) aufweist.