DE102021103112A1

DE102021103112A1 - Procedure for power management of a crane

Info

Publication number: DE102021103112A1
Application number: DE102021103112.5A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Vilbrandt
Original assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsverwaltung eines Krans, vorzugsweise eines elektrischen Krans, mit mehreren motorisch sowie generatorisch betreibbaren Krangewerken, umfassend die Schritte eines Erstellens eines leistungstechnischen Modells des Krans, bei dem die aktuellen Leistungen und Energien eines jeden der mehreren Krangewerke bestimmt werden, eines Ermittelns der erforderlichen Leistung zum Umsetzen einer Kranbewegungsänderungsanforderung auf Grundlage des erstellten leistungstechnischen Modells, und eines Verschaltens eines Zwischenkreises in Abhängigkeit von der ermittelten erforderlichen Leistung, wobei der Zwischenkreis zwischen den mehreren Krangewerken, einem Anschluss zum Zuführen einer Energie von einer externen Energiequelle, einem Energiespeicher zum Aufnehmen und Abgeben von Energie und einem Bremschopper zum thermischen Umsetzen von Energie angeordnet ist und diese wahlweise elektrisch miteinander verschalten kann.The present invention relates to a method for power management of a crane, preferably an electric crane, with a plurality of crane works that can be operated as a motor and as a generator, comprising the steps of creating a performance-related model of the crane, in which the current power and energies of each of the plurality of crane works are determined, determining the power required to implement a crane movement change request on the basis of the performance model created, and connecting an intermediate circuit depending on the determined required power, the intermediate circuit between the several crane plants, a connection for supplying energy from an external energy source, an energy store is arranged for absorbing and releasing energy and a brake chopper for thermally converting energy and these can optionally be electrically connected to one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren zur Leistungsverwaltung eines Krans, insbesondere eines Umschlagkrans.The present invention relates to a method for power management of a crane, in particular a handling crane.

Die Einspeisung von Strom bzw. die Zurverfügungstellung von Versorgungsleistung an einen Kran betreffen eine Vielzahl von kostenintensiven Bauteilen, die einen direkten Einfluss auf die Kosten des Krans (beispielsweise Kabel, Schleifringkörper usw.) haben und auch die zum Betrieb erforderliche Infrastruktur eines Krans maßgeblich beeinflusst.The feeding of electricity or the provision of supply power to a crane affects a large number of cost-intensive components that have a direct influence on the costs of the crane (e.g. cables, slip rings, etc.) and also have a significant influence on the infrastructure required for crane operation.

Dabei ist es typischerweise so, dass elektrische Krane über ein Stromnetz oder über einen extra für den Kran vorgesehenen Generator mit der für den Kran erforderlichen Leistung versorgt werden. Nachteilhaft an der herkömmlichen Umsetzung einer solchen Energieversorgung ist, dass die von außen für den Kran zur Verfügung stehende Leistung der maximalen Leistung des Krans entsprechen muss. Dies ist erforderlich, damit auch sehr energieintensive Arbeiten des Krans, die in der Regel nur einen Bruchteil der Gesamtarbeitszeit des Krans ausmachen, durchgeführt werden können. Es wird von einem Benutzer des Krans als sehr störend empfunden, wenn aufgrund eines Mangels an zur Verfügung stehender netz- oder generatorseitiger Leistung während der Betätigung des Krans die Verfahrgeschwindigkeit reduziert oder gar die gewünschte Bewegung des Krans nicht durchgeführt werden kann.It is typically the case that electric cranes are supplied with the power required for the crane via a power grid or via a generator provided specially for the crane. A disadvantage of the conventional implementation of such an energy supply is that the power available from the outside for the crane must correspond to the maximum power of the crane. This is necessary so that very energy-intensive work by the crane, which generally only accounts for a fraction of the total working time of the crane, can be carried out. A user of the crane finds it very annoying if, due to a lack of available mains or generator power during operation of the crane, the traversing speed is reduced or even the desired movement of the crane cannot be carried out.

Demgegenüber steht aber das Bestreben die Herstellungs-, Instandhaltungs- und Betriebskosten eines Krans zu verringern, um sich damit im Wettbewerb der unterschiedlichen Kranhersteller abzusetzen und einen Kran bereitzustellen, der geringere Betriebskosten über seine Lebenszeit aufweist und möglichst wenig Anpassungen der für ihn erforderlichen Infrastruktur erfordert.On the other hand, however, there is an effort to reduce the manufacturing, maintenance and operating costs of a crane in order to stand out from the competition from the different crane manufacturers and to provide a crane that has lower operating costs over its lifetime and requires as few adjustments as possible to the infrastructure required for it.

Darüber hinaus ist es ein permanentes Bestreben des Fachmanns auch die Energiekosten zum Betreiben eines Krans zu senken, insbesondere angesichts sich immer stärker verteuernder Stromkosten.In addition, it is a permanent endeavor of the person skilled in the art to also reduce the energy costs for operating a crane, in particular in view of the increasing cost of electricity.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die obenstehenden Nachteile zu überwinden oder zumindest abzuschwächen und ein Verfahren zur Leistungsverwaltung eines Krans vorzusehen, um den Betrieb eines Krans gegenüber einem herkömmlichen Kran zu verbilligen. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, einen Kran in Bezug auf seine Betriebskosten und der benötigten Energie für einen bestimmten Warenumschlag optimal zu betreiben.It is the object of the present invention to overcome or at least mitigate the above disadvantages and to provide a method for power management of a crane in order to make a crane cheaper to operate than a conventional crane. With the proposed method, it is possible to operate a crane optimally with regard to its operating costs and the energy required for a specific turnover of goods.

Dies gelingt mit einer Vorrichtung, die sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.This is achieved with a device that has all the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Leistungsverwaltung eines Krans, vorzugsweise eines elektrischen Krans, mit mehreren motorisch sowie wahlweise generatorisch betreibbaren Krangewerken, wobei das Verfahren die Schritte eines Erstellens eines leistungstechnischen Modells des Krans, bei dem die aktuellen Leistungen und Energien eines jeden der mehreren Krangewerke bestimmt werden, eines Ermittelns der erforderlichen Leistung zum Umsetzen einer Kranbewegungsänderungsanforderung auf Grundlage des erstellten leistungstechnischen Modells, und eines Verschaltens eines Zwischenkreises in Abhängigkeit von der ermittelten erforderlichen Leistung umfasst, wobei der Zwischenkreis zwischen den mehreren Krangewerken, einem Anschluss zum Zuführen einer Energie von einer externen Energiequelle, einem Energiespeicher zum Aufnehmen und Abgeben von Energie und einem vorzugsweise vorhandenen Bremschopper zum thermischen Umsetzen von Energie angeordnet ist und diese wahlweise elektrisch miteinander verschalten kann.The method according to the invention for power management of a crane, preferably an electric crane, with a plurality of crane works that can be operated as a motor and optionally as a generator, the method comprising the steps of creating a performance-related model of the crane, in which the current power and energies of each of the plurality of crane works are determined, determining the power required to implement a crane movement change request on the basis of the performance-related model created, and connecting an intermediate circuit depending on the determined required power, the intermediate circuit between the several crane plants, a connection for supplying energy from an external energy source, a Energy storage for receiving and delivering energy and a brake chopper, which is preferably present, is arranged for thermally converting energy and these are optionally electrically connected to one another old can.

Die Krangewerke können entweder vollständig, teilweise oder gar nicht generatorisch betrieben werden. Soweit gar kein Gewerk generatorisch betrieben wird, kann zwar keine Energierückgewinnung erzielt werden. Allerdings könnte der Speicher in den Schwachlastphasen des Krans aus dem Netz aufgeladen werden.The crane works can either be operated completely, partially or not at all as generators. If no system is operated as a generator, no energy recovery can be achieved. However, the storage tank could be charged from the grid during the crane's low-load phases.

Durch das Vorsehen des leistungstechnischen Modells des Krans werden die aktuellen Leistungen und Energien der einzelnen Krangewerke bestimmt. Es wird also bestimmt, welche Energien in bspw. dem Hubwerk, dem Wippwerk, dem Drehwerk und/oder dem Fahrwerk vorhanden sind, um in einem nachfolgenden Schritt abschätzen zu können, wieviel Energie für eine gewünschte Kranbewegungsänderungsanforderung von außen oder aus dem Energiespeicher zugeführt werden muss.By providing the performance-related model of the crane, the current performance and energies of the individual crane units are determined. It is therefore determined which energies are available in, for example, the hoist, the luffing gear, the slewing gear and/or the running gear, in order to be able to estimate in a subsequent step how much energy has to be supplied from the outside or from the energy store for a desired change in crane movement .

Am Beispiel des Hubwerks lässt sich dies auf einfache Art und Weise nachvollziehen, da die dort vorliegende kinetische Energie sich aus der Bewegung der Last und der sich drehenden Antriebselemente des Hubwerks zusammensetzt. Neben der kinetischen Energie ist aber auch noch die Potentialenergie zu berücksichtigen, die sich unter Nichtberücksichtigung der Masse des Hubwerks im Wesentlichen aus der Höhe der gehobenen Last ergibt.This can be easily understood using the example of the hoist, since the kinetic energy present there is made up of the movement of the load and the rotating drive elements of the hoist. In addition to the kinetic energy, the potential energy must also be taken into account, which essentially results from the height of the lifted load if the mass of the hoist is not taken into account.

Ist es bspw. gewünscht eine Bewegung des Hubwerks abzubremsen bzw. anzuhalten, ist es erforderlich, die herrschende kinetische Energie auszugleichen und zusätzlich dauerhaft eine Halteleistung, die auf der Gewichtskraft der Nutzlast basiert, aufzubringen.If, for example, it is desired to brake or stop a movement of the hoist, it is necessary to compensate for the prevailing kinetic energy and, in addition, to permanently hold it tion, which is based on the weight of the payload.

In Abhängigkeit einer Geschwindigkeitsänderungsanforderung ergibt sich dann die notwendige Leistung, die durch das beim Anhalten im generatorischen Betrieb arbeitenden Hubwerk abgeführt werden muss. Die dabei erzeugte Energie kann dabei über das Hubwerk in den Zwischenkreis und von dort dem Energiespeicher, einer Netzrückspeisung und/oder dem Bremschopper zugeführt werden.Depending on a speed change requirement, the necessary power then results, which must be dissipated by the hoist working in generator mode when stopping. The energy generated in this way can be fed via the hoist into the intermediate circuit and from there to the energy store, a regenerative power supply and/or the brake chopper.

Beim Beschleunigen verhält es sich umgekehrt, da hier die kinetische Energie erst aufgebaut werden muss, so dass bei einem Anheben der Nutzlast die potentielle Energie erhöht wird. In Abhängigkeit einer zeitlichen Anforderung zum Umsetzen der Kranbewegung ergibt sich eine Leistung, die aus dem Energiespeicher oder von der externen Energiequelle zur Verfügung gestellt werden muss.The opposite is true when accelerating, since the kinetic energy must first be built up here, so that the potential energy is increased when the payload is lifted. Depending on a time requirement for implementing the crane movement, there is a power that must be made available from the energy store or from the external energy source.

Ferner kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass ein Modell zur Energiezufuhr und/oder Energieabfuhr in den Zwischenkreis hinein oder aus diesem heraus erstellt wird, in dem sämtliche mit dem Zwischenkreis gekoppelten Energiequellen und Energiesenken auf ihre Fähigkeit hin, Energie zu liefern oder Energie aufzunehmen, bewertet oder simuliert werden, um sowohl eine Gesamtheit der zur Verfügung stehenden Energie wie auch eine Gesamtheit der aufnehmbaren Energie zu erhalten.Furthermore, according to the method according to the invention, it can be provided that a model for supplying and/or dissipating energy into or out of the intermediate circuit is created, in which all energy sources and energy sinks coupled to the intermediate circuit are assessed for their ability to supply energy or absorb energy , evaluated or simulated in order to obtain both a total of the energy available and a total of the energy that can be absorbed.

Als mögliche Energiequellen kommen dabei der Energiespeicher sowie die externe Energiequelle (beispielsweise in Form eines Stromnetzes oder eines Generators) wie auch die im generatorischen Betrieb arbeitenden Krangewerke infrage. Als Energiesenke wird beispielsweise der Energiespeicher bei einem Ladevorgang, die externe Energiequelle bei einer Rückspeisung von Strom (beispielsweise in ein Stromnetz) oder aber das Umsetzen von Energie an einem thermischen Widerstand im Bremschopper angesehen. Selbstverständlich wird als Energiesenke auch der generatorische Betrieb des mindestens einen Krangewerks erfasst, der beispielsweise bei einer gewünschten Kranbewegungsänderungsanforderung durchzuführen ist.Possible energy sources are the energy store and the external energy source (for example in the form of a power grid or a generator) as well as the crane systems working in generator mode. For example, the energy store during a charging process, the external energy source when current is fed back (for example into a power grid) or the conversion of energy at a thermal resistor in the brake chopper is regarded as an energy sink. Of course, as an energy sink, the regenerative operation of the at least one crane system, which is to be carried out, for example, when there is a desired crane movement change request, is also recorded.

Bei einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Summe der vorhandenen Bremswiderstände oder der Bremswiderstand so dimensioniert ist, dass er gegebenenfalls kleiner ist als die Summe der möglichen Bremsleistungen des mindestens einen Krangewerks. Kommt es tatsächlich zu einem simultanen Abbremsen mehrerer oder sämtlicher Krangewerke, sodass die eigentlich anfallende Energie die Summe des Bremswiderstands übersteigt, steht der Energiespeicher zur Verfügung oder erfolgt eine Rückspeisung, so dass damit ebenfalls Energie abgebaut werden kann.In a further development of the present invention, it can be provided that the sum of the existing braking resistors or the braking resistor is dimensioned in such a way that it is possibly smaller than the sum of the possible braking powers of the at least one crane system. If several or all of the cranes are actually braked simultaneously, so that the energy actually generated exceeds the sum of the braking resistor, the energy store is available or is fed back so that energy can also be dissipated.

Der Vorteil beim Erstellen eines solchen Modells ist, dass in Abhängigkeit von einer Leistungsfähigkeit eine externe Energiequelle (beispielsweise den Eigenschaften eines Versorgungsnetzes) einem Ladezustand des Energiespeichers und/oder einer Temperatur der Bremswiderstände zum thermischen Umsetzen von überschüssiger Energie die maximale aufnehmbaren Energie bzw. die maximal bereitstehende Energie bestimmt werden kann, sodass in dem zur Verfügung stehenden Rahmen eine gewünschte Umsetzung der geforderten Kranbewegungsänderungsanforderungen durchgeführt werden kann.The advantage of creating such a model is that, depending on the performance of an external energy source (e.g. the properties of a supply network), the state of charge of the energy storage device and/or the temperature of the braking resistors for thermally converting excess energy, the maximum energy that can be absorbed or the maximum available energy can be determined, so that a desired implementation of the required crane movement change requirements can be carried out within the available framework.

So kann beispielsweise die Netzleistung einer externen Stromversorgung in Abhängigkeit von Eingaben wie einer Temperatur, einer Spannung, einem Strom und/oder weiteren Netzbedingungen in ein Modell, das mindestens Generator, Transformator, Gleichrichter und/oder dabei anfallenden Leitungsverlusten nachbildet, die zur Verfügung stehende Netzleistung modellieren.For example, the mains power of an external power supply, depending on inputs such as temperature, voltage, current and/or other mains conditions, can be entered into a model that simulates at least the generator, transformer, rectifier and/or the resulting line losses, the available mains power model.

Ähnlich gilt dies für den Energiespeicher, der ebenfalls abhängig von den Eingaben wie Spannung, Strom, Temperatur, Alter und/oder bereits durchgeführte Ladezyklen in ein Modell, das mindestens die vorliegende Batterieart, den Ladezustand, den Allgemeinzustand der Batterie, die verwendeten Hoch- und Tiefssetzstellern und/oder der auftretenden Leitungsverluste berücksichtigt, modellierbar ist.The same applies to the energy storage device, which, depending on the inputs such as voltage, current, temperature, age and/or charging cycles already carried out, is converted into a model that at least shows the type of battery present, the state of charge, the general condition of the battery, the high and low voltages used Step-down converters and/or the line losses that occur are taken into account and can be modeled.

Das Modell für den Bremswiderstand ist ebenfalls abhängig von den einzugebenden Parametern Strom, Spannung, Temperatur, Alter und/oder Zyklenanzahl, wobei das Modell die thermische Kapazität, den Widerstand an sich und/oder den Chopper berücksichtigt.The model for the braking resistor also depends on the parameters to be entered: current, voltage, temperature, age and/or number of cycles, with the model taking into account the thermal capacity, the resistance itself and/or the chopper.

Ist für jede der Energiequellen und Energiesenken ein Modell erstellt, so kann auf Grundlage der verschiedenen Modelle die Gesamtheit der für den Kran bereitstehenden Energie sowie die Gesamtheit der aufnehmbaren Energie bestimmt werden.If a model is created for each of the energy sources and energy sinks, the entirety of the energy available for the crane and the entirety of the energy that can be absorbed can be determined on the basis of the various models.

Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass vor einem Verschalten des Zwischenkreises in Abhängigkeit von der ermittelten erforderlichen Leistung ein Abgleich mit der Gesamtheit der zur Verfügung stehenden und der aufnehmbaren Energie vorgenommen wird, um in Abhängigkeit davon eine Verschaltung des Zwischenkreises vorzunehmen, die die gewünschte Kranbewegungsänderungsanforderung umsetzt.It can also be provided that before the intermediate circuit is connected, depending on the required power that has been determined, a comparison is made with the totality of the available and the energy that can be absorbed, in order to make a connection of the intermediate circuit as a function of this, which implements the desired crane movement change request .

Es wird also in Abhängigkeit der modellierten Energiequellen und Energiesenken eine Umsetzung der Kranbewegungsänderungsanforderung durchgeführt, welche die durch das Modellieren der Energiesenken und Energiequellen gesetzten Grenzen nicht verlässt. Da es im Rahmen des Modells der Energiesenken und der Energiequellen auch mehrere Möglichkeiten zum Umsetzen der gewünschten Kranbewegungsänderungsanforderungen geben kann, kann eine favorisierte der mehreren Kranbewegungsanforderungen auf Grundlage voreingestellter Präferenzen erfolgen.There is therefore an implementation depending on the modeled energy sources and energy sinks of the crane movement change request, which does not leave the limits set by modeling the energy sinks and energy sources. Since there can also be several options for implementing the desired crane movement change requirements within the framework of the model of the energy sinks and the energy sources, a favored one of the several crane movement requirements can take place on the basis of preset preferences.

Demnach kann also vorgesehen sein, dass die Kranbewegungsänderungsanforderung und/oder die mindestens eine Bezugsquelle für die zum Umsetzen der Kranbewegungsänderungsanforderung erforderliche Leistung in Bezug auf Energieverbrauch, Umschlagsleistung eines Krans und/oder eine minimale Maschinenabnutzung optimiert ist/sind. Sind also mehrere Umsetzungen der gewünschten Kranbewegungsänderungsanforderungen möglich, kann beispielsweise diejenige umgesetzt werden, die in Bezug auf den Energieverbrauch minimal ist oder die die Umsetzung am schnellsten durchführt. Dem Fachmann ist klar, dass hierbei auch noch weitere Präferenzen oder Kombinationen von Präferenzen verfolgt werden können, beispielsweise mit dem Ziel einer minimalen Maschinenabnutzung, das Beibehalten eines möglichst hohen oder geringen Ladezustands des Energiespeichers oder dergleichen.Accordingly, it can be provided that the crane movement change request and/or the at least one reference source for the power required to implement the crane movement change request is/are optimized with regard to energy consumption, handling capacity of a crane and/or minimal machine wear. If several implementations of the desired crane movement change requirements are possible, the implementation can be implemented, for example, which is minimal in terms of energy consumption or which implements the implementation the fastest. It is clear to the person skilled in the art that other preferences or combinations of preferences can also be pursued here, for example with the aim of minimal machine wear, maintaining the highest possible or lowest possible charge state of the energy store or the like.

Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Modell zum Schätzen einer zukünftigen Kranbewegungsänderungsanforderung oder einer Abfolge von Kranbewegungsänderungsanforderungen erstellt wird, um dadurch die zukünftige erforderliche Leistung ermitteln zu können.According to an optional modification of the present invention, it can be provided that a model for estimating a future crane movement change request or a sequence of crane movement change requests is created in order to be able to determine the future required power.

Es kann also vorgesehen sein, dass in der Zukunft liegende (vermutlich) auftretende Kranbewegungsänderungsanforderungen geschätzt werden, um eine optimale Nutzung der zur Verfügung stehenden Komponenten zu gewährleisten. Schließlich werden Kranbewegungen oftmals in einer Wiederholung von verschiedenen, aber zueinander jeweils sehr ähnlichen Zyklen auftreten, sodass diese Information bei der Leistungsverwaltung des Krans nutzbar ist.It can therefore be provided that crane movement change requirements that will (probably) occur in the future are estimated in order to ensure optimal use of the available components. Finally, crane movements will often occur in a repetition of different but very similar cycles, so this information is useful in managing the performance of the crane.

Dabei kann also vorgesehen sein, dass das Modell zum Schätzen einer zukünftigen Kranbewegungsänderungsanforderung oder einer Abfolge von Kranbewegungsänderungsanforderungen auf vergangene Kranbewegungen zurückgreift und hieraus einen Umschlagszyklus ableitet.It can therefore be provided that the model for estimating a future crane movement change request or a sequence of crane movement change requests falls back on past crane movements and derives a turnover cycle therefrom.

Auf Grundlage eines solchen Umschlagszyklus kann dann beispielsweise eine energieoptimierte Kranbewegungsabfolge vorgesehen werden, bei der möglichst wenig Strom von der externen Energiequelle bezogen wird, sondern die Absenkvorgänge effektiv dazu genutzt werden, den Energiespeicher zu laden.On the basis of such a turnover cycle, an energy-optimized crane movement sequence can then be provided, for example, in which as little electricity as possible is drawn from the external energy source, but the lowering processes are used effectively to charge the energy store.

So kann mithilfe einer Zykluserkennung und einer Analyse der Verwendungsprofile von einzelnen Krangewerken ein Zyklus selbstlernend festgestellt werden, sodass eine kontinuierliche Fortführung eines solchen Zyklus beim Durchführen des Verfahrens zugrunde gelegt werden kann.A cycle can thus be determined in a self-learning manner with the aid of cycle recognition and an analysis of the usage profiles of individual crane works, so that a continuous continuation of such a cycle can be taken as a basis when carrying out the method.

Selbstverständlich kann auch durch einen Bediener ein Zyklus vorgegeben werden, der die Soll-Geschwindigkeiten und die Abfolge der einzelnen Krangewerke festlegt.Of course, an operator can also specify a cycle that defines the target speeds and the sequence of the individual crane units.

Alternativ oder zusätzlich kann dabei vorgesehen sein, dass das Modell zum Schätzen einer zukünftigen Kranbewegungsänderungsanforderung oder einer Abfolge von Kranbewegungsänderungsanforderungen auf in der Zukunft liegende vorgeplante Kranbewegungen zurückgreift.Alternatively or additionally, it can be provided that the model for estimating a future crane movement change request or a sequence of crane movement change requests falls back on crane movements that are pre-planned in the future.

So gibt es Verfahren zum Ansteuern von Kranen, bei denen die einzelnen Bewegungsschritte des Krans bereits im Vorhinein geplant worden sind. Beispielsweise können bei Umschlagkranen, die ein mit Containern beladenes Schiff löschen, die einzelnen Kranbewegungen bereits im Vorhinein feststehen. Auf Grundlage der so festgelegten Rahmenbedingungen kann das vorliegende Verfahren dann durchgeführt werden, wobei jedoch in der Zukunft liegende Kranbewegungsänderungsanforderungen Berücksichtigung finden können.There are procedures for controlling cranes in which the individual movement steps of the crane have already been planned in advance. For example, in the case of handling cranes that unload a ship loaded with containers, the individual crane movements can already be determined in advance. The present method can then be carried out on the basis of the general conditions defined in this way, although future requirements for changes in the movement of the crane can be taken into account.

Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Erstellen des leistungstechnischen Modells des Krans auf Kennlinien der einzelnen Krangewerke zurückgreift, die analytisch oder empirisch gewonnen wurden.According to a further optional development of the present invention, it can be provided that the creation of the performance-related model of the crane draws on characteristic curves of the individual crane mechanisms that were obtained analytically or empirically.

Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das Erstellen des leistungstechnischen Modells des Krans auf Simulationen von mindestens einem der mehreren Krangewerke zurückgreift.Furthermore, according to the present invention, it can be provided that the creation of the performance-related model of the crane uses simulations of at least one of the several crane plants.

Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Output des Modells zum Schätzen einer zukünftigen Kranbewegungsänderungsanforderung oder einer Abfolge von Kranbewegungsänderungsanforderungen als Input für das leistungstechnische Modell dient und in Abhängigkeit vom Output des Modells zur Energiezufuhr und/oder Energieabfuhr ein Abgleich durchgeführt wird, um eine Kranbewegung auszuführen und die Energiequellen und Energiesenken auf Grundlage der aus dem Abgleich gezogenen Ergebnisse anzusteuern.According to an optional development of the present invention, it can be provided that an output of the model for estimating a future crane movement change request or a sequence of crane movement change requests serves as input for the performance-related model and, depending on the output of the model for energy supply and/or energy dissipation, a comparison is carried out , to perform a crane movement and the energy sources and energy reduce based on the results drawn from the comparison.

Vorzugsweise kann hierbei vorgesehen sein, dass der Abgleich unter der Prämisse durchgeführt wird, möglichst wenig Energie von einer externen Energie zu verwenden, so dass die Kranbewegungen zu einem möglichst häufigen Lade- und Entladevorgang des Energiespeichers führen. Durch das häufige Nutzen des Energiespeichers wird möglichst wenig Energie von der externen Energiequelle bezogen, sodass der Energieverbrauch eines mit dem Verfahren betätigten Krans möglichst gering ist. Von besonderen Vorteil ist dies, wenn ein Arbeitszyklus des Krans bekannt oder mit ausreichender Sicherheit geschätzt werden kann, da das vollständige Entladen des Energiespeichers auch immer bedeutet, dass in einem solchen Moment eine spontane Leistungsanforderung, die über die von der externen Energiequelle bereitgestellten Energie hinausgeht, nicht oder nur in unzufriedener Art und Weise bedient werden kann. Stehen die Kranbewegungsänderungsanforderungen also nicht mit hinreichender Sicherheit fest, muss man bei dem hier vorgestellten energieeffizienten Arbeiten des Krans diesen Nachteil in Kauf nehmen oder auf Kosten der Energieeffizienz eine Restenergie in dem Energiespeicher beibehalten, wobei diese in dem Energiespeicher verbleibende Menge dann nicht für ein Aufnehmen einer Energie durch ein Krangewerk zur Verfügung steht.Provision can preferably be made here for the adjustment to be carried out under the premise of using as little energy as possible from an external source of energy, so that the crane movements lead to the most frequent possible charging and discharging process of the energy store. Due to the frequent use of the energy store, as little energy as possible is obtained from the external energy source, so that the energy consumption of a crane operated with the method is as low as possible. This is of particular advantage if a working cycle of the crane is known or can be estimated with sufficient certainty, since the complete discharge of the energy store also always means that at such a moment a spontaneous power requirement that exceeds the energy provided by the external energy source cannot be served or can only be served in an unsatisfactory manner. If the crane movement change requirements are not certain with sufficient certainty, one has to accept this disadvantage in the energy-efficient work of the crane presented here or retain residual energy in the energy store at the expense of energy efficiency, whereby this amount remaining in the energy store is then not available for taking up a Energy is available through a crane system.

Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Abgleich unter der Prämisse durchgeführt wird, die Kranbewegungen möglichst schnell auszuführen, so dass der Energiespeicher nicht nur durch einen generatorischen Betrieb von Krangewerken, sondern auch oder sogar nur über die externe Energiequelle geladen wird, um bei Kranbewegungen zusätzliche Energie für ein schnelles Betätigen bereitstellen zu können. Hierbei wird darauf geachtet, dass der Energiespeicher sein maximales Energieniveau möglichst rasch wieder einnimmt, damit das schnelle Ausführen von Kranbewegungen, bei dem sowohl Energie von der externen Energiequelle wie auch von dem Energiespeicher gleichzeitig genutzt wird, möglich ist.According to a further optional development of the present invention, it can be provided that the adjustment is carried out under the premise that the crane movements are carried out as quickly as possible, so that the energy store is not only charged by generator operation of crane works, but also or even only via the external energy source in order to be able to provide additional energy for rapid actuation during crane movements. Care is taken here to ensure that the energy store returns to its maximum energy level as quickly as possible, so that crane movements can be carried out quickly, in which both energy from the external energy source and from the energy store are used simultaneously.

Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass der Abgleich unter der Prämisse durchgeführt wird, die Kranbewegungen möglichst so auszuführen, dass keine durch die Krangewerke generatorisch erzeugte Energie über den Bremschopper in thermische Energie umgesetzt werden muss, vorzugsweise indem der Energiespeicher im motorischen Betrieb eines Krangewerks gezielt entladen wird, um die Energie eines generatorischen Betriebs eines Krangewerks aufnehmen zu können.Furthermore, according to the present invention, it can be provided that the adjustment is carried out under the premise that the crane movements are carried out as far as possible in such a way that no energy generated by the crane works as a generator has to be converted into thermal energy via the brake chopper, preferably by the energy store in motor operation of a Krangewerks is discharged in a targeted manner in order to be able to absorb the energy of a generator operation of a Krangewerk.

Hierbei wird es als vorteilhaft angesehen, sämtliche im generatorischen Betrieb der Krangewerke erzeugte Energie zu verwerten, also entweder in den Energiespeicher zurückzuführen oder in die externe Energiequelle, die typischerweise als Stromnetz ausgebildet ist, zurückzuspeisen. Dabei kann es sogar der Fall sein, dass man eine Rückspeisevergütung für den in das Stromnetz zurückgespeisten Strom erhält. Das Vernichten von elektrischer Energie durch Leiten über einen Widerstand und Umsetzen in thermische Energie soll dabei vermieden werden.It is considered advantageous here to use all of the energy generated during generator operation of the crane works, ie either to return it to the energy store or to feed it back into the external energy source, which is typically in the form of a power grid. It can even be the case that you receive a feedback payment for the electricity fed back into the power grid. The destruction of electrical energy by conducting it through a resistor and converting it into thermal energy should be avoided.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: ein Diagramm zu Leistungsbetrachtung eines Umschlagkrans über einen Umschlagszyklus,
3: eine Darstellung eines Modells für die Kranenergie und Kranleistung,
4: eine Darstellung eines Modells für die Energiequellen und die Energiesenken eines Krans,
5: eine Darstellung eines Modells zum Erfassen eines Zyklus für einen Umschlagsvorgang eines Krans, und
6: eine Darstellung zum Zusammenwirken der unterschiedlichen Modelle und die hieraus gewonnene Ansteuerungsbewegung des Krans und/oder optimierten Ansteuerung der Energiequellen und Energiesenken.

Further features, details and advantages of the present invention can be seen from the following description of the figures. show:

1 : a schematic representation of the device according to the invention,
2 : a diagram of the performance of a handling crane over a handling cycle,
3 : a representation of a model for the crane energy and crane power,
4 : a representation of a model for the energy sources and energy sinks of a crane,
5 : an illustration of a model for detecting a cycle for a handling operation of a crane, and
6 : A representation of the interaction of the different models and the resulting control movement of the crane and/or optimized control of the energy sources and energy sinks.

1 zeigt eine Übersicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Leistungsverwaltung eines Krans. Über einen Anschluss 2 zum Zuführen einer Energie einer externen Energiequelle werden im Regelfall die mehreren Krangewerke 4 mit Leistung versorgt. Jedes der Krangewerke 4 besitzt dabei einen motorisch und wahlweise auch generatorisch betreibbaren Elektromotor, sodass jedes der Krangewerke 4 Energie verbrauchen oder wahlweise auch Energie generieren kann. 1 shows an overview of the device 1 according to the invention for power management of a crane. As a rule, the several crane systems 4 are supplied with power via a connection 2 for supplying energy from an external energy source. Each of the crane assemblies 4 has an electric motor that can be operated as a motor and optionally also as a generator, so that each of the crane assemblies 4 can consume energy or optionally also generate energy.

Wie man der 1 entnehmen kann, ist dabei der Anschluss 2 zum Zuführen von Energie einer externen Energiequelle nicht direkt mit einem jeden der mehreren Krangewerke 4 verbunden, sondern wirkt mit einem Zwischenkreis 6 zusammen. Der Zwischenkreis 6 kann dabei entsprechend den Anforderungen einer Zwischenkreis-Steuereinheit die unterschiedlichen vom Zwischenkreis 6 abgehenden Komponenten3, 4, 5 wahlweise miteinander elektrisch verbinden oder elektrisch voneinander trennen.How to 1 can be seen, the connection 2 for supplying energy from an external energy source is not connected directly to each of the several crane units 4, but interacts with an intermediate circuit 6. In accordance with the requirements of an intermediate circuit control unit, the intermediate circuit 6 can optionally connect the different components 3, 4, 5, outgoing from the intermediate circuit 6, to one another electrically connect or electrically separate from each other.

Neben dem Anschluss 2 für eine externe Energiequelle und den mehreren Krangewerken 4 steht der Zwischenkreis 6 auch noch mit einem Energiespeicher 3 und einem Bremschopper 5 in wahlweiser elektrischer Verbindung. Um dabei den unterschiedlichen Spannungsformen und Spannungsniveaus des Energiespeichers 3, des Bremschoppers 5 und der mehreren Krangewerke 4 (beispielsweise Wippwerk, Wippwerk oder Drehwerk) gerecht zu werden, sind bidirektionale AC/DC-Wandler 7 bzw. bidirektionale DC/DC-Wandler 8 vorgesehen, um die unterschiedlichen an dem Zwischenkreis 6 angebundenen Komponenten 2, 3, 4, 5 mit der entsprechenden Spannung zu versorgen.In addition to the connection 2 for an external energy source and the several crane units 4, the intermediate circuit 6 is also optionally electrically connected to an energy store 3 and a brake chopper 5. In order to do justice to the different voltage forms and voltage levels of the energy store 3, the brake chopper 5 and the several crane mechanisms 4 (e.g. luffing gear, luffing gear or slewing gear), bidirectional AC/DC converters 7 or bidirectional DC/DC converters 8 are provided. to supply the different components 2, 3, 4, 5 connected to the intermediate circuit 6 with the appropriate voltage.

Mithilfe der in 1 dargestellten Struktur ist es demnach möglich, die Anforderungen an die externe Energiequelle abzusenken, da es nun nicht mehr die externe Energiequelle allein ist, die zum Bereitstellen der Maximalleistungsanforderung des Krans zu sorgen hat. Hierfür steht nun auch der Energiespeicher 3 zur Verfügung, der in Kombination mit der externen Energiequelle die maximale Leistungsanforderung abdecken kann. Dies hat zur Folge, dass die externe Energiequelle kleiner dimensioniert werden kann und durch das Speichern von Energie aus den Krangewerken insgesamt auch weniger Energie verbraucht wird. Weiter vorteilhaft hierbei ist, dass auch auf Seite der Vorrichtung 1 bzw. eines die Vorrichtung nutzenden Krans Komponenten kleiner und günstiger umgesetzt werden können.using the in 1 With the structure shown, it is therefore possible to lower the requirements for the external energy source, since it is now no longer the external energy source alone that has to ensure the provision of the maximum power requirement of the crane. The energy store 3 is now also available for this purpose, which can cover the maximum power requirement in combination with the external energy source. The consequence of this is that the external energy source can be dimensioned smaller and, due to the storage of energy from the crane works, less energy is consumed overall. A further advantage here is that smaller and cheaper components can also be implemented on the side of the device 1 or a crane using the device.

2 zeigt dabei die Leistungsbetrachtung über einen Umschlagszyklus bei einem Kran, der die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt. 2 shows the performance consideration over a handling cycle for a crane that uses the device according to the invention.

Die vom Kran erforderliche Spitzenleistung liegt dabei beispielhaft bei ca. 1300 kW, sodass nach herkömmlicher Umsetzung die von der externen Energiequelle zur Verfügung stehende Einspeisung eben jene 1300 kW zur Verfügung stellen müsste. Aufgrund der Verwendung des Energiespeichers mit einer beispielhaften Größe von 700 kW kann die Einspeiseleistung jedoch auf 600 kW reduziert werden. Zudem trägt weiter zur Energieeinsparung bei, dass der Großteil der notwendigen Energie zum Betätigen des Krans aus einer Rückspeisung von generatorisch betriebenen Elektromotoren des mindestens einen Krangewerks besteht. Der Großteil dieser generatorischen Leistung fällt dabei bei Senk- oder Bremsbewegungen der Krangewerke an.The peak power required by the crane is, for example, around 1300 kW, so that according to conventional implementation, the feed available from the external energy source would have to provide precisely those 1300 kW. However, due to the use of the energy store with an exemplary size of 700 kW, the feed-in power can be reduced to 600 kW. In addition, the fact that the majority of the energy required to operate the crane consists of feedback from electric motors operated as a generator of the at least one crane assembly also contributes to saving energy. The majority of this regenerative power is generated during the lowering or braking movements of the cranes.

Betrachtet man 2 erkennt man, dass die gesamte zur Verfügung gestellte Leistung (PTotal) die Summe der über den Energiespeicher zur Verfügung gestellten Energie (PStorage) mit der von der äußeren Energiequelle (PGenerator) eingeführten Energie ist.If you look at 2 you can see that the total power provided (PTotal) is the sum of the energy made available via the energy store (PStorage) with the energy introduced by the external energy source (PGenerator).

Immer dann, wenn die Leistungsanforderung des Krans die von der äußeren Energiequelle beibringbare Leistung von 600 kW überschreitet, wird der darüber hinausgehende Leistungsbedarf von dem Energiespeicher 3 zur Verfügung gestellt. Fällt hingegen der Leistungsbedarf unterhalb des Schwellenwerts von 600 kW ab, sorgt allein die externe Energiequelle für das Betreiben des Krans. Zum Laden des Energiespeichers 3 kann neben einem Laden über die externe Energiequelle selbstverständlich auch die von dem mindestens einen Krangewerk 4 in den Zwischenkreis 6 zurückgespeisten Energie verwendet werden. Das Aufladen des Energiespeichers 3 erkennt man beispielsweise im Zeitbereich von 45 bis ca. 60 Sekunden des Diagramms, bei dem die Leistung des Energiespeichers negativ ist.Whenever the power requirement of the crane exceeds the power of 600 kW that can be supplied by the external energy source, the power requirement in excess of this is made available by the energy store 3 . If, on the other hand, the power requirement falls below the threshold value of 600 kW, the external energy source alone is responsible for operating the crane. In addition to charging via the external energy source, the energy fed back into the intermediate circuit 6 by the at least one crane assembly 4 can of course also be used to charge the energy store 3 . The charging of the energy store 3 can be seen, for example, in the time range from 45 to about 60 seconds in the diagram, in which the power of the energy store is negative.

Wird eine höhere Leistung generatorisch erzeugt als der Energiespeicher 3 aufnehmen kann, kann der Rest dem Bremschopper zugeführt werden oder auch in ein Stromnetz, was eine mögliche Umsetzung einer externen Energiequelle darstellt, eingespeist werden. Im Diagramm ist ein solcher Zustand im Bereich von ca. 55 Sekunden und ab 80 Sekunden dargestellt.If a higher power is generated as a generator than the energy store 3 can absorb, the remainder can be supplied to the brake chopper or fed into a power grid, which represents a possible implementation of an external energy source. Such a state is shown in the diagram in the range of approx. 55 seconds and from 80 seconds.

Im Bereich von ca. 55 Sekunden überschreitet die von den unterschiedlichen Krangewerken eingespeiste Leistung, die maximal vom Energiespeicher 3 aufnehmbare Leistung, so dass diese nicht vollständig aufgenommen werden kann. Der Überschuss an Energie muss dann anderweitig aus dem Zwischenkreis 6 geführt werden, bspw. indem er an den Bremschopper 5 gegeben und dort an einem Widerstand in thermische Energie umgesetzt wird. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch eine Rückspeisung des Überschusses in die externe Quelle (bspw. Stromnetz) erfolgen.In the range of approximately 55 seconds, the power fed in by the different crane structures exceeds the maximum power that can be absorbed by the energy store 3, so that it cannot be fully absorbed. The excess energy must then be routed out of the intermediate circuit 6 in some other way, for example by being given to the brake chopper 5 and converted there into thermal energy at a resistor. Alternatively or additionally, however, the surplus can also be fed back into the external source (e.g. the electricity grid).

Im Bereich ab ca. 80 Sekunden ist der Energiespeicher 3 vollständig geladen und es steht keine weitere Kapazität zum Aufnehmen weiterer Energie zur Verfügung, so dass auch hier die durch generatorisch betriebene Krangewerke 4 erzeugte Energie anderweitig aus dem Zwischenkreis 6 abgeführt werden muss.In the range from about 80 seconds, the energy store 3 is fully charged and there is no further capacity to absorb further energy available, so that the energy generated by generator-operated cranes 4 has to be dissipated elsewhere from the intermediate circuit 6 .

Dem Fachmann ist klar, dass die zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung herangezogenen Werte selbstverständlich variierbar sind und keine einschränkende Wirkung auf den beanspruchten Gegenstand haben.It is clear to the person skilled in the art that the values used to explain the present invention can of course be varied and have no limiting effect on the claimed subject matter.

3 zeigt eine Darstellung eines Modells für die Kranenergie und Kranleistung. Das Modell bildet dabei unterschiedliche Krangewerke ab, nämlich ein Hubwerk, ein Wippwerk, ein Drehwerk und ein Fahrwerk. Dabei ist jedes der Krangewerke in einem Modell abgebildet, in das eine Soll-Geschwindigkeit des jeweiligen Krangewerks eingegeben wird. Das jeweilige Krangewerk wird dann unter Berücksichtigung der kinetischen Energie, der potentiellen Energie, von Reibungsverlusten und/oder elektrischen Verlusten (beispielsweise im Umrichter) unter Bezugnahme auf die jeweils charakteristischen Eigenschaften des jeweiligen Krangewerks modelliert. 3 shows a representation of a model for the crane energy and crane performance. The model depicts different crane structures, viz a hoist, a luffing gear, a slewing gear and a landing gear. In this case, each of the crane works is depicted in a model into which a target speed of the respective crane works is entered. The respective crane structure is then modeled taking into account the kinetic energy, the potential energy, friction losses and/or electrical losses (for example in the converter) with reference to the respective characteristic properties of the respective crane structure.

So wird beim Hubwerk beispielsweise darauf abgestellt, wie die derzeitige Geschwindigkeit, die derzeitige Hubhöhe, die derzeitige angehängte Last, die Einscherung und die aktuelle Temperatur ist. Unter Berücksichtigung dieser sich veränderbaren Werte sowie der Sollgeschwindigkeit kann die Kranenergie und Leistungsbilanz in Bezug auf eine Kranbewegungsänderungsanforderung für das Hubwerk bestimmt werden.For example, the hoist is based on the current speed, the current lifting height, the current attached load, the reeving and the current temperature. Taking these variable values and the target speed into account, the crane energy and power balance can be determined in relation to a crane movement change request for the hoist.

Ähnliches gilt für die weiteren Krangewerke Wippwerk, Drehwerk und Fahrwerk, wobei die charakteristischen Parameter der Krangewerke berücksichtigt werden. Für das Wippwerk ist dies neben der Geschwindigkeit eine Verfahrbewegung der Auslegerwinkel, die Lastmessung, eine Einscherung, die Temperatur, und/oder der Wind. Dem Fachmann ist klar, dass es sich hierbei nicht um eine abschließende Aufzählung handelt, sondern diese noch durch weitere Parameter erweitert werden kann.The same applies to the other crane units, luffing gear, slewing gear and undercarriage, whereby the characteristic parameters of the crane units are taken into account. For the luffing gear, in addition to the speed, this is a movement of the jib angle, the load measurement, a reeving, the temperature and/or the wind. It is clear to the person skilled in the art that this is not an exhaustive list, but that it can be expanded to include further parameters.

Die einzelnen modellierten Krangewerke weisen dann eine Energie bzw. Leistungsbilanz für eine gewünschte Kranbewegungsänderungsanforderung auf, die miteinander verrechnet werden, sodass es entweder zu einem Überschuss oder einem gewissen Bedarf an Energie zum Umsetzen dieser Kranbewegungsänderungsanforderungen kommt.The individual modeled crane plants then have an energy or power balance for a desired crane movement change requirement, which are offset against one another, so that there is either an excess or a certain energy requirement for implementing these crane movement change requirements.

Das Absetzen eines Containers von einem voll beladenen Schiff auf Bodenniveau wird dabei in der Regel zu einem Energieüberschuss führen, da die potentielle Energie des in dem Schiff gelagerten Containers größer ist als die Energie für das Verfahren des Krans ohne angehängte Last. Das Ergebnis des Kranenergie- und Leistungsmodells ist demnach, dass mit einem Überschuss an Energie zu rechnen ist, der beim Umsetzen der gewünschten Kranbewegungsänderungsanforderung anfällt.Setting down a container from a fully loaded ship at ground level will generally lead to an excess of energy, since the potential energy of the container stored in the ship is greater than the energy required to move the crane without a load attached. The result of the crane energy and performance model is therefore that an excess of energy is to be expected, which occurs when implementing the desired crane movement change request.

4 zeigt eine Darstellung eines Modells für die Energiequellen und die Energiesenken eines Krans. Auch hier gehen die Betriebsbedingungen für die unterschiedlichen Energiequellen und Energiesenken in ein jeweiliges Modell einer Energiequelle bzw. eine Energiesenke ein. So werden beispielsweise für die externe Energiequelle, die Spannung, der Strom, die Temperatur und auch weitere Netzbedingungen herangezogen, um die von dem Stromnetz zur Verfügung gestellte Netzleistung zu simulieren. Dabei wird ein Modell auf Grundlage des Generators, des Transformators der Gleichrichter und der Leitungsverluste erstellt, das mit den vorgenannten Parametern simuliert wird. 4 shows a representation of a model for the energy sources and energy sinks of a crane. Here, too, the operating conditions for the different energy sources and energy sinks are included in a respective model of an energy source or an energy sink. For example, for the external energy source, the voltage, the current, the temperature and also other network conditions are used to simulate the network power made available by the electricity network. A model is created based on the generator, the transformer, the rectifier and the line losses, which is simulated with the aforementioned parameters.

Ähnlich ist es bei dem Energiespeicher, der ebenfalls anhand der verwendeten Batterie, des Kondensators, dem Ladezustand, dem Allgemeinzustand, den verwendeten Hoch- und Tiefsetzstellern und den Leitungsverlusten modelliert wird, wobei als Eingang in das Modell Spannung, Strom, Temperatur, Alter und Zyklenanzahl eingegeben wird.It is similar with the energy storage, which is also modeled on the basis of the battery used, the capacitor, the state of charge, the general condition, the step-up and step-down converters used and the line losses, with voltage, current, temperature, age and number of cycles as input into the model is entered.

Für das Modell des Bremswiderstands wird dessen thermische Kapazität, der Widerstand, die Chopper-Schaltung usw. herangezogen, und mit den Parametern von Spannung, Strom, Temperatur, Alter und Zyklenanzahl beaufschlagt.For the model of the braking resistor, its thermal capacity, resistance, chopper circuit, etc. are used and the parameters of voltage, current, temperature, age and number of cycles are applied.

Ausgehend von den unterschiedlichen Modellen der Energiequellen und Energiesenken lässt sich dann die Gesamtheit der für den Kran bereitstehenden Energie sowie die Gesamtheit der aufnehmbaren Energie simulieren, und für einen später folgenden Abgleich mit einer geforderten Energie für eine Kranbewegungsänderungsanforderung heranziehen.Based on the different models of the energy sources and energy sinks, all of the energy available for the crane and all of the energy that can be absorbed can then be simulated and used for a subsequent comparison with a required energy for a crane movement change request.

5 zeigt eine Darstellung eines Modells zum Erfassen eines Zyklus für einen Umschlagsvorgang eines Krans. Für eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Leistungsquellen und Leistungssenken wird ein auf einem Umschlagszyklus basierendes Schätzsystem verwendet. Dieses kann entweder den Zyklus selbstständig abschätzen und damit die benötigten Leistungsbedarfe ermitteln oder weitestgehend fest vorgegeben sein (durchschnittlicher Zyklus) aber auch dynamisch ermittelt werden (beispielsweise bei einem automatischen Kransystem). 5 shows a representation of a model for detecting a cycle for a handling operation of a crane. An estimation system based on a turnover cycle is used for optimal utilization of the available power sources and power sinks. This can either estimate the cycle independently and thus determine the required power requirements or be largely predefined (average cycle) or determined dynamically (for example in the case of an automatic crane system).

So gibt es im Wesentlichen drei unterschiedliche Wege zum Schätzen für einen Zyklus eines Umschlagvorgangs eines Krans, wobei in einem solchen Zyklus die Soll-Geschwindigkeiten und die Abfolge der Betätigung der einzelnen Krangewerke festgelegt sind oder sich sehr stark ähneln.There are essentially three different ways of estimating a cycle of a handling operation of a crane, with the target speeds and the sequence of actuation of the individual crane assemblies being fixed or being very similar in such a cycle.

Eine erste Möglichkeit zum Schätzen eines Zyklus ist ein selbstlernender Zyklus, der aufgrund einer Profilaufzeichnung der einzelnen Krangewerke und der bewegten Lasten aus dem vorhergehenden Zyklus oder einigen vorhergehenden Zyklen abgeleitet wird. Dabei erkennt eine Software sich wiederholende Bewegungsmuster des Krans und schließt auf mehrere hintereinander ausgeführte Umschlagszyklen. Es wird davon ausgegangen, dass ähnliche Zyklen auch in der unmittelbaren Zukunft ausgeführt werden, sodass der Bezug von Energie aus der externen Energiequelle sowie der Lade- und Entladevorgang des Energiespeichers hierauf angepasst werden.A first possibility for estimating a cycle is a self-learning cycle, which is derived from the previous cycle or several previous cycles based on a profile recording of the individual crane works and the moved loads. Software recognizes repetitive movement patterns of the crane and concludes that several handling cycles have been carried out one after the other. It is assumed that similar cyc len are also carried out in the immediate future, so that the procurement of energy from the external energy source and the charging and discharging of the energy storage device are adapted to this.

Auch ist es möglich, dass ein in gewissen Rahmen bereits vordefinierter Zyklus feststeht, der beispielsweise anhand einer Langzeitbetrachtung der durchgeführten Zyklen in der Vergangenheit erstellt wird.It is also possible that a cycle that is already predefined within a certain framework is established, for example, based on a long-term observation of the cycles carried out in the past.

Auch ist es möglich, dass ein (teil)automatischer Kran mit vorgeplanten Kranbewegungen genutzt wird, sodass der nächste, abzuschätzende Zyklus bereits sehr genau bekannt ist. Es wird demnach für jeden anstehenden Zyklus oder einer Vielzahl von Zyklen eine eigene Planung durchgeführt, sodass jeder der sich auch nur marginal unterscheidenden Zyklen optimal verarbeitet werden kann. Da für jeden der anstehenden Zyklen oder einer Vielzahl davon eine eigene Schätzung erfolgt, wird ein solches Verfahren auch als dynamisch bezeichnet.It is also possible that a (partly) automatic crane with pre-planned crane movements is used, so that the next cycle to be estimated is already known very precisely. Accordingly, a separate planning is carried out for each pending cycle or a large number of cycles, so that each of the cycles that differ, even marginally, can be optimally processed. Since a separate estimate is made for each of the pending cycles or for a large number of them, such a method is also referred to as dynamic.

Jede der unterschiedlichen Arten zum Abschätzen eines Zyklus hat zum Ziel, den nächsten Zyklus möglichst genau vorherzusagen, sodass die Sollgeschwindigkeiten und die Abfolge der einzelnen Krangewerke feststehen.The aim of each of the different ways of estimating a cycle is to predict the next cycle as precisely as possible, so that the target speeds and the sequence of the individual crane units are known.

6 zeigt eine Darstellung zum Zusammenwirken der unterschiedlichen Modelle und der hieraus gewonnenen Ansteuerungsbewegung des Krans und/oder optimierten Ansteuerung der Energiequellen und Energiesenken. 6 shows a representation of the interaction of the different models and the resulting control movement of the crane and/or optimized control of the energy sources and energy sinks.

Ausgehend vom Modell zum Schätzen der Zyklen wird eine sich hieraus ergebende Kranbewegungsänderungsanforderung an das Modell zum Erfassen einer Energie bzw. Leistung einer Kranbewegung gegeben. Parallel dazu wird in dem Modell der Energiequellen und der Energiesenken die Gesamtheit der zur Verfügung stehenden Energie und die Gesamtheit der aufnehmbaren Energie abgeschätzt, sodass die Ergebnisse hieraus mit den Ergebnissen der Leistungsanforderung einer Kranbewegungsänderungsanforderung abgeglichen werden können. Je nachdem, wie viel Energie zur Verfügung steht und/oder wie viel Energie aufgenommen werden kann, wird in dem Abgleich eine von mehreren möglichen Kranbewegungen zum Erfüllen der Kranbewegungsänderungsanforderung ausgewählt. Dabei kann das Auswählen nach bestimmten Präferenzen, beispielsweise einem möglichst schnellen Umsetzen der Kranbewegungen oder einem minimalen Energieverbrauch erfolgen.Starting from the model for estimating the cycles, a crane movement change request resulting from this is given to the model for detecting an energy or power of a crane movement. At the same time, the total of the available energy and the total of the energy that can be absorbed is estimated in the model of the energy sources and the energy sinks, so that the results from this can be compared with the results of the performance requirement of a crane movement change requirement. Depending on how much energy is available and/or how much energy can be absorbed, one of several possible crane movements to meet the crane movement change request is selected in the comparison. In this case, the selection can be made according to specific preferences, for example the quickest possible implementation of the crane movements or minimal energy consumption.

Es erfolgt somit eine Optimierung der Kranansteuerung und der Verwendung der Leistungsquellen und Leistungssenken. Die Optimierung kann beispielsweise bezogen auf Energieverbrauch, Umschlagsleistung oder minimale Maschinenabnutzung erfolgen.The crane control and the use of the power sources and power sinks are thus optimized. The optimization can be based, for example, on energy consumption, handling capacity or minimal machine wear.

Ein vereinfachtes Beispiel soll anhand einer Energieoptimierung dargelegt werden. Hierbei wird der Energiespeicher möglichst oft verwendet, um Kranbewegungen zu unterstützen, sodass das Ziel erreicht werden kann, bei allen Kranbremsbewegungen und Senkbewegungen möglichst leer zu sein. Dadurch ist es möglich, das Maximum an Senkenergie und Bremsenergie aufzunehmen.A simplified example will be presented using energy optimization. In this case, the energy store is used as often as possible to support crane movements, so that the goal can be achieved of being as empty as possible during all crane braking and lowering movements. This makes it possible to absorb the maximum amount of lowering energy and braking energy.

Ist hingegen ein schneller Umschlag von Waren erwünscht, gilt es die Kranbewegungen möglichst schnell auszuführen, was zu einer hohen Geschwindigkeit und einer starken Beschleunigung der einzelnen Krangewerke führt. Dabei wird der Energiespeicher möglichst beim Bremsen oder Senken geladen, wobei aber zusätzlich auch von der externen Energiequelle (beispielsweise Netzversorgung) ein Ladestrom in den Energiespeicher geleitet wird, um bei gewünschten Beschleunigungen und schnellen Fahrten von Krangewerken durchgängig die maximale Leistung zur Verfügung stellen zu können.If, on the other hand, goods are to be handled quickly, the crane movements must be carried out as quickly as possible, which leads to high speeds and strong acceleration of the individual crane units. The energy store is charged as far as possible when braking or lowering, but a charging current is also fed into the energy store from the external energy source (e.g. mains supply) in order to be able to continuously provide the maximum power for desired accelerations and fast crane movements.

Zu guter Letzt soll auch am Beispiel eines Bremswiderstands die Idee der vorliegenden Erfindung gezeigt werden. Bei gleichzeitiger Rückleistung mehrerer Krangewerke (typischerweise in einer Situation, in der mehrere Krangewerke in Bewegung sind und diese gleichzeitig abgebremst werden) überschreitet die hierdurch erzeugte generatorische Leistung durch die mehreren Krangewerke die maximale Energie, die über den Bremswiderstand in thermische Energie umgesetzt werden kann. Alternativ kann in diesem Fall die Verzögerung der Kranbewegungen angepasst werden (leistungskonstant) oder der Energiespeicher wird gezielt entladen, damit bei einer Bewegung mehrerer oder aller Krangewerke auch die hierbei anfallende Rückspeisung anteilig aufgenommen werden kann. Dadurch wird die über den Bremswiderstand abzubauende Energie verringert, sodass weiterhin ein sehr starkes Abbremsen des Krans bzw. ein gleichzeitiges Abbremsen der mehreren Gewerke ohne unnötige Verzögerungen möglich ist. Gerade in Notfallsituationen kann es von großem Vorteil sein, wenn das Einleiten von Abbremsvorgängen unmittelbar umgesetzt wird.Last but not least, the idea of the present invention should also be shown using the example of a braking resistor. If there is simultaneous reverse power from several crane assemblies (typically in a situation in which several crane assemblies are in motion and they are being braked at the same time), the generated power generated by the multiple crane assemblies exceeds the maximum energy that can be converted into thermal energy via the braking resistor. Alternatively, in this case, the delay in the crane movements can be adjusted (constant power) or the energy storage device is discharged in a targeted manner so that when several or all of the crane units are moved, the energy recovery that occurs can be absorbed proportionately. As a result, the energy to be dissipated via the braking resistor is reduced, so that it is still possible to brake the crane very sharply or to brake the several sections simultaneously without unnecessary delays. Especially in emergency situations, it can be of great advantage if the initiation of braking processes is implemented immediately.

Mit der Erfindung ist es daher möglich einen Kran so anzusteuern, dass der Umschlagszyklus eines Krans optimal durchgeführt werden kann, wobei die möglichen Optimierungskriterien Energieverbrauch, Maschinenabnutzung und Umschlaggeschwindigkeit sein können.It is therefore possible with the invention to control a crane in such a way that the handling cycle of a crane can be carried out optimally, with the possible optimization criteria being energy consumption, machine wear and handling speed.

Claims

Method for power management of a crane, preferably an electric crane, with several crane works that can be operated as a motor and optionally as a generator, comprising the steps: Creation of a performance-related model of the crane, in which the current performance and energy of each of the several crane works are determined, determining the power required to implement a crane motion change request based on the built performance model, and Interconnection of an intermediate circuit as a function of the determined required power, the intermediate circuit being arranged between the several crane structures, a connection for supplying energy from an external energy source, an energy store for absorbing and releasing energy and a brake chopper for thermally converting energy and these can optionally be electrically interconnected.

Procedure after the previous one claim 1 , In addition, a model for supplying and/or dissipating energy into or out of the intermediate circuit is created, in which all energy sources and energy sinks coupled to the intermediate circuit are evaluated for their ability to supply energy or absorb energy, in order to total of the available energy as well as a total of the absorbable absorbable energy.

Procedure after the previous one claim 2 Before connecting the intermediate circuit, depending on the determined required power, a comparison is made with the entirety of the available and the energy that can be absorbed, in order to make an interconnection of the intermediate circuit as a function of this, which implements the desired crane movement change request.

Method according to one of the preceding claims, wherein the crane movement change request and/or the at least one reference source for the power required to implement the crane movement change request is/are optimized with regard to energy consumption, handling capacity of a crane or minimal machine wear.

A method according to any one of the preceding claims, further comprising creating a model for estimating a future crane motion change request or a sequence of crane motion change requests to thereby determine future required power.

procedure after claim 5 , wherein the model for estimating a future crane movement change request or a sequence of crane movement change requests relies on past crane movements and derives a turnover cycle therefrom.

Method according to any of the preceding Claims 5 or 6 wherein the model uses future pre-planned crane movements to estimate a future crane movement change request or a sequence of crane movement change requests.

Method according to one of the preceding claims, in which the creation of the performance-related model of the crane relies on characteristic curves of the individual crane systems which were obtained analytically or empirically.

Method according to one of the preceding claims, wherein the creation of the performance-related model of the crane relies on simulations of at least one of the plurality of crane plants.

Method according to one of the preceding claims, developed with the claims 2 and 5 , wherein an output of the model for estimating a future crane movement change requirement or a sequence of crane movement change requirements serves as input for the performance model and depending on the output of the model for energy supply and/or energy removal, a comparison is carried out in order to carry out a crane movement and the energy sources and energy sinks based on the results drawn from the comparison.

Procedure after the previous one claim 10 , The comparison being carried out under the premise of using as little energy as possible from external energy, so that the crane movements lead to the most frequent possible charging and discharging of the energy store.

Method according to any of the preceding Claims 10 or 11 , whereby the comparison is carried out under the premise that the crane movements are to be carried out as quickly as possible, so that the energy store is charged not only by generator operation of crane structures but also via the external energy source in order to be able to provide additional energy for rapid actuation during crane movements.

Method according to any of the preceding Claims 10 , 11 or 12 whereby the comparison is carried out under the premise that the crane movements are carried out as far as possible in such a way that no energy generated by the crane mechanisms as a generator has to be converted into thermal energy via the brake chopper, preferably by the energy storage device being discharged in a targeted manner during motor operation of a crane mechanism in order to use the energy of a to be able to start generator operation of a crane.