DE2850455A1

DE2850455A1 - Vorrichtung zum abtasten der position des endes eines gegliederten armes im raum

Info

Publication number: DE2850455A1
Application number: DE19782850455
Authority: DE
Inventors: Frank P Haley; Louis Stickney Mctamaney
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1979-07-12
Also published as: NL182720C; BR7807641A; CA1118894A; IT1100573B; GB2008287B; FR2409135B1; MX145939A; NL182720B; DE2850455C2; GB2008287A; NL7811442A; NO833058L; US4205308A; JPS5484618A; NO154449B; FR2409135A1; JPS5938160B2; NO154449C; NO156346B; NO783734L

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. WeiokmaNN, Dip)..-Phys. Dk. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.¥eιckmann, Dipl.-Chem. B. Huber

2850A55

8000 MÜNCHEN 86, DEN η « ·₅ POSTFACH 860820 ^{L l} ^N0V'

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

D2o/cb SJ 7882

FMC CORPORATION

200 E. Randolph Drive Chicago, 111., V.St.A.

Vorrichtung zum Abtasten der Position des Endes eines gegliederten Armes im Raum.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtasten der Position des Endes eines gegliederten Armes im Raum nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ladearme für Flüssigkeiten, die aus gegliederten Leitungen aufgebaut sind, werden in beträchtlichem Maße in der Petroleumindustrie zur Überführung von Öl oder anderen Flüssigkeiten zwischen einer Mole, einem Kai oder einer anderen Ladestelle und einem Tanker, der längsseits festgemacht ist, benutzt. Solch ein Arm enthält im allgemeinen einen inneren Ausleger oder ein Glied, welcher oder welches von einer vertikalen Steigleitung durch Leitungsdrehgelenke getragen wird, um Drehbewegungen um eine horizontale und vertikale Achse zu erleichtern, und ein äußerer Ausleger oder ein äußeres Glied ist durch ein Leitungsdrehgelenk mit

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dem inneren Glied verbunden, so daß es relativ dazu um eine horizontale Achse drehbar ist. Das äußere Ende des äußeren Gliedes ist so gestaltet, daß es an einen auf einem Tanker befindlichen Leitungsverteiler anschließbar ist, welcher innerhalb der Reichweite des Armes angeordnet ist. Beispielsweise ist dafür eine ablösbare Kupplungsvorrichtung geeignet.

Wenn eine Einrichtung dieser Art entworfen wird, werden Minimalforderungen an die Reichweite des Armes gestellt.

Diese Forderungen werden ausgedrückt als die maximale Verschiebung parallel und von der Mole weg bezüglich einer vorgegebenen Position, der maximalen Verschiebung von der Mole Weg aufgrund von Veränderungen im Abstand zwischen Tankerverteiler und Tankerreling und als maximale vertikale Verschiebung aufgrund von Veränderungen im Wasserpegel . und der Höhe des Tankerverteilers relativ zum· Wasserpegel. Diese Verschiebungen definieren einen dreidimensionalen Raum, welcher abschnittsweise rechtwinkelig ist, wenn er in der Ebene oder in Seitenansicht angesehen wird, entweder parallel oder senkrecht zur Mole ist und dieser Raum ist als Arbeitsbereich des Armes bekannt. Der Arm muß in der Lage sein, all diese Verschiebungen auszugleichen, so daß eine sichere und feste Verbindung mit dem Tankerverteiler innerhalb der Grenzen dieses Arbeitsbereiches hergestellt und beibehalten werden kann.

Die. meisten gegliederten Arme- sind ausbalanciert, so daß sie, wenn sie leer sind, sich im wesentlichen selbst tragen. Jedoch ist das Gewicht des Öls oder einer anderen Flüssigkeit im Arm während der Benutzung nicht ausbalanciert und muß folglich teilweise vom Tankerverteiler getragen werden, mit dem der Arm verbunden ist. Es ist klar, daß die Beanspruchung an dem Verteiler mit der Ausdehnung des Armes anwächst. Außerdem ist der Verteiler immer in

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Richtung Tankerreling ausgerichtet und die Beanspruchung, welcher der Verteiler in einer senkrechten Richtung zur Reling und 'folglich zur Mole ausgesetzt werden kann, ist größer als die Beanspruchung, welcher er parallel-zur Reling ausgesetzt werden kann. Die Beanspruchung parallel zur Reling wächst mit einer Erhöhung des Drehwinkels an, welcher den Winkel zwischen der vertikalen Ebene, in welcher der Arm s.ich bewegt ,und der vertikalen Ebene durch die Steigleitung und normal zur Kante der Mole bedeutet. Um deshalb zu verhindern, daß die Beanspruchungen am Verteiler über Sicherheitsgrenzen hinausgehen, muß die Reichweite des Armes und des.Drehwinkels begrenzt werden.

Um diese Begrenzungen zu erreichen, sind Alarmsysteme vorgesehen worden, die betätigt werden, wenn der Winkel zwischen dem inneren und äußeren Glied oder der besagte Dreh-. winkel jeweils eine vorbestimmte Grenze überschreiten. Diese unabhängigen Grenzen haben Betriebseigenschaften zur Folge, welche nicht vollständig befriedigend sind, weil sie in Wirklichkeit einen Raum, innerhalb welchem der Arm betätigt werden kann, bestimmen, der entweder durch gekrümmte Oberflächen oder durch Ebenen begrenzt ist, die durch die vertikale Drehachse des Armes oder der Steigleitung gehen. Wenn folglich ein bestimmter rechtwinkeliger Arbeitsraum angepaßt werden soll, liegen ziemlich ausgedehnte Bereiche außerhalb dieses Arbeitsbereiches ebenfalls innerhalb des Betätigungsbereiches des Armes und die Beanspruchungen, die auftreten, wenn das Ende des Armes in diesen äußeren Bereichen ist, können diejenigen innerhalb des Arbeitsbereiches wesentlich übersteigen. Es ist deshalb wichtig, daß ein System zur Überwachung der tatsächlichen Position des äußeren Endes des Armes und zum Erzeugen eines Alarms immer wenn das Ende des Armes sich außerhalb des bestimmten Arbeitsraumes befindet.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine

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Vorrichtung anzugeben, welche die letztgenannten Eigenschaften aufweist.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil-des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den UnteranSprüchen hervor.

Die vorliegende Erfindung enthält ein System zum Abtasten der räumlichen Position des Endes eines gegliederten Ladearmes für Flüssigkeiten-, wobei der Arm eine Anzahl von drehbar miteinander verbundenen Auslegern oder Gliedern aufweist, wovon eines drehbar an einer vertikalen Steigleitung oder einem anderen festen Träger befestigt ist. Das System enthält eine Abtastvorrichtung zum Abtasten ■ eines ersten Winkels, welcher die vertikale Orientierung eines der Glieder des Armes wiedergibt, eine Abtastvorrichtung zum Abtasten eines zweiten Winkels, welcher die horizontale Verschwenkung des Armes wiedergibt, eine Abtastvorrichtung zum Abtasten eines dritten Winkels, welcher die vertikale Orientierung des anderen Gliedes oder der Glieder wiedergibt,und eine Auswerteeinrichtung zum Herleiten einer Anzeige der räumlichen Lage des Armendes aus den abgetasteten Winkeln.

Das System enthält weiter eine Speichereinrichtung zum Speichern der räumlichen Grenzen eines sicheren Arbeitsbereiches für das Ende des Ladearmes, eine. Vergleichsein-

3q richtung zum Vergleichen der tatsächlichen räumlichen Lage des Armes mit den Sicherheitsgrenzen und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Alarmsignals, wenn das Ende des Armes'Stellen außerhalb der Sicherheitsgrenzen erreicht. Wenn der Arm außerhalb dieses Satzes von Sicherheitsgrenzen sich zu einem zweiten Satz von Grenzen weiterbewegt,

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erzeugt das System ein Einstellsignal, welches den Ladearm abstellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines gelenkigen Ladearmes für Flüssigkeiten nach der vorliegenden Erfindung, der an einer Mole oder einem Kai befestigt ist, wobei in Phantomlinien der Arm in mehreren BetriebsStellungen dargestellt ist und der Arbeitsbereich des Armes von der Seite gezeigt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Arm und den Arbeitsbereich nach Fig. 1 in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Armes nach Fig. 1 in schematischer Darstellung, wobei die Geometrie des Armes dargestellt ist, aus welcher die Lage des äußeren Armendes abgeleitet werden kann,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Arm nach Fig. 1 in schematischer Darstellung, ,in welcher die Geometrie des Armes in einer horizontalen Ebene dargestellt ist,.

Fig. 5 ein grundlegendes Blockschaltbild, welches die Alarmschaltung für den den Schiffsladearm wiedergibt,

Fig. 6A und 6B ein Blockschaltbild eines Mikrorechner-Schaltkreises, welcher dazu benutzt werden kann, die verschiedenen Positionen des Ladearmendes zu berechnen und diese Positionen mit den Sicherheitsgrenzen zu vergleichen, welche in dem Speicher des Mikrorechners abgespeichert sind, .

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Fig. 6C ein Blockschaltbild einer elektronischen Einrichtung zum Abtasten der Lage des inneren und äußeren Gliedes,

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Armes nach Fig. und 2, welche in dreidimensionaler Geometrie die Lage des äußeren Armendes bezüglich der verschiedenen abtastbaren Winkel dargestellt ist,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Ladearmgeschwindigkeit und der Lage der Einstellgrenzen,

Fig. 9 bis 13" stellen Flußdiagramme dar, welche dazu benutzt werden können, die Arbeitsweise des Mikrorechners zu verstehen, und

Fig. 14 eine perspektivische Darstellung eines Teils von einem Ladearm, der mit einer anderen Ausführungsform zum Abtasten der Lage des inneren und äußeren Gliedes des Armes gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein gelenkiger Arm gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, der ein inneres Glied Io enthält, das bei 12 mit einer Steigleitung oder einer anderen festen Leitung 14 um eine horizontale Achse drehbar verbunden ist. Der gelenkige Arm enthält auch ein äußeres Glied 15, das mit dem inneren Glied um eine weitere horizontale Achse 17 drehbar verbunden ist sowie eine Verbindungsvorrichtung 18, wie einen Rohrflansch oder eine "Kupplung, am äußeren Ende des Gliedes 15, die zum Verbinden des Armes mit einem Tankerverteiler vorgesehen ist. Am inneren Ende des Gliedes 15 ist eine Seilrolle 19a fest angebracht und drehbar um die horizontale Achse 17 beim äußeren Ende des Gliedes Io montiert. Die Seilrolle 19a ist durch ein Paar Seile 2oa, 2ob mit einer weiteren Seilrolle 19b verbunden, welche beim oberen Ende der Steigleitung 14 um die horizon-

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tale Achse 12 drehbar montiert ist. Die innere Scheibe 19b kann um die horizontale Achse 12 durch irgendeine der (nicht dargestellten) Vorrichtungen gedreht werden, die für gewöhnlich zum Heben und Absenken des äußeren·Endes des äußeren Gliedes 15 benutzt werden. Ein mit dem inneren Ende Io verbundenes Gegengewicht 22 gleicht die Tendenz des Ladearmes, sich ungeachtet seiner Stellung um die horizontale Achse"zu drehen, aus oder vermindert sie erheblich. Der ganze gelenkige Armaufbau ist auf einer Mole 23 montiert, die mit einem nachgiebigen Fender 24 versehen ist.

Der mittlere Wasserspiegel ist in der Fig. 1 durch die horizontale durchgezogene Linie 26 dargestellt und die Hoch- bzw. Niedrigwasserlinien durch die strichpunktierten Linien 26a bzw. 26b ober- bzw. unterhalb der Linie 26.

Die Anlage ist so konstruiert, daß sie einer Vielfalt von Tankern und Tankerbewegungen während des Ladevorganges angepaßt ist. Der Arbeitsbereich des Armes ist so bestimmt, daß er durch die vertikalen Ebenen 27, 28, 29 und 3o sowie durch die horizontalen Ebenen 33, 34 begrenzt ist, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Es sollte jedoch verständlich sein, daß der Mikrorechner dazu benutzt werden kann, einen Arbeitsbereich zu bestimmen, der·irgendeinen gewünschten Umriß hat und daß die tatsächliche Armstellung mit solch einem Arbeitsbereich verglichen werden kann. Alles was dazu notwendig ist,' ist, daß die Koordinaten der Grenzen eines solchen Arbeitsbereiches im Speicher des Mikrorechners gespeichert sind und die tatsächlichen Armstellungen damit verglichen werden. Gekrümmte Arbeitsbereiche können durch eine Reihe von kurzen geraden Linien gut approximiert werden.

Wie es in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist, ist die Bewe-

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güngsfreiheit zwischen den Ebenen 27 und 28 in der horizontalen Richtung von der Mole 23 weg erklärt durch einen Teil Ll, welcher die Veränderung im Abstand zwischen dem Verteiler und der Reling verschiedener Tanker darstellt, und einen Teil L2, welcher die zulässige Bewegung eines Tankers zur Mole hin oder von ihr weg darstellt.

,Die Bewegungsfreiheit zwischen den Ebenen 33 und 34 in der vertikalen Richtung (Fig. 1) ist erklärt durch Veränderungen des Wasserspiegels, Veränderungen in der Höhe des Tankers und Veränderungen eines Tankerverteilers über Meereshöhe, wenn der.Tanker gefüllt wird. Die Bewegungsfreiheit zwischen den Ebenen 29 und 3o (Fig. 2) ist erklärt durch zulässige Bewegungen des Tankers parallel zur Mole. Um diese Bewegungen auszugleichen, muß..es für die Verbindungsvorrichtung 18 möglich sein, einen irgendwo . innerhalb des durch die vertikalen Ebenen 27,-28, 29 und 3o und die horizontalen Ebenen 33 und 34 bestimmten dreidimensionalen Arbeitsraumes angeordneten Verteiler zu er-

2ο reichen.

Die Phantomdarstellungen des Armes in Fig. 1 zeigen die Orientierung der Glieder Io und 15, wenn der Arm in-einer vertikalen Ebene durch die Steigleitung 14 und senkrecht zur Molenkante angeordnet ist und wenn die Verbindungsvorrichtung 18 in jeder der vier Ecken des durch die Ebenen 27, 28, 33 und 34 bestimmten Rechteckes sich befindet. Es dürfte zu-verstehen sein, daß, wenn eine Anzeige zu ge ben ist, wenn die Verbindungsvorrichtung 18 sich zum Beispiel über die Ebene 28 hinausbewegt, es notwendig ist", beide Winkel g und d zu überwachen (Fig. 3). Wenn nur einer dieser Winkel überwacht würde, wäre es nicht möglich, die Ebene 2.8 festzulegen, um zu bestimmen, wann die Verbindungsvorrichtung 18 sich über sie hinausbewegt. Wie es leicht einleuchtend sein dürfte, wächst, wenn der Arm

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mit dem Tankerverteiler verbunden ist, die Belastung am Verteiler, wenn die Verbindungsvorrichtung sich von der Mole 23 wegbewegt.

Fig. 2 zeigt die horizontalen Orientierungen der Glieder Io und 15 _r wenn die Verbindungsvorrichtung 18 bei jeder der Schnittlinien zwischen den Ebenen 27, 28, 29 und 3o sich befindet. Wenn beispielsweise die Verbindungsvorrichtung 18 betrachtet wird, wenn sie bei der Schnittlinie der Ebenen 28 und 3o sich befindet, würde jede Zunahme des Drehwinkels f ohne eine Kontraktion des Armes die Verbindungsvorrichtung 18 über die Ebene 3o hinausnehmen. Obwohl die vertikalen Belastungskomponenten am Tankerverteiler außerhalb der Ebene 3o nicht größer wären als bei der Schnittlinie zwischen den Ebenen 28 und 3o, würde die seitliche Belastungskomponente parallel zur vertikalen Oberfläche der Mole 23 größer und deshalb wäre die totale Kombination der Belastungen nicht akzeptabel. Da der Tankerverteiler in Richtung Tankerreling schaut, erzeugt diese seitliehe Belastungskomponente eine Scherkraft und ein Biegemoment, welche den Verteiler beschädigen können.

Um die gewünschte Anzeige zu erzeugen, wenn eine Verbindungsvorrichtung 18 sich außerhalb des durch die Ebenen 27, 28, 29, 3o, 33 und 34 festgelegten dreidimensionalen Arbeitsraumes bewegt, sind Sensoren angeordnet, um den Winkel d (Fig. 3 und 7) zu überwachen, damit er eine Anzeige der vertikalen Orientierung des Gliedes Io relativ zur Steigleitung 14 liefert, den Winkel g, damit er eine Anzeige der vertikalen Orientierung des Gliedes .15 relativ zur Steigleitung liefert und um den Drehwinkel f (Fig. 2 und 7) anzuzeigen. Die Sensoren können eine Vielzahl von Wandlern enthalten; beispielsweise können Potentiometer, absolute Schiebeverkoder oder andere bekannte Vorrichtungen zur Erzeugung analoger Ausgangssignale benutzt werden, um

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die Winkel d, g und f abzufühlen. Die Winkel d und·g können auch durch. Pendelpotentiometer Pl und P2 erhalten werden, welche an "die Glieder Io bzw. 15 (Fig. 3) montiert sind. Ein solches Pendelpotentiometer·, welches benutzt werden kann, ist das Modell CPI7-060I-I·, das von der Firma Humphrey Inc., San Diego, Kalifornien, hergestellt wird.

Da die Seilrollen- 19a und 19b in einer festen Relation zur Stellung des äußeren Gliedes 15 positioniert sind, kann das äußere Potentiometer P2 an der Seilrolle 19b bei Position P2 ' (Fig. 3) montiert sein, wo es Höhenwinkelablesungen erzeugt, die mit den Ablesungen identisch sind, die von einem Potentiometer erhalten werden, das am äußeren Glied befestigt ist. Die elektrische Verdrahtung kann vereinfacht werden, wenn das Potentiometer an der Seilrolle 19b befestigt ist. Das Potentiometer Pl kann, wenn ge-. wünscht, am Gegengewicht 22 befestigt werden, · um den Höhenwinkel des Gegengewichts und des inneren Gliedes Io zu erhalten. Der Drehwinkel f wird durch ein Richtungspotentiometer oder einen Winkelverkoder P3 erhalten, welches zwischen der Steigleitung und dem inneren Glied Io angeordnet ist. Ein solcher Verkoder, der benutzt werden kann, ist das Modell CP17-o646-l, das von der bereits erwähnten Humphrey Inc-, hergestellt wird.

Die Analogsignale, welche von den verschiedenen Potentiometern erhalten werden, können in digitale Signale umgewandelt werden, welche von einem Mikrorechner benutzt werden, um die genaue räumliche Position der Verbindungsvorrichtung 18 zu berechnen. Die Sicherheitsgrenzen, die durch die Ebenen 27, 28, 29, 3o, 33 und 34 bestimmt sind, sind im Speicher des Mikrorechners abgespeichert und diese Grenzen, werden fortlaufend mit der tatsächlichen Position der Verbindungsvorrichtung verglichen. Wenn die tatsächliehe Position der Verbindungsvorrichtung 18 irgendeine der

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Grenzen des Sicherheitsbereiches erreicht, liefert der Mikrorechner ein Warnsignal an eine Alarmvorrichtung. Wenn die Verbindungsvorrichtung 18 fortfährt, sich vom Sicherheitsbereich wegzubewegen, liefert der Mikrorechner ein Einstellsignal, welches ein Warnsignal an den Abnehmer auf dem Tanker und an die Bedienungsperson des Schiffsladearmes liefert, so daß die Kraftstoffpumpen abgeschaltet, die Sicherheitsventile geschlossen und die Verbindungsvorrichtung 18 vom Tankerverteiler abgetrennt werden kann.

Wenn es erwünscht ist,- kann das Einstellsignal dazu benutzt werden, die Pumpen abzuschalten und den Arm außerstand zu setzen. Der Abstand, den die Verbindungsvorrichtung außerhalb des Sicherheitsbereiches sich bewegt, -bevor das Warnsignal erzeugt wird und der Arm außerstand gesetzt ist, wird durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit welcher die Verbindungsvorrichtung ihre Position wechselt.

Zusätzlich zu den zu messenden Winkelwerten müssen die Längen des inneren und äußeren Gliedes Io und 15 des Armes benutzt werden, um die räumliche Position des äußeren Endes des Armes zu berechnen. Diese Längen, die einen Wert A bzw. B besitzen, sind in dem Speicherteil des Mikrorechners abgespeichert, welcher die Berechnungen ausführt. Die verschiedenen benutzten Winkel und Längen sind in den Fig. 3 und 7 gezeigt, wobei die Fig. 7 eine schematische Darstellung eines der Schiffsladearme ist und in dreidimensionaler Geometrie die Lage des inneren und äußeren Gliedes bezüglich der verschiedenen Winkel, die von den Sensoren gemessen werden können, veranschaulicht. Fig. 7 zeigt auch die Lage dieser Winkel und die Längen der Glieder relativ zur X-, Y- und Z-Richtung im. Raum,.welche von den Ablesungen der Sensoren berechnet werden können..

Die Lage des äußeren Endes des Armes wird in zwei Schritten

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berechnet. Zuerst wird die Lage des Verbindungsflansches in der Ebene des Armes berechnet, wobei der Ursprung O der Koordinaten in die höchste Stelle der Steigleitung gelegt ist und wobei ein Punkt erhalten wird, der die polaren Koordinatenwerte Vn, Zn als Lage des Verbindungsflansches besitzt. Die Lage des Flansches wird errechnet, indem die folgenden Beziehungen benutzt werden:

Vn = A sin d + B sin g
Zn = A cos d + B cos g

Dann wird die Lage des Flansches auf die X-, Y-, Z-Achse projiziert, wobei die rechtwinkeligen Koordinaten der Lage des Flansches durch Benutzung der folgenden Beziehungen berechnet werden kann:

X = Vn sin f "

Y = Vn cos f"

Z = Zn
2o

Jede der Größen X, Y und Z wird berechnet und mit den Grenzwerten verglichen, und ein Alarm ertönt, wenn irgendeine Grenze überschritten wird.

Wenn die Verbindungsvorrichtung sich aus den·Sicherheitsgrenzen einen vorgegebenen Abstand herausbewegt, wird ein "Abstell"-Vorgang ausgelöst, um eine Beschädigung des Armes und/oder des Tankerverteilers zu verhindern. Der Abstand von der Sicherheitsbegrenzung, bei welcher der Abste11vorgang ausgelöst wird, wird durch die Geschwindigkeit der Verbindungsvorrichtung bestimmt. Wenn es erwünscht ist, kann die Lage der Sicherheitsbegrenzungen auch von der Geschwindigkeit des Ladearmendes abhängig gemacht werden. Eine innere Grenze kann festgelegt und im Speicher des Mikrorechners abgespeichert werden und eine

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Vi."

Warnung läßt man ertönen, wenn ein mit maximaler Geschwindigkeit sich bewegender Arm die innere Grenze erreicht. Wenn der Arm sich mit einer Geschwindigkeit kleiner als das Maximum sich bewegt, liefert eine im Speicher'abgespeicherte "Ablesetabelle" einen Zusatzwert, der zur inneren, Grenze hinzuzufügen ist. Diese Ablesetabelle ähnelt der graphischen Darstellung nach Fig. 8 und wird in Verbindung mit den Einstellgrenzen in der oben diskutierten Weise benutzt.

Die Anzahl der Schritte im Abstellverfahren und die Handlungen, die in jedem-dieser Schritte auszuführen sind, können aufgrund der Wünsche und Erfordernisse der Abnehmer, die den Schiffsladearm benutzen, variieren. In einigen Fällen kann der Abstellvorgang, welcher von-der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, nur darin bestehen, ein Einstellsignal an den Abnehmer zu liefern, während in anderen Fällen ein mehr ausgearbeitetes Verfahren erforderlich ist. In jedem Fall kann der Mikrorechner programmiert werden, um ein gewünschtes Signal oder eine Folge von Signalen an den Abnehmer zu liefern. Einzelheiten des Mikrorechnerschaltkreises, welcher diese Operationen durchführt ,. werden im einzelnen unten beschrieben.

Fig. 5 stellt ein Blockschaltbild der Grundschaltung des programmierbaren Alarmsystems für Schiffsladearme nach der vorliegenden Erfindung dar. Einzelheiten des Schaltkreises können aus den Fig. 6Ä und 6B entnommen werden, wobei Fig. 6A den Rechnerabschnitt der Schaltung und Fig. 6B den Eingangs-Ausgangs- und Analog/Digital-Wandler-Abschnitt der Schaltung enthält. Die Leitungen in den Fig, 5, 6A und-6B stellen einzelne Drähte dar, wenn diese Leitungen Ecken aufweisen,und Kabel mit einer Vielzahl von Drähten, wenn sie Rundungen aufweisen.

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In der hier schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung speichert ein Programmspeicher 37 (Fig. 5, 6A) die Länge e*ines jeden der Glieder Io, 15, die X-, Y-, Z-Koordinaten aller Sicherheitsgrenzen für die Verbindungsvorrichtung 18 und auch ein durch den Prozessor auszuführendes Programm. Eine Vielzahl von Winkelsensoren Pl bis PN (Fig. 5, 6B) liefern Höhen- und Drehinformation an einen Mikroprozessor 41 (Fig. 5, 6A), welcher diese Information in einem Datenspeicher 42 speichert und eine Vielzahl von Status-Eingangsschaltern 38 liefern Statüsdaten, die in den Datenspeicher 42 zu laden sind.

Der Mikroprozessor 41 enthält einen kleinen Aufzeichnungsspeicher, welcher benutzt werden kann, um zu verarbeitende Daten vorübergehend zu speichern, einen Akkumulator, welcher die Operationen der Datenmanipulation ausführt und - einen Programmzähler, welcher die Adressen der Schritte des Rechnerprogramms, das ausgeführt wird, speichert.. Ein Mikroprozessor, welcher im Schaltkreis der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der 8o35, welcher von der Intel Corporation, Santa Clara, Kalifornien, gebaut wird. Einzelheiten des 8o35-Prozessors können aus dem "MCS-48 Microcomputer User's Manual", 1976, von Intel Corporation entnommen werden.

· · Der Programmspeicher 37 kann ein programmierbarer Nur-Lesespeicher oder PROM sein, welcher von verschiedenen Herstellern erhältlich ist. Eine" Reihe von Instruktionen, welche das Programm und die Längen der Glieder enthalten, kann in den Programmspeicher 37 vom Hersteller des PROM's abgespeichert werden, oder der PROM kann durch einen "PROM-Programmierer" geladen werden, welcher von mehreren Herstellern erhältlich ist. Der Inhalt des Programmspeichers 37 kann vom Mikroprozessor 41 nicht verändert werden.

Der Speicherinhalt kann nur durch Entfernen des PROM's aus

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-V-

dem Schaltkreis nach Fig. 6A und Einführen desselben in den PROM-Programmierer verändert werden, wo die Daten aus dem Speicher entfernt und neue Daten in den Speicher abgespeichert werden können. Ein PROM, welcher in der-vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der 27o8," der von Intel Corporation gefertigt wird und dieser PROM ist im Intel 1976 Data-Katalog beschrieben.

Die allgemeinen Speicherfelder des PROM 37, wie sie in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, können aus Fig. 9 entnommen werden. Relativ kleine Anteile des PROM's werden zum Abspeichern von'- Instruktionen zum Einleiten und Programmieren der Operation des Mikrorechners benutzt. Ein anderer Abschnitt wird zum Speichern einer Routine gebraucht, welche benutzt wird, wenn der Betrieb unterbrochen werden soll. Der größte Anteil des PROM's ist für das Programm, reserviert, welches die verschiedenen Sensoren auf einem regulären Schema überwacht, die Positionen der Armglieder berechnet und, wenn notwendig, ein Alarmsignal erzeugt und/oder ein selbsttätiges Einstellen und Abtrennen des Armes herbeiführt. Ein relativ kleines Diagnostikprogramm und.Systemkonstanten, wie die Längen der Armglie— der, sind ebenfalls im PROM abgespeichert. Die Einzelheiten der Benutzung des PROM-Inhalts werden im folgenden erläutert.

Information, die im PROM 37 abgespeichert ist, wird durch Anlegen eines Speicheradressensignals an die Adreßeingänge AO-AIo wieder erhalten. Die unteren 8 Bits der Adresse sind in einem 8-Bit selbsthaltenden Schalter 43 festgelegt und an die Eingänge A0-A7 des PROM's angeschlossen, während die verbleibenden Bits der Adresse andauernd vom Mikroprozessor versorgt werden und nicht festgelegt werden brauchen. Die unteren 8 Bits an den Eingängen Il bis 18 werden in dem selbsthaltenden Schalter 43 gespeichert, wenn vom Prozessor

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41 über die ALE-Leitung zum DS2-Eingang des selbsthaltenden Schalters 43 ein Auswerteimpuls geleitet wird. Diese Signale werden in dem selbsthaltenden Schalter 43 beibehalten und sind an den Ausgangsleitungen 01-08 des- selbsthaltenden Schalters andauern verfügbar. Ein solcher selbsthaltender Schalter, der in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der 8212, der durch die vorstehend erwähnte Intel Corporation hergestellt wird. Einzelheiten dieses selbsthaltenden Schalters können dem vorstehend erwähnten MCS-48 Microcomputer User's Manual, 1976 von Intel Corporation entnommen werden.

Das..Datenspeicher-Chip 42· kann' einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder RAM enthalten,· der diskrete adressierba-.

re Stellen aufweist, wovon jede einen Speicherplatz für ein Wort bildet. Das Wort kann für Daten stehen und kann spezifische Felder enthalten, die in verschiedenen Operationen brauchbar sind. Normalerweise, wenn der Prozessor Daten oder Instruktionen benötigt, erzeugt er einen Speicherzyklus und liefert eine Adresse an den Programmspeicher oder an den Datenspeicher. Die Daten oder Wörter, die bei den adressierten Stellen abgespeichert sind, werden aufeinanderfolgend ausgelesen und an den Prozessor gegeben. Das" Datenspeicher-Chip 42 enthält auch einen 1/0-Verzweigungsabschnitt (Eingangs-Ausgangs-Verzweigungsabschnitt)., welcher die Zahl der Eingangs/Ausgangs-Pforten, die dem Prozessor 41 für die Benutzung zur Verfügung stehen, erhöht. Der I/0-Antei'l des Chips 42 erzeugt Kontrollsignale für andere Teile der .Rechnerschaltung. Ein solcher Datenspeicher und I/0-Verzweiger, der mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der 8156, der von der vorstehend erwähnten Intel Corporation gefertigt wird.

Um die Anzahl der Ausgangsvorrichtungen, wie beispielswei-

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se Alarmleuchten und Abstellvorrichtungen, welche vom Mikroprozessor 41 einzeln gesteuert werden können, zu erhöhen, ist ein I/O-Verzweiger 46 mit dem Prozessor 41 verbunden. Der Verzweiger enthält einen 4-Bit-Eingangsanschluß (P2o bis P23), welcher mit den entsprechenden Leitungen P2o bis P23 im Prozessor verbunden ist. Der Verzweiger 46 enthält insgesamt 16 Eingangs-ZAusgangsleitungen, welche dazu benutzt werden können, einzelne Signale zu oder von insgesamt 16 Eingangs-/Ausgangsvorrichtungen zu führen. Der Verzweiger ist fähig, relativ große Werte von Ausgangsströmen an diese Ausgangsvorrichtungen zu liefern. Deshalb kann der I/O-Verzweiger zusätzlich zu der Erhöhung der Anzahl von Anschlußgeräten, we-lche vom Mikroprozessor 41 gesteuert werden können, Geräte betreiben, welche Signalströme erfordern, die größer als- der Strom sind, die direkt vom Prozessor erhältlich sind. Ein solcher I/O-Verzweiger, der in der vorliegenden Schaltung benutzt werden kann, ist der 8243, der ebenfalls von der vorstehend erwähnten Intel Corporation gebaut wird. Einzelheiten des I/O-Verzweigers 8243 können dem bereits erwähnten MCS-48 Microprocessor User's Manual entnommen werden.

Signale von den Winkelsensoren Pl bis PN und aus der Versorgungsspannung 45 werden über eine Vielzahl von Eingangsleitungen auf einen Multiplex-Schalter 49 gegeben. Diese Signale werden einzeln durch den Multiplex-Schalter 49 geleitet und an einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 5o gegeben, welcher die Analogsignale in 8-Bit-Digitalsignale, die für den Mikroprozessor 41 geeignet sind, umgewandelt. Der Multiplex-Schalter 49 enthält ein· Paar Analogschalter 49a, 49b (Fig. 6B), wovon jeder eine Anzahl von Eingangsleitungen und eine einzige Ausgangsleitung besitzt. Die .Auswahl des Eingangssignals, das auf die Ausgangsleitung zu leiten ist, wird durch Steuersigna-Ie bewerkstelligt, die auf die Auswahlsteuerleitungen A, B,

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C, D und I eines jeden der Analogschalter gegeben werden. Ein Analogschalter,der benutzt werden kann, ist der CD 4o67BE, der von der RCA-Corporation gefertigt wird und Einzelheiten dieses Schalters können dem RCA CMOS-Manual entnommen werden.

Der A/D-Wandler 5o enthält eine einzige Eingangsleitung, welche die Analogsignale erhält,und eine Anzahl von Ausgangsleitungen, welche entsprechende 8-Bit-Binärsignale liefern. Der Wandler beginnt den WandlungsVorgang, wenn ein Signal an der IC- oder "Wandlungsbeginn"-Leitung erhalten wird. Während.der Zeit, in der die Umwandlung gerade abläuft, erzeugt der Wandler So ein "Belegt"-Signal, welches zum Prozessor 41 geleitet wird. Wenn das Belegt-Signal verschwindet, sendet der Prozessor 41 -ein Holsignal an einen Eingang eines UND-Gliedes 71 (Fig. 6A) und ein . RD-Signal (Ausgangsauswertesignal) durch einen Inverter 72 an den anderen Eingang des Gliedes 71. Diese Signale werden verknüpft, um ein OE-Signal (Ausgangsöffnungssignal) zu erzeugen, welches die binären Datensignale auf die Ausgänge BO-B7 des Wandlers 5o überträgt. Ein A/D-Wandler, welcher in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der 87o3, der von der Teledyne Semiconductor Company, Mountain View, Kalifornien, hergestellt wird und Einzelheiten dieses Wandlers können den Datenblättern entnommen werden, die von dieser Firma erhältlich sind.

Die Einzelheiten der Winkelsensoren, beispielsweise des Sensors Pl, können der Fig. 6C entnommen werden. Der Sensor enthält ein Potentiometer, bei dem ein Ende 54 an eine positive Spannungsquelle, beispielsweise +12 Volt, angeschlossen ist und das andere Ende an eine Bezugsspannung. Ein Arm 55 ist längs des Potentiometers gleitend angeordnet, wobei die Lage des Arms durch die Stellung des Gliedes des Schiffsladearmes, an welches das

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Potentiometer angebracht ist, bestimmt wird. Die Spannung an einem Ausgangsanschluß 53 wird durch die Lage des Armes 55 bestimmt. Diese Spannung wird an den Mikroprozessor gegeben, welcher den Spannungswert benutzt, um die-Stellung des Ladearmgliedes, an welchem das Potentiometer befestigt ist zu berechnen. Es ist einzusehen, daß wenn die Spannung am Anschluß 54 des Potentiometers sich änderte, der Mikroprozessor 41 einen falschen Wert für die Position des Gliedes erhalten würde. Um dies zu vermeiden, wird die Spannung vom Anschluß 54 auf den Prozessor 41 gegeben und mit einem Standardwert verglichen, so daß durch den Prozessor eine Korrektur errechnet werden kann, wenn der Wert der Versorgungsspannung beim Anschluß 54 sich ändern sollte und diese Korrektur oder Verbindung wird dazu benutzt, den Wert aus dem Anschluß 53 zu korrigieren.

Ein Signalpegelregler 58 kann benutzt werden, · um den Wert des Analogsignals beim Eingang des A/D-Wandlers einzustellen und auf diese Weise jede Änderung in den Betriebseigenschaften der Schaltung nach den Fig. 6A, 6B und/oder Änderungen in der Versorgungsspannung auszugleichen. Diese Einstellung wird gewöhnlich bald nachdem die Einschaltung eingeschaltet ist, durchgeführt, aber sie kann auch zu einem anderen Zeitpunkt durchgeführt werden. Die Ein-Stellung wird durchgeführt, indem eine Spannung, beispielsweise +12 Volt aus der Versorgungsspannungsquelle 45 (Fig. 5, 6B) durch den Analogschalter 49a an den Eingang des A/D-Wandlers 5o angelegt und die Signalpegelsteuerung 58 eingestellt wird, bis der Prozessor 41 ein vorbestimmtes Standardsignal erhält, beispielsweise lauter binäre Einsen aus dem Wandler. Wenn das Signal aus dem Wandler 5o um einen vorbestimmten Betrag kleiner als der Standardwert ist, bewirkt der Prozessor 41, daß der I/O-Abschnitt des Datenspeicher-Chips 42 ein Warnsignal zum Erregen einer Licht emittierenden Diode oder LED 59

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erzeugt. Der Regler 58 wird dann eingestellt, bis die LED 59 nicht mehr angeregt ist.

Als nächstes wird der Null- oder Massenbezugswert-der Spannung bei einem Eingang des Analogschalters 49b an den Eingang des A/D-Wandlers 5o gegeben und in ein Digitalsignal· umgewandelt, welches lauter binäre Nullen aufweisen sollte oder zumindest einen niedrigen Wert. Wenn das Signal aus dem Wandler 5o um einen vorbestimmten Betrag größer als der Null-Wert ist, bewirkt der Prozessor 41, daß der Datenspeicher ein Warnsignal zum Anregen einer anderen LED.6b erzeugt.·. Der Signalpegelregler 58 kann eingestellt werden, bis LED 59 und zugleich LED 6o nicht mehr angeregt sind, um jede Änderung beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 6A, 6B auszugleichen.

Die Mikrorechnerschaltung enthält einen Kristall 64 (Fig. 6A), welcher dazu benutzt wird, den Takt und andere Synchroni sat iohs signale zu erzeugen. Diese Synchronisationssignale werden laufend von einem Zeitüberwacher 65 überwacht, welcher ein Warnsignal an der Ausgangsleitung 3 erzeugt, wenn Synctironisationssignale nicht mit der richtigen Frequenz erhalten werden. In der vorliegenden .Erfindung erzeugen der Kristall 64 und der Prozessor 41 Synchronisationsimpulse mit einer Frequenz von einem pro Sekunde und tasten jeden der Sensoren ab, um einmal in der Sekunde Winkelablesungen zu erhalten. Die Synchronisationsimpulse werden auf den Zeitmesser 65 und den Transistor Ql gegeben, wobei die Zeit zwischen den Impulsen annähernd eine Sekunde beträgt. Während der .Zeit zwischen den Impulsen fließt Strom aus einer Quelle mit dem Potential +V durch einen Widerstand Rl, um einen Kondensator· Cl mit der in Fig. 6A dargestellten Polarität aufzuladen. Der Wert der Spannung am Kondensator Cl wird durch die Zeit bestimmt, in welcher der Kondensator gela-

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den wird, welche gleich der Zeit zwischen den Impulsen ist. Zu jedem Zeitpunkt, bei dem ein positiver Synchronisationsimpuls auf die Basis des Transistors Ql gegeben wird, entlädt sich der Kondensator Cl durch den Transistor.

Wenn sich jedoch den Kondensator für mehr als eine Sekunde lädt, wächst die Spannung am Kondensator Cl auf einen hohen Wert, wodurch bewirkt wird, daß der Zeitmesser 65 einen niedrigen Spannüngswert an die Ausgangsleitung 3 liefert. Der niedrige Wert der Ausgangsspannung bei der Kathode einer LED 61 und die positive Spannung bei einem Anschluß 68 bewirken, daß die LED 61 angeregt wird und die Bedienungsperson warnt, daß der Prozessor nicht die richtigen Synchronisationsimpulse erzeugt. Ein Zeitmesser, welcher in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der Zeitmesser NE555, welcher von mehreren Herstellern erhältlich ist.

Eine Anzahl von Schaltern Sl bis S4 (Fig. 6A) erzeugt Prüfsignale, um an verschiedenen Teilen des Mikrorechnersystems und an den Abfühlgeräten diagnostische Prüfungen vorzunehmen. Diese Schalter werden in Verbindung mit einem Diagnoseprogramm benutzt, welches im PROM 37 abgespeichert ist. Der Prüfschalter Sl wird zum Prüfen des Versorgungsspannungswertes für das System und zum Einstellen des Signalausgangspegels des A/D-Wandlers 5o (Fig. 6B) benutzt. Wenn der Prüfschalter Sl geschlossen ist, wird die Spannung aus der Versorgungsspannungsquel-Ie 45 an den Prozessor gelegt-und der Signalp'egelregler 58 eingestellt, wie es vorstehend beschrieben ist, um ein Standardsignal aus dem Ausgangs des A/D-Wandlers 5o zu~erhalten.

Wenn der Prüfschalter S2 geschlossen wird, liefert ein Prüfprogramm im PROM 37 (Fig. 6A) Prüfsignale an die Alarmleuchten Al bis AN (Fig. 6B). Diese Prüfsignale können

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nacheinander an die Alarmleuchten angelegt'und von anderen gewünschten Kombinationen der Prüfsignale an verschiedene Alarm!euchten gefolgt werden. Der PROM 37 kann so programmiert werden, daß er jede beliebige,von der. Bedienungsperson des Alarmsystems gewünschte Kombination von Prüfungen liefert.

Wenn der Prüfschalter S3 geschlossen wird, bewirkt ein Prüfprogramm im PROM 37, daß der Verzweiger 46 (Fig. 5, 6B) Prüfsignale an die Einstellschaltkreise Dl bis DN liefert, wobei die gewünschte Kombination' der Prüfsignale in das Prüfprogramm eingeschrieben ist. Wenn der Prüfschalter S4 geschlossen wird_v prüft der Prozessor 41 die Stellungen der Ereignisschalter S7 bis S14 (Fig. 6B) und stellt

15. den offenen oder geschlossenen Zustand eines.jeden dieser Schalter an den Alarmleuchten Al bis AN dar.

Nun wird die Betriebsweise des Mikroprozessor-Schaltkreises in'Verbindung mit dem Schaltkreis nach den Fig. 6A, 6B, dem PROM-Speicherplan nach Fig. 9 und den Flußdiagrammen nach den Fig. Io bis 13 beschrieben. Wenn zu Beginn Spannung an dem Mikrorechner-Schaltkreis nach Fig. 6A, 6B angelegt wird, oder wenn als Drucktaste ausgebildeter Rücksetzschalter R (Fig. 6A) geschlossen wird, löscht der niedrige Spannungswert aus dem Prozessor 41 oder aus dem Schalter R, der an die Rücksetz-Leitungen des Prozessors 41 und den Speicher 42 angelegt wird, alle Daten aus dem Datenspeicher 42 und aus dem Notizspeicher des Prozessors 41, setzt den Programmzähler des Prozessors auf Null und löscht den Programmzählerstapel. Ein "Alarm-Ein'!-Schalter S5 wird dann geschlossen, um das Alarmsystem einzuschalten, so daß das Alarmgerät angeregt wird, wenn irgendeine der Verbindungsvorrichtungen in einem Satz von Armen sich aus den Betriebssicherheitsgrenzen bewegt.

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Der Taktgenerator im Prozessor 41 erzeugt Taktimpulse, welche bewirken, daß der Prozessor sich durch die Programmfolge bewegt, wobei er mit dem Schritt # 1 beginnt. Das Programm, welches im Programmspeicher 37 enthalten ist, wird zum Prozessor 41 bewegt, indem der Prozessor 41 einen Holbefehl über die Leitungen Wl bis Wl5 zum PROM 37 sendet. Der PROM sendet nacheinander und mit der Instruktion #■ 1-beginnend die Programminstruktionen aus dem Programmspeicher an den Prozessor 41, wo sie ausgeführt werden.

Die Instruktionen im Programm rufen nach dem Prozessor, um die Daten aufzufrischen und zu speichern, welche von den Schaltern S5 bis S14 (Fig. 6B), von der Versorgungsspannung 45 und von den Winkelsensoren Pl bis PN geliefert werden. Um diese Daten aufzufrischen, sendet der Prozessor ein Datenanforderungssignal und die Adresse von einer der Eingangsstellen in dem Rechner aus, zu welcher die Daten zu senden sind. Wenn die Daten von einem der Schalter S5 bis S14 erhalten werden sollen, wird das Signal von einer der Eingangsstellen PIo bis P23 (Fig. 6A) gesendet.

Um Daten von irgendeinem der Winkelsensoren Pl bis PN oder von der· Spannungsquelle 45 zu erhalten, sendet der Prozessor ein IC-Signal (Umwandlungsbeginn-Signal) an den A/D-Wandler 5o (Fig. 5, 6B) und sendet Auswahlsignale durch den Speicher und I/O-Verzweiger 42 (Fig. 6A) an die Auswahlleitungen 27 bis 32 der Analogschalter 49a, 49b. Die Auswahlsignale bewirken, daß einer der Sensoren durch den Multiplex-Schalter 49 an die Eingangsleitung des A/D-Wandlers gelegt wird. Der A/D-Wandler 5o antwortet auf das IC-Signal mit einem Besetzt-Signal und startet den Prozeß zum Umwandeln des analogen Datensignals in ein 8 Bit-Binärsignal. Wenn die Umwandlung vollendet ist, verschwindet das Besetzt-Signal und der Prozessor 41 richtet ein

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OE-Signai (Ausgangs-Bereitsignal) an den Wandler 5o. Der Wandler antwortet darauf, indem er die 8-Bit-Binärdaten, signale art -den Prozessor 41 liefert, und der Prozessor speichert die Datensignale im Datenspeicher 42 (Fig. 5, 6A), um sie später bei der Berechnung der Ladearmstellung zu benutzen. Dieser Vorgang wird für jeden der Sensoren wiederholt, wobei die ersten Datensignale von der Versorgungsspannungsquelle beim Beginn eines jeden Lesezyklus erhalten, werden.

'

Der Wert der Versorgungsspannung aus dem Anschluß 54 (Fig. 6 R, 6C)" wird vom Prozessor 41 aufgefrischt und der Binärwert mit einem Binärwert verglichen, der dem Standardwert der Versorgungsspannung entspricht. Jede Veränderung von diesem Standardwert wird im Datenspeicher 42 gespeichert und vom Prozessor 41 dazu benutzt, die Ablesungen aus jedem der Winkelsensoren Pl bis PN, zu korri-. gieren. Wie es in Fig. 6C zu sehen ist, ändert sich, wenn die Versorgungsspannung beim Anschluß 54 sich vom Standardwert ändert, die Signalspannung beim Sensorausgangsanschluß 53 um einen entsprechenden Betrag und könnte einen falschen Wert des Sensorwinkels erzeugen. Jedoch sichert die vom Prozessor 41 erzeugte Korrektur, daß richtige Sensorwinkel trotz Versorgungsspannungsänderungen berechnet werden.

Nachdem die richtigen Werte der Sensorwinkel erhalten worden sind, erhält der Prozessor 41 die Werte der Gliederlängen aus dem PROM 37, richtige Winkelpositionsdaten aus dem Datenspeicher 42 wieder und fährt fort, die X-, Y- und Z-Positionen eines jeden der Ladearme zu berechnen-. Die Einstellung eines jeden der Ladearme wird nacheinander mit den Sicherheitsgrenzen für den entsprechenden Arm verglichen. Wenn irgendein Arm außerhalb irgendeiner der entsprechenden Sicherheitsgrenzen ist, wird ein Alarmsignal an den Verzweiger 46 (Fig. 6B) geliefert, welcher bewirkt, daß das Horn H und eine geeignete Alarmleuchte

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angeregt werden.

Wenn der Ladearm aus den Sicherhextsgrenzen herausragt, nimmt der Prozessor eine zusätzliche Ablesung von -jedem der Sensoren vor, berechnet eine neue Armposition und benutzt die neue Armposition und die vorhergehende Armposition, um den Abstand zu berechnen, den der Arm sich bewegt hat. Da Ablesungen in Intervallen von einer Sekunde genommen werden, ist der bewegte Abstand zwischen den Ablesungen auch die Geschwindigkeit des Arms im bewegten Abstand pro Sekunde. Der Prozessor vergleicht dann die Armgeschwindigkeit mit einer Datentabelle im PROM 37, um zu bestimmen, wie weit außerhalb der Sicherheitsgrenze der Arm herausstehen kann, bevor ein Einstellen ausgelöst wird.

Ein Teil der Datentabelle im PROM ist in graphischer Form in Fig. 8 wiedergegeben. Wenn zum Beispiel die Geschwindigkeit des Armendes 8 χ 2,54 cm pro Sekunde {8 inches pro Sekunde) ist, kann der Arm sich 6 χ 3o,48 cm (6 feet) von der Grenze nach außen erstrecken, bevor der Arm eingestellt wird. Solange sich der Arm außerhalb der Sicherheitsgrenze befindet, ertönt andauernd der Alarm H und die entsprechende Warnleuchte Al bis AN bleibt angeregt. Die verschiedenen Schritte zum Ablesen der Sensoren, Berechnen der Positionen der Ladearmglieder und zum Ertönen des Alarms können aus dem Flußdiagramm nach den Fig. Io bis 12 entnommen werden.

Wie vorstehend festgestellt, kann der Einstellvorgang variiert werden, um die Wünsche eines Abnehmers zu befriedigen. Beispielsweise kann ein solcher Vorgang folgendermaßen sein:

1. Erzeugung eines Schließkontrollsignals an den Abnehmer, um ihn anzuweisen, die Kraftstoffpumpen durch Erzeugung eines Schließsignals an den Einstellschaltkreis Dl nach

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Fig, 6B abzuschalten.

2. Der Abnehmer schließt Schalter S7_y um das Abschalten der Kraftstoffpumpen zu signalisieren.

3. Der geschlossene Schalter S7.bewirkt, daß der Mikrorechner das Hydrauliksystem unter Energie setzt, so daß die Ladearme betätigt werden können.

4. TDer Mikrorechner erzeugt ein Steuersignal, welches die Kugelventile beim äußeren Ende eines jeden Ladearms schließt, um zu verhindern, daß Öl ausfließt-

5. Das Schließen des Kugelventils schließt auch den Schalter S8, um dem Mikrorechner zu signalisieren, daß das Kugelventil geschlossen ist.

6. Der Mikrorechner erzeugt ein Steuersignal, welches die Kuppler an allen Ladearmen öffnet.

7. Die Bedienungsperson bewegt alle Ladearme vom Tanker weg und in die gespeicherte Position neben den Steigleitungen. Es ist auch möglich^ den Mikrorechner so zu programmieren, daß die Ladearme in die gespeicherte Position durch Steuersignale aus dem Mikrorechner bewegt werden, so daß eine Steuerung durch die Bedienungsperson nicht erforderlich ist.

Mehrere dieser Schritte können durch Schließen anderer der Schalter S9 bis S14 überwacht werden, wenn es gewünscht ist. Wenn mehr Eingangszustand-Schalter benötigt werden, können sie zum Schalter 38 hinzugefügt werden und zusätzliche I/O-Verzweiger 46 können mit dem Prozessor verbunden werden, um zusätzliche Einstellschaltkreise zu steuern, wenn solche Schaltkreise benötigt werden.

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Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 14 veranschaulicht, wo alle Winkelsensoren an der -Steigleitung 14 befestigt sind und wo nur der obere Teil der Steigleitung und das innere Ende des inneren Gliedes Io des Ladearms gezeigt sind. Alle übrigen Teile dieser Ausfuhrungsform der Erfindung sind zur Ausführungsform, die in den Fig, 1 bis 13 gezeigt ist, identisch. Die grundlegenden Einzelheiten der Mittel zur Befestigung des Ladearms an die Steigleitung sind in der Fig. 14 gezeigt.

In der Ausführungsform nach Fig. 14 enthält das Innere Ende des Gliedes Io einen Rohrkrümmer loa, welcher an ein Drehgelenk 75 geschweißt oder anderweitig damit verbunden ist. Ein Flansch 75a des Gelenkes 75 ist am Rohrkrümmer loa fixierte wobei der Flansch 75a um das äußere Ende eines Rohrkrümmers 14a frei rotieren kann. Das untere Ende des Rohrkrümmers 14a ist drehbar mit dem oberen Ende der Steigleitung 14 durch ein anderes Drehgelenk 76 verbunden. Folglich dreht sich der Flansch 75a um die horizontale Achse 12, wenn das äußere Ende des Gliedes Io angehoben oder abgesenkt wird. Das Drehgelenk 76 Ist mit seiner Achse zur vertikalen Achse 13 fluchtend befestigt, so daß das untere Ende des Rohrkrümmers 14a um die Achse 13 drehbar ist. Die Seilscheibe l~9b ist um die Achse 12 unabhängig von dem inneren Glied Io und seinem Rohrkrümmer loa drehbar befestigt.

Ein Ende eines Vercoder-Tragebügels 79 ist mit der Seilscheibe 19b verbunden und das andere Ende trägt einen Absolut-Wlnkelvercoder P2a, welcher koaxial zur horizontalen Achse 12 ausgerichtet ist. Ein anderer Tragebügel 8o, der am Flansch 75a befestigt ist, trägt einen Absolut-Winkelvercoder Pia, welcher ebenfalls koaxial zur Achse 12 ausgerichtet ist. Ein dritter Tragebügel 81 erstreckt

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sich von seiner Befestigung am äußeren Teil des Steiglei-' tungsdrehgelenks 76 nach oben und trägt einen Absolutwinkel ver coder P3a, welcher koaxial zur vertikalen Achse 13 der Steigleitung ausgerichtet ist. Ein Magnetträger 82, der am Rohrkrümmer 14a befestigt ist, trägt ein Paar Magnete 85, &5b, welche unmittelbar unterhalb und neben den Vercodern P2a bzw. Pia angeordnet sind. Ein anderer Magnetträger 83,in gleicher Weise an den Rohrkrümmer 14a des Steigrohres befestigt, trägt einen Magneten 85c, welcher neben dem Vercoder P3a angeordnet ist.

Die Absolut-Winkelvercoder Pia, P2a, P3a und die Magnete 85a, 85b, 85c arbeiten in der folgenden Weise. Ein innerer Ferritteil eines Vercoders ist stets zum Magneten ausgerichtet, welcher neben dem Vercoder befestigt ist, so daß, wenn der Vercoder um eine Mittelachse gedreht wird, er ein Ausgangssignal erzeugt, welches für die Größe·der Verdrehung aus einer festen Position repräsentativ ist. Wenn beispielsweise das innere Glied Io (Fig. 14) des Armes waagerecht ausgerichtet ist, ist der innere Teil des Vercoders Pia in einer "Null-Stellung" und erzeugt ein Signal, welches dieser Stellung entspricht. Wenn das äußere Ende des Gliedes Io angehoben wird,drehen sich der Rohrkrümmer löa, der Flansch 75a und der Vercoder Pia, wie es dargestellt ist, im Uhrzeigersinn von links in Fig. 14, wodurch bewirkt wird, daß der Vercoder ein Signal liefert, welches kontinuierlich die Lage des Gliedes Io angibt. Solche Vercoder sind von mehreren Herstellern erhältlich und ein Vercoder, welcher in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist das Modell GCC-43-13H3o, das von Litton Industries, Chatsworth, Kalifornien, hergestellt wird.

Wenn die innere Seilscheibe 19b (Fig. 3, 14) durch nicht-• dargestellte Mittel gedreht wird, um das äußere Ende des Gliedes 15 (Fig. 3) anzuheben oder abzusenken, drehen sich

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der Bügel 79 und folglich der Vercoder P2a um die horizontale Achse 12, wodurch ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches der Lage des äußeren Gliedes 15 entspricht. Wenn der Schiffsladearm in einer horizontalen Richtung-um die vertikale Achse 13 (Fig. 4, 14} gedreht wird (um die ei- ■ gene Achse), dreht sich der Magnet 85c relativ zum Drehvercoder P3a, wodurch bewirkt wird, daß der Vercoder P3a ein Signal erzeugt, welches der horizontalen Orientierung des inneren Gliedes Io und folglich des ganzen Schiffsladearmes entspricht.

Die Vorrichtung nach.der vorliegenden Erfindung prüft die Winkelposition eines jeden. Ladearmes einmal in jeder Sekunde, vergleicht die Position des äußeren Endes eines jeden Armes gegen jede der Sicherhextsgrenzen des dreidimensionalen Raumes und liefert ein Warnsignal, wenn irgendein Arm sich außerhalb" der Sicherheitsgrenzen befindet. Wenn der Arm fortfährt, sich von der Sicherheitszone wegzubewegen, prüft die Vorrichtung die Geschwindigkeit des Armes außerhalb der Grenzen und bestimmt, wann der Arm außerstand gesetzt und/oder abgetrennt werden muß, um Beschädigungen zu verhindern.

Wenn es gewünscht ist, kann die vorliegende Erfindung be-· nutzt werden, um eine Anzahl von Schiffsladearmen zu steuern, wovon jeder eine unterschiedliche Länge und ein unterschiedliches Volumen im Arbeitsbereich besitzt. Die Längen dieser einzelnen Arme und die Grenzen eines jeden der Bereiche kann im PROM 37 gespeichert werden und die tatsächliche Position eines jeden Armes kann mit den entsprechenden Sicherheitsgrenzen für diesen besonderen Arm verglichen werden und ein Alarmsignal kann erzeugt werden, wenn irgendeiner der Arme sich aus irgendeiner der Sicherheitsgrenzen für diesen Arm herausbewegt. 35

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Claims

Patentansprüche

Iy Vorrichtung zum Abtasten der Position des Endes eines gegliederten Armes im Raum, wobei der Arm eine Anzahl drehbar miteinander verbundener "Glieder aufweist, wovon ein erstes an einem festen Träger drehbar befestigt ist, gekennzeichnet durch eine Abtastvorrichtung (Pl) zum Abtasten eines ersten Winkels, welcher die vertikale Orientierung des ersten Gliedes (lo) wiedergibt, eine
Abtastvorrichtung (P3) zum Abtasten eines zweiten Winkels, welcher die horizontale Orientierung des Armes wiedergibt, eine

Abtastvorrichtung (P2) zum Abtasten eines dritten Winkels, welcher die vertikale Orientierung eines zweiten Gliedes (15) wiedergibt,

ein Rechengerät (41), welches die Werte des ersten, zweiten und dritten Winkels benutzt, um die räumliche Position des Endes des gegliederten Armes zu berechnen, eine Speichereinrichtung (37) zum Speichern der räumlichen Grenzen eines Arbeitsbereiches für das Ende des Armes, eine Vergleichseinrichtung (41) zum Vergleichen der tatsächlichen räumlichen Position des Endes des besagten Armes mit besagten Grenzen und

einer Alarmeinrichtung (H) zum Erzeugen eines Alarmsignals, wenn die räumliche Position des Armendes gleich einer der besagten Grenzen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß ein Rechengerät (41) zum Berechnen der Geschwindigkeit des Armendes und zum Erweitern der Grenzen des Arbeitsbereiches durch einen Betrag, welcher von der Armgeschwindigkeit abhängt, vorgesehen ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Abtastvorrichtungen (Pl, P2- bzw. P3) zum Abtasten eines Winkels einen absoluten Drehwinkelvercoder (Pia, P2a bzw. P3a) und eine Befestigungsvorrichtung (8o, 79 bzw. 81) zum Befestigen des Vercoders zwischen dem Arm und dem festen Träger aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche _r dadurch gekennzeichnet , daß jede der Abtastvorrichtungen (Pl, P2 bzw. P3) zum Abtasten eines Winkels einen absoluten Winkelvercoder (Pia, P2a bzw. P3a) und einen Magneten (85b, 85a bzw. 85c), eine Befestigungsvorrichtung (8o, 79 bzw. 81) zum Befestigen des Vercoders entweder am Arm oder am festen Träger und eine Befestigungsvorrichtung (82 bzw. 83) zum Befestigen des Magneten neben dem Vercoder am anderen des festen Trägers oder Armes.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtastvorrichtung (Pl, P2) zum Abtasten eines Winkels, welcher die vertikale Richtung eines jeden Gliedes (Io, 15) wiedergibt, ein Pendelpotentiometer (siehe Fig. 6C) aufweist, welches mit dem betreffenden Glied (Io bzw. 15) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechengerät (41) eine Zugriffseinrichtung zum Holen der Werte für die Grenzen aus der Speichereinrichtung und eine Ver— ■ gleichseinrichtung zum Vergleichen der tatsächlichen räumlichen Position des Armendes mit den Werten einer jeden Grenze aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rechengerät

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einen digitalen Prozessor (41) aufweist.
8. ., Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Wandler (5o) zum Umwandeln der Werte des ersten, zweiten und dritten Winkels in Digital- . werte, die^ für den Digitalprozessor (41) geeignet sind.
9. .Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (37) Speicherraum zum Abspeichern eines Rechnerprogramms, das für den Prozessor geeignet ist, aufweist, daß der Prozessor Mittel-zum Benutzen des Programms aufweist, um das Überprüfen der Werte für den ersten, zweiten und dritten Winkel zu lenken und um die Winkelwerte für die Berechnung der räumlichen Position des Armendes zu benutzen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Außerstandsetzungssignals, welches ausgelöst wird, wenn das Ende des Armes sich einen vorbestimmten Abstand vom Arbeitsbereich nach außen bewegt.
11. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Armendes bestimmt ist und daß die Vorrichtung eine Einrichtung zum Berechnen der Geschwindigkeit aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch Io oder 11, dadurch g e kennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit des Armendes ist und daß die Vorrichtung eine Einrichtung zum Berechnen der Geschwindigkeit aufweist.

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