DE3003549A1

DE3003549A1 - Steuersystem fuer einen ladearm

Info

Publication number: DE3003549A1
Application number: DE19803003549
Authority: DE
Inventors: Peter Ball
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1979-01-31
Filing date: 1980-01-31
Publication date: 1980-08-14
Also published as: CA1135816A; IT8019562A0; MX152143A; FR2447885A1; US4323975A; DE3003549C2; IT1205228B; FR2447885B1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing.^:H.;^ε^;ιο-κμ;ανν_:.Οϊρ^.-Ρηυ5. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weιckmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

jQ/20 8000 MÜNCHEN 86, DEN '

POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

PMC CORPORATION

200 E. Randolph. Drive

Chicago, Illinois, V.St.A.

Steuersystem für einen Ladearm

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Steuern eines gegliederten Ladearmes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Fluidladearme, die aus gegliederten Leitungen konstruiert sind, werden weit verbreitet in der Erdölindustrie zum Übertragen von Öl oder anderen Fluiden zwischen einem Ladekai oder einer anderen Ladestation und einem längsseits festgemachten Tankschiff benutzt. Ein solcher Arm enthält im allgemeinen einen inneren Arm, der auf einer vertikalen Steigleitung durch Drehgelenke gehalten wird, die eine Schwenkbewegung um eine horizontale und eine vertikale Achse erleichtern, und einen äußeren Arm , der durch ein Rohrdrehgelenk mit dem inneren Arm so verbunden ist, daß er relativ dazu um eine horizontale Achse verschwenkbar ist. Das äußere Ende des äußeren Armes ist so ausgebildet, daß es mit einem Leitungsanschluß

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■~ -" ^r· ^icliweite d^s A:"^es liP-^-nden Tanker ^r-■ "' λ„.t. "·- kann als ferngesteuerte Kupplungsvo .ohu._ebilde'': sein.

--.-;-m das äußere Ende des äußeren Armes mit dem Lei i...gs .„..schluß des längs der Ladestation festgemachten T- ' ~s verbunden werden soll, wird die Bewegung eines Lav. ·■-.:...-> ••*F Standes der Technik von Küstenpersonal gesteu-rt, bis das äußere Ende des Armes sich oberhalb der Tankerreeling befindet. Das äußere Ende des Ladearmes muß über die Tankerreeling in eine Position neben dem Tankeranoohluß manövriert werden, ohne daß es mit der Tankerreeling oder irgendeinem anderen Objekt kollidiert, welches Funken verursachen und eine verheerende Explosion auslösen könnte. Dies ist schwierig auszuführen, wenn die Person, welche die Bewegung des Ladearms steuert, sich iuf der Ladestation in einem beträchtlichen Abstand vom Tanker befindet. Wenn der Ladearm innerhalb der Reichweite des Personals auf dem Tanker sich befindet, wird ein Satz von Steuerleinen in einen Sockel gepflockt, der an den äußeren Abschnitt des Armes montiert ist und das Personal auf dem Tanker übernimmt dann dia .,.^uerung des Armes, um sein äußeres Ende in fluiddichten Eingriff mit dem Tankeranschluß zu bringen. Dann kann Fluid zwischen dem Tanker und der Ladestation überführt werden.

Wenn eine gegliederte Ladearmeinrichtung dieser Art entworfen wird, werden Minimalforderungen an die Reichweite des Armes gestellt. Diese Forderungen werden als horizontale Verschiebung des Tankers parallel zum Ladekai und von ihm fort relativ zu einer Bezugslage ausgedrückt, die maximale Verschiebung vom Ladekai weg aufgrund von Abstandsänderungen zwischen dem Tankeranschluß und der Tankerreeling und die maximale vertikale Verschiebung aufgrund von Änderungen des Wasserspiegels und der Höhe des Tankeranschlusses relativ zum Wasserspiegel. Diese

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Verschiebungen definieren einen dreidimensionalen Raum, der im Grund- und Aufriß rechtwinkelig ist, und zwar entweder parallel oder senkrecht zum Ladekai, und der Raum ist als "Arbeitshülle" des Armes bekannt. Der Arm muß fähig sein, alle diese Verschiebungen aufzunehmen, so daß eine sichere und feste Verbindung mit dem Tankeranschluß hergestellt und innerhalb der Grenzen der Arbeitshülle beibehalten werden kann.

Ein System zum Abtasten der räumlichen Lage des äußeren Endes eines gegliederten Ladearms und zum Sicherstellen, daß das äußere Ende sich nicht aus der sicheren Arbeits-LLxile herausLcwegt, ist in der UC ZZ 4 0S4 24? \.:: ilir: -ben. Das in dieser Druckschrift beschriebene Gerät umfaßt jedoch weder Einrichtungen zum Bestimmen der Lage eines Tankeranschlusses relativ zu den Armgliedern noch Einrichtungen zum Bewegen des äußeren Endes des Armes in eine Position neben dem Tankeranschluß.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, mit dem die Lage eines Tankeranschlusses relativ zum Ladearm bestimmt und das Ende des Armes ohne Kollisionsgefahr zum Tankeranschluß bewegbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zusammengefaßt, umfaßt die vorliegende Erfindung danach ein System zum Steuern eines auf eine Ladestation montierten, gegliederten Ladearmes und zum Bewegen des äußeren Endes dieses Armes in eine Lage oberhalb der

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Reeling eines Tankers, der neben der Ladestation festgemacht ist, ohne daß dem menschlichen Auge und/oder einer menschlichen Entscheidung vertraut werden müßte. Das System umfaßt eine Einrichtung zum Abtasten des Abstandes zwischen dem Tanker und der Ladestation und zum Erzeugen eines Abstandssignals, welches proportional diesem Abstand ist. Eine andere Sensoreinrichtung tastet die Höhe der Tankerreeling relativ zur Ladestation ab und erzeugt ein Höhensignal, welches proportional zur Höhe der Reeling ist. Der Ladearm enthält eine Einrichtung zum Abtasten der Lage seines äußeren Endes relativ zur Ladestätion und zum Erzeugen eines Armpositionssignals, welches einem der Eingänge einer Recheneinrichtung zugeführt wird. Das Abstandssignal und das Höhensignal werden ebenfalls Eingängen der Recheneinrichtung zugeführt, welche ein Ausgangssignal erzeugt, das durch die Werte der Signale an den verschiedenen Eingängen bestimmt ist. Das System der vorliegenden Erfindung enthält auch eine Einrichtung, welche das Ausgangssignal aus dem Rechner dazu benutzt, das äußere Ende des Ladearms in eine vorbestimmte Position oder Sollstellung oberhalb der Tankerreeling zu bewegen. Dieses System ermöglicht dadurch eine genaue Positionierung des Ladearms oberhalb der Tankerreeling und vermeidet dadurch eine Kollision zwischen dem Arm und der Reeling und anderen Strukturen, welche Funken und Beschädigungen der Einrichtungen verursachen könnten.

Die Erfindung wird in der nun folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines gegliederten Fluidladearmes, der auf einen Ladekai oder eine Ladestation montiert ist, wobei in Phantomlinien der Arm in einer ausgefahrenen Stellung und in durchgezogenen Linien in einer - verstauten Stellung dargestellt ist;

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Figur 2 den in Figur 1 in der verstauten Stellung dargestellten Arm in einer Frontansicht; und

Figur 3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuersystems für einen Ladearm.

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Nach den Figuren 1 und 2 weist ein gegliederter Arm 9 einen inneren Arm 10 auf, der an eine Steigleitung oder eine andere feste Leitung 12 angelenkt und um eine horizontale Achse 11 verschwenkbar ist. Der gegliederte Arm 9 weist auch einen äußeren Arm 16 auf, der an den jnneren Arm 10 angelenkt und um eine andere horizontale Achse· 17 verschwenkbar ist, sowie am äußeren Ende des äußeren Armes 16 eine Verbindungsvorrichtung 18, beispielsweise einen Rohrflansch oder -verbinder, der zum Verbinden des Armes 9 mit einem Tankeranschluß vorgesehen ist. Der innere Arm 10 und der äußere Arm 16 können um die horizontalen Achsen 11 bzw. 17 durch irgendeine nicht dargestellte, üblicherweise zum Anheben und Absenken der Arme eines gegliederten Ladearms benutzte Einrichtung verschwenkt werden. Ein mit dem inneren Arm 10 verbundenes Gegengewicht 22 balanciert das Gewicht des Ladearmes unabhängig von dessen Stellung aus oder reduziert dieses stark, wodurch die Neigung des Armes, sich um die Achse 12 zu drehen, ausgeglichen oder stark reduziert wird. Der gesamte Aufbau des gegliederten Armes ist auf einen Ladekai oder eine Ladestation 23 montiert, die mit einem nicht dargestellten flexiblen Fender versehen ist, der verhindert, daß ein daneben liegendes Tankschiff 24 Beschädigungen erleidet, wenn es gegen die Ladestation stößt. Die Steigleitung 12 trägt einen Flansch 25 zum Anschließen einer nicht dargestellten Fluidleitung.

Die Höhe h (Figur 1) einer Tankerreeling 28 über der Ladestation 23 kann in Abhängigkeit vom Tankertyp den Schwankungen des Wasserstandes und den Schwankungen der vom Wasserspiegel aus gemessenen Höhe eines Tankeranschlusses beim Füllen oder Entleeren des Tankers über einem beträchtlichen Bereich schwanken. Der Abstand d zwischen dem Tanker 24 und der Steigleitung 12 kann in Abhängigkeit vom Typ des Tankers und seinen Bewegungen relativ zur Ladestation 23 variieren.

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Ein Steuersystem 29 zum Manövrieren der Verbindungsvorrichtung 18 in eine in Figur 1 durch Phantomlinien angedeutete Stellung oberhalb der Tankerreeling 28 ist in Figur 3 dargestellt. Das System 29 umfaßt einen Rechner 30 mit mehreren Eingängen 34 bis 37» einem Ausgang 41 und einem Ein-/Ausgang 42. In einem mit dem Ein-/Ausgang 42 des Rechners 30 verbundenen, zugeordneten Speicher 43 sind Daten und vom Rechner 30 benutzbare Rechenprogramme speicherbar. Ein Sensor47 zum Abtasten der Reelingshöhe mißt die Höhe h (Figur 1) der Tankerreeling 28 über der Ladestation 23 und erzeugt ein Signal, welches proportional zum Wert der Höhe h ist. Der Sensor 47 zum Abtasten der Reelingshöhe kann ein einfacher Theodolit mit einem eingebauten Potentiometer sein, das eine Signalspannung für die Höhe erzeugt, die proportional zum Visierwinkel ist. Der Theodolit kann auf die Tankerreeling 28 gerichtet sein und das Signal für die Höhe in den Rechner 30 eingekoppelt werden, der das Signal zur Berechnung des Wertes der Höhe h benutzt.

Ein Sensor 48, der den Tankerabstand d abtastet und mißt, kann aus einem Sonar- oder Laserabstandsmesser bestehen. Mit derartigen Sensoren wird jetzt der Abstand eines Tankers von einem Ladekai und die Näherungsgeschwindigkeit gemessen, um das Anlegen des Tankschiffs zu unterstützen. Der Sensor 48 zum Abtasten des Abstandes d erzeugt ein Abstandssignal, welches proportional zum Abstand d (Figur 1) zwischen dem Tanker 24 und der Steigleitung 12 ist.

Mehrere Sensoren 53 (Fig.3)zum Abtasten der Armstellungen sind dazu vorgesehen, den Winkel zwischen dem inneren Arm 10 und dem äußeren Arm 16, den Kippwinkel relativ ,zur Ladestation 23, und zum Bestimmen der Orientierung des inneren Arms 10 relativ zur Steigleitung 12 den Winkel zwischen dem inneren Arm 10 und einer horizontalen

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Ebene zu überwachen. Die Sensoren 53 können eine Auswahl von nicht dargestellten Wandlern, beispielsweise Potentiometer oder andere bekannte Vorrichtungen zum Erzeugen von analogen Ausgangssignalen, enthalten. Sie können auch eine Reihe von Begrenzungsschaltern zum Erzeugen von digitalen Ausgangssignalen enthalten. Im Fall eines Potentiometers kann beispielsweise die Kontaktbahn des Potentiometers mit dem inneren Arm 10 und die Kontaktbürste des Potentiometers mit dem äußeren Arm 16 verbunden sein. Die Signale, welche die verschiedenen Drehwinkel darstellen, werden vom Rechner 30 geeignet kombiniert, um ein oder mehrere zusammengesetzte Signale zu erzeugen, welche für die Lage der Verbindungsvorrichtung 18 repräsentativ sind. Der Rechner 30 ist so programmiert, daß, wenn in ihm über eine Tastatur 49 der Befehl eingetastet wird, den Arm in eine Stellung oberhalb der Reeling des Schiffes zu bewegen, der innere Arm 10 (Figur 1) zuerst um eine bestimmte Zahl von Graden vom Tanker weg nach hinten geneigt, dann der äußere Arm 16 relativ zum inneren Arm 10 um eine bestimmte Gradzahl angehoben und der Arm

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dann^kippt wird, bis die Verbindungsvorrichtung 18 unmittelbar oberhalb der Schiffsreeling 28 angeordnet ist. Der Rechner 30 liefert aus dem Ausgang 41 Ausgangssignale an mehrere Ausgangsschaltkreise 54, welche mehrere Hydraulikkreise 55 steuern. Die Hydraulikkreise 55 erzeugen Kräfte zum An- und Absenken des inneren und äußeren Arms 10 bzw. 16 des Ladearms 9. Die Winkel der Arme 10 und 16 werden durch den Rechner 30 so berechnet, daß die Verbindungsvorrichtung 15 eine Lage von beispieisvoici C,üG9om (2 feet) über der Reeling einnimmt und sich nicht näher zum Tanker bewegt. Der Rechner 30 bewirkt, daß der Arm 9 sich in einer, zur Kante der Ladestation 23 senkrechten Ebene erstreckt. Da der Abstand d vom Tanker 24 zur Ladestation 23 aus dem Sensor 48 und der Abstand h aus dem Höhensensor 47 bekannt ist, ist die im Rechner 30 erforderliche Verarbeitung sehr einfach. Wenn die Verbindungsvorrichtung 18 sich über der Tankerreeling 28

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befindet, kann das Personal auf dem Tanker 24 die Steuerung von Hand übernehmen.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht es, einen Arm einfach durch Knopfdruck zu betätigen, auszustrecken oder auszufahren. Natürlich könnten eine ganze Reihe von Armen nacheinander oder gleichzeitig mit derselben Tastatur und dem gleichen Rechner gesteuert werden.

Zusätzlich oder alternativ zu dem erfindungsgemäßen System könnte der Rechner dazu benutzt werden, automatisch einen oder mehrere Arme einzuziehen und/oder in eine verstaute Stellung zu bringen. In herkömmlichen Steuersystemen für Schiffsarme kann ein Arm automatisch vom Tankeranschluß gelöst werden. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung könnte so ausgebildet sein, daß der Arm automatisch in eine zurückgezogene Stellung eingezogen wird, in der ein genügender Abstand vom Tanker vorhanden ist. Bei Gefahr könnte beispielsweise ein Knopf gedrückt werden, um alle mit einem Tanker verbundenen Arme zu lösen, sie zurückzuziehen, und dann hydraulische Fender betätigt werden, um den Tanker vom Liegeplatz fortzustoßen. In einem anderen Beispiel könnte, ein Arm für den Fall, daß er aufgrund der Schiffsbewegung überdehnt würde, automatisch gelöst und zurückgezogen werden. Ein einmal zurückgezogener Arm könnte automatisch in eine verstaute Stellung gebracht und dann an Ort und Stelle eingeklinkt werden.

Es sind jetzt Systeme zum automatischen Messen des Abstandes eines Tankers von und seiner Annäherungsgeschwindigkeit zu einem Ladekai und zum Anzeigen der Information auf einer großen, vom Tanker aus lesbaren und das Festmachen unterstützenden Anzeigeskala verfügbar. Ein derartiges System könnte in ein erfindungsgemäßes System integriert werden.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Irg: H:.Wetckmann, Dlel.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska 8000 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22 Pa tentansOrüche

1. System zum Steuern eines auf eine Ladestation montierten gegliederten Ladearms in eine Sollstellung, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (53-, 30, 43, 54, 55) zum Steuern der Bewegung des Ladearms (9),

eine Abtasteinrichtung (47, 48) zum Abtasten der Sollstellung, in die der Ladearm bewegt werden soll und eine Aktivierungseinrichtung (49), welche die Steuereinrichtung (53, 30, 43, 54, 55) in Betrieb setzt, so daß als Antwort auf ein Signal aus der Abtasteinrichtung (47, 48) der Ladearm (9) in die Sollstellung bewegt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung (47, 48) einen Sensor (4?) zum Abtasten der Höhe h einer Reeling (28) eines Tankers (24) relativ zur Ladestation (23) umfaßt.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Sensor (47) zum Abtasten der Höhe der Reeling (28) aus einem Theodoliten besteht.

4. System nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung

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zum Abtasten der Lage des Tankers (24) relativ zur Ladestation. (23) vorgesehen ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Abtasten der Lage des Tankers (24) einen Sensor (48) zum Abtasten des Abstandes (d) des Tankers (24) von der Ladestation (23) aufweist, der ein diesem Abstand entsprechendes Abstandssignal erzeugt.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Recheneinrichtung (30, 43) mit einem Ausgang (41) und mehreren Eingängen (34 bis 37) vorgesehen ist, der über Eingänge (34, 35) das Abstandssignal und ein vom Sensor (47) zum Abtasten der Höhe h erzeugtes und dieser entsprechendes Höhensignal zuführbar sind, daß eine Einrichtung (53) zum Abtasten der Position des äußeren Endes (18) des Ladearmes (9) relativ zur Ladestation (23) und zum Erzeugen eines Positionssignals vorgesehen ist, welches einem Eingang (41) der Recheneinrichtung (30, 43) zuführbar ist, daß die Recheneinrichtung (30, 43) das Abstandssignal und das Höhensignal mit dem Positionssignal vergleicht und ein den Werten dieser Signale zugeordnetes Ausgangssignal erzeugt, und daß eine Einrichtung (54, 55) zum Bewegen des äußeren Endes (18) des Ladearms (9) in die Sollstellung oder eine vorbestimmte Stellung oberhalb der Reeling (28) vorgesehen ist.

7. System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Tastatur (49) zum Erzeugen von Operationsbefehlen für die Recheneinrichtung (30, 43), die über einen Eingang (36) der Recheneinrichtung (30, 43) zuführbar sind.

8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch

gekennzeichnet , daß die Recheneinrich-

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tung (30, 43) einen Rechner (30) und einen Speicher (43) umfaßt, land daß der Speicher (43) ein Programm zum automatischen Zurückziehen des Ladearms (9) in eine verstaute Stellung speichert.

9. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, g e kennzeichnet durch eine Einrichtung (53) zum Abtasten der räuruLiciien Lage de~ c.u3cren Endes (18) des Ladearmes (9), eine Einrichtung (30, 43) zum Vergleichen der räumlichen Lage des Armes (9) mit der Sollstellung oder vorbestimmten Stellung und durch eine Einrichtung (30) zum Erzeugen eines Signals, welches bewirkt, daß der Arm (9) sich von der räumlichen Lage zur Sollstellung oder vorbestimmten Stellung bewegt.

1-0. System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (54, 55) zum Bewegen des Ladearmes (9) mehrere Hydraulikkreise (55) umfaßt, die zwischen den Ladearm (9) und die Recheneinrichtung (30, 43) geschaltet sind.

11, System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet-, daß die Einrichtung (54, 55) zum Bewegen des Ladearms (9) mehrere Ausgangsschaltkreise (54) umfaßt, die zwischen die Hydraulikkreise (55) und die Recheneinrichtung (30, 43) geschaltet sind.

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