DE4224808A1 - Verfahren und Anordnung zum selbsttätigen Höhenausgleich beim Be- und Entladen von Schiffen mit einem Kran - Google Patents

Description

Verfahren und Anordnung zum selbsttätigen Höhenausgleich beim Be- und Entladen von Schiffen mit einem Kran.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selbst­ tätigen Höhenausgleich beim Be- und Entladen von Schiffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Be- und Entladen von Schiffen mit einem Kran, der am Kai oder auf einer Off-Shore-Insel steht, bringt eine Reihe von Problemen mit sich, insbesondere dann, wenn der Kran beispielsweise auf einer Bohrinsel auf hoher See steht. Der herabgelassene Lasthaken des Krans stellt im Stillstand eine feste Beziehung zu der Bohrinsel oder zum Kai dar, während sich das Schiff mit seiner Ladefläche ständig dem Wasserstand bzw. dem Seegang anpaßt und daher eine Relativbewegung zum fest im Raum stehenden Seil entsteht. Diese vertikalen Bewegungen sind einerseits ge­ fährlich, andererseits erschweren sie es erheblich, eine Last mit der gewünschten Sorgfalt aufzuheben oder abzusenken.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welches gestattet, den Haken entsprechend der Bewegung des Schiffes bei der Lastaufnahme und auch beim Lastabsenken nachzuführen. Dabei soll dieser Vorgang selbsttätig erfolgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem eingangs be­ schriebenen Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Üblicherweise wird ein manuell über einen Steuerhebel be­ tätigter Kran verwendet, der durch Handzeichen oder Funk­ verbindung vom Schiff ausgegebene Befehle ausführt. Beispielsweise wird bei der Lastaufnahme der Kranführer zunächst den Haken in die Nähe der aufzunehmenden Last bringen und ihn soweit herablassen, daß das lose auf der Last aufliegende Geschirr in den Haken eingehängt werden kann, ohne dabei schon irgendwelche Last aufnehmen zu müssen. Sobald dies geschehen ist, wird dem Kranführer signalisiert, daß er auf Lastaufnahme schalten soll, um das Hubwerk bzw. den Antriebsmotor mit einer vorgegebenen Kriechgeschwindigkeit in Richtung Heben in Bewegung zu setzen. Wenn das Zugseil straff gespannt ist, wird dem Kranführer signalisiert, auf Lastheben umzuschalten, um die Last zu heben und hochzuziehen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen diese Vorgänge nun automatisiert werden, wobei die Auf- und Abwärtsbe­ wegungen des Schiffes erkannt werden müssen. Um eine auto­ matische Zugregelung für das Zugseil zu ermöglichen, sind eine Reihe von Soll- und Istwerten erforderlich. Aus dem Gewicht der Totlast und aus dem Gewicht des Seiles wird das Gewicht einer Grundlast berechnet und ein Grund-Soll­ wert gebildet, der einer Zugregeleinrichtung zugeführt wird. Ferner wird gemäß der Erfindung aus der Geschwindig­ keit des Zugseiles eine Zuglast ermittelt und daraus ein Zug-Sollwert gebildet, der ebenfalls der Zugregeleinrich­ tung zugeführt wird. Diese erhält auch einen Zug-Istwert, der zweckmäßigerweise aus dem Motorstrom des Antriebs­ motors abgeleitet wird. Mit diesen Werten wird ein Steuer- Sollwert für den Höhenausgleich gebildet, zusätzlich zu einem Steuer-Sollwert für den normalen Hakenbetrieb, der abhängig ist von den eingegebenen Hand-Sollwerten und dem Drehzahl-Istwert des Antriebsmotors. Auf diese Weise ist es möglich, einen Steuer-Sollwert für die Motorsteuerung zu ermitteln, der es gestattet, die Last nur bei der Aufwärtsbewegung des Schiffes anzuheben und hochzuziehen bzw. die Last nur bei der Abwärtsbewegung zu senken und auf dem Schiff abzusetzen.

Wird beispielsweise bei dem Vorgang, das Schiff zu ent­ laden, über den Steuerbefehl der Sollwert für Seilstraffen eingegeben, so wird das Zugseil langsam hochgezogen, bis der Haken kraftschlüssig wird, was durch die Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung des Zugseiles (Lastmessung) erkannt wird und dazu führt, daß automatisch die Zugregel­ einrichtung in Funktion tritt. Aufgrund der der Zugregel­ einrichtung zugeführten Parametern wird bei gestrafftem Seil bei der Auf- und Abwärtsbewegung des Schiffes das Seil immer straff gespannt gehalten und bei dem Steuer­ befehl "Last anheben" erreicht, daß die Last nur bei der Aufwärtsbewegung des Schiffes angehoben wird. Damit wird eine sanfte Lastaufnahme erreicht. Sobald die Last frei hängt, was über die Erfassung der Seilgeschwindigkeit und seitens der Zugregeleinrichtung erkannt wird, wird die Last automatisch in die Höhe gehoben, die außerhalb der Schiffsbewegung liegt, damit ein unerwünschtes erneutes Aufsetzen der Last vermieden wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß keine zusätzlichen mechanischen oder elektrischen Entfernungsmeßeinrichtungen erforderlich sind.

Zweckmäßigerweise wird der Hand-Sollwert mittels des Steuerhebels einem Hochlaufgeber zugeführt, der einen Drehzahl-Sollwert bildet und diesen als ersten Steuer- Sollwert, nämlich als Sollwert für normalen Hakenbetrieb, abgibt. Dabei wird für die Motorsteuerung entweder der Steuer-Sollwert für normalen Hakenbetrieb oder der weitere Steuer-Sollwert, der Sollwert für Höhenausgleich, für die Motorsteuerung herangezogen.

In vorteilhafter Weise wird das Seilgewicht aus der abgewickelten Seillänge, d. h. der Hubhöhe, ermittelt, wobei beispielsweise ein Winkelcodierer vorgesehen sein kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vom normalen Hakenbetrieb automatisch auf den Höhenausgleich und umgekehrt umgeschaltet, so daß der entsprechende Steuer- Sollwert z. B. über eine an sich bekannte Stromregelein­ richtung zur Bildung eines Steuerstroms für die An­ steuerung des Antriebsmotors gebildet werden kann.

In vorteilhafter Weise wird die Geschwindigkeit des Zug­ seils zur Lastmessung aus der Drehzahl des Antriebsmotors hergeleitet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann für die Hakennachführung beim erfindungsgemäßen Verfahren der Seegang dadurch berücksichtigt werden, daß zusätzlich eine Entfernungsmeßeinrichtung vorgesehen wird, die die Entfernung zwischen dem sich auf- und abwärtsbewegendem Schiff und dem Kran mißt. Zum Beispiel kann hierfür das Schiffsdeck und ein fester Bezugspunkt des Krans oder die Oberkante der Bohrinsel herangezogen werden. Die sich daraus ergebenden Entfernungsdifferenzen dienen einer wegeabhängigen Hakennachführung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an möglichen Aus­ führungsbeispielen anhand zweier Blockschaltbilder er­ läutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Anordnung mit automatischem Höhenausgleich und

Fig. 2 eine Anordnung mit einer zusätzlichen Entfernungs­ meßeinrichtung.

Das Hubwerk des Kranes weist einen Antriebsmotor auf, dessen Motorstrom i und dessen Drehzahl n erfaßt werden, um einen Zug-Istwert ZI und einen Drehzahl- Istwert DI zu gewinnen. Der Antriebsmotor ist drehzahl­ geregelt, beispielsweise bei einem Umrichterantrieb frequenzgeregelt. Normalerweise werden über einen Steuer­ hebel SH Hand-Sollwerte HS für verschiedene Drehmomente über einen Hochlaufgeber HG, und damit ein Drehzahl-Soll­ wert DS einem Drehzahlregler DR zugeführt (Fig. 1). Dieser erhält auch den Drehzahl-Istwert DI. Das Ausgangssignal des Drehzahlreglers DR wird normalerweise über einen Stromregelkreis (Stromregeleinrichtung SRE) als Steuer­ strom SI dem Antriebsmotor zugeführt. Für das erfindungs­ gemäße Verfahren ist eine Meßeinrichtung MS für die Seil­ länge SL mit einer nachgeschalteten Einrichtung ESG zur Berechnung des Seilgewichts SG und eine Eingabemöglichkeit für die Totlast TL sowie eine Einrichtung EGL zur Berechnung der Grundlast GL vorgesehen. In dieser Ein­ richtung ESG wird aus dem Seilgewicht SG und dem Totlast­ gewicht TLG die Grundlast GL ermittelt und als Grund-Soll­ wert GS einer Zugregeleinrichtung ZRE zugeführt. Diese Zugregeleinrichtung ZRE erhält auch den Zug-Istwert ZI. Darüber hinaus wird die Zuglast gemessen, indem die Seil­ geschwindigkeit des Zugseils ermittelt wird. Dazu kann eine Einrichtung EGM vorgesehen sein, die aus dem Dreh­ zahl-Istwert des Antriebsmotors die Geschwindigkeit des Zugseils ermittelt und als Zug-Sollwert ZS ebenfalls der Zugregeleinrichtung ZRE zuführt. Aus diesem und den beiden anderen der Zugregeleinrichtung ZRE zugeführten Werten wird für den automatischen Höhenausgleich ein Steuer -Soll­ wert SSH ermittelt, der dem Drehzahlregler DR zugeführt wird, der eine Umschalteeinrichtung aufweist, denn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird automatisch vom normalen Hakenbetrieb (Steuer-Sollwert SSN) auf Höhenausgleich (Steuer-Sollwert SSH) in Abhängigkeit vom Steuersollwert der Zugregeleinrichtung umgeschaltet. Dabei entspricht der Drehzahl-Sollwert DS dem Steuersollwert SSN für normalen Hakenbetrieb. Das Ausgangssignal des Drehzahlreglers DR wird der Stromregeleinrichtung SRE zugeführt.

Der Steuersollwert SSH für den automatischen Höhenaus­ gleich kann aber auch über eine geeignete Umschaltvor­ richtung der Stromregeleinrichtung SRE zugeführt werden, wobei das Ausgangssignal des Drehzahlreglers DR als Steuer-Sollwert SSN für normalen Hakenbetrieb über die Umschaltvorrichtung der Stromregeleinrichtung SRE zugeführt ist.

Beim Heben einer Last wird über den Steuerhebel SH zuerst der Hand-Sollwert HS eingegeben, der es ermöglicht, daß das Zugseil gestrafft wird. Sobald, in welcher Phase auch immer, der Haken kraftschlüssig wird, tritt automatisch die Zugregelung ZRE in Funktion. Dabei wird ein Zug (Steuer-Sollwert SSH) eingestellt, der das Seilgewicht SG plus das Totlastgewicht TLG berücksichtigt. Die Last kann damit noch nicht gehoben werden. Bei aufsteigender Last wird das Seil aufgewickelt, bei absteigender Last wird das Seil nachgelassen. Der einmal eingestellte Zustand des ge­ strafften Seils bleibt automatisch erhalten. Dafür sorgt die automatische Zugregeleinrichtung ZRE und die Ein­ richtung EGM zur Geschwindigkeitserfassung des Zugseils (Lastmessung). Soll die Last endgültig angehoben werden, so wird der Hubvorgang durch den Kranführer eingeleitet, dabei wird automatisch von der Funktion Höhenausgleich auf Hakenbetrieb umgeschaltet.

In der Fig. 2 ist in Ergänzung zur Fig. 1 noch eine Ent­ fernungsmeßeinrichtung EME gezeigt, welche die Entfernung zwischen dem sich auf- und abwärts bewegenden Schiff und einen Bezugspunkt des Krans ermittelt, um für eine weg­ abhängige Hakennachführung aus der abgewickelten Seillänge SL und der gemessenen Entfernung einen zusätzlichen Steuer-Sollwert SSZ zu ermitteln (Einrichtung EBS zur Bildung eines zusätzlichen Steuer-Sollwerts SSZ).

Soll eine Last aufgenommen werden und der Haken befindet sich in der Nähe des Schiffes, so wird eine Funktion per Wahlschalter "Hakennachführung" angewählt. In diesem Fall wird die ermittelte Entfernung des Kran, z. B. in der Relation zur Entfernung der festen Oberkante der Bohrinsel zur Schiffsoberkante gemessen. Die einmal festgestellte Differenz wird unter Berücksichtigung der abgewickelten Seillänge durch eine Nachfolgerregelung ständig nachge­ führt, damit der Haken im Vergleich zur Deckoberfläche oder dem aufzunehmenden Gut einen einmal eingestellten gewollten Abstand weder unter- noch überschreitet. Damit ist das Einhängen des Seils problemlos. Dann wird die oben bereits beschriebene Aufnahme der Last einge­ leitet, wobei die Hakennachführung eine übergeordnete Überwachungsfunktion übernimmt und zulässige Stoßmomente durch plötzlich aufnehmende Last verhindert.

Claims (6)

1. Verfahren zum selbsttätigen Höhenausgleich beim Be- und Entladen von Schiffen mit einem Kran, dessen Hubwerk einen drehzahlgeregelten Antriebsmotor (AM) sowie einen manuell betätigbaren Steuerhebel (SH) auf­ weist, über den bestimmte Hand-Sollwerte (HS) für ein jeweiliges Drehmoment vorgebbar sind, zur Bildung eines ersten Steuer-Sollwerts (SSN) für die Steuerung des Antriebsmotors, dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Gewicht der Totlast (TL) und dem Seilgewicht (SG) das Gewicht der Grundlast (GL) berechnet (EGL) und daraus ein Grund-Sollwert (GS) gebildet wird,
daß aus der Geschwindigkeit des Zugseils eine Zuglast er­ mittelt (EGM) und daraus ein Zug-Sollwert (ZS) gebildet wird, und
daß aus dem Grund-Sollwert (GS) und dem Zug- Sollwert (ZS) sowie einem Zug-Istwert (ZI) seitens des Antriebsmotors mittels einer Zug-Regel-Einrichtung (ZRE) ein weiterer Steuer-Sollwert (SSH) für die Motorsteuerung ermittelt wird, wobei über eingegebene Hand-Sollwerte (HS) für Seilstrammen oder Lastheben bzw. -senken die Last nur bei der Aufwärtsbewegung des Schiffes angehoben und hoch­ gezogen bzw. bei der Abwärtsbewegung gesenkt und auf das Schiff aufgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Steuer-Sollwertes (SSN) für normalen Haken­ betrieb der Hand-Sollwert (HS) mittels des Steuerhebels (SH) einem Hochlaufgeber (HG) zugeführt wird, wo ein Drehzahl-Sollwert (DS) gebildet wird, und daß entweder der Steuer-Sollwert für normalen Hakenbetrieb (SSN) oder der weitere Steuer-Sollwert, der Sollwert für Höhenausgleich (SSH), der Motorsteuerung zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom nor­ malen Hakenbetrieb (SSN) auf Höhenausgleich (SSH) und umgekehrt automatisch (ZRE), in Abhängigkeit von der gemessenen Last, umgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil­ gewicht (SG) aus der abgewickelten Seillänge (SL; Hubhöhe) mittels eines Winkelcodierers ermittelt (MS) wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Seils aus der Drehzahl des Antriebs­ motors hergeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Entfernungsmeßeinrichtung (EME) die Entfernung zwischen dem sich auf- und abwärts bewegenden Schiff und einem Bezugspunkt des Krans ermittelt und für eine wegabhängige Höhennachführung herangezogen wird, wobei aus der abge­ wickelten Seillänge (SL) und der gemessen Entfernung ein zusätzlicher Steuer-Sollwert (SSZ) für die Motorsteuerung abgeleitet (EBS) wird.