DE4238064A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Motorregler und insbesondere auf ein System zum Steuern von mehreren Wech­ selstrommotoren in einem Antriebssystem mit einstellbarer Frequenz zur im wesentlichen gleichen Lastverteilung.

Manche "Lastbewegungs"-Antriebssysteme weisen zwei oder mehr als zwei Elektromotoren zum Bewegen einer einzelnen Last auf. In einigen Systemen üben die Motoren Kräfte auf die Last über eine Art "elastischer" Verbindungen aus, z. B. über elastische Treibriemen oder Rutschkupplungen. In einer solchen Konfiguration ist jeder Motor (und die mit ihm ver­ bundene Kraftübertragungs- und Steuerausrüstung) in etwa von mechanischen Stößen getrennt, die daraus resultieren, daß die Motoren die Last nicht gleich verteilen.

Andererseits, bei einigen Arten von Systemen sind mehrere Motoren mit einer Last unter Verwendung von "starren" Ver­ bindungen wie Getrieben, Längswellen od. dgl. gekuppelt. Wenn in diesen Fällen die Motoren die Last nicht im wesent­ lichen gleich aufteilen, kann es zu übermäßiger Beanspru­ chung von sämtlichen mechanischen Bauteilen in dem An­ triebsstrang (einschließlich der Motoren selbst) und des elektrischen Steuersystems kommen. Vorzeitiger Verschleiß und Bruch sind häufig das Ergebnis.

Ein Beispiel eines Falles, in welchem mehrere Antriebsmoto­ ren zum Bewegen einer einzelnen Last dienen, ist ein Kran. Kräne werden in einer Vielfalt von Konfigurationen gebaut. Ein Typ wird als Hänge- oder Laufkran bezeichnet und in Fa­ briken od. dgl. zum Heben und Plazieren von Lasten auf dem Fabrikboden benutzt. Ein solcher Kran fährt auf einem Paar erhöhter Hauptschienen, die parallel sind und gegenseitigen Abstand haben, üblicherweise mehrere Meter. Ein Paar Brüc­ kenträger überspannt die Schienen, und angetriebene Räder, die an jedem Ende der Träger befestigt sind, laufen auf den Schienen. Auf den Trägern selbst sind Schienen angebracht.

Eine "Laufkatze" ist auf den Trägerschienen montiert und kann sich unter Zufuhr von Antriebsenergie über die Breite der Brücke bewegen. Ein Lasthebezeug ist auf der Laufkatze befestigt und weist eine angetriebene Heben/Senken- "Seiltrommel" auf, um die ein Stahlseil gewickelt ist. Das Seil ist mit einem Haken, einer Schlaufe, einem Magnet od. dgl. zum Lastheben verbunden. Mit der vorgenannten An­ ordnung kann die Bedienungsperson (die üblicherweise in ei­ ner Kabine fährt, welche an dem Kran befestigt ist) eine Last irgendwo in dem durch den Kran überfahrenen Bereich aufnehmen, bewegen und absetzen.

Ein weiterer Typ von Kran wird als Torkran bezeichnet, und viele seiner Arbeitsprinzipien gleichen denen eines Lauf­ krans. Ein Unterschied ist, daß die Hauptschienen auf Bo­ denhöhe sind und daß die Laufkatze durch Beine in einer Höhe abgestützt ist, die sich von den Brückenträgern nach unten zu den Hauptschienen erstrecken. Ein Torkran gleicht in der Form einem umgedrehten Buchstaben "U". Ein Vorteil einer solchen Anordnung ist, daß die Hauptschienen nicht in einer erhöhten Position befestigt zu werden brauchen. Ein weiterer ist, daß sich der Kran selbst beispielsweise über einem Lastwagen positionieren (oder diesen "überfahren") und die Ladung des Lastwagens entladen kann. Manchmal ist der Kran ein L-förmiger "Hybrid"-Kran, bei dem ein Ende auf einer erhöhten Schiene und das andere auf einer Schiene in Bodenhöhe abgestützt ist.

In Lastbewegungssystemen der vorgenannten Typen (einschließlich lasthebenden/-senkenden Kränen) ist die Steuerbarkeit der Last-"Aufnahme" und -Plazierung wichtig. Das heißt, die Systembedienungsperson muß in der Lage sein, die Lastbewegung sanft einzuleiten und später die Last ge­ nau und sanft zu plazieren. Nirgendwo gilt das mehr als bei Kranmaterialhandhabungsarbeit, wo die zu hebende und zu plazierende Last ein teueres, maschinell bearbeitetes Pro­ dukt sein kann, das mehrere tausend Dollar wert ist. Solche Kräne sind manchmal dafür ausgelegt, eine Last zu heben, die Tonnen oder sogar hunderte von Tonnen wiegt. Häufig werden Kranarbeiten von Arbeitern in Bodenhöhe begleitet, die beim Befestigen, Plazieren und Lösen der Last mithel­ fen. Solche Arbeiter lassen verständlicherweise kein He­ ben/Senken-System zu, das schwierig genau steuerbar ist. In Systemen mit mehreren Motoren sind eine gute Steuerung und das Maximallasthubvermögen zum Teil von ausgeglichener Mo­ torlastaufteilung abhängig.

In früheren Jahren wurden Kräne des vorgenannten Typs häu­ fig durch Gleichstromelektromotoren angetrieben. In jünge­ rer Zeit sind Wechselstromantriebssysteme weitgehend in Ge­ brauch genommen worden, und zwar zu einem bedeutsamen Teil aufgrund der Tatsache, daß sie Energie aus den vorhandenen Wechselstromnetzen entnehmen können.

Ein Typ von Antriebssystem mit veränderbarer Drehzahl, das bei Kränen benutzt wird, umfaßt Käfigläuferwechselstrommo­ toren (die, wie allgemein anerkannt, die einfachsten Wech­ selstrommotoren sind) und Regler zum Erzielen einer ein­ stellbaren Motordrehzahl, die von "Kriechen" bis Nenndreh­ zahl reicht. Solche Antriebe werden zwar häufig als An­ triebe mit einstellbarer Frequenz bezeichnet, tatsächlich ist jedoch die Leistung, die der Wechselstrommotor oder die Wechselstrommotoren über das Steuersystem aufnehmen, sowohl in der Frequenz als auch in der Spannung einstellbar. Die Frequenz der angelegten Spannung (welche im allgemeinen von null bis 60 Hz bei einem Netz von 60 Hz wie in den Verei­ nigten Staaten reicht) steuert die Motordrehzahl, wogegen die Größe der angelegten Spannung den Motorstrom und des­ halb das Motorausgangsdrehmoment steuert. Eine bekannte Möglichkeit zum Koordinieren von Frequenz und Spannung ist es, eine vorbestimmte Änderung der Spannung bei jeder Ände­ rung der Frequenz von z. B. einem Hz hervorzurufen. Bei sehr niedrigen Frequenzen wird die Spannung etwas erhöht, um Mo­ tor-Strom-/Widerstandsverluste, die häufig als "ohmsche Verluste" bezeichnet werden, zu kompensieren. Vor einigen Jahren hat der Begriff "Hertz", abgekürzt "Hz", den Begriff "Schwingungen pro Sekunde" ersetzt und ist dafür synonym.

Ein bekanntes, in der Frequenz einstellbares Wechselstrom­ antriebssystem, das bei Kränen verwendbar ist, hat einen Regler für zwei Motoren, die mit derselben Hebezeugtrommel durch Getriebe mechanisch gekuppelt sind. Ein solcher Reg­ ler hat ein Paar mikroprozessorgestützte, in der Frequenz einstellbare Allzweck-Stromrichter (manchmal als skalare Stromrichter bezeichnet), einen für jeden Motor. Jeder Stromrichter nimmt Eingangsleistung aus dem Wechsel­ stromnetz mit beispielsweise 460 Volt, 3 Phasen, 60 Hz auf. Die über den Stromrichter an den angeschlossenen Motor ab­ gegebene Leistung ist in der Frequenz und in der Spannung einstellbar, wie oben beschrieben.

Ein einzelner Hauptschalter "sagt" dem System, welche Motordrehzahl durch die diesen Schalter betätigende Bedie­ nungsperson gewünscht wird. Er tut das durch Liefern einer variablen Referenzwechselspannung, die nominell in dem Be­ reich von 0-16 V liegt. Der Hauptschaltergriff ist in ei­ nem Bogen von einer mittleren "neutralen" Position aus auf jede Seite bewegbar, und der Grad der Griffverlagerung aus der neutralen Position bestimmt die Größe dieser Spannung.

Diese Spannung wird an eine Schnittstellenkarte angelegt, welche sie gleichrichtet und entsprechend ein Gleichstrom­ motordrehzahlsignal liefert, das nominell in dem Bereich von 0-10 V liegt. Wenn die Mikroprozessoren jedes Strom­ richters ihre programmierten Befehle abfragen, "lesen" sie periodisch dieses Motordrehzahlsignal und bewirken entspre­ chend, daß die Stromrichter elektrische Leistung an die Mo­ toren mit einer Frequenz (und einer Spannung) abgeben, die damit korreliert ist. Sogenannte "Befehlsrampen" ("command ramps") werden benutzt, um die Stromrichter auf diese Weise zu steuern.

Eine Befehlsrampe wird durch die Mikroprozessoren gemäß den Aspekten der in sie eingebetteten Programmierung geliefert. Diese Rampe, die ihrer Natur nach ein elektrisches Signal ist, leitet ihren Namen von der Tatsache ab, daß sie die angelegte Motorspannung veranlaßt, sich etwas allmählich statt augenblicklich zu ändern. Eine Gelegenheit, bei der diese Rampen den Systembetrieb beeinflussen, ist, wenn die Bedienungsperson den Hauptschaltergriff schnell aus der neutralen Position in eine Extremposition verstellt. Ob­ gleich diese Position volle Motordrehzahl bedeutet, verhin­ dert das System das augenblickliche Anlegen der vollen Spannung. Vielmehr wird die angelegte Motorspannung auf den Wert "hochgefahren", der durch die endgültige Hauptschal­ terposition dargestellt wird. Von einem solchen System wird manchmal gesagt, daß es für eine "weiche" Beschleunigung sorgt, und eine falsche Benutzung der elektrischen und me­ chanischen Bauteile wird dadurch wesentlich reduziert. Ein Motorregelsystem des vorgenannten Typs wird von der Har­ nischfeger Corporation, Milwaukee, Wisconsin, hergestellt und unter deren Warenzeichen SMARTORQUE® vertrieben.

Bei der vorgenannten Anordnung wird angenommen, daß die­ selbe Spannung mit derselben Frequenz an beide Motoren an­ gelegt wird. Das Ausgangsdrehmoment jedes Motors ist eine Funktion des elektrischen Motorstroms, der seinerseits eine Funktion der angelegten Frequenz und Spannung ist. Deshalb ist der elektrische Strom eine Angabe über den Grad, in welchem die Motoren die Last aufteilen. Bei gleichen Mo­ torströmen wäre die Lastaufteilung im wesentlichen gleich.

Obwohl beide Stromrichter dasselbe Motordrehzahlsignal er­ fassen, ist beobachtet worden, daß die Motorströme nicht immer gleich waren und daß die Anteile der Gesamtlast, die durch jeden Motor gehandhabt werden, um 1,5:1 oder mehr un­ gleichartig waren und sich willkürlich veränderten. Infol­ gedessen ist der Kran nicht in der Lage, die Nennlast ohne weiteres anzuheben, ein Motor wird durch den anderen etwas "mitgezogen", und sowohl das elektrische als auch das me­ chanische System werden falsch benutzt.

Eine Lösung für ein solches Problem besteht darin, Spezial­ stromrichter zu benutzen, deren Kosten wesentlich höher sind als die eines Allzweckstromrichters. Eine weitere Lö­ sung besteht darin, eine Rückkopplungsschaltung vorzusehen, durch die die Motorströme (oder Drehzahlen oder andere Pa­ rameter) zum Vergleich mit dem Motordrehzahlgleichstroms­ ignal od. dgl. "rückgekoppelt" werden. Da dieses Drehzahlsi­ gnal den Motorsollbetriebszustand repräsentiert, ergibt (oder kann ergeben) das Vergleichen desselben mit einem Si­ gnal, welches einen Motoristbetriebszustand repräsentiert, ein "Fehler"-Signal. Ein Rückkopplungssystem ist so ausge­ legt, daß es den Istbetriebszustand automatisch ändert, bis er mit dem Sollbetriebszustand zufriedenstellend überein­ stimmt.

Solche Rückkopplungssysteme sind beträchtlich komplexer als ähnliche Systeme ohne Rückkopplung. Sie sind hauptsächlich teurer, bereiten Schwierigkeiten bei der Fehlerbeseitigung und neigen eher zu Ausfällen.

Ein System, welches billig ist, leicht zu installieren oder in vorhandene Regler nachträglich einbaubar ist, mit All­ zweckstromrichtern arbeitet und hinsichtlich der Lastver­ teilung in Wechselstromantrieben mit einstellbarer Frequenz äußerst effektiv ist, würde einen wichtigen Fortschritt darstellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbesserten Lastbewe­ gungssystem zu schaffen, das einige der Probleme und Nach­ teile des Standes der Technik beseitigt.

Weiter soll durch die Erfindung ein verbessertes Lastbewe­ gungssystem zur im wesentlichen gleichen Lastverteilung in Wechselstromantrieben mit einstellbarer Frequenz, die meh­ rere Motoren haben, geschaffen werden.

Ferner soll durch die Erfindung ein verbessertes Lastbewe­ gungssystem geschaffen werden, bei dem Allzweckstromrichter benutzt werden.

Weiter soll durch die Erfindung ein verbessertes Lastbewe­ gungssystem geschaffen werden, bei dem die Fehlerbeseiti­ gung einfach ist.

Ferner soll durch die Erfindung ein verbessertes Lastbewe­ gungssystem geschaffen werden, das leicht installierbar ist oder mit dem vorhandene Steuersysteme leicht nachgerüstet werden können. Wie diese und andere Ziele erreicht werden, ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.

Die Erfindung ist eine Verbesserung in einem Lastbewegungs­ system - einem Kran, einer Seilwinde od. dgl. - des Typs, der eine Steuerschaltung hat, die ein Motordrehzahlsignal liefert. Im allgemeinen ist das Motordrehzahlsignal eine Funktion der Position des Hauptschalters der Systembedie­ nungsperson.

In einer solchen Schaltung werden Befehlsrampen benutzt, um jeden der beiden Wechselstrommotoren zu steuern, mit denen die Last bewegt wird. Solche signalartigen Befehlsrampen bewirken eine gesteuerte, etwa allmähliche Motorbeschleuni­ gung statt ein Anfahren mit sofortiger voller Drehzahl bei falscher Benutzung der Ausrüstung. Ein typischer Verwen­ dungszweck für die Erfindung ist ein Kran, der ein An­ triebssystem mit einstellbarer Frequenz hat, welches mit zwei Motoren zum Lastheben und -senken verbunden ist.

Die Verbesserung beinhaltet eine Verweilschaltung, die das Motordrehzahlsignal für wenigstens eine Verweilzeit auf ei­ nem Synchronisierwert hält. Die beiden separaten, mit den Motoren verbundenen Stromrichter überwachen das Signal (einschließlich dann, wenn dieses Signal auf einem Synchro­ nisierwert gehalten wird) und erzeugen entsprechend Be­ fehlsrampen zur Motordrehzahlregelung.

Jeder Stromrichter enthält eine Mikroprozessoreinrichtung, welche eine Sequenz von Programmbefehlen wiederholt abta­ stet und das Motordrehzahlsignal periodisch "liest". Die Verweilzeit ist wenigstens gleich der Zeit, die für eine einzelne Abtastung der Befehle benötigt wird, und vorzugs­ weise gleich der Zeit, die für mehrere Abtastungen benötigt wird. Auf diese Weise liest jede Mikroprozessoreinrichtung denselben Wert des Motordrehzahlsignals, das auf dem Syn­ chronisierwert gehalten wird, obgleich die Mikroprozessor­ einrichtungen das Abtasten zu unterschiedlichen Zeitpunkten beginnen oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abta­ sten und deshalb das Motordrehzahlsignal zu geringfügig un­ terschiedlichen Zeitpunkten lesen können.

Die Dauer der Verweilzeit hängt zum Teil von der Konfigura­ tion des Systems ab, bei dem die Erfindung benutzt wird. Wenn das System eine Bremse aufweist, die angezogen wird, um die Last festzuhalten, wenn die Motoren abgeschaltet werden, ist die Verweilzeit wenigstens so lang wie die Zeit, die erforderlich ist, um die Bremse zu lösen, und vorzugsweise wenigstens gleich der Summe aus dieser Brems­ lösezeit und der Zeit, die erforderlich ist, um die Motoren auf die relativ niedrige Drehzahl zu beschleunigen, welche dem Synchronisierwert entspricht.

Das Motordrehzahlsignal ist eine Spannung innerhalb eines Bereiches, die durch Maximal- und Minimalwerte begrenzt wird. Der Synchronisierwert des Drehzahlsignals ist vor­ zugsweise nicht größer als etwa 10% der Differenz zwischen diesen Maximal- und Minimalwerten.

Für einen Verwendungszweck wie einen Kran, der eine asymme­ trische Last handhabt (eine Last, die zum Bewegen in einer Richtung mehr Leistung als in der anderen erfordert), ent­ hält die Verweilschaltung einen Zeitgeber. Seine Kontakte öffnen nach dem Verstreichen der Verweilzeit, um die Ver­ weilschaltung zu sperren. Bei dem Entwickeln der Erfindung ist festgestellt worden, daß, wenn das System bei einem He­ ben/Senken-Kran benutzt wird, die Motoren die Last in der Absenkrichtung ohne die Erfindung relativ gut aufteilten. Deshalb wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Zeit­ geber nur betätigt, wenn der Hauptschalter der Bedienungs­ person in die Heben-Position bewegt wird. Die gesamte Ver­ weilschaltung ist während des Lastabsenkens gesperrt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Portalkrans, einer Art von Torkran, der für den Fall typisch ist, in welchem die Erfindung benutzt wird,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bekannten Lastbewegungs­ systems, das in Verbindung mit der er­ findungsgemäßen Verbesserung gezeigt ist,

Fig. 3 ein Schaltbild, bei dem Teile gestrichelt umrahmt sind, eines Teils der Steuerschaltung, die in dem System nach Fig. 2 benutzt wird, wobei das Schalt­ bild in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Verbesserung gezeigt ist,

Fig. 4 ein Diagramm der Wellenformen von Motoren, die in einem System arbeiten, welches die Erfindung nicht aufweist, und

Fig. 5 ein Diagramm der Wellenformen von Motoren, die in einem System arbeiten, welches die Erfindung auf­ weist.

Bevor zuerst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen und in die Einzelheiten der Erfindung gegangen wird, wird etwas Hin­ tergrundinformation hilfreich sein. Der Kran 13, der in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Portalkran und hat eine Lauf­ katze 15, die sich über die Länge einer Brücke 17 bewegt. Eine Kranführerkabine 19 ist an der Laufkatze 15 befestigt und bewegt sich mit dieser. Die Brücke 17 ist auf stelzen­ artigen Trägern 21 abgestützt, deren untere Enden auf Radl­ aufwerken 23 befestigt sind, welche auf eisenbahnschienen­ artigen Schienen 25 laufen. Der gesamte Kran 13 kann die Länge eines Arbeitsbereiches überqueren, und die Laufkatze 15 kann seine Breite überqueren, beides zum Bewegen von La­ sten in den, aus dem oder um den Bereich.

Das Lastbewegungssystem 27 hat Steuereinrichtungen 29, die in einem Steuergehäuse 31 geschützt sind. Der dargestellte Kran 13 hat einen Greifer 33 zum Heben und Senken von La­ sten 35 (z. B. Baumstämmen), und sein Heben/Senken-System 27 wird durch zwei Käfigläuferwechselstrommotoren 37, 38 ange­ trieben.

Von einem Kran-Heben/Senken-System 27 sagt man, es dient zum Handhaben von asymmetrischen Lasten. Das heißt, be­ trächtlich mehr Leistung wird benötigt, um die Last 35 in einer Richtung (aufwärts) zu bewegen als in der anderen (abwärts). Tatsächlich ist das Absenken der Last 35 bei ei­ nem Kran 13 regenerativ - kinetische Energie kann (z. B. bei einer aufgehängten Last 35) in elektrische Leistung umge­ wandelt werden. Dagegen ist ein Kranbrücken- oder -laufkat­ zenantrieb symmetrisch, d. h. etwa gleiche Leistung wird benötigt, um sie in beiden Richtungen zu bewegen. Bei sym­ metrischen Lasten 35 wird bevorzugt, daß die Erfindung für beide Bewegungsrichtungen benutzt wird. Die Erfindung be­ schränkt sich nicht auf bidirektionale, in der Drehzahl einstellbare Antriebssysteme 27. Sie ist gleichermaßen bei unidirektionalen Systemen 27 einsetzbar, bei denen mehrere Motoren 37, 38 zum Lastbewegen benutzt werden.

Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2 wird das auf einem Kran 13 installierte Lastbewegungssystem 27 beschrieben. Eine Last 35 wird durch eine Seiltrommel 39 gehoben oder abgesenkt, welche durch die beiden Wechselstromkäfigläufer­ motoren 37, 38 angetrieben wird, die mit einem Drehzahlun­ tersetzungs- und Drehmomenterhöhungsgetriebe 41 gekuppelt sind. Aus vorstehenden Darlegungen ist zu erkennen, daß die Antriebswellen der beiden Motoren 37, 38 mechanisch fest miteinander verbunden sind.

Der Kran 13 hat außerdem eine oder zwei mittels Federn an­ gezogene, magnetisch gelöste Bremsbacken 43, die auf be­ kannte Weise installiert sind. Selbst mit einer Last 35 an dem Kran 13 verhindern diese Bremsen 43, daß sich die Moto­ ren 37, 38 (und deshalb die Trommel 39) drehen, wenn das System 27 abgeschaltet ist. Wenn Hebe- oder Absenkvorgänge eingeleitet werden, wird die Bremse (werden die Bremsen) 43 durch eine Bremssteuereinrichtung 45 gelöst, und, wenn die Bremse(n) 43 öffnet (öffnen), wird diese Tatsache über Si­ gnalleitungen 51 und 53 gleichzeitig Stromrichtern 47, 49 gemeldet.

Selbstverständlich wird eine aufgehängte Last 35 bestrebt sein, sich unter ihrem Eigengewicht abzusenken. Mit anderen Worten, es wird kein Lastantriebsmoment aus den Motoren 37, 38 benötigt. Vielmehr werden die Motoren 37, 38 gesteuert, um die Last 35 zu verzögern, so daß sie nicht "wegläuft". Ein Aspekt des Systems 27, das zur Lastverzögerung während des Absenkens benutzt wird, umfaßt dynamische Bremseinhei­ ten 55 mit Widerständen 57 zum Umwandeln dieser Energie in Wärme. Diejenigen Aspekte des Systems 27, die für die Er­ findung relevanter sind, werden nun beschrieben.

Das System 27 hat einen durch die Bedienungsperson betätig­ ten Heben/Senken-Hauptschalter 59 der Induktionsbauart. Der Schaltergriff 60 hat eine dargestellte neutrale Position 61 (in der die Motoren 37, 38 abgeschaltet sind) und kann zum Heben oder Absenken von Lasten 35 von der Mitte aus nach links oder rechts bewegt werden. Üblicherweise sind solche Hauptschalter in bezug auf die Position der Bedienungsper­ son in der Kabine 19 so montiert, daß durch Ziehen des Griffes 60 zu der Bedienungsperson hin die Last 35 angeho­ ben und durch Drücken des Griffes weg von der Bedienungs­ person die Last 35 abgesenkt wird. Ungeachtet der Richtung der Griffbewegung liefert der Schalter 59 ein Wechselstrom­ referenzsignal nominell in dem Bereich von 0-16 V. Ein solches Signal wird auf einer Leitung 63 geliefert, mit Be­ zug auf die Leitung 65 gemessen und ist im allgemeinen pro­ portional zu der Größe der Griffbewegung. Das heißt, je weiter der Griff 60 von der Mitte aus bewegt wird, um so größer ist der Wert dieses Wechselstromsignals. Ob dieses Signal zum Steuern der Motordrehzahl in der Hebe- oder Ab­ senkrichtung benutzt wird, wird durch mechanisch betätigte Kontakte 67 an dem Hauptschalter 56 bestimmt.

Dieses Signal wird an eine Schnittstellenkarte 69 angelegt, die ein Motordrehzahlsignal auf einer Leitung 71 liefert, daß einen Wert hat, der nominell in dem Bereich von 0-10 V Gleichspannung liegt, gemessen gegen eine Leitung 73. Der Wert des Motordrehzahlsignals ist eine Funktion des Wertes des Wechselstromreferenzsignals aus dem Schalter 59 und ist im allgemeinen zu diesem proportional. In der Praxis ist die Schnittstellenkarte 69 so ausgebildet, daß der Minimal­ wert des Motordrehzahlsignals, das auf der Leitung 71 ver­ fügbar ist, etwa 0,5 V od. dgl. beträgt. Manchmal wird das als "Erster Punkt" -Wert bezeichnet, in Anlehnung an den Si­ gnalwert in der niedrigsten Drehzahlsteuerposition des Schalters 59.

Es ist zu erkennen, daß dasselbe Motordrehzahlsignal an je­ den Stromrichter 47, 49 über Leitungen 75 bzw. 77 angelegt wird. Die Schnittstellenkarte 69 gibt außerdem ein "instruktives" Signal auf einer Leitung 79 oder einer Lei­ tung 81 an die Stromrichter 47, 49 ab, um die Last 35 zu heben bzw. abzusenken.

Das System 27 enthält außerdem einen ersten und einen zwei­ ten Stromrichter 47 bzw. 49. Diese Stromrichter 47, 49 sind Allzweckstromrichter und in den Steuereinrichtungen 29 und in der Wechselstromleitungsschaltung 83 parallel geschal­ tet. Jeder Stromrichter 47, 49 ist mit einem entsprechenden Motor 37 bzw. 38 elektrisch verbunden und gibt gesteuerte, einstellbare Leistung an die Motoren 37 bzw. 38 ab.

Die Stromrichter 47, 49 der Allzweckbauart sind nicht ge­ schwindigkeitsgeregelt. Das heißt, sie arbeiten weder mit Rückführungssignalen noch mit Flußvektorsteuerung. Prak­ tisch alle Stromrichter einschließlich denjenigen der All­ zweckbauart haben den Strom erfassende interne Rückkopp­ lungsschleifen. Diese Schleifen dienen nicht zur Geschwin­ digkeitsregelung. Jeder Stromrichter 47, 49 enthält eine Mikroprozessoreinrichtung 85 bzw. 87 (einen oder mehrere Mikroprozessoren), welche ihr in sie eingebettetes Programm wiederholt durchläuft und eine Sequenz von Programmbefehlen wiederholt abtastet. Aspekte von solchen Befehlen bewirken das Abtasten von allen logischen Ein/Aus-Eingangssignalen (z. B. ob die Last 35 zu heben oder abzusenken ist und ob die Bremssteuereinrichtung 45 das Lösen der Bremse signali­ siert hat). Andere Aspekte veranlassen die Einrichtungen 85, 87, den Wert des Motordrehzahlsignals abzutasten und zu "lesen". Dieses Abtasten erfolgt einmal für jeden Programm­ "Durchlauf", nominell etwa alle 20 Millisekunden.

Die Bewegung des Griffes 60 ruft, wie oben erläutert, ein entsprechendes Wechselstromreferenzsignal und infolgedessen ein Motordrehzahlgleichstromsignal hervor. Da der Haupt­ schaltergriff 60 schnell bewegt werden kann und/oder es ge­ ringfügige Verzögerungen in der Fortpflanzung des Referenz­ signals geben kann, tasten die Mikroprozessoreinrichtungen 85, 87 außerdem das Motordrehzahlsignal selbst ab und ak­ tualisieren es, aber mit einer viel schnelleren Geschwindigkeit. Dieses Abtasten und Aktualisieren hilft zu gewährleisten, daß der Wert des Motordrehzahlsignals, der durch die Mikroprozessoreinrichtungen 85, 87 "gelesen" und zur Drehzahlregelung benutzt wird, mit dem auf den Leitun­ gen 75 und 77 im wesentlichen identisch ist.

Es ist zu erkennen, daß die Mikroprozessoreinrichtungen 85, 87 das Motordrehzahl benutzen, um Befehlsrampen einzuleiten, die jeden Motor 37, 38 steuern. In der Beschreibungseinleitung sind willkürliche Veränderungen in den Motorströmen erwähnt. Nach umfangreichen Untersuchungen wurde festgestellt, daß ein möglicher Grund für solche willkürlichen Veränderungen war, daß, so unwahrscheinlich es auch klingt, die Mikroprozessoreinrichtung 85 eines be­ sonderen Stromrichters, z. B. des Stromrichters 47, ein Motordrehzahlsignal "las", das von dem durch den anderen Stromrichter 49 gelesenen verschieden war. Weitere Untersu­ chungen zeigten (ohne Überprüfung) den Grund dafür, d. h., daß, wenn jede Einrichtung 85, 87 ihr Programm wiederholt durchlief, sie dabei nicht notwendigerweise in demselben Zeitpunkt damit begann. Und, wenn Programmdurchläufe zu un­ terschiedlichen Zeitpunkten beginnen, "lesen" die Mikroprozessoreinrichtungen 85, 87 den Wert des Motordreh­ zahlsignals zu unterschiedlichen Zeitpunkten.

Gemäß Fig. 3, auf die zusätzlich Bezug genommen wird, bein­ halten die erfindungsgemäßen Verbesserungen eine Verweil­ schaltung 10, welche das Motordrehzahlsignal auf einer re­ lativ niedrigen Spannung hält, bezeichnet als "Synchronisierwert", und zwar zumindest für eine Zeit­ spanne, die als Verweilzeit bezeichnet wird. Die Verweil­ schaltung 10 hält das Motordrehzahlsignal auf einem relativ niedrigen Synchronisierwert, obgleich die Spannung an der Leitung 71 ansteigen und den Wert, der dem Synchronisier­ wert entspricht, deutlich übersteigen kann.

Diese Verweilzeit ist wenigstens gleich der Zeit, die jede Mikroprozessoreinrichtung 85, 87 benötigt, um eine einzelne Abtastung ihrer Befehle auszuführen, z. B. etwa 20 Millise­ kunden, und vorzugsweise ein Vielfaches der "einzelnen Ab­ tastzeit". Auf diese Weise wird derselbe Wert des Motor­ drehzahlsignals durch jede Mikroprozessoreinrichtung 85, 87 gelesen, obgleich der Zeitpunkt jedes derartigen Lesens un­ terschiedlich sein kann. In einem Heben/Senken-System 27, das eine Bremse 43 hat, ist die Verweilzeit wenigstens so lang wie die Zeit, die erforderlich ist, um die Bremse 43 zu lösen, z. B. etwa 0,6 Sekunden od. dgl., und vorzugsweise wenigstens so lang wie die Summe aus der Bremslösezeit und der Zeit, die erforderlich ist, um die Motoren 37, 38 auf die Drehzahl zu beschleunigen, welche dem Synchronisierwert entspricht. Die Beschleunigungszeiten verändern sich mit der Belastung, und eine Zeit von deutlich weniger als einer Sekunde ist nicht ungewöhnlich. Selbstverständlich sind die obigen Zeiten lediglich exemplarische Zeiten und könnten sich weitgehend ändern.

Die Stromrichter 47, 49 überwachen dieses Motordrehzahlsi­ gnal, erfassen seinen Synchronisierwert und erzeugen dementsprechend synchronisierte Befehlsrampen. Die Motoren 37, 38 werden dadurch veranlaßt, die Last im wesentlichen gleich zu verteilen.

Vorzugsweise ist der Synchronisierwert nicht größer als etwa 10% der Differenz zwischen den Maximal- und Minimal­ spannungen, welche den Bereich von möglichen Motordrehzahl­ signalwerten festlegen. In der dargestellten Ausführungs­ form ist der Synchronisierwert nicht größer als etwa ein Volt (10% von 0-10 V Gleichspannung) und beträgt am be­ vorzugtesten etwa 0,6 V Gleichspannung, d. h. ist etwa gleich dem Wert des ersten Punktes von 0,5 V Gleichspan­ nung.

Die Systemsteuereinrichtungen 29 umfassen einen Drehzahlsi­ gnalbus 89, und die Verweilschaltung 10 hält das Drehzahl­ signal auf einem Synchronisierwert durch "Klemmen" oder Halten des Geschwindigkeitssignalbusses 89 auf einer Syn­ chronisierspannung in bezug auf einen Referenzbus 73. Das Klemmen erfolgt durch Schalten einer Diode 93 zwischen die Busse 73, 89.

Die Verweilschaltung 10 enthält außerdem einen Zeitgeber 95, der vorzugsweise als Festkörperschaltung ausgebildet und hermetisch verschlossen ist. Der Zeitgeber 95 hat Kon­ takte 97 in Serie mit der Diode 93, so daß die Verweil­ schaltung nach dem Verstreichen der Verweilzeit gesperrt wird. Die Verweilzeit, die im Zusammenhang mit der exempla­ rischen Ausführungsform beschrieben wird, ist wenigstens gleich derjenigen, die notwendig ist, damit ein oder meh­ rere Ereignisse eintreten; diese Zeit wird an dem Zeitgeber 95 zum Sperren der Verweilschaltung eingestellt.

Eine Betrachtung der Fig. 2 oder 3 zeigt, daß bei geschlos­ senen Kontakten 97 die Leitung 89 zu der Leitung 73 kurzge­ schlossen sein würde, mit Ausnahme der Diode 93, die einen geringen Widerstand aufweist. Eine äußerst bevorzugte Ver­ weilschaltung 10 enthält deshalb einen Widerstand 99, der den Strom begrenzt, welcher aus der Leitung 71 auf der Schnittstellenkarte 69 fließt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 wird der Zeitgeber 95 durch den Hauptschalter 60 über eine Leitung 101 erregt, um die Zeitsteuerfunktion einzuleiten. Die Zeitgebererregung könnte zwar für jede Richtung der Lastbewegung erfolgen, es ist jedoch festgestellt worden, daß in einem Kran-He­ ben/Senken-System die Motoren 37, 38 die Last relativ gleich verteilen, wenn die Last 35 abgesenkt wird. Deshalb wird der Zeitgeber 95 nur erregt, wenn der Hauptschalter 60 in die Hebeposition bewegt wird und der obere Kontakt 67 schließt. Das System 27 enthält ein Relais 103, das Kon­ takte 105 in der Verweilschaltung 10 während des Lastabsen­ kens öffnet, um die Verweilschaltung 10 zu sperren.

Zur Erleichterung des Verständnisses zeigt Fig. 3 nur einen Stromrichter 47. Der zweite Stromrichter 49 ist dazu paral­ lel geschaltet.

Ein Vergleich der Fig. 4 und 5 hilft, die Wirksamkeit der Erfindung zu veranschaulichen. Jede dieser Figuren zeigt ein Diagramm der Wellenform 107, 109 des Motorstroms (bezeichnet mit "I") der Motoren 37 bzw. 38. Fig. 4 zeigt den Motorstrom beim Lastbewegen (insbesondere Heben) ohne Verwendung der Erfindung. In einem Gebiet "A" ist der durch die Wellenform 107 dargestellte Strom etwa 65% größer als der durch die Wellenform 109 dargestellte, was ein sehr starkes Lastverteilungsungleichgewicht darstellt. In Gebie­ ten "B" haben sich die Motorströme etwas "zeitlich verscho­ ben".

Fig. 5 zeigt die Wellenformen 107, 109 des Motorstroms, wenn das System 27 die Erfindung aufweist. Es sei beachtet, daß sich das Lastverteilungsungleichgewicht auf ein Maximum von etwa 10% beschränkt, wie es in Gebieten "A" gezeigt ist und daß für den meisten Teil die Motorlastverteilung nomi­ nell gleich ist, wie es durch das Zusammenfallen der Wellenformen 107, 109 in den meisten Teilen der Darstellung gezeigt ist. Selbstverständlich repräsentieren die Wellen­ formen 107, 109 ein tatsächliches System 27, und die Ergeb­ nisse können in Systemen mit anderen Konfigurationen etwas differieren.

Anhand der vorstehenden Beschreibung ist klar, daß andere Möglichkeiten bestehen, um das Motordrehzahlsignal für eine Zeit auf einem Synchronisierwert zu halten. Die beschrie­ bene Schaltung 10 ist zur Erstausrüstung und zur Nachrü­ stung geeignet und hat sich als wirksam erwiesen.

Claims (16)

1. Lastbewegungssystem (27) mit einer Steuerschaltung, die ein Motordrehzahlsignal liefert und Befehlsrampen benutzt, um mehrere Wechselstrommotoren (37, 38) jeweils zu steuern, gekennzeichnet durch:

• - eine Verweilschaltung (10), die dieses Signal wenigstens für eine Verweilzeit auf einem Synchronisierwert hält;
• - separate Stromrichtereinheiten (47, 49) zum Überwachen dieses Signals und zum entsprechenden Erzeugen von synchro­ nisierten Befehlsrampen,
• - wodurch die Last auf die Motoren (37, 38) im wesentlichen gleich verteilt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je­ der Stromrichter (47, 49) eine Mikroprozessoreinrichtung (85, 87) enthält, die eine Sequenz von Programmbefehlen wiederholt abtastet, und daß die Verweilzeit wenigstens gleich der Zeit ist, die für eine einzelne Abtastung dieser Befehle benötigt wird.

3. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Bremse (43), die angezogen wird, um die Last (35) festzuhalten, wenn die Motoren (37, 38) abgeschaltet sind, und die wäh­ rend der Lastbewegung gelöst ist, wobei die Verweilzeit we­ nigstens so lang wie die Zeit ist, die zum Lösen der Bremse (43) benötigt wird.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Bremse (43), wobei die Verweilzeit wenigstens gleich der Summe aus der Zeit, die erforderlich ist, um die Bremse (43) zu lösen, und der Zeit, die erforderlich ist, um die Motoren (37, 38) auf die dem Synchronisierwert entspre­ chende Drehzahl zu beschleunigen, ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Motordrehzahlsignal eine Spannung inner­ halb eines Bereiches ist, die durch Maximal- und Minimal­ spannungen begrenzt wird, und daß der Synchronisierwert nicht größer als etwa 10% der Differenz zwischen den Maxi­ mal- und Minimalspannungen ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisierwert nicht größer als etwa ein Volt ist.

7. System nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Schalter (59) zum Steuern der Motordrehzahl, wobei der Schalter (59) ein Motordrehzahlsignal in seinem ersten Punkt der Wegbewegung aus der neutralen Position hervorruft und wobei der Synchronisierwert etwa gleich dem Wert des ersten Punktes ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerschaltung einen Drehzahlsignalbus (89) aufweist und daß die Verweilschaltung (10) das Dreh­ zahlsignal auf einem Synchronisierwert hält, in dem sie den Drehzahlsignalbus (89) auf eine Synchronisierspannung klemmt.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung weiter einen Referenzbus (73) aufweist und daß die Synchronisierspannung in bezug auf diesen Referenz­ bus (73) festgelegt wird.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlsignalbus (89) geklemmt wird, indem eine Diode (93) zwischen die Busse (73, 89) geschaltet wird.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilschaltung (10) weiter einen Zeitgeber (95) auf­ weist, der Kontakte (97) in Serie mit der Diode (93) hat, wodurch die Verweilschaltung (10) nach dem Verstreichen der Verweilzeit gesperrt wird.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Motordrehzahlsignal an einer Klemme auf einer Schnitt­ stellenkarte (69) geliefert wird und daß die Verweilschal­ tung (10) weiter einen Widerstand (99) aufweist, der den aus dieser Klemme fließenden Strom begrenzt, wenn die Zeit­ geberkontakte geschlossen sind.

13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es einen Hauptschalter (59) aufweist und daß die Verweilschaltung (10) einen Zeitgeber (95) auf­ weist, der durch den Hauptschalter (59) betätigt wird.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es auf einem Kran (13) zum Heben und Absenken von Lasten (35) benutzt wird und daß der Zeitgeber (95) betätigt wird, wenn der Hauptschalter (59) in die Hebeposition bewegt wird.

15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (95) nur betätigt wird, wenn der Hauptschal­ ter (59) in die Hebeposition bewegt wird.

16. System nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein Re­ lais (103), das Kontakte (105) in der Verweilschaltung (10) während der Lastabsenkung öffnet, wodurch die Verweilschal­ tung (10) gesperrt wird.