DE60034387T2

DE60034387T2 - Verfahren zur Bedienung eines Kranes

Info

Publication number: DE60034387T2
Application number: DE60034387T
Authority: DE
Inventors: Arthur G. Manitowoc Zuehlke
Original assignee: Manitowoc Crane Companies Inc
Current assignee: Manitowoc Crane Companies LLC
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: CA2296156C; US6269635B1; JP2000229780A; JP4585642B2; DE60034387D1; CA2296156A1; EP1022247A2; EP1022247B1; EP1022247A3

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Kräne und insbesondere ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Krans unter Verwendung einer Steuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Ein Kran ist ein Typ eines schweren Baugeräts, das durch einen sich aufwärts erstreckenden Ausleger gekennzeichnet ist, von dem Lasten getragen oder ansonsten durch einziehbare Seile gehandhabt werden können.
Der Ausleger ist an dem Oberbau des Krans befestigt. Der Oberbau ist gewöhnlich auf dem Unterbau des Krans drehbar. Wenn der Kran beweglich ist, kann der Unterbau ein Paar Gleisketten (auf die auch als Raupenfahrwerk Bezug genommen wird) einschließen. Der Ausleger wird mittels Seil oder Zylinder angehoben oder abgesenkt, und der Oberbau schließt auch eine Trommel ein, auf die das Auslegerseil gewickelt werden kann. Eine weitere Trommel (auf die als Hebezugtrommel Bezug genommen wird) ist für ein Seil vorgesehen, das verwendet wird, um eine Last von dem Ausleger anzuheben und abzusenken. Eine zweite Hebezugtrommel (auf die auch als Schwenkhebezugtrommel Bezug genommen wird) ist gewöhnlich hinter der ersten Hebezugtrommel angeordnet. Der Schwenkhebezug wird unabhängig von oder in Verbindung mit dem ersten Hebezug verwendet. Unterschiedliche Arten der Befestigung für die Seile werden für Hebezug, Greifer, Zugleine, usw. verwendet. Jede dieser Kombinationen von Trommeln, Seilen und Befestigungen wie der Ausleger oder Greifer werden hier als mechanische Untersysteme des Krans betrachtet. Zusätzliche mechanische Untersysteme können zum Betrieb eines Gestells, des Raupenfahrwerks, Gegengewichte, zur Stabilisierung, zum Ausgleichen und zum Schwenken (Drehung des Oberbaus gegenüber dem Unterbau) eingeschlossen sein. Zusätzlich dazu können auch mechanische Untersysteme vorgesehen sein.
Als Teil des Aufbaus ist eine Kabine vorgesehen, von der ein Benutzer den Kran steuern kann. Zahlreiche Steuerungen wie Hebel, Griffe, Knöpfe und Schalter sind in der Kabine des Benutzers vorgesehen, durch welche die unterschiedlichen mechanischen Untersysteme des Krans gesteuert werden können. Die Verwendung des Krans erfordert ein hohes Niveau des Könnens und der Konzentration von der Seite des Benutzers, der fähig sein muss, gleichzeitig die unterschiedlichen mechanischen Systeme zu handhaben und zu koordinieren, um Routineoperationen durchzuführen.
Die zwei verbreitetsten Typen von Kraftsystemen für Kräne sind Reibungskupplung und Hydraulik. In dem ersteren Typ sind unterschiedliche mechanische Untersysteme des Krans mittels Kupplungen verbunden, die reibschlüssig in einen Antriebsstrang eingreifen, der von dem Kranmotor angetrieben wird. Das Krandesign mit Reibkupplung wird allgemein als älter als der hydraulische Typ des Krandesigns angesehen.
In hydraulischen Systemen treibt ein Motor eine hydraulische Pumpe an, die wiederum einen Antrieb (wie einen Motor oder Zylinder) antreibt, der zu jedem der speziellen mechanischen Untersysteme gehört. Hebezüge, die durch hydraulische Motoren angetrieben werden, verwenden Bremsen zum Parken. Von Zylindern angetriebene Hebezüge verwenden Lasthalteabsperrorgane als Parkmechanismus. Die Antriebe übersetzen hydraulische Druckkräfte in mechanische Kräfte, um dadurch die Bewegung auf die mechanischen Untersysteme des Krans zu übertragen.
Hydraulische Systeme, die in Baugeräten verwendet werden, können in zwei Typen unterteilt werden – mit offener Schleife und mit geschlossener Schleife. Die meisten hydraulischen Kräne verwenden primär ein hydraulisches System mit offener Schleife. In einem System mit offener Schleife wird hydraulische Flüssigkeit (unter hohem Druck, für den durch die Pumpe gesorgt wird) zu dem Antrieb gepumpt. Nachdem die hydraulische Flüssigkeit in dem Antrieb verwendet wurde, fließt sie (unter niedrigem Druck) zu einem Behälter zurück, bevor sie durch die Pumpe recycelt wird. Die Schleife wird als „offen" angesehen, da der Behälter in dem Rückweg der Flüssigkeit von dem Antrieb liegt, bevor sie von der Pumpe recycelt wird. Systeme mit offener Schleife steuern die Antriebsgeschwindigkeit mittels Absperrorganen. Typischerweise passt der Benutzer ein Absperrorgan auf eine Einstellung an, um einen Teil des Flusses zu dem Antrieb zu ermöglichen, wodurch die Antriebsgeschwindigkeit gesteuert wird. Der Antrieb kann angepasst werden, um den Fluss zu jeder Seite des Antriebs zuzuführen, um dadurch die Antriebsrichtung umzukehren.
Im Gegensatz geht in einem System mit geschlossener Schleife der Rückfluss von einem Antrieb direkt zurück zu der Pumpe, d.h. die Schleife wird als „geschlossen" angesehen. Systeme mit geschlossener Schleife steuern die Geschwindigkeit und Richtung durch Änderung der Pumpenleistung.
Systeme mit offener Schleife wurden allgemein gegenüber Systemen mit geschlossener Schleife aufgrund von mehreren Faktoren begünstigt. In einem System mit offener Schleife kann eine einzige Pumpe veranlasst werden, mehrere relativ unabhängige, mechanische Untersysteme unter Verwendung von Absperrorganen anzutreiben, um den verfügbaren Pumpenfluss zu den Antrieben abzumessen. Auch werden Zylinder und weitere Vorrichtungen, die Flüssigkeit speichern, einfach angetrieben, da die Pumpe nicht direkt auf den Rückfluss von Quellflüssigkeit angewiesen ist. Weil eine einzelne Pumpe gewöhnlich mehrere mechanische Untersysteme antreibt, ist es einfach, einen großen Prozentsatz der Pumpfähigkeit des Krans dazu zu bringen, durch ein einziges mechanisches Untersystem ausgelastet zu sein. Mechanische Zusatzuntersysteme können dem System einfach hinzugefügt werden.
Jedoch haben Systeme mit offener Schleife ernste Nachteile im Vergleich zu Systemen mit geschlossener Schleife, von denen der bedeutendste das Fehlen von Effizienz ist. Es ist oft erforderlich, dass ein Kran mit einem voll belasteten Untersystem und einem weiteren unbelasteten Untersystem betrieben wird, wobei sich beide mit maximaler Geschwindigkeit drehen, z.B. bei Operationen als Greifbagger, Hakenbagger und Wippdrehkran. Ein System mit offener Schleife, das eine einzige Pumpe hat, muss einen Druck aufrecht halten, der ausreichend ist, um das voll belastete mechanische Untersystem anzutreiben. Folglich verschwendet der Fluss zu den unbelasteten mechanischen Untersystemen einen Betrag an Energie, der gleich dem unbelasteten Fluss multipliziert mit dem nicht erforderlichen Druck ist.
Systeme mit offener Schleife verschwenden auch Energie durch die Absperrorgane, die zum akzeptablen Betrieb benötigt wird. Zum Beispiel verbrauchen die Hauptsteuerungsabsperrorgane in einem typischen System mit offener Schleife und Lasterfassung (den effizientesten Typ vom System mit offener Schleife für einen Kran) Energie, die gleich 2.070 bis 2.760 kN/m2 (300–400 psi) mal dem Lastfluss ist.
Ausgleichsabsperrorgane, die zum Lasthalten erforderlich sind, verschwenden typischerweise eine Energie, die gleich 3.450 kN/m²–13.800 kN/m² (500–2000 psi) mal dem Lastfluss ist.
Als Ergebnis der oben angemerkten Unterschiede der Effizienz erfordert ein System mit einer einzigen Pumpe und geschlossener Schleife beträchtlich mehr kW (Pferdestärke), um die gleiche Arbeit zu tun, wie ein System mit geschlossener Schleife. Diese zusätzlichen kW (Pferdestärke) dürften einfach Tausende von Gallonen Treibstoff jährlich (1 US-Gallone ist ungefähr 3,8 l) verbrauchen. Außerdem wird die gesamte verschwendete Energie in Wärme umgewandelt. Es ist deshalb keine Überraschung, dass Systeme mit offener Schleife größere Ölkühler als vergleichbare Systeme mit geschlossener Schleife erfordern.
Die Steuerbarkeit kann ein weiteres Problem für Schaltungen mit offener Schleife sein. Da alle Hauptsteuerungsabsperrorgane dem gleichen Systemdruck ausgesetzt sind, unterliegen die Funktionen, die sie steuern, dem gleichen Grad der Laststörung, d.h. Änderungen des Drucks können unbeabsichtigte Änderungen der Antriebsgeschwindigkeit hervorrufen. Allgemein sind Steuerungsventile mit offener Schleife druckkompensiert, um die Laststörung zu minimieren. Aber keine dieser Vorrichtungen ist perfekt, und Geschwindigkeitsänderungen von 25% bei Schwankungen im Systemdruck sind nicht untypisch. Dieser Grad der Geschwindigkeitsänderung unterbricht den Kranbetrieb und ist möglicherweise gefährlich.
Um die Verwendung einer extrem großen Pumpe zu vermeiden, haben viele Systeme mit offener Schleife Vorrichtungen, die die Flussfördermenge begrenzen, wenn mehrere mechanische Untersysteme eingeschaltet sind. Solche Vorrichtungen zusammen mit den erforderlichen Lasterfassungsschaltungen und Ausgleichsventilen, die oben erwähnt sind, sind für Instabilität anfällig. Es kann sehr schwierig sein, diese Vorrichtungen anzupassen, damit sie unter allen unterschiedlichen Betriebsbedingungen eines Krans richtig arbeiten.
Ein Lösungsweg, der von einigen Kranherstellern für Systeme mit offener Schleife eingeschlagen wird, um die vorher erwähnten Probleme zu minimieren, ist es, Systeme mit offener Schleife und mehreren Pumpen zu verwenden. Dieser Lösungsweg gibt den Hauptvorteil auf, den die offene Schleife gegenüber der geschlossenen Schleife hat, d.h. die Fähigkeit, mehrere Funktionen mit einer einzigen Pumpe zu betreiben.
Zusammengefasst sind, obwohl die meisten gegenwärtig verfügbaren Kräne allgemein hydraulische Systeme mit offener Schleife verwenden, diese sehr ineffizient, und diese Ineffizienz führt bei dem Hersteller zu Kosten, indem sie große Motoren und Ölkühler erfordert, und führt bei dem Benutzer zu Kosten in Form von hohen Treibstoffrechnungen. Ein weiterer Nachteil ist außerdem dass die Systeme mit offener Schleife allgemein unter gewissen Betriebsbedingungen eine schlechte Steuerbarkeit haben können.
Es ist deshalb erwünscht, ein System mit geschlossener Schleife zu schaffen, um diese Nachteile zu beheben, die zu Systemen mit offener Schleife gehören. Systeme mit geschlossener Schleife sind jedoch nicht von sich aus zur Steuerung von Kranhebezügen oder Hebevorrichtungen oder Untersystemen geeignet. Die Energie eines Gewichts, das abgesenkt wird, muss von dem Hebezug irgendwie absorbiert werden. Bei hydraulischen Maschinen wird dies typischerweise durch Lasthalteabsperrorgane getan, welche die Energie in Wärme dissipieren. Da der Ölfluss in Systemen mit geschlossener Schleife nicht zu einem Behälter zurückkehrt, ist es sehr schwierig, diese Wärme aus dem Öl zu entfernen. Deshalb sind Lasthalteabsperrorgane für die Verwendung in Systemen mit geschlossener Schleife nicht praktisch.
Ohne Halteabsperrorgane ist die Steuerungslogik, die für eine Winde mit geschlossener Schleife verwendet wird, beträchtlich komplizierter als diejenige, die typischerweise für die Äquivalente mit offener Schleife verwendet wird. Deshalb wird das Steuerungsschema für einen Kranhebezug mit geschlossener Schleife am besten durch eine Software umgesetzt, die auf einer programmierbaren Steuerung abläuft.
Grundlegend für dieses Verfahren zur Hebezugsteuerung ist die Verwendung von Rückkopplung von Druck- und Bewegungssensoren, um die geeignete Richtung und Geschwindigkeit des Hebezugs beizubehalten. Während solch ein Lösungsweg üblicherweise eine sehr genaue und glatte Hebezugsteuerung erzeugt, ist es schwierig, die Ansprechempfindlichkeit auf Systeme, die keine Rückkopplung verwenden, abzustimmen.
Ein Beispiel einer Steuerung und eines hydraulischen Systems nach dem Stand der Technik ist für einen Kran in der EP 0 422 821 beschrieben. Der darin beschriebene Kran schließt Steuerungen zur Ausgabe von Signalen zum Betreiben der mechanischen Untersysteme und eine Programmsteuerung zum Steuern der mechanischen Untersysteme und Sensoren ein, um den hydraulischen Druck an jedem der mechanischen Untersysteme zu erfassen. Die Steuerung verwendet Rückkopplung von den Sensoren, um die mechanischen Untersysteme während des Anhebens, Haltens und Absenkens einer Last zu steuern.
Es ist deshalb wünschenswert, ein Hebezugsteuerungssystem zu schaffen, das:
(1) die Verwendung des hydraulischen Systems mit geschlossener Schleife ermöglicht, (2) glatte und genaue Steuerungseigenschaften erzeugt, die für Rückkopplungsarchitekturen typisch sind, und (3) für die Ansprechempfindlichkeit sorgt, die normalerweise zu Systemen gehört, die keine Rückkopplung erfordern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Krans unter Verwendung eines Steuerungssystems nach Anspruch 1. Der Kranhebezug ist ein mechanisches Untersystem des Krans, das von einem durch einen Motor angetriebenen hydraulischen System mit geschlossener Schleife angetrieben wird. Dieses Untersystem schließt Sensoren ein, um Benutzerbefehle, Pumpengeschwindigkeit, Pumpendruck und Status der Hebezugsantriebsbewegung zu einer Steuerung sowie Ausgabevorrichtungen zu kommunizieren, die es der Steuerung ermöglichen, den Hebezugpumpen- und Bremsmechanismus zu handhaben. Die Steuerung kann eine Routine zum Steuern des Kranhebezuguntersystems ausführen.
Die vorliegende Erfindung erreicht die Ziele der Verwendung eines hydraulischen Systems mit geschlossener Schleife, das für glatte und genaue Steuerungsmerkmale sorgt, die für Rückkopplungsarchitekturen typisch sind und für die Ansprechempfindlichkeit sorgt, die normalerweise zu Systemen gehört, die keine Rückkopplung erfordern.
Das Steuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung erreicht diese Ziele durch Vorbestimmen der Steuerungsausgabebefehle, die erforderlich sind, um die Bewegungsbefehle des Benutzers zu befriedigen, mit Hilfe von Tests, adaptiven Steuerungstechniken und Anwendung der Theorie. Die Rolle der Rückkopplung ist dabei minimiert, und glatte, genaue und ansprechempfindliche Steuerung wird erreicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm des Kranhebezuguntersystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Steuerungsdiagramm des Druckmodus.
3 ist ein Steuerungsdiagramm des Bewegungsmodus.
4 ist ein Graph, der den neutralen Modus veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen
1 ist ein Blockdiagramm des Kranhebezuguntersystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Hebezuguntersystem 10 schließt einen Benutzersteuerungssensor 12, Hebezugsystemsensoren 14, eine Steuerung 16 und vorzugsweise eine programmierbare Steuerung 16, eine Hebezugpumpe 22, einen Hebezugantrieb 24 und einen Hebezugbremsmechanismus 26 ein. Die programmierbare Steuerung 16 empfängt Eingaben von dem Benutzersteuerungssensor 12 und von Hebezugsystemsensoren 14. Die programmierbare Steuerung 16 gibt Signale an den Hebezugbremsmechanismus 26 und die Hebezugpumpe 22 aus. Die Hebezugpumpe 22 gibt die Signale an den Hebezugantrieb 24 und Hebezugsystemsensoren 14 aus. Die programmierbare Steuerung 16 hat vorzugsweise eine Kransoftware 18, um den Betrieb des Krans zu steuern. Die Kransoftware 18 schließt eine Kranhebezugsubroutine 20 ein, die Teil der vorliegenden Erfindung ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die programmierbare Steuerung die Manitowoc Cranes, Co., #366105, die für Manitowoc durch die Eder Corporation hergestellt wird. Selbstverständlich können andere Prozessoren verwendet werden.
Die Erfindung wird am besten mit Bezug auf das Kranhebezuguntersystem 20 und die Steuerungsdiagramme beschrieben, die in 2 und 3 veranschaulicht sind.
Die Software, die unten beschrieben werden soll, wurde vereinfacht, um besser auf die Erfindung fokussiert zu sein. Der gezeigte Code ist ausreichend, um es irgendeinem Fachmann zu erlauben, diese Erfindung wiederzugeben. Der Code wurde durch Entfernen aller Bezüge auf weitere Kranfunktionen (Schwenken, Raupenfahrwerk, usw.) vereinfacht, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind. Die Logik, die erforderlich ist, um Sensordaten abzurufen, zu skalieren und zu halten, und um Spannungssignale an die unterschiedlichen Ausgabevorrichtungen auszugeben, Systemzeitmesser zu erhöhen und Variable innerhalb vernünftiger Grenzen beizubehalten, wurde ebenfalls entfernt. Eine Initialisierung aller Systeme und Variablen wird unterstellt und ist daher entfernt.
Die Programmeinheiten, die in der Software verwendet werden, sind wie folgt:

Geschwindigkeit U/min.

Druck kN/m² (psi)

Benutzerbefehl %

Pumpenbefehl %

Zeit s

Tabelle 1 unten setzt die Steuerungsausdrücke, die in 2 und 3 gezeigt sind, mit den Progammausdrücken in Beziehung, die unten beschrieben sind. Tabelle 1

STEUERUNGSAUSDRUCK	PROGRAMMAUSDRÜCKE	PROGRAMMAUSDRÜCKE
I₀	threshold	Schwellwert
I₁K₀	table_pump_command	Pumpenkommandotabelle
N_a	actuator speed	Antriebsgeschwindigkeit
N_p	pump drive speed	Pumpenantriebgeschwindigkeit
h	operator_command	Bedienerkommando
P_s	HOIST PRESSURE	Hebezugdruck
P_l	LOAD_PRESSURE	Lastdruck
I₀ + I₁K₀	base_command	Basiskommando
K₀	leakage_command	Leckagekommando
i_p	pump_command	Pumpenkommando
N_c	speed_target	Zielgeschwindigkeit
N_a	HOIST SPEED	Hebezuggeschwindigkeit
I_ff	feed_forward_term	Vorwärtsspeisungsdauer

Zunächst muss ein „Schwellwert" für jedes Hebezugsystem bestimmt werden. Der „Schwellwert" ist eine Konstante, die der Hebezugpumpenbefehl ist, der erforderlich ist, um den Fluss von der Pumpe zu initialisieren. Er muss durch Test für jedes Hebezugsystem bestimmt werden. Ein typischer Ablauf dafür könnte wie folgt sein:

A. Motor auf einen hohen Leerlauf einstellen (maximale Pumpenantriebsgeschwindigkeit)
B. Der Pumpe befehlen, einen Druckanstieg auf 690 kN/m² (100 psi) gegenüber Zuständen ohne Belastungen zu erreichen.
C. Den sich ergebenden Pumpenbefehl als den „Schwellwert" speichern.
In einem bestimmten Beispiel wurde der Schwellwert als 12,5 bestimmt. Dies wird in Linie 1 des Codes unten dargestellt.

Programmzeilen 2 bis 16 stellen eine vorherbestimmte Datentabelle dat3[130] dar, die in 3 gezeigt ist. Die Werte in Tabelle dat3[130] geben den differenziellen Pumpenbefehl (ein Befehl, der größer als ein Schwellwert ist) mit Bezug auf den Hebezugdruck unter den folgenden Bedingungen an:

A. Hebezugantriebsgeschwindigkeit 0
B. Pumpenantriebsgeschwindigkeit 1400 U/min.
C. Feststehende Systemverlustkennzeichen.

Die 130 Elemente von dat3[] decken einen Hebezugdruckbereich von 0 bis 33,120 kN/m² (0–4800 psi) in Sprüngen von 248 kN/m² (36 psi) ab. Ein Hebezugdruckbereich ist der Druck, der durch das Anheben einer Last erzeugt wird. 33,120 kN/m² (4.800 psi) ist der nominale Spitzenhebezugdruck für einen bestimmten Hebezug. Abhängig von dem Hebezug kann selbstverständlich ein unterschiedlicher Druckbereich spezifiziert werden.
Tabelle dat3[] wird in der Subroutine hoist() verwendet, die unten beschrieben werden soll, um den Pumpenbefehl zu ergeben, der erforderlich ist, um eine Hebezugantriebsgeschwindigkeit 0 zu erzeugen bei gegebenem Hebezugdruck und gegebener Pumpenantriebsgeschwindigkeit.
Die Werte von dat3[] werden innerhalb der Subroutine hoist() verändert, um unterschiedliche Pumpenantriebsgeschwindigkeiten und sich ändernde Systemverlustzustände zu berücksichtigen.
Tabelle dat3[] kann zum Test oder durch Anwendung von Theorie entwickelt werden. Alternativ könnte ein mathematischer Ausdruck entwickelt werden, um diese Tabelle anzunähern.
Die Zeilen 17 bis 20 sind die Hauptschleife des Programms. In einem typischen Kranprogramm wird die Software für einen bestimmten Hebezug aufgerufen und einmal während jeder Schleife ausgeführt.
Die Zeilen 21 bis 89 sind die primäre Hebezugroutine, die innerhalb der main()-while(1)-Schleife oben aufgerufen wird.
Um das Hebezugdruckniveau zu kennen, das erforderlich ist, um die angehängte Hebezuglast auszugleichen, wenn der Bremsmechanismus gelöst wird, speichert das System den Hebezugdruck, der gerade vor der letzten Anwendung des Bremsmechanismus in Linie 23 angetroffen wurde, in der Variablen LOAD_PRESSURE.
Die Variable operator_command ist der Zustand des Benutzersteuerungssensors 12, der in 1 gezeigt ist. operator_command wird von 0 bis +/– 100% skaliert. Ein operator_command > 0% ist ein „Anhebebefehl". Ein operator_command < 0% ist ein „Absenk-befehl".
operator_command = 0% wird als ein neutraler Befehl oder „Stop-Befehl" verwendet. Wenn eine Betriebsgrenze oder ein Systemversagen erfasst wird, das erfordert, den Hebezug auszuschalten, wird Zeile 24 operator_command auf 0% setzen.
Die Zeilen 25–30 setzen den Bremsausgabebefehl, der an den Bremsmechanismus 26 gesendet werden soll, der in 1 gezeigt ist. Die positive Hebezuggeschwindigkeit ist die „Anheberichtung" des Hebezugs. Für ein hydraulisches System mit geschlossener Schleife ist der Hebezugdruck immer auf der „Anhebeseite" der Schaltung und hat folglich immer eine „positive" Richtung. In Zeile 25 wurde bestimmt, ob der Benutzer des Krans unter Verwendung des Benutzersteuerungssensors 12 einen Anhebe- oder Absenkbefehl ausgegeben hat. Wenn der Hebezugdruck (P_s) gleich oder größer als der Lastdruck (P_L) ist, welcher der Hebezugdruck ist, der vor der letzten Anwendung des Bremsmechanismus angewendet wird, wie in Zeile 23 bestimmt, dann ist in Zeile 27 der Bremsausgabebefehl, die Bremse zu lösen.
Weil einige Hebezüge bidirektionale Bremsen haben und andere Bremsen haben, die nur in der Absenkposition halten, ist es im letzteren Fall möglich, wenn eine Maschine beauftragt wird, LOAD_PRESSURE zu haben, der höher ist als er tatsächlich ist. Wenn es keine Vorkehrung gibt, die Bremse von dem Geschwindigkeitssensor zu lösen, kann sich die Winde für immer drehen, um zu versuchen zu erreichen, dass HOIST_PRESSURE = LOAD_PRESSURE wird. Zeile 28 sorgt für solch eine Situation.
In Zeile 30 verfolgt ein Zeitmesser für ein neutrales Handle, wie lange das operator_command 0 war.
Die Hebezugpumpensteuerungslogik hat drei primäre „Betriebsweisen". PRESSURE, MOTION und NEUTRAL. Zeilen 31 bis 35 stellen die Betriebsweise ein, die für die Systemzustände geeignet ist. Die Variable „last_mode" wird unten verwendet, um Handlungen zu initialisieren, die zu dem Augenblick auftreten müssen, zu dem eine Betriebsweise geändert wird.
Zeilen 37 bis 41 setzen den Pumpenbasisbefehl (base_command). Der Basisbefehl ist der Hebezugpumpenleistungsbefehl, der erforderlich ist, um eine vorgegebene Last bewegungslos zu halten. Der Basisbefehl wird aus dem Schwellwert, dat3[], leakage_constant und der Pumpenantriebsgeschwindigkeit berechnet. Wie vorher erwähnt, ist der Schwellwert eine Konstante, die durch einen Systemtest bestimmt wird, der ausgeführt wird, wenn eine Maschine beauftragt wird, und den Pumpenbefehl definiert, der erforderlich ist, um den Fluss von der Pumpe zu initialisieren. leakage_constant ist ein adaptiver Ausdruck, der die Daten aus dat3[] verändert, um sich ändernde Systemverlustzustände zu berücksichtigen.
Die Zeilen 41–89 definieren den Pumpenausgabebefehl für die drei oben erörterten primären Betriebsweisen. Die Zeilen 41–55 beschreiben eine Ausführungsform der Druckbetriebsweise. 2 veranschaulicht das Steuerungsdiagramm für eine Ausführungsform der Druckbetriebsweise. In Zeile 47 wird der Fehler e1, der in 2 gezeigt ist, durch Subtrahieren des Hebezugdrucks vom Lastdruck bestimmt.
Die Zeilen 53–71 beschreiben die Bewegungsbetriebsweise. 3 veranschaulicht das Steuerungsdiagramm für die Bewegungsbetriebsweise. Zeilen 56–62 definieren einen Block f(N_p, P_l, h), der in 3 gezeigt ist.
Die Zeilen 72–89 beschreiben die neutrale Betriebsweise. 4 ist ein Graph des Pumpenbefehls in der neutralen Betriebsweise.
Obwohl diese Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass bestimmte Änderungen und Abwandlungen zusätzlich zu den oben erwähnten von diesen grundlegenden Merkmalen der vorliegenden Erfindung innerhalb des Umfangs der Ansprüche gemacht werden können.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kranes unter Verwendung eines Steuerungssystems, umfassend: einen Hebezugantrieb (24), der von einer hydraulischen Pumpe (22) angetrieben wird, wobei der Hebezugantrieb (24) mit der Pumpe über eine geschlossene hydraulische Schleife verbunden ist; eine Lasthaltevorrichtung (26) mit einem Arbeitszustand und einem Ruhezustand; Hebezugsensoren (14), die den Druck in der geschlossenen Schleife und die Geschwindigkeit des Hebezugantriebs (24) und der Pumpe (22) ermitteln und diesen entsprechende Hinweissignale ausgeben; einen Benutzersteuerungssensor (12) zur Ausgabe von Signalen entsprechend einem Benutzerbefehl und ein programmierbares Steuergerät (16), das mit der Lasthaltevorrichtung (26), den Hebezugsystemsensoren (14), der Pumpe (22) und dem Benutzersteuerungssensor (12) verbunden ist; wobei das Verfahren umfasst: Durchlaufen einer Routine in dem Steuergerät (16), um Signale an die Pumpe (22) und die Lasthaltevorrichtung (26) basierend auf den von den Hebezugsensoren (14) und dem Benutzersteuerungssensor (12) ausgegebenen Signalen für deren Betrieb auszugeben, wobei die Routine einen Druckmodus umfasst, um ein erstes Pumpensteuerungsstromsignal (I_p) an die Pumpe (22) auszugeben, wenn sich die Lasthaltevorrichtung (26) in ihrem Arbeitszustand befindet, wobei der Benutzersteuerungssensor (12) anzeigt, dass die Bewegung des Hebezuges erwünscht ist und der ermittelte Systemdruck geringer ist als der von einer Last hervorgerufene Druck, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpensteuerungsstromsignal (I_p) ermittelt wird, indem ein Schwellwert (I₀) mit einem Fehlersignal, das der Abweichung zwischen dem ermittelten Systemdruck und dem von der Last hervorgerufenen Druck entspricht, addiert wird, wobei der Schwellwert dem Befehl entspricht, der erforderlich ist, um den Fluss von der hydraulischen Pumpe (22) zu starten und durch einen Testlauf auf dem Hebezugsystem bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Routine weiter einen Bewegungsmodus umfasst, der außer in dem Druckmodus betrieben wird, wobei während des Bewegungsmodus das Programmmodussteuergerät (16) ein zweites Pumpenkontrollstromsignal (I_p) an den Hebezug ausgibt, wenn die Lasthaltevorrichtung (26) sich in ihrem Ruhezustand befindet, wobei der Benutzersteuerungssensor (12) die gewünschte Bewegung des Hebezuges anzeigt und wobei das zweite Pumpensteuerungsstromsignal (I_p) ermittelt wird, indem ein Vorwärtswert (I_ff) mit einem Fehlersignal, das der Abweichung zwischen einem Befehlsantriebsgeschwindigkeitswert (N_c) und einem Antriebsgeschwindigkeitswert (N_a) entspricht, addiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Vorwärtswert (I_ff) berechnet wird durch Addieren des Schwellwertes (I₀), eines inkrementellen Pumpeneinheitswertes (I₀K₀), der erforderlich ist, um die Systemverlust für einen gegebenen von der Last hervorgerufenen Druck und eine Pumpenantriebsgeschwindigkeit abzudecken, und eines inkrementellen Pumpensteuerungsstromsignals (I_nc), das erforderlich ist, um die befohlene Antriebsgeschwindigkeit zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der inkrementelle Pumpeneinheitswert (I₀K₀) weiter umfasst einen Wert (I₁), der aus einer Nachschlagetabelle bestimmt wird, die in einem Speicher des programmierbaren Steuerungsgeräts (16) gespeichert ist, und einen Verlustkonstantenwert (K₀), der während des Betriebs des Hebezuges bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Routine weiter einen neutralen Modus umfasst, der außer in dem Druck- und Bewegungsmodus betrieben wird, und wobei der neutrale Modus das Pumpensteuerungsstromsignal (I1_p) auf Null absenkt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lasthaltevorrichtung (26) ein Bremsmechanismus ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lasthaltevorrichtung (26) eine Lasthebeklappe ist.