DE7834614U1 - Vorrichtung zum Abtasten der Position des Endes eines gegliederten Armes im Raum - Google Patents
Vorrichtung zum Abtasten der Position des Endes eines gegliederten Armes im RaumInfo
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. H. weickmann,. JLJiVl.-rHYS. Dr. K. JFincke
Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
Ds. Ing. H. Liska, Dipl.-Fhys. Dr. J. Prechtel
8000 MÜNCHEN 86, DEN .gt feb. 1985
POSTFACH 860820 ·· .
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 03
D2b/cb
SJ 7882
FMC CORPORATION
200 E. Randolph Drive Chicago, Ι1Γ., V.St.A.
Vorrichtung zum Abtasten der Position des Endes eines gegliederten Armes im Raum.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtasten der Position des Endes eines gegliederten Armes
im Raum nach dem Oberbegriff des Pa%e«t^nspruchs 1.
Ladearme für Flüssigkeiten, die aus gegliederten Leitungen aufgebaut sind, werden in beträchtlichem Maße in der Petroleumindustrie
zur Überführung von Öl oder anderen Flüssigkeiten zwischen einer Mole, einem Kai oder einer
anderen Ladestelle und einem Tanker, der längsseits festgemacht ist, benutzt. Solch ein Arm enthält im allgemeinen
einen inneren Ausleger oder ein Glied, welcher oder welches von einer vertikalen Steigleitung durch Leitungsdrehgelenke
getragen wird, um Drehbewegungen um eine horizontale und vertikale Achse zu erleichtern, und ein äußerer Ausleger
oder ein äußeres Glied ist durch ein Leitungsdrehgelenk mit
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dem inneren Glied verbunden, so daß es relativ dazu um eine horizontale Achse drehbar ist. Das äußere Ende des
äußeren Gliedes ist so gestaltet, daß es an einen auf einem Tanker befindlichen Leitungsverteiler anschließbar
ist, welcher innerhalb der Reichweite des Armes angeordnet ist. Beispielsweise ist dafür eine ablösbare Kupplungsvorrichtung
geeignet.
Wenn eine Einrichtung dieser Art entworfen wird, werden Minimalforderungen an die Reichweite des Armes gestellt.
Diese Forderungen werden ausgedrückt als die maximale Verschiebung
parallel und von der Mole weg bezüglich einer vorgegebenen Position, der maximalen Verschiebung von der
Mole weg aufgrund von Veränderungen im Abstand zwischen Tankerverteiler und Tankerreling und als maximale vertikale
Verschiebung aufgrund von Veränderungen im Wasserpegel und der Höhe des Tankerverteilers relativ zum Wasserpegel.
Diese Verschiebungen definieren einen dreidimensionalen Raum, welcher abschnittsweise rechtwinkelig ist, wenn er
in der Ebene oder in Seitenansicht angesehen wird, entweder parallel oder senkrecht zur Mole ist und dieser Raum
ist als Arbeitsbereich des Armes bekannt. Der Arm muß in der Lage sein, all diese Verschiebungen auszugleichen, so
daß eine sichere und feste Verbindung mit dem Tankerverteiler innerhalb der Grenzen diese.· Arbeitsbereiches hergestellt
und beibehalten werden kann.
Die meisten gegliederten Arme sind ausbalanciert, so daß sie, wenn sie leer sind, sich im wesentlichen selbst tragen.
Jedoch ist das Gewicht des Öls oder einer anderen Flüssigkeit im Arm während der Benutzung nicht ausbalanciert
und muß folglich teilweise vom Tankerverteiler getragen werden, mit dem der Arm verbunden ist. Es ist klar,
daß die Beanspruchung an dem Verteiler mit der Ausdehnung des Armes anwächst. Außerdem ist der Verteiler immer in
Richtung Tankerreling ausgerichtet und die Beanspruchung, welcher der Verteiler in einer senkrechten Richtung zur
Reling und folglich zur Mole ausgesetzt werden kann, ist größer als die Beanspruchung, welcher er parallel zur Reling
ausgesetzt werden kann. Die Beanspruchung parallel zur Reling wächst mit einer Erhöhung des Drehwinkels an,
welcher den Winkel zwischen der vertikalen Ebene, in welcher der Arm sich bewegt,und der vertikalen Ebene durch
die Steigleitung und normal zur Kante der Mole bedeutet. Um deshalb zu verhindern, daß die Beanspruchungen am Verteiler
über Sicherheitsgrenzen hinausgehen, muß die Reichweite des Armes und des Drehwinkels begrenzt werden.
Um diese Begrenzungen zu erreichen, sind Alarmsysteme vorgesehen worden, die betätigt werden, wenn der Winkel zwischen
dem inneren und äußeren Glied oder der besagte Drehwinkel jeweils eine vorbestimmte Grenze überschreiten. Diese
unabhängigen Grenzen haben Betriebseigenschaften zur Folge, welche nicht vollständig befriedigend sind, weil sie
in Wirklichkeit einen Raum, innerhalb welchem der Arm betätigt
werden kann, bestimmen, der entweder durch gekrümmte Oberflächen oder durch Ebenen begrenzt ist, die durch die
vertikale Drehachse des Armes oder der Steigleitung gehen. Wenn folglich ein bestimmter rechtwinkeliger Arbeitsraum
angepaßt werden soll, liegen ziemlich ausgedehnte Bereiche außerhalb dieses Arbeitsbereiches ebenfalls innerhalb des
Betätigungsbereiches des Armes und die Beanspruchungen, die auftreten, wenn das Ende des Armes in diesen äußeren
Bereichen ist, können diejenigen innerhalb des Arbeitsbereiches wesentlich übersteigen. Es ist deshalb wichtig,
daß ein System zur Überwachung der tatsächlichen Position des äußeren Endes des Armes und zum Erzeugen eines Alarms
immer wenn das Ende des Armes sich außerhalb des bestimmten Arbeitsraumes befindet.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
9 ·>
-A-
Vorrichtung anzugeben, welche die letztgenannten Eigenschaften aufweist.
Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen gehen aus
den Unteransprüchen hervor.
Die vorliegende Erfindung enthält ein System zum Abtasten
der räumlichen Position des Endes eines gegliederten Ladearmes für Flüssigkeiten, wobei der Arm eine Anzahl von
drehbar miteinander verbundenen Auslegern oder Gliedern aufweist, wovon eines drehbar an einer vertikalen Steigleitung
oder einem anderen festen Träger befestigt ist. Das System enthält eine Abtastvorrichtung zum Abtasten
eines ersten Winkels, welcher die vertikale Orientierung eines der Glieder des Armes wiedergibt, eine Abtastvorrichtung
zum Abtasten eines zweiten Winkels, welcher die horizontale Verschwenkung des Armes wiedergibt, eine Abtastvorrichtung
zum Abtasten eines dritten Winkels, welcher die vertikale Orientierung des anderen Gliedes oder
der Glieder wiedergibt,und eine Auswerteeinrichtung zum Herleiten einer Anzeige der räumlichen Lage des Armendes
aus den abgetasteten Winkeln.
Das System enthält weiter eine Speichereinrichtung zum Speichern der räumlichen Grenzen eines sicheren Arbeitsbereiches
für das Ende des Ladearmes, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der tatsächlichen räumlichen Lage
des Armes mit den Sicherheitsgrenzen und eine Einrichtung zum Erzeuyen eines Alarmsignals, wenn das Ende des
Armes Stellen außerhalb der Sicnerheitsgrenzen erreicht. Wenn der Arm außerhalb dieses Satzes von Sicherheitsgrenzen
sich zu einem zweiten Satz von Grenzen weiterbewegt,
erzeugt das System ein Einstellsignal, welches den Lade- si
arm abstellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines gelenkigen Ladearmes für Flüssigkeiten nach der vorliegenden
Erfindung, der an einer Mole oder einem Kai befestigt ist, wobei in Phantomlinien der Arm in mehreren
Betriebsstellungen dargestellt ist und der Arbeitsbereich des Armes von der Seite gezeigt ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Arm und den Arbeitsbereich nach Fig. 1 in schematischer Darstellung,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Armes nach Fig. 1 in schematischer Darstellung, wobei die Geometrie des Armes dargestellt
ist, aus welcher die Lage des äußeren Armendes abgeleitet werden kann,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Arm nach Fig. 1 in schematischer
Darstellung, in welcher die Geometrie des Armes in einer horizontalen Ebene dargestellt ist,
Fig. 5 ein grundlegendes Blockschaltbild, welches die Alarmschaltung für den den Schiffsladearm wiedergibt,
Fig. 6A und 6B ein Blockschaltbild eines Mikrorechnerschaltkreises,
welcher dazu benutzt werden kann, die verschiedenen Positionen des Ladearmendes zu berechnen und
diese Positionen mit den Sicherheitsgrenzen zu vergleichen, welche in dem Speicher des Mikrorechners abgespeichert
sind,
Fig. 6C ein Blockschaltbild einer elektronischen Einrichtung zum Abtasten der Lage des inneren und äußeren Gliedes,
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Armes nach Fig. 1 und 2, welche in dreidimensionaler Geometrie die Lage des
äußeren Armendes bezüglich der verschiedenen abtastbaren Winkel dargestellt ist,
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Ladearmgeschwindigkeit und der Lage der Einstellgrenzen,
Fig. 9 bis 13 stellen Flußdiagramme dar, welche dazu benutzt werden können, die Arbeitsweise des Mikrorechners
zu verstehen, und
Fig. 14 eine perspektivische Darstellung eines Teils von einem Ladearm, der mit einer anderen Ausführungsforra zum
Abtasten der Lage des inneren und äußeren Gliedes des Armes gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.
In den Fig. 1 bis 4 ist ein gelenkiger Arm gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, der ein inneres Glied Io enthält,
das bei 12 mit einer Steigleitung oder einer anderen festen Leitung 14 um eine horizontale Achse drehbar verbunden
ist. Der gelenkige Arm enthält auch ein äußeres Glied 15, das mit dem inneren Glied um eine weitere horizontale
Achse 17 drehbar verbunden ist sowie eine Verbindungsvorrichtung 18, wie einen Rohrflansch oder eine Kupplung, am
äußeren Ende des Gliedes 15, die zum Verbinden des Armes mit einem Tankerverteiler vorgesehen ist. Am inneren Ende
des Gliedes 15 ist eine Seilrolle 19a fest angebracht und drehbar um die horizontale Achse 17 beim äußeren Ende des
Gliedes Io montiert. Die Seilrolle 19a ist durch ein Paar Seile 2oa, 2ob mit einer weiteren Seilrolle 19b verbunden,
welche beim oberen Ende der Steigleitung 14 um die horizon-
tale Achse 12 drehbar montiert ist. Die innere Scheibe 19b kann um die horizontale Achse 12 durch irgendeine der
(nicht dargestellten) Vorrichtungen gedreht werden, die für gewöhnlich zum Heben und Absenken des äußeren Endes
des äußeren Gliedes 15 benutzt werden. Ein mit dem inneren Ende Io verbundenes Gegengewicht 22 gleicht die Tendenz
des Ladearmes, sich ungeachtet seiner Stellung um die horizontale Achse zu drehen, aus oder vermindert sie erheblich.
Der ganze gelenkige Armaufbau ist auf einer Mole 23 montiert, die mit einem nachgiebigen Fender 24 versehen
ist.
Der mittlere Wasserspiegel ist in der Fig. 1 durch die horizontale
durchgezogene Linie 26 dargestellt und die Hoch- bzw. Niedrigwasserlinien durch die strichpunktierten Linien
26a bzw. 26b ober- bzw. unterhalb der Linie 26.
Die Anlage ist so konstruiert, daß sie einer Vielfalt von Tankern und Tankerbewegungen während des Ladevorganges angepaßt
ist. Der Arbeitsbereich des Armes ist so bestimmt, daß er durch die vertikalen Ebenen 27, 28, 29 und 3o sowie
durch die horizontalen Ebenen 33, 34 begrenzt ist, wie es Ι» _en Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Es sollte jedoch verständlich
sein, daß der Mikrorechner dazu benutzt werden kann, einen Arbeitsbereich zu bestimmen, der irgendeinen
gewünschten Umriß hat und daß die tatsächliche Armstellung mit solch einem Arbeitsbereich verglichen werden kann.
Alles was dazu notwendig ist, ist, daß die Koordinaten der Grenzen eines solchen Arbeitsbereiches im Speicher des Mikrorechners
gespeichert sind und die tatsächlichen Armstellungen damit verglichen werden. Gekrümmte Arbeitsbereiche
können durch eine Reihe von kurzen geraden Linien gut approximiert werden.
Wie es in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist, ist die Bewe-
*.."',." Il 111»
; gungsfreiheit zwischen den Ebenen 27 und 28 in der hori
zontalen Richtung von der Mole 23 weg erklärt durch einen Teil Ll, welcher die Veränderung im Abstand zwischen dem
(., Verteiler und der Reling verschiedener Tanker darstellt,
und einen Teil L2, welcher die zulässige Bewegung eines
Tankers zur Mole hin oder vcn ihr weg darstellt.
! Die Bewegungsfreiheit zwischen den Ebenen 33 und 34 in
der vertikalen Richtung (Fig. 1) ist erklärt durch Veränderungen des Wasserspiegels, Veränderungen in der Höhe
des Tankers und Veränderungen eines Tankerverteilers über
; Meereshöhe, wenn der Tanker gefüllt wird. Die Bewegungs-
' freiheit zwischen den Ebenen 29 und 3o (Fig. 2) ist erklärt
durch zulässige Bewegungen des Tankers parallel zur Mole. Um diese Bewegungen auszugleichen, muß es für die
i: Verbindungsvorrichtung 18 möglich sein, einen irgendwo
innerhalb des durch die vertikalen Ebenen 27, 28, 29 und 3o und die horizontalen Ebenen 33 und 34 bestimmten dreidimensionalen
Arbeitsraumes angeordneten Verteiler zu er-
; 2o reichen.
Die Phantomdarstellungen des Armes in Fig. 1 zeigen die Orientierung der Glieder Io und 15, wenn der Arm in einer
vertikalen Ebene durch die Steigleitung 14 und senkrecht zur Molenkante angeordnet ist und wenn die Verbindungsvorrichtung
18 in jeder der vier Ecken des durch die Ebenen 27, 28, 33 und 34 bestimmten Rechteckes sich befindet.
Es dürfte zu verstehen sein, daß, wenn eine Anzeige zu geben ist, wenn die Verbindungsvorrichtung 18 sich zum Beispiel
über die Ebene 28 hinausbewegt, es notwendig ist, beide Winkel g und d zu überwachen (Fig. 3). Wenn nur
einer dieser Winkel überwacht würde, wäre es nicht möglich, die Ebene 28 festzulegen, um zu bestimmen, wann die
Verbindungsvorrichtung 18 sich über sie hinausbewegt. Wie es leicht einleuchtend sein dürfte, wächst, wenn der Arm
mit dem Tankerverteiler verbunden ist, die Belastung am Verteiler, wenn die Verbindungsvorrichtung sich von der
Mole 23 wegbewegt.
Fig. 2 zeigt die horizontalen Orientierungen der Glieder Io und 15, wenn die Verbindungsvorrichtung 18 bei jeder
der Schnittlinien zwischen den Ebenen 27, 28, 29 und 3o sich befindet. Wenn beispielsweise die Varbindungsvorrichtung
18 betrachtet wird, wenn sie bei der Schnittlinie der Ebenen 28 und 3o sich befindet, würde jede Zunahme des
Drehwinkels f ohne eine Kontraktion des Armes die Verbindungsvorrichtung 18 über die Ebene 3o hinausnehmen. Obwohl
die vertikalen Belastungskomponenten am Tankerverteiler außerhalb der Ebene 3o nicht größer wären als bei der
Schnittlinie zwischen den Ebenen 28 und 3o, würde die seitliche Belastungskomponente parallel zur vertikalen Oberfläche
der Mole 23 größer und deshalb wäre die totale Kombination der Belastungen nicht akzeptabel. Da der Tankerverteiler
in Richtung Tankerreling schaut, erzeugt diese seitliehe Belastungskomponente eine Scherkraft und ein Biegemoment,
welche den Verteiler beschädigen können.
Um die gewünschte Anzeige zu erzeugen, wenn eine Verbindungsvorrichtung
18 sich außerhalb des durch die Ebenen 27, 28, 29, 3o, 33 und 34 festgelegten dreidimensionalen
Arbeitsraumes bewegt, sind Sensoren angeordnet, um den Winkel d (Fig. 3 und 7) zu überwachen, damit er eine Anzeige
der vertikalen Orientierung des Gliedes Io relativ zur Steigleitung 14 liefert, den Winkel g, damit er eine
Anzeige der vertikalen Orientierung des Gliedes 15 relativ zur Steigleitung liefert und um den Drehwinkel f (Fig. 2
und 7) anzuzeigen. Die Sensoren können eine Vielzahl von Wandlern enthalten; beispielsweise können Potentiometer,
absolute Schiebeverkoder oder andere bekannte Vorrichtungen zur Erzeugung analoger Ausgangssignale benutzt werden, um
- Io -
die Winkel d, g und f abzufühlen. Die Winkel d und g können auch durch Pendelpotentiometer Pl und P2 erhalten werden,
welche an die Glieder Io bzw. 15 (Fig. 3) montiert sind. Ein solches Pendelpotentiometer, welches benutzt werden
kann, ist das Modell CPI7-060I-I·, das von der Firma
Humphrey Inc., San Diego, Kalifornien, hergestellt wird.
Da die Seilrollen 19a und 19b in einer festen Relation zur Stellung des äußeren Gliedes 15 positioniert sind, kann
das äußere Potentiometer P2 an der Seilrolle 19b bei Position P2' (Fig. 3) montiert sein, wo es Höhenwinkelablesungen
erzeugt, die mit den Ablesungen identisch sind, die von einem Potentiometer erhalten werden, das am äußeren
Glied befestigt ist. Die elektrische Verdrahtung kann vereinfacht werden, wenn das Potentiometer an der Seilrolle
19b befestigt ist. Das Potentiometer Pl kann, wenn gewünscht, am Gegengewicht 22 befestigt werden, um den Höhenwinkel
des Gegengewichts und des inneren Gliedes Io zu erhalten. Der Drehwinkel f wird durch ein Richtungspotentiometer
oder einen Winkelverkoder P3 erhalten, welches zwischen der Steigleitung und dem inneren Glied Io angeordnet
ist. Ein solcher Verkoder, der benutzt werden kann, ist das Modell CP17-o646-l, das von der bereits erwähnten
Humphrey Inc. hergestellt wird.
Die Analogsignale, welche von den verschiedenen Potentiometern erhalten werden, können in digitale Signale umgewandelt
werden, welche von einem Mikrorechner benutzt werden, um die genaue räumliche Position der Verbindungsvorrichtung
18 zu berechnen. Die Sicherheitsgrenzen, die durch die Ebenen 27, 28, 29, 3o, 33 und 34 bestimmt sind,
sind im Speicher des Mikrorechners abgespeichert und diese Grenzen werden fortlaufend mit der tatsächlichen Position
der Verbindungsvorrichtung verglichen. Wenn die tatsächliehe Position der Verbindungsvorrichtung 18 irgendeine der
Grenzen des Sicherheitsbereiches erreicht, liefert der Mikrorechner ein Warnsignal an eine Alarmvorrichtung.
Wenn die Verbindungsvorrichtung 18 fortfährt, sich vom Sicherheitsbereich wegzubewegen, liefert der Mikrorechner
ein Einstellsignal, welches ein Warnsignal an den Abnehmer auf dem Tanker und an die Bedienungsperson des Schiffsladearmes liefert, so daß die Kraftstoffpumpen abgeschaltet,
die Sicherheitsventile geschlossen und die Verbindungsvorrichtung 18 vom Tankerverteiler al getrennt werden kann.
Wenn es erwünscht ist, kann das Einstellsignal dazu benutzt
werden, die Pumpen abzuschalten und den Arm außerstand zu setzen. Der Abstand, den die Verbindungsvorrichtung außerhalb
des Sicherheitsbereiches sich bewegt, bevor das Warnsignal erzeugt wird und der Arm außerstand gesetzt ist, wird
durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit welcher die Verbindungsvorrichtung ihre Position wechselt.
Zusätzlich zu den zu messenden Winkelwerten müssen die Längen des inneren und äußeren Gliedes Io und 15 des Armes
benutzt werden, um die räumliche Position des äußeren Endes des Armes zu berechnen. Diese Längen, die einen Wert
A bzw. B besitzen, sind in dem Speicherteil des Mikrorechners abgespeichert, welcher die Berechnungen ausführt. Die verschiedenen
benutzten Winkel und Längen sind in den Fig. 3 und 7 gezeigt, wobei die Fig. 7 eine schematische Darstellung
eines der Schiffsladearme ist und in dreidimensionaler
Geometrie die Lage des inneren und äußeren Gliedes bezüglich der verschiedenen Winkel, die von den Sensoren
gemessen werden können, veranschaulicht. Fig. 7 zeigt auch die Lage dieser Winkel und die Längen der Glieder
relativ zur X-, Y- und Z-Richtung im Raum, welche von den Ablesungen der Sensoren berechnet werden können.
Die Lage des äußeren Endes des Armes wird in zwei Schritten
BI II»
berechnet. Zuerst wird die Lage des Verbindungsflansches
in der Ebene des Armes berechnet, wobei der Ursprung 0 der Koordinaten in die höchste Stelle der Steigleitung gelegt
ist und wobei ein Punkt erhalten wird, der die polaren Koordinatenwerte Vn, Zn als Lage des Verbindungsflansches
besitzt. Die Lage des Flansches wird errechnet, indem die folgenden Beziehungen benutzt werden:
Vn = A sin d + B sin g
Zn = A cos d + B cos g
Zn = A cos d + B cos g
Dann wird die Lage des Flansches auf die X-, Y-, Z-Achse projiziert, wobei die rechtwinkeligen Koordinaten der Lage
des Flansches durch Benutzung der folgenden Beziehungen berechnet werden kann:
X = Vn sin f
Y = Vn cos f
Z = Zn
2o
2o
Jede der Größen X, Y und Z wird berechnet und mit den Grenzwerten verglichen, und ein Alarm ertönt, wenn irgendeine
Grenze überschritten wird.
Wenn die Verbindungsvorrichtung sich aus den Sicherheitsgrenzen einen vorgegebenen Abstand herausbewegt, wird ein
"Abstell"-Vorgang ausgelöst, um eine Beschädigung des Armes und/oder des Tankerverteilers zu verhindern. Der
Abstand von der Sicherheitsbegrenzung, bei welcher der Abstellvorgang ausgelöst wird, wird durch die Geschwindigkeit
der Verbindungsvorrichtung bestimmt. Wenn es erwünscht ist, kann die Lage der Sicherheitsbegrenzungen
auch von der Geschwindigkeit des Ladearmendes abhängig gemacht werden. Eine innere Grenze kann festgelegt und im
Speicher des Mikrorechners abgespeichert werden und eine
Warnung läßt man ertönen, wenn ein mit maximaler Geschwindigkeit sich bewegender Arm die innere Grenze erreicht.
Wenn der Arm sirh mit einer Geschwindigkeit kleiner als das Maximum sich bewegt, liefert eine im Speicher abgespeicherte
"Ablesetabelle" einen Zusatzwert, der zur inneren Grenze hinzuzufügen ist. Diese Ablesetabelle ähnelt
der graphischen Darstellung nach Fig. 8 und wird in Verbindung mit den Einstellgrenzen in der oben diskutierten
Weise benutzt.
Die Anzahl der Schritte im Abstellverfahren und die Handlungen, die in jedem dieser Schritte auszuführen sind,
können aufgrund der Wünsche und Erfordernisse der Abnehmer, die den Schiffsladearm benutzen, variieren. In einigen
Fällen kann der AbstellVorgang, welcher von der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, nur darin bestehen, ein
Einstellsignal an den Abnehmer zu liefern, während in anderen Fällen ein mehr ausgearbeitetes Verfahren erforderlich
ist. In jedem Fall kann der Mikrorechner programmiert werden, um ein gewünschtes Signal oder eine Folge von
Signalen an den Abnehmer zu liefern. Einzelheiten des Mikrorechners chaltkreises, welcher diese Operationen durchführt,
werden im einzelnen unten beschrieben.
Fig. 5 stellt ein Blockschaltbild der Grundschaltung des programmierbaren Alarmsystems für Schiffsladearme nach
der vorliegenden Erfindung dar. Einzelheiten des Schaltkreises können aus den Fig. 6A und 6B entnommen werden,
wobei Fig. 6A den Rechnerabschnitt der Schaltung und Fig. 6B den Eingangs-Ausgangs- und Analog/Digital-Wandler-Abschnitt
der Schaltung enthält. Die Leitungen in den Fig, 5, 6A und 6B stellen einzelne Drähte dar, wenn diese
Leitungen Ecken aufweisen,und Kabel mit einer Vielzahl von Drähten, wenn sie Rundungen aufweisen.
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- 14 -
In der hier r.chematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung speichert ein Programmspeicher 37 (Fig. 5, 6A)
die Länge eines jeden der Glieder lo, 15, die X-, Y-, Z-Koordinaten
aller Sicherheitsgrenzen für die Verbindungsvorrichtung 18 und auch ein durch den Prozessor auszuführendes
Programm. Eine Vielzahl von Winkelsensoren Pl bis PN (Fig. 5, 6B) liefern Höhen- und Drehinformation an
einen Mikroprozessor 41 (Fig. 5, 6A), welcher diese Information in einem Datenspeicher 42 speichert und eine
Vielzahl von Status-Eingangsschaltern 38 liefern Statusdaten, die in den Datenspeicher 42 zu laden sind.
Der Mikroprozessor 41 enthält einen kleinen Aufzeichnungsspeicher, welcher benutzt werden kann, um zu verarbeitende
Daten vorübergehend zu speichern, einen Akkumulator, welcher die Operationen der Datenmanipulation ausführt und
einen Programmzähler, welcher die Adressen der Schritte des Rechnerprogramms, das ausgeführt wird, speichert. Ein
Mikroprozessor, welcher im Schaltkreis der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der 8o35, welcher von
der Intel Corporation, Santa Clara, Kalifornien, gebaut wird. Einzelheiten des 8o35-Prozessors können aus dem
"MCS-48 Microcomputer User's Manual", 1976, von Intel Corporation entnommen werden.
Der Programmspeicher 37 kann ein programmierbarer Nur-Lesespeicher
oder PROM sein, welcher von verschiedenen Herstellern erhältlich ist. Eine Reihe von Instruktionen,
welche das Programm und die Längen der Glieder enthalten, kann in den Programmspeicher 37 vom Hersteller des PROM's
abgespeichert werden, oder der PROM kann durch einen "PROM-Programmierer" geladen werden, welcher von mehreren
Herstellern erhältlich ist. Der Inhalt des Programmspeichers 37 kann vom Mikroprozessor 41 nicht verändert werden.
Der Speicherinhalt kann nur durch Entfernen des PROM's aus
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I 1 » 1 J
- 15 -
dem Schaltkreis nach Fig. öA und Einführen desselben in
den PROM-Programmierer verändert werden, wo die Daten aus dem Speicher entfernt und neue Daten in den Speicher abgespeichert
werden können. Ein PROM, welcher in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der 27o8, der
von Intel Corporation gefertigt wird und dieser PROM ist im Intel 1976 Data-Katalog beschrieben.
Die allgemeinen Speicherfelder des PROM 37, wie sie in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, können aus Fig.
9 entnommen werden. Relativ kleine Anteile des PROM's werden
zum Abspeichern von Instruktionen zum Einleiten und Programmieren der Operation des Mikrorechners benutzt.
Ein anderer Abschnitt wird zum Speichern einer Routine gebraucht, welche benutzt wird, wenn der Betrieb unterbrochen
werden soll. Der größte Anteil des PROM's ist für das
Programm reserviert, welches die verschiedenen Sensoren auf einem regulären Schema überwacht, die Positionen der
Armglieder berechnet und, wenn notwendig, ein Alarmsignal erzeugt und/oder ein selbsttätiges Einstellen und Abtrennen
des Armes herbeiführt. Ein relativ kleines Diagnostikprogramm und Systemkonstanten, wie die Längen der Armglie-
<""u . sind ebenfalls im PROM abgespeichert. Die Einzelheiten
der Benutzung des PROM-Inhalts werden im folgenden erläutert.
Information, die im PROM 37 abgespeichert ist, wird durch Anlegen eines Speicheradressensignals an die Adreßeingänge
AO-AIo wieder erhalten. Die unteren 8 Bits der Adresse sind
in einem 8-Bit selbsthaltenden Schalter 43 festgelegt und
an die Eingänge A0-A7 des PROM's angeschlossen, während
die verbleibenden Bits der Adresse andauernd vom Mikroprozessor versorgt werden und nicht festgelegt werden brauchen.
Die unteren 8 Bits an den Eingängen Il bis 18 werden in dem selbsthaltenden Schalter 43 gespeichert, wenn vom Prozessor
si
if)
if)
41 über die ALE-Leitung zum DS2-Eingang des selbsthaltenden Schalters 43 ein Auswerteimpuls geleitet wird. Diese
Signale werden in dem selbsthaltenden Schalter 43 beibe-
ί halten und sind an den Ausgangsleitungen 01-08 des selbst-
haltenden Schalters andauern verfügbar. Ein solcher
selbsthaltender Schalter, der in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der 8212, der durch die
,' vorstehend erwähnte Intel Corporation hergestellt wird.
Einzelheiten dieses selbsthaltenden Schalters können dem vorstehend erwähnten MCS-48 Microcomputer User's Manual,
1976 von Intel Corporation entnommen werden.
Das Datenspeicher-Chip 42 kann einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder RAM enthalten, der diskrete adressierbare
Stellen aufweist, wovon jede einen Speicherplatz für Γ ein Wort bildet. Das Wort kann für Daten stehen und kann
spezifische Felder enthalten, die in verschiedenen Opera-•
tionen brauchbar sind. Normalerweise, wenn der Prozessor
;. Daten oder Instruktionen benötigt, erzeugt er einen Spei-
r 2o cherzyklus und liefert eine Adresse an den Programmspei-
{' eher oder an den Datenspeicher. Die Daten oder Wörter,
die bei den adressierten Stellen abgespeichert sind, werden aufeinanderfolgend ausgelesen und an den Prozessor
gegeben. Das Datenspeicher-Chip 42 enthält auch einen 1/0-Verzweigungsabschnitt
(Eingangs-Ausgangs-Verzweigungsabschnitt), welcher die Zahl der Eingangs/Ausgangs-Pforten,
die dem Prozessor 41 für die Benutzung zur Verfügung
stehen, erhöht. Der I/O-Anteil des Chips 42 erzeugt Kontrollsignale
für andere Teile der Rechnerschaltung. Ein solcher Datenspeicher und I/O-Verzweiger, der mit der vorliegenden
Erfindung benutzt werden kann, ist der 8156,
; der von der vorstehend erwähnten Intel Corporation ge-
fertigt wird.
Um die Anzahl der Ausgangsvorrichtungen, wie beispielswei-
se Alarmleuchten und Abstellvorrichtungen, welche vom Mikroprozessor 41 einzeln gesteuert werden können, zu
erhöhen, ist ein I/O-Verzweiger 46 mit dem Prozessor 41
verbunden. Der Verzweiger enthält einen 4-Bit-Eingangsanschluß (P2o bis P23), welcher mit den entsprechenden
Leitungen P2o bis P23 im Prozessor verbunden ist. Der Verzweiger 46 enthält insgesamt 16 Eingangs-ZAusgangsleitungen,
welche dazu benutzt werden können, einzelne Signale zu oder von insgesamt 16 Eingangs-/Ausgangsvorrichtungen
zu führen. Der Verzweiger ist fähig, relativ große Werte
von Ausgangsströmen an diese Ausgangsvorrichtungen zu liefern.
Deshalb kann der I/O-Verzweiger zusätzlich zu der Erhöhung der Anzahl von Anschlußgeräten, welche vom Mikroprozessor
41 gesteuert werden können, Geräte betreiben, welche Signalströme erfordern, die größer als der Strom
sind, die direkt vom Prozessor erhältlich sind. Ein solcher I/O-Verzweiger, der in der vorliegenden Schaltung benutzt
werden kann, ist der 8243, der ebenfalls von der vorstehend erwähnten Intel Corporation gebaut wird. Einzelheiten des
I/O-Verzweigers 8243 können dem bereits erwähnten MCS-48
Microprocessor User's Manual entnommen werden.
Signale von den Winkelsensoren Pl bis PN und aus der Versorgungsspannung
45 werden über eine Vielzahl von Eingangsleitungen auf einen Multiplex-Schalter 49 gegeben. Diese
Signale werden einzeln durch den Multiplex-Schalter 49 geleitet und an einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler)
5o gegeben, welcher die Analogsignale in 8-Bit-Digitalsignale, die für den Mikroprozessor 41 geeignet sind, umgewandelt.
Der Multiplex-Schalter 49 enthält ein Paar Analogschalter 49a, 49b (Fig. 6B), wovon jeder eine Anzahl
von Eingangsleitungen und eine einzige Ausgangsleitung besitzt. Die Auswahl des Eingangssignals, das auf
die Ausgangsleitung zu leiten ist, wird durch Steuersigna-Ie bewerkstelligt, die auf die Auswahlsteuerleitungen A, B,
C, D und I eines jeden der Analogschalter gegeben werden.
Ein Analogschalter,der benutzt werden kann, ist der CD 4o67BE, der von der RCA-Corporation gefertigt wird und
Einzelheiten dieses Schalters können dem RCA CMOS Manual entnommen werden.
Der A/D-Wandler 5o enthält eine einzige Eingangsleitung, welche die Analogsignale erhält,und eine Anzahl von Ausgangsleitungen,
welche entsprechende 8-Bit-Binärsignale liefern. Der Wandler beginnt den WandlungsVorgang, wenn
ein Signal an der IC- oder "Wandlungsbeginn"-Leitung erhalten wird. Während der Zeit, in der die Umwandlung gerade
abläuft, erzeugt der Wandler 5o ein "Belegt"-Signal, welches zum Prozessor 41 geleitet wird. Wenn das Belegt-Signal
verschwindet, sendet der Prozessor 41 ein Holsignal an einen Eingang eines UND-Gliedes 71 (Fig. 6A) und ein
RD-Signal (Ausgangsauswertesignal) durch einen Inverter 72 an den anderen Eingang des Gliedes 71. Diese Signale
v/erden verknüpft, um ein OE-Signal (Ausgangsöffnungssignal)
zu erzeugen, welches die binären Datensignale auf die Ausgänge B0-B7 des Wandlers 5o überträgt. Ein A/D-Wandler,
welcher in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist der 87o3, der von der Teledyne Semiconductor Company,
Mountain View, Kalifornien, hergestellt wird und Einzelheiten dieses Wandlers können den Datenblättern entnommen
werden, die von dieser Firma erhältlich sind.
Die Einzelheiten der Winkelsensoren, beispielsweise des Sensors Pl, können der Fig. 6C entnommen werden. Der Sensor
enthält ein Potentiometer, bei dem ein Ende 54 an eine positive Spannungsquelle, beispielsweise +12 Volt,
angeschlossen ist und das andere Ende an eine Bezugsspannung. Ein Arm 55 ist längs des Potentiometers gleitend
angeordnet, wobei die Lage des Arms durch die Stellung des Gliedes des Schiffsladearmes, an welches das
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Potentiometer angebracht ist, bestimmt wird. Die Spannung an einem Ausgangsanschluß 53 wird durch die Lage des Armes
55 bestimmt. Diese Spannung wird an den Mikroprozessor gegeben, welcher den Spannungswert benutzt, um die Stellung
des Ladearmgliedes, an welchem das Potentiometer befestigt ist zu berechnen. Es ist einzusehen, daß wenn die
Spannung am Anschluß 54 des Potentiometers sich änderte, der Mikroprozessor 41 einen falschen Wert für die Position
des Gliedes erhalten würde. Um dies zu vermeiden, wird die Spannung vom Anschluß 54 auf den Prozessor 41 gegeben und
mit einem Standardwert verglichen, so daß durch den Prozessor eine Korrektur errechnet werden kann, wenn der
Wert der Versorgungsspannung beim Anschluß 54 sich ändern sollte und diese Korrektur oder Verbindung wird dazu benutzt,
den Wert aus dem Anschluß 53 zu korrigieren.
Ein Signalpegelregler 58 kann benutzt werden, um den Wert des Analogsignals beim Eingang des A/D-Wandlers einzustellen
und auf diese Weise jede Änderung in den Betriebseigenschaften der Schaltung nach den Fig. 6A, 6B und/oder
Änderungen in der Versorgungsspannung auszugleichen. Diese
Einstellung wird gewöhnlich bald nachdem die Einschaltung eingeschaltet ist, durchgeführt, aber sie kann auch
zu einem anderen Zeitpunkt durchgeführt werden. Die Einstellung wird durchgeführt, indem eine Spannung, beispielsweise
+12 Volt aus der Versorgungsspannungsquelle 45 (Fig. 5, 6B) durch den Analogschalter 49a an den Eingang
des A/D-Wandlers 5o angelegt und die Signalpegelsteuerung 58 eingestellt wird, bis der Prozessor 41 ein
vorbestimmtes Standardsignal erhält, beispielsweise lauter binäre Einsen aus dem Wandler. Wenn das Signal aus
dem Wandler 5o um einen vorbestimmten Betrag kleiner als der Standardwert ist, bewirkt der Prozessor 41, daß der
I/O-Abschnitt des Datenspeicher-Chips 42 ein Warnsignal
zum Erregen einer Licht emittierenden Diode oder LED 59
- 2o -
erzeugt. Der Regler 58 wird dann eingestellt, bis die LED 59 nicht mehr angeregt ist.
Als nächstes wird der Null- oder Massenbezugswert der
Spannung bei einem Eingang des Analogschalters 49b an den Eingang des A/D-Wandlers 5o gegeben und in ein Digitalsignal
umgewandelt, welches lauter binäre Nullen aufweisen sollte oder zumindest einen niedrigen Wert. Wenn
das Signal aus dem Wandler 5o um einen vorbestimmten Betrag größer als der Null-Wert ist, bewirkt der Prozessor
41, daß der Datenspeicher ein Warnsignal zum Anregen einer anderen LED 6o erzeugt. Der Signalpegelregler 58 kann eingestellt
werden, bis LED 59 und zugleich LED 6o nicht mehr angeregt sind, um jede Änderung beim Betrieb der Schaltung
nach Fig. 6A, 6B auszugleichen.
Die Mikrorechnerschaltung enthält einen Kristall 64 (Fig. 6A), welcher dazu benutzt wird, den Takt und andere Synchronisationssignale
zu erzeugen. Diese Synchronisationssignale werden laufend von einem Zeitüberwacher 65 überwacht,
welcher ein Warnsignal an der Ausgangsleitung 3 erzeugt, wenn Synchronisationssignale nicht mit der richtigen
Frequenz erhalten werden. In der vorliegenden Erfindung erzeugen der Kristall 64 und der Prozessor 41
Synchronisationsimpuise mit einer Frequenz von einem
pro Sekunde und tasten jeden der Sensoren ab, um einmal
in der Sekunde Winkelablesungen zu erhalten. Die Synchronisationsimpulse werden auf den Zeitmesser 65 und den
Transistor Ql gegeben, wobei die Zeit zwischen den Impulsen
annähernd eine Sekunde beträgt. Während der Zeit zwischen den Impulsen fließt Strom aus einer Quelle mit dem
Potential +V durch einen Widerstand Rl, um einen Kondensator Cl mit der in Fig. 6A dargestellten Polarität aufzuladen.
Der Wert der Spannung am Kondensator Cl wird durch die Zeit bestimmt, in welcher der Kondensator gela-
-2!-
den wird, welche gleich der Zeit zwischen den Impulsen |
ist. Zu jedem Zeitpunkt, bei dem ein positiver Synchronisationsimpuls ciL:f die Basis des Transistors Ql gegeben
wird, entlädt sich _ier Kondensator Cl durch den Transistor.
Wenn sich jedoch den Kondensator für mehr als eine Sekunde ι lädt, wächst die Spannung am Kondensator Cl auf einen hohen I
Wert, wodurch bewirkt wird, daß der Zeitmesser 65 einen niedrigen Spannungswert an die Ausgangsleitung 3 liefert. |
Der niedrige Wert der Ausgangsspannung bei der Kathode einer LED 61 und die positive Spannung bei einem Anschluß
68 bewirken, daß die LED 61 angeregt wird und die Bedienungsperson warnt, daß der Prozessor nicht die richtigen
Synchronisationsimpulse erzeugt. Ein Zeitmesser, welcher in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist
der Zeitmesser NE555, welcher von mehreren Herstellern erhältlich ist.
Eine Anzahl von Schaltern Sl bis S4 (Fig. 6A) erzeugt Prüfsignale, um an verschiedenen Teilen des Mikrorechnersystems
und an den Abfühlgeräten diagnostische Prüfungen vorzunehmen. Diese Schalter werden in Verbindung mit einem
Diagnoseprogramm benutzt, welches im PROM 37 abgespeichert ist. Der Prüfschalter Sl wird zum Prüfen des
Versorgungsspannungswertes für das System und zum Einstellen
des Signalausgangspegels des A/D-Wandlers 5o (Fig. 6B) benutzt. Wenn der Prüfschalter Sl geschlossen
ist, wird die Spannung aus der Versorgungsspannungsquel-Ie 45 an den Prozessor gelegt und der Signalpegelregler
58 eingestellt, wie es vorstehend beschrieben ist, um ein Standardsignal aus dem Ausgangs des A/D-Wandlers 5o zu erhalten.
Wenn der Prüfschalter S2 geschlossen wird, liefert ein Prüfprogramm im PROM 37 (Fig. 6A) Prüfsignale an die Alarm- ;
leuchten Al bis AN (Fig. 6B). Diese Prüfsignale können
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- 22 -
nacheinander an die Alarmleuchten angelegt und von anderen gewünschten Kombinationen der Prüfsignale an verschiedene
Alarmleuchten gefolgt werden. Der PROM 37 kann so programmiert werden, daß er jede beliebige,von der Bedienungsperson
des Alarmsystems gewünschte Kombination von Prüfungen liefert.
Wenn der Prüfschalter S3 geschlossen wird, bewirkt ein
Prüfprogramm im PROM 37, daß der Verzweiger 46 (Fig. 5, 6B) Prüfsignale an die Einstellschaltkreise Dl bis DN liefert,
wobei die gewünschte Kombination der Prüfsignale in das Prüfprogramm eingeschrieben ist. Wenn der Prüfschalter
S4 geschlossen wird, prüft der Prozessor 41 die Stellungen der Ereignisschalter S7 bis S14 (Fig. 63) und stellt
den offenen oder geschlossenen Zustand eines jeden dieser Schalter an den Alarmleuchten Al bis AN dar.
Nun wird die Betriebsweise des Mikroprozessor-Schaltkreises in Verbindung mit dem Schaltkreis nach den Fig. 6A,
6B, dem PROM-Speicherplan nach Fig. 9 und den Flußdiagrammen nach den Fig. Io bis 13 beschrieben. Wenn zu Beginn
Spannung an dem Mikrorechner-Schaltkreis nach Fig. 6A, 6B angelegt wird, oder wenn als Drucktaste ausgebildeter
Rücksetzschalter R (Fig. 6A) geschlossen wird, löscht der niedrige Spannungswert aus dem Prozessor 41 oder aus dem
Schalter R, der an die Rücksetz-Leitungen des Prozessors 41 und den Speicher 42 angelegt wird, alle Daten aus dem
Datenspeicher 42 und aus dem Notizspeicher des Prozessors 41, setzt den Programmzähler des Prozessors auf Null und
löscht den Programmzählerstapel. Ein "Alarm-Ein"-Schalter
S5 wird dann geschlossen, um das Alarmsystem einzuschalten, so daß das Alarmgerät angeregt wird, wenn irgendeine
der Verbindungsvorrichtungen in einem Satz von Armen sich aus den Betriebssicherheitsgrenzen bewegt.
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Der Taktgenerator im Prozessor 41 erzeugt Taktimpulse, welche bewirken, daß der Prozessor sich durch die Programmfolge
bewegt, wobei er mit dem Schritt # 1 beginnt. Das Programm, welches im Programmspeicher 37 enthalten
ist, wird zum Prozessor 41 bewegt, indem der Prozessor 41 einen Holbefehl über die Leitungen Wl bis Ul5 zum
PROM 37 sendet. Der PROM sendet nacheinander und mit der Instruktion #■ 1 beginnenri die Programminstruktionen aus
dem Programmspeicher an den Prozessor 41, ,wo sie ausgeführt
werden.
Die Instruktionen im Programm rufen nach dem Prozessor, um die Daten aufzufrischen und su speichern, welche von
den Schaltern S5 bis S14 (Fig, 6B), von der Versorgungsspannung 45 und von den Winkelsensoren Pl bis PN geliefert
werden. Um diese Daten aufzufrischen, sendet der Prozessor ein Datenanforderungssignal und die Adresse von einer
der Eingangsstellen in dem Rechner aus, zu welcher die Daten zu senden sind. Wenn die Daten von einem der Schalter
S5 bis S14 erhalten werden sollen, wird das Signal von einer der Eingangsstellen PIo bis P23 (Fig. 6A) gesendet.
TT-.. "uten von irgendeinem der Winkelsensoren Pl bis PN
oder von der Spannungsquelle 45 zu erhalten, sendet der Prozessor ein IC-Signal (Umwandlungsbeginn-Signal) an den
A/D-Wandler 5o (Fig. 5, 6B) und sendet Auswahlsignale durch den Speicher und I/O-Verzweiger 42 (Fig. 6A)
an die Auswahlleitungen 27 bis 32 der Analogschalter 49a, 49b. Die Auswahlsignale bewirken, daß einer der Sensoren
durch den Multiplex-Schalter 49 an die Eingangsleitung des A/D-Wandlers gelegt wird. Der A/D-Wandler 5o antwortet auf
das IC-Signal mit einem Besetzt-Signal und startet den Prozeß zum Umwandeln des analogen Datensignals in ein 8 Bit-Binärsignal.
Wenn die Umwandlung vollendet ist, verschwindet das Besetzt-Signal und der Prozessor 41 richtet ein
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- 24 -
' OE-Signal (Ausgangs-Bereitsignal) an den Wandler 5o. Der
Wandler antwortet darauf, indem er die 8-Bit-Binärdaten, ' signale an den Prozessor 41 liefert, und der Prozessor
! speichert die Datensignale im Datenspeicher 42 (Fig. 5,
6A), um sie später bei der Berechnung der Ladearmstellung
zu benutzen. Dieser Vorgang wird für jeden der Sensoren
wiederholt, wobei die ersten Datensignale von der Versor- \ gungsspannungsquelle beim Beginn eines jeden Lesezyklus
erhalten werden.
Io
Der Wert der Versorgungsspannung aus dem Anschluß 54 (Fig. 6B, 6C) wird vom Prozessor 41 aufgefrischt und der
! Binärwert mit einem Binärwert verglichen, der dem Standardwert
der Versorgungsspannung entspricht. Jede Veränderung von diesem Standardwert wird im Datenspeicher 42
; gespeichert und vom Prozessor 41 dazu benutzt, die Able
sungen aus jedem der Winkelsensoren Pl bis PN zu korrigieren. Wie es in Fig. 6C zu sehen ist, ändert sich, wenn
die Versorgungsspannung beim Anschluß 54 sich vom Standard-
; 2o wert ändert, die Signalspannung beim Sensorausgangsanschluß
ι 53 um einen entsprechenden Betrag und könnte einen falschen
Wert des Sensorwinkels erzeugen. Jedoch sichert die vom Prozessor 41 erzeugte Korrektur, daß richtige Sensorwinkel
trotz Versorgungsspannungsänderungen berechnet werden. 25
Nachdem die richtigen Werte der Sensorwinkel erhalten worden sind, erhält der Prozessor 41 die Werte der Gliederlängen
aus dem PROM 37, richtige Winkelpositionsdaten aus dem Datenspeicher 42 wieder und fährt fort, die X-, Y-
und Z-Positionen eines jeden der Ladearme zu berechnen.
Die Einstellung eines jeden der Ladearme wird nacheinan-
\ der mit den Sicherheitsgrenzen für den entsprechenden Arm
, verglichen. Wenn irgendein Arm außerhalb irgendeiner der
entsprechenden Sicherheitsgrenzen ist, wird ein Alarmsignal
an den Verzweiger 46 (Fig. 6B) geliefert, welcher bewirkt, daß das Horn H und eine geeignete Alarmleuchte
- 25 -
angeregt werden.
Wenn der Ladearm aus den Sicherheitsgrenzen herausragt, nimmt der Prozessor eine zusätzliche Ablesung von jedem
der Sensoren vor, berechnet eine neue Armposition und benutzt die neue Armposition und die vorhergehende Armposition,
um den Abstand zu berechnen, den der Arm sich bewegt hat. Da Ablesungen in Intervallen von einer Sekunde
genommen werden, ist der bewegte Abstand zwischen den Ablesungen auch die Geschwindigkeit des Arms im bewegten
Abstand pro Sekunde. Der Prozessor vergleicht dann die Armgeschwindigkeit mit einer Datentabelle im PROM 37, um zu
bestimmen, wie weit außerhalb der Sicherheitsgrenze der Arm herausstehen kann, bevor ein Einstellen ausgelöst wird.
Ein Teil der Datentabelle im PROM ist in graphischer Form in Fig. 8 wiedergegeben. Wenn zum Beispiel die Geschwindigkeit
des Armendes 8 χ 2,54 cm pro Sekunde (8 inches pro Sekunde) ist, kann der Arm sich 6 χ 3o,48 cm (6 feet)
von der Grenze nach außen erstrecken, bevor der Arm eingestellt wird. Solange sich der Arm außerhalb der Sicherheitsgrenze
befindet, ertönt andauernd der Alarm H und die entsprechende Warnleuchte Al bis AN bleibt angeregt. Die
verschiedenen Schritte zum Ablesen der Sensoren, Berechnen der Positionen der Ladearmglieder und zum Ertönen des
Alarms können aus dem Flußdiagramm nach den Fig. Io bis 12 entnommen werden.
Wie vorstehend festgestellt, kann der Einstellvorgang variiert werden, um die Wünsche eines Abnehmers zu befriedigen.
Beispielsweise kann ein solcher Vorgang folgendermaßen sein:
1. Erzeugung eines Schließkontrollsignals an den Abnehmer, um ihn anzuweisen, die Kraftstoffpumpen durch Erzeugung
eines Schließsignals an den Einstellschaltkreis Dl nach
Fig. 6B abzuschalten.
2. Der Abnehmer schließt Schalter S7, um das Abschalten der Kraftstoffpumpen zu signalisieren.
3. Der geschlossene Schalter S7 bewirkt, daß der Mikrorechner das Hydrauliksystem unter Energie setzt, so
daß die Ladearme betätigt werden können.
4. Der Mikrorechner erzeugt ein Steuersignal, welches die
Kugelventile beim äußeren Ende eines jeden Ladearms schließt, um zu verhindern, daß Öl ausfließt.
5. Das Schließen des Kugelventils schließt auch den Schalter
S8, um dem Mikrorechner zu signalisieren, daß das Kugelventil geschlossen ist.
6. Der Mikrorechner erzeugt ein Steuersignal, welches die Kuppler an allen Ladearmen öffnet.
7. Die Bedienungsperson bewegt alle Ladearme vom Tanker
weg und in die gespeicherte Position neben den Steigleitungen. Es ist auch möglich, den Mikrorechner so zu
programmieren, daß die Ladearme in die gespeicherte Position durch Steuersignale aus aem Mikrorechner bewegt
werden, so daß eine Steuerung durch die Bedienungsperson nicht erforderlich ist.
Mehrere dieser Schritte können durch Schließen anderer der Schalter S9 bis S14 überwacht werden, wenn es gewünscht
ist. Wenn mehr Eingangszustand-Schalter benötigt werden, können sie zum Schalter 38 hinzugefügt werden und zusätzliche
I/O-Verzweiger 46 können mit dem Prozessor verbunden
werden, um zusätzliche Einstellschaltkreise zu steuern, wenn solche Schaltkreise benötigt werden.
-27-
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist in der Fig. 14 veranschaulicht, wo alle Winkelsensoren an der Steigleitung 14 befestigt sind und wo nur der
obere Teil der Steigleitung und das innere Ende des inneren Gliedes Io des Ladearms gezeigt sind. Alle übrigen
Teile dieser Ausführungsform der Erfindung sind zur Ausführungsform,
die in den Fig. 1 bis 13 gezeigt ist, identisch. Die grundlegenden Einzelheiten der Mittel zur Befestigung
des Ladearms an die Steigleitung sind in der Fig. 14 gezeigt.
In der Ausführungsform nach Fig. 14 enthält das innere Ende des Gliedes Io einen Rohrkrümmer loa, welcher an ein
Drehgelenk 75 geschweißt oder anderweitig damit verbunden ist. Ein Flansch 75a des Gelenkes 75 ist am Rohrkrümmer
loa fixiert, wobei der Flansch 75a um das äußere Ende eines Rohrkrümmers 14a frei rotieren kann. Das untere Ende
des Rohrkrümmers 14a ist drehbar mit dem oberen Ende der Steigleitung 14 durch ein anderes Drehgelenk 76 verbunden.
Folglich dreht sich der Flansch 75a um die horizontale Achse 12, wenn das äußere Ende des Gliedes Io angehoben
oder abgesenkt wird. Das Drehgelenk 76 ist mit seiner Achse zur vertikalen Achse 13 fluchtend befestigt,
so daß das untere Ende des Rohrkrümmers 14a um die Achse
13 drehbar ist. Die Seilscheibe 19b ist um die Achse 12 unabhängig von dem inneren Glied Io und seinem Rohrkrümmer
loa drehbar befestigt.
Ein Ende eines Vercoder-Tragebügels 79 ist mit der Seilscheibe
19b verbunden und das andere Ende trägt einen Absolut-Winkelvercoder P2a, welcher koaxial zur horizontalen
Achse 12 ausgerichtet ist. Ein anderer Tragebügel 8o, der am Flansch 75a befestigt ist, trägt einen Absolut-Winkelvercoder
Pia, welcher ebenfalls koaxial zur Achse 12 ausgerichtet ist. Ein dritter Tragebügel 81 erstreckt
sich von seiner Befestigung am äußeren Teil des Steigleitungsdrehgelenks
76 nach oben und trägt einen Absolut-Winkelvercoder P3a, welcher koaxial zur vertikalen Achse
13 der Steigleitung ausgerichtet ist. Ein Magnetträger 82, der am Rohrkrümmer 14a befestigt ist, trägt ein Paar Magnete
85, 85b, welche unmittelbar unterhalb und neben den Vercodern P2a bzw. Pia angeordnet sind. Ein anderer Magnetträger
83,in gleicher Weise an den Rohrkrümmer 14a des Steigrohres befestigt, trägt einen Magneten 85c, welcher neben
dem Vercoder P3a angeordnet ist.
' Die Absolut-Winkelvercoder Pia, P2a, P3a und die Magnete
' 85a, 85b, 85c arbeiten in der folgenden Weise. Ein innerer
Ferritteil eines Vercoders ist stets zum Magneten ausgerichtet, welcher neben dem Vercoder befestigt ist, so daß,
wenn der Vercoder um eine Mittelachse gedreht wird, er ein Ausgangssignal erzeugt, welches für die Größe der Verdrehung
aus einer festen Position repräsentativ ist. Wenn beispielsweise das innere Glied Io (Fig. 14) des Armes
waagerecht ausgerichtet ist, ist der innere Teil des Vercoders Pia in einer "Null-Stellung" und erzeugt ein Signal,
welches dieser Stellung entspricht. Wenn das äußere Ende des Gliedes Io angehoben wird,drehen sich der Rohrkrümmer
loa, der Flansch 75a und der Vercoder Pia, wie es dargestellt
ist, im Uhrzeigersinn von links in Fig. 14, wodurch bewirkt wird, daß der Vercoder ein Signal liefert, welches
kontinuierlich die Lage des Gliedes Io angibt. Solche Vercoder sind von mehreren Herstellern erhältlich und ein Vercoder,
welcher in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, ist das Modell GCC-43-13H3o, das von Litton Industries,
Chatsworth, Kalifornien, hergestellt wird.
Wenn die innere Seilscheibe 19b (Fig. 3, 14) durch nichtdargestellte
Mittel gedreht wird, um das äußere Ende des Gliedes 15 (Fig. 3) anzuheben oder abzusenken, drehen sich
der Bügel 79 und folglich der Vercoder P2a um die horizon- 1(
tale Achse 12, wodurch ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches der Lage ^es äußeren Gliedes 15 entspricht. Wenn
der Schiffsladear:.! in einer horizontalen Richtung um die
vertikale Achse 13 (Fig. 4, 14) gedreht wird (um die ei- I gene Achse), dreht sich der Magnet 85c relativ zum Dreh- \
vercoder P3a, wodurch bewirkt wird, daß der Vercoder P3a ein Signal erzeugt, welches der horizontalen Orientierung ,
des inneren Gliedes Io und folglich des ganzen Schiffsladearmes entspricht.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung prüft die Winkelposition eines jeden Ladearmes einmal in jeder Sekunde,
vergleicht die Position des äußeren Endes eines jeden Armes gegen jede der Sicherheitsgrenzen des dreidimensionalen
Raumes und liefert ein Warnsignal, wenn irgendein Arm sich außerhalb der Sicherheitsgrenzen befindet. Wenn
der Arm fortfährt, sich von der Sicherheitszone wegzubewegen, prüft die Vorrichtung die Geschwindigkeit des Armes
außerhalb der Grenzen und bestimmt, wann der Arm außerstand gesetzt und/oder abgetrennt werden muß, um Beschädigungen
zu verhindern.
Wenn es gewünscht ist, kann die vorliegende Erfindung benutzt werden, um eine Anzahl von Schiffsladearmen zu
steuern, wovon jeder eine unterschiedliche Länge und ein unterschiedliches Volumen im Arbeitsbereich besitzt. Die ,
Längen dieser einzelnen Arme und die Grenzen eines jeden der Bereiche kann im PROM 37 gespeichert werden und die
tatsächliche Position eines jeden Armes kann mit den entsprechenden Sicherheitsgrenzen für diesen besonderen Arm
verglichen werden und ein Alarmsignal kann erzeugt werden, wenn irgendeiner der Arme sich aus irgendeiner der Sicherheitsgrenzen
für diesen Arm herausbewegt. ; 35
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Abtasten der Position des Endes eines
gegliederten Armes im Raum, wobei der Arm eine Anzahl drehbar miteinander verbundener Glieder aufweist, wovon
ein erstes an einem festen Träger drehbar befastigt ist, gekennzeichnet durch eine an dem ersten Glied (1o)
angebrachte Abtastvorrichtung (P1) zum Abtasten eines ersten Winkels, welcher die vertikale Orientierung des
ersten Gliedes (1o) wiedergibt, durch eine an dem ersten Glied (1o) angebrachte Abtastvorrichtung (P3) zum Abtasten
eines zweiten Winkels, welcher die horizontale Orientierung des Armes wiedergibt,und durch eine am
.veiten Glied (15) angebrachte Abtastvorrichtung (P2)
zum Abtasten eines dritten Winkels, welcher die vertikale Orientierung eines zweiten Gliedes (15) wiedergibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Abtastvorrichtungen (P1, P2 bzw. P3) zum
Abtasten eines Winkels einen absoluten Drehwinkelvercoder (Pia, P2a bzw. P3a) und eine Befestigungsvorrichtung
(8o, 7 9 bzw. 81) zum Befestigen des Vercoders zwischen dem Arm und dem festen Träger aufweist.
|.:
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
— dadurch gekennzeichnet,- daß jede der Abtastvorrichtungen
(P1, P2 bzw. P3) zum Abtasten eines Winkels einen absoff
τ. 2 .-.
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luten Winkelvercoder (P1a, P2a bzw. P3a) und einen
Magneten (85b, 85a bzw. 85c), eine Befestigungsvorrichtung (8o, 79 bzw. 81) zum Befestigen des Vercoders
entweder am Arm oder am festen Träger und eine Befestigungsvorrichtung (82 bzw. 83) zum Befestigen des Magneten
neben dem Vercoder am festen Träger oder am Arm aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtastvorrichtung (P1, P2) zum Abtasten eines Winkels, welcher die vertikale
Richtung eines jeden Gliedes (1o, 15) wiedergibt,
ein Pendelpotentiometer (siehe Fig. 6C) aufweist, welches mit dem betreffenden Glied (1o bzw. 13) verbunden
ist.
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