EP2878567A1 - Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels einer von einer Lasttransportvorrichtung aufgenommenen Last sowie Verfahren zur Dämpfung von Pendelbewegungen der Last - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels einer von einer Lasttransportvorrichtung aufgenommenen Last sowie Verfahren zur Dämpfung von Pendelbewegungen der Last Download PDF

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EP2878567A1
EP2878567A1 EP13194824.2A EP13194824A EP2878567A1 EP 2878567 A1 EP2878567 A1 EP 2878567A1 EP 13194824 A EP13194824 A EP 13194824A EP 2878567 A1 EP2878567 A1 EP 2878567A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
load
pendulum angle
drive
crane
trolley
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13194824.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rafael Domitrz
Carsten Hamm
Uwe Ladra
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP13194824.2A priority Critical patent/EP2878567A1/de
Publication of EP2878567A1 publication Critical patent/EP2878567A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
    • B66C13/063—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements

Definitions

  • the invention relates to a method for determining at least one pendulum angle of a load received by a load transfer device, wherein the load is attached to at least one suspension point on at least one rope attachment means on the load transport device and the at least one suspension point by means of at least one drive means is movable. Moreover, the invention relates to a method for damping oscillations of a load received by a load transport device. Finally, the invention relates to a drive system, which is designed to carry out the method for determining the at least one pendulum angle and / or for damping oscillating movements of the load, the use of such a drive system for a crane and a crane.
  • load handling devices For handling loads, for example from a ship to a truck or railroad car, load handling devices are used.
  • Such load-carrying devices are, for example, cranes or the like, in particular gantry cranes, which have a substantially horizontally oriented jib and a trolley which can be moved linearly along the jib by means of a trolley drive device.
  • Such load transfer cranes may further comprise a crane drive device, via which the entire crane is generally traversable transversely to the direction of movement of the trolley and thus transversely to the boom.
  • it can be rotary cranes, in which the crane tower and the provided horizontal boom are rotatable about the axis of the crane tower.
  • the load to be handled which may be a container or the like, is fastened to the trolley of the crane via one or more cable-like attachment means, which may be cables, chains, belts or the like.
  • the length of the rope-like fastening means is changeable via a hoist assigned to the trolley.
  • the load can be attached directly to the rope-like fastening means.
  • the attachment means may be provided with a load handler, e.g. a so-called spreader, which in turn takes up the load.
  • the spreader advantageously comprises a gripping device with which loads of different dimensions can be gripped.
  • the hanging over the rope-like fasteners and possibly the spreader on the trolley load can then be raised using the hoist, a movement of the trolley along the boom and a movement of the boom or the entire crane in particular transversely to the direction of movement of the trolley of the ship transported on land or vice versa and then sold.
  • the cable-guided load is caused to oscillate by the movement of the load-carrying device, in particular the movement of the trolley and / or the boom and by external influences, such as wind.
  • the pendulum movement of the load which may have a component in the direction of movement of the crane and / or in the direction of movement of the trolley, must be suppressed if the load is to be placed accurately or absorbed.
  • Control devices for damping pendulum movements of cable-guided loads are known from the prior art.
  • the prerequisite for efficient attenuation of the excited pendulum motion is that the current pendulum angle is known. This represents the current actual value, which is transferred to the control device for the damping.
  • suitable setpoints for the movement of the trolley and the crane can then be determined with the control device, via which an active damping of the pendulum movements of the load is made possible, and the movements of the trolley and the crane are controlled accordingly.
  • Methods for determining the pendulum angle of a load received on a load transport device, in particular a crane via cable-like attachment means are likewise previously known from the prior art.
  • the pendulum movement of the load in particular in the direction of movement of the trolley and / or transversely thereto, can be detected via a camera system associated with the crane structure.
  • a camera is usually below the trolley and provided on top of the spreader a camera-oriented and required for the image evaluation reflector.
  • the current pendulum angle is determined from the images taken with the camera.
  • a prerequisite for the proper functioning of such a camera system for the pendulum angle detection is that the field of view of the camera provided on the underside of the trolley to the reflector provided on the top of the spreader is free.
  • the clear view of the camera may be disturbed by soiling of the camera system components as well as by adverse weather conditions such as fog.
  • the reflector can emerge from the field of view of the camera due to large angular deflections of the load.
  • the camera may have a defect.
  • soiling of the camera or reflector is a common problem that can only be solved by thorough and regular cleaning. However, this is associated with considerable effort.
  • the current pendulum angle can not be detected at all or not with the required temporal resolution and / or reliability, which is why the current measured variable is not sufficiently available for controlling the pendulum motion. If load vibrations are to be damped nevertheless, then this must be done manually by clever moving the cat and / or the crane by the crane driver. This unregulated condition carries numerous risks, i.a. the risk that the crane structure and / or the load may be damaged. An uncontrolled swinging load also poses a risk to people around the crane structure.
  • This object is achieved according to the invention in the method for determining at least one pendulum angle of a load taken up by a load transport device of the type mentioned in the introduction, in that the pendulum angle in the direction of movement and / or one of the time derivatives of the pendulum angle in the direction of movement at least on the basis of at least one operating variable of the at least one drive device and a variable representing the actual speed of the suspension point is calculated using at least one computing device.
  • the present invention is based on the idea of not detecting the pendulum angle by means of an external measuring sensor for a load carrying out a pendulum motion, as has hitherto been customary, but reconstructing it by calculation.
  • the pendulum angle of the load in the direction of movement and / or one of the time derivatives of the pendulum angle can be calculated on the basis of variables of the at least one drive device and a variable representing the actual speed of the suspension point.
  • a time derivative of the pendulum angle is in particular its first time derivative, ie the pendulum angular velocity or its second time derivative, ie the pendulum angular acceleration in question.
  • the at least one computing device may include, for example, a conventional processor for performing the required calculations.
  • a crane is used as the load transport device, and at least one drive device is a crane drive device, via which the entire crane can be moved linearly in particular.
  • the crane can stand on rails and can be moved back and forth along the rails via at least one crane drive device.
  • This embodiment is used in particular for container bridges, which are intended for container handling, eg in ports.
  • the pendulum angle in the direction of movement of the crane according to the invention based on at least one operating variable of the crane drive device and a variable representing the actual speed of the crane are calculated.
  • a boom is used as a load transport device, it may further be provided according to the invention that the crane has a trolley movable linearly along the boom, on which the at least one suspension point of the load is provided, and at least one drive device may be one Trolley drive device act.
  • the pendulum angle in the direction of movement of the trolley is then calculated on the basis of at least one operating variable of the trolley drive device and a variable representing the actual speed of the trolley.
  • the pendulum angle in the direction of movement of the crane and the pendulum angle in the direction of movement of the trolley can be calculated.
  • the calculation can be carried out using the same computing device, or it is provided a further, substantially identical computing devices that are used to calculate the pendulum angle in the direction of movement of the crane or in the direction of movement of the trolley.
  • the boom of the crane can also be designed by means of the boom associated drive means traversable or rotatable.
  • the pendulum angle and / or one of the time derivatives of the pendulum angle in the direction of movement of the boom can then be inventively determined at least on the basis of one or more operating variables of the boom associated drive device and the actual speed of the boom size representing.
  • the calculation of the pendulum angle in the direction of movement of the boom can then take place in the same, or in turn another computing device.
  • the pendulum angle of the load in the current deflection state as well as one of the associated time derivatives is calculated when the load executes a movement in the manner of a filament pendulum.
  • the pendulum angle in the direction of movement of the at least one suspension point is in the case that the load oscillates in the plane spanned by the direction of movement and the vertical plane, the included between the at least one cable-like fastening means and the vertical angle. If the load carries out a pendulum movement that protrudes from this plane, the pendulum angle in the direction of movement is the projection of the angle enclosed between the at least one cable-like attachment means and the vertical into this plane.
  • the plane spanned by the axis of movement of the trolley and the vertical is to be considered.
  • the sizes used according to the invention are generally already available in the drive devices known from the prior art, in particular the known drive devices for trolleys or cranes, or can be detected in a simple manner.
  • the use according to the invention makes it possible to completely dispense with conventional external measuring sensors, such as camera systems.
  • the current pendulum angle in the direction of movement of the at least one suspension point, in particular in the direction of movement of the trolley or the crane, and their time derivatives are consequently determined without external measuring systems being required for this purpose.
  • the pendulum angle and its derivation are not a quantity which is measured by means of sensors, but this is reconstructed purely mathematically. The associated with external sensors failure risk is therefore not in the inventive method.
  • the current pendulum angle can also be determined with a higher clock rate compared with the prior art, since the delays associated with known camera systems and image processing methods do not occur in the method according to the invention.
  • the input required for a damping-reducing control of the movement of the trolley or crane input variable, namely the pendulum angle, or one of the time derivatives thereof is therefore available with high reliability and sufficient temporal resolution, so that the damping can be done reliably.
  • a further advantage consists in that the determination of the pendulum angle, which takes place using the operating variables of the at least one drive device, in particular the trolley and the crane drive device, can be carried out in the at least one drive device itself. Consequently, the complete swing control can be implemented in the drive itself, whereby faster drive cycles can be achieved. The delays associated with using conventional camera systems and associated image processing techniques are thus completely avoided.
  • the regulation of the movement of the trolley or of the crane can be implemented faster and more efficiently.
  • a computing device is used which is configured such that the torque of the at least one drive device is used as the operating variable of the at least one drive device.
  • a computing device which is configured such that the torque-forming current of the at least one drive device is used as the operating variable of the at least one drive device and the torque of the at least one drive device is determined from the torque-forming current.
  • This refinement is expedient in particular for the case that the at least one drive device has one or more synchronous motors. In this case, the moment, if it is not a quantity that is immediately available or can be tapped, can be easily calculated from the moment-forming current taking into account the torque constant.
  • the at least one drive means comprises one or more asynchronous motors and the moment is not immediately available, this must be calculated in other than the aforementioned manner.
  • the known from the prior art method for determining the torque of asynchronous motors can be used.
  • Another embodiment is characterized in that from the moment of at least one drive device and taking into account the mechanical structure of the at least one Drive device is calculated which acts on the suspension point of the load driving force.
  • the at least one suspension point e.g. acting driving force is a suitable quantity on the basis of which the pendulum angle in the direction of movement can be calculated by reference to general physical laws.
  • a further embodiment of the present invention is characterized in that a computing device is used which is designed such that further variables are taken into account in the calculation of the at least one pendulum angle and / or one of the time derivatives of the pendulum angle.
  • the mass of the load and / or the mass of a lifting device and / or the mass of the trolley and / or the mass of the crane and / or the length of the at least one cable-like fastening means and / or the change in the length of the at least one cable-like fastening means and / or the rotational speed of the at least one drive device and / or the translation of the at least one drive device are taken into account as further variables in the calculation of the at least one pendulum angle and / or one of the time derivatives of the pendulum angle.
  • the mass of the load, the mass of the lifting device, the mass of the trolley or the crane are sizes that can be conveniently determined and stored or adjusted once and then used as known quantities for the calculation of the pendulum angle.
  • the length of the or the rope-like fastening means via which the load is provided on the trolley, changed by means of a hoist eg to pick up the load, to set down again or to overcome obstacles.
  • the actual length of the rope-like attachment means is then suitably detected so as to be able to determine the associated natural frequency of the pendulum.
  • the natural frequency can be advantageously taken into account in the context of the pendulum angle determination in order to simulate the course of the pendulum angle with high accuracy.
  • a mathematical model stored in the at least one computing device is used for the oscillating movement of the load.
  • the mathematical model can be applied to the general differential equations for a mechanical system, e.g. a linearly movable trolley or a linearly movable crane and a trolley suspended on at least one rope-like fastening means, swinging load comprises based.
  • the trolley drive device comprises a synchronous motor
  • the motor torque of the trolley drive device can be calculated.
  • the above equations can be set up in an analogous manner, wherein the sizes of the trolley, so the mass and position, the moment-forming current and the motor torque of the trolley drive means and the driving force to the trolley by the corresponding sizes of the crane or the crane drive device are to be replaced.
  • observer models also called observers
  • known input quantities e.g. Manipulated variables
  • known outputs e.g. Measured variables
  • observer are used in the modeling of controlled systems.
  • the physical behavior of a real controlled system can be mathematically modeled using differential equations. These are usually linear or linearized and can be expressed as a system of first-order differential equations in matrix notation. Since the mathematical model and the behavior of the real controlled system do not exactly match, however, they develop differently over time.
  • the observer theory introduces now a feedback to the comparison of the mathematical model with the real controlled system.
  • an observer model it can be provided that with the observer model, the at least one operating variable of the trolley drive device and the size representing the actual speed of the trolley, the pendulum angle in the direction of movement of the trolley and / or one of the time derivatives of the pendulum angle in the direction of movement the trolley are observed.
  • the at least one operating variable of the crane drive device and the actual speed of the crane representing size of the pendulum angle in the direction of movement of the crane and / or one of temporal derivatives of the pendulum angle ( ⁇ K ) are observed in the direction of movement of the crane.
  • the Polvorgabe for setting the observer dynamics should be suitably chosen so that sets a good transient response of the observer sizes. Observer errors should be degraded faster than the real variables change so that the observer can follow the real magnitudes. Furthermore, the attenuation of the observer dynamics should be set so that no overshoots occur when the observer sizes follow the real variables.
  • a further embodiment of the method according to the invention is characterized in that the movement of the suspension point of the load is controlled by a control method and the desired value of the control method is used as the operating variable of the drive device.
  • a crane is used as a load transport device, in particular the movement of the crane and / or the movement of the trolley is regulated by means of a regulating method.
  • the dynamic conditions of the system with pendulum load are usually so low that the actual and the setpoint close lie together.
  • the setpoint has the advantage that it usually has a smoother course than the actual values.
  • a reference value therefore represents a particularly suitable output variable for calculating the pendulum angle according to the invention and its time derivative.
  • the regulating devices which are used, for example, to regulate the movement of a trolley or a crane in order to achieve vibration damping for the load, are basically able to implement dynamic movements.
  • the usual frequencies of pendulum movements of a load on a crane are a few orders of magnitude below the frequency range that can be achieved by the control devices.
  • the setpoints are therefore implemented on this size scale free of delays and deviations.
  • a mathematical model stored in the at least one computing device is preferably used for the pendulum movement of the load for calculating the at least one pendulum angle and / or one of the time derivatives of the pendulum angle.
  • the operation amount of the trolley drive device e.g. instead of the actual values of the position of the trolley, the speed of which and the driving force acting on the trolley, the associated setpoint values are used.
  • the setpoint values for the position of the crane, its speed and the driving force acting on the crane can be used instead of the respective actual values.
  • the position of the trolley is determined, for example, from the angular position of the motor of the trolley or crane drive device and from information about the mechanical transmission elements provided in the trolley or crane drive device.
  • the speed of the trolley or of the crane can be determined via the mechanical transmission elements.
  • the driving force acting on the trolley or the crane can also be determined from the moment-forming flow of the trolley or crane drive device and information about the mechanical transmission elements.
  • the inventive method for damping pendulum movements in addition to the inventive determination of the pendulum angle and its time derivative also includes - known per se - the regulation of the movement of at least a suspension point, in particular the trolley, for damping the pendulum movement of the load.
  • the pendulum angle calculated according to the invention is transferred in the direction of movement to a control device as an input variable.
  • the control device is designed to predetermine a desired value for controlling the at least one drive device on the basis of the transferred variables.
  • the nominal value is used to dampen the pendulum movement of the load. If a crane is used for the load transport, in particular a desired value for the crane drive device and / or the trolley drive device is determined.
  • another object of the present invention is a drive system with at least one drive device and at least one computing device, which are designed to carry out the method described above for determining at least one pendulum angle of a load received on a crane via at least one cable-like attachment means.
  • the drive system according to the invention allows the constructive implementation of the method according to the invention for purely computational determination at least one pendulum angle.
  • An external measuring system in particular a camera system for determining the pendulum angle of the cable-guided load, can be dispensed with.
  • the calculation of the pendulum angle and its derivation can be implemented directly in the drive system.
  • the drive system according to the invention is characterized in that at least one drive device is a trolley drive device.
  • This embodiment is expedient for the case that a crane with a trolley is used as a load transport device.
  • the drive system according to the invention may alternatively or additionally be distinguished by the fact that at least one drive device is a crane drive device and, in particular, a further, essentially identical computing device is provided which is used to carry out the previously described method for determining at least one pendulum angle of a crane are formed on at least one rope-like fastener recorded load. If the drive system has a crane drive device, the entire crane can also be moved, in particular in addition to the trolley. According to the invention, the crane drive device and possibly the further, substantially identical computing device are then designed such that the actual pendulum angle in the direction of movement of the crane and / or one of the time derivatives can be reconstructed purely mathematically from this.
  • the same computing device can be used for calculation in which the pendulum angle and / or one of its time derivatives in the direction of movement of the trolley are calculated, or the crane drive device is another, provided to the first substantially identical computing device associated with the crane drive device is.
  • the drive system does not comprise a central computing device in which both the pendulum angle in the trolley and in the crane movement direction is calculated, but one of the trolley drive device and a computing device assigned to the crane are provided, then in particular the drive device and the associated computing device can each form a structural unit , The pendulum angle calculation can then directly in the belonging to the respective drive structural Unit of drive device and computing device to be implemented.
  • a further preferred embodiment of the drive system according to the invention is further characterized in that at least one control device is provided, which is designed for carrying out the above-described inventive method for damping oscillations of a load received on a crane via at least one cable-like fastening means.
  • This embodiment is particularly advantageous because according to this both the pendulum angle calculation and the control of the movement of the at least one suspension point, in particular the trolley or the crane, can be implemented directly in the drive system according to the invention for damping the pendulum motion.
  • improved cycle times of the control can be achieved. It can respond more quickly and thus more efficiently to pendulum angle changes than is the case with prior art devices in which the pendulum angle is determined via external camera systems and transmitted to an external control device.
  • a central control device for the trolley and the crane drive means may be provided, or each drive is assigned a separate control device.
  • the drive system can in particular comprise two structural units, each of which has a drive device for the trolley or the crane, and a computer and control device associated with the respective drive. Then both the calculation of the pendulum angle as also the damping control in the respective structural unit for the respective drive can be implemented.
  • the drive system according to the invention can also be retrofitted in existing cranes, so that in these the previously described inventive method can be performed.
  • Another object of the present invention is also the use of the previously described drive system for a crane.
  • the present invention comprises a crane with a drive system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a load transport device, here designed as a container bridge crane 1, which comprises a substantially horizontally extending boom 2 and a movable along the boom 2 Trolley 3.
  • the crane 1 is an in FIG. 2 shown drive system A assigned. This comprises a trolley drive device 4, via which the Trolley 3 along the boom 2 is movable in both directions.
  • a load which is in the illustrated embodiment is a container 6, attached, which from a ship, not shown in the figure to a truck, also not shown transport is.
  • the cable 5 is attached to a load-bearing means, not shown in the figure, a spreader, which is provided at the top of the container 6.
  • the length of the rope 5 can be changed by means of a hoist, not shown in the figure, to raise the container 6, settle or overcome obstacles along the transport path.
  • the actual pendulum angle ⁇ is, as in FIG. 1 clearly recognizable, in the event that the container 6 oscillates in the plane spanned by the lines of movement of the trolley 3 and the vertical 7, the angle enclosed between the cable 5 and the vertical 7. If the container 6 executes a pendulum movement that protrudes from this plane, the pendulum angle ⁇ in the direction of movement of the trolley 3 is the projection of the angle enclosed between the cable 5 and the vertical 7 into this plane.
  • the crane 1 associated drive system is designed to determine the inventive method for determining the pendulum angle ⁇ in the direction of movement of the trolley 3 and its first time derivative.
  • the drive system A comprises, in addition to the trolley drive device 4, a computing device 8 in which a mathematical model for calculating the pendulum angle ⁇ and its first derivative, the pendulum angular velocity, is stored.
  • the mathematical model is designed as a control technical observer model.
  • the drive system A further comprises a control device 9, which is designed to determine based on the calculated by the inventive method pendulum angle ⁇ and the first derivative of a target value for the trolley drive device 4 to dampen the pendulum movements of the container 6 in the direction of movement of the trolley 3 ,
  • the trolley 3 moves along the boom 2 of the crane 1 to transport the container 6 to a desired location.
  • the occurring pendulum movements of the container 6 are attenuated by regulating the movement of the trolley 3.
  • the current pendulum angle ⁇ is first calculated by means of the drive system.
  • the mass of the trolley 3, the mass of the container 6 and the spreader, the current rope length and the ratio and the speed of the trolley drive device 4 are used.
  • the pendulum angle ⁇ and its first derivative are calculated.
  • the mathematical model stored in the computing device 8 is concretely a control-technical observer model. With the observer model, the torque-generating current of the trolley drive device 4 and the actual speed of the trolley 3 while the pendulum angle ⁇ and its first time derivative are observed.
  • the driving force F K acting on the trolley 3 is further determined by first calculating the engine torque M Motor from the moment-forming current of the drive device 4 and taking into account the torque constant.
  • the pendulum angle ⁇ in the traveling direction of the trolley and its first time derivative can be calculated on the basis of the aforementioned equations.
  • the inventive calculation of the pendulum angle and its first time derivative takes place continuously or in predetermined, sufficiently short time intervals, so that the current pendulum angle ⁇ and its time derivative are sufficiently available.
  • the current values of the pendulum angle ⁇ in the direction of movement of the trolley 3 and its derivative are passed on to the control device 9, which is part of the drive system A.
  • the regulating device 9 calculates nominal values for the trolley drive device 4 in a manner known per se, via which a damping of the pendulum movement of the container 6 in the direction of movement of the trolley can be achieved.
  • the pendulum movement of the container 6 is reliably damped in the direction of movement of the trolley 3 during a transport process, so that a safe operation of the crane 1 is ensured.
  • the input variables required for the attenuation control namely the pendulum angle ⁇ and its first time derivative, are advantageously calculated on the basis of variables which are available in the trolley drive device 4.
  • External measuring systems for the pendulum angle ⁇ such as camera systems, can be completely dispensed with. Since both the pendulum angle determination, as well as the damping control are implemented according to the invention in the drive system A, also particularly short cycle times can be made possible.
  • the drive system A according to the invention assigned to the crane 1 also have a crane drive device via which the entire crane 1 can be moved transversely to the direction of movement of the trolley 3.
  • the pendulum angle in the direction of movement of the crane 1 and / or one of the time derivatives of the pendulum angle in the direction of movement of the crane 1 can then at least on the basis of at least one operating size of the crane drive device and the actual speed of the crane 1 representing size using the same computing device 8 or another , essentially identical computing device can be calculated.
  • the movement of the crane drive device can then be further using the Control device 9 or another, the crane drive means associated control device, are controlled.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels (Õ) einer von einer Lasttransportvorrichtung (1) aufgenommenen Last (6), wobei die Last (6) über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel (5) an zumindest einem Aufhängepunkt an der Lasttransportvorrichtung (1) befestigt ist und der zumindest eine Aufhängepunkt mittels wenigstens einer Antriebseinrichtung (4) verfahrbar ist, bei dem der Pendelwinkel (Õ) in Bewegungsrichtung und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels (Õ) in Bewegungsrichtung zumindest auf Basis wenigstens einer Betriebsgröße der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) und einer die Ist-Geschwindigkeit des Aufhängepunktes repräsentierenden Größe unter Verwendung wenigstens einer Recheneinrichtung (8) berechnet wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Dämpfung von Pendelbewegungen einer Last (6), ein Antriebssystem (A), das zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des zumindest einen Pendelwinkels (Õ) und/oder zur Dämpfung von Pendelbewegungen der Last (6) ausgebildet ist und die Verwendung eines derartigen Antriebssystems (A) für einen Kran (1) sowie einen Kran (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels einer von einer Lasttransportvorrichtung aufgenommenen Last, wobei die Last über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel an zumindest einem Aufhängepunkt an der Lasttransportvorrichtung befestigt ist und der zumindest eine Aufhängepunkt mittels wenigstens einer Antriebseinrichtung verfahrbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Dämpfung von Pendelbewegungen einer von einer Lasttransportvorrichtung aufgenommenen Last. Schließlich betrifft die Erfindung ein Antriebssystem, das zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des zumindest einen Pendelwinkels und/oder zur Dämpfung von Pendelbewegungen der Last ausgebildet ist, die Verwendung eines derartigen Antriebssystems für einen Kran sowie einen Kran.
  • Zum Umschlagen von Lasten, zum Beispiel von einem Schiff auf einen Lastkraft- oder einen Eisenbahnwagen, kommen Lasttransportvorrichtungen zum Einsatz.
  • Bei derartigen Lasttransportvorrichtungen handelt es sich z.B. um Krane oder dergleichen, insbesondere Containerbrücken, die einen im Wesentlichen horizontal orientierten Ausleger sowie eine entlang des Auslegers mittels einer Laufkatzenantriebseinrichtung linear bewegbare Laufkatze aufweisen. Derartige Krane für den Lastumschlag können ferner eine Kranantriebseinrichtung umfassen, über welche der gesamte Kran in der Regel quer zur Bewegungsrichtung der Laufkatze und somit quer zu dem Ausleger, verfahrbar ist. Auch kann es sich um Drehkrane handeln, bei denen der Kranturm und der an diesem vorgesehene horizontale Ausleger um die Achse des Kranturmes drehbar sind.
  • Für einen Transportvorgang wird die umzuschlagende Last, bei welcher es sich um einen Container oder dergleichen handeln kann, über ein bzw. mehrere seilartige Befestigungsmittel an der Laufkatze des Kranes befestigt, bei denen es sich um Seile, Ketten, Bänder oder dergleichen handeln kann. Die Länge der seilartigen Befestigungsmittel ist über ein der Laufkatze zugeordnetes Hubwerk veränderbar. Die Last kann unmittelbar an den seilartigen Befestigungsmitteln befestigt sein. Alternativ können die Befestigungsmittel mit einem Lastaufnahmemittel, z.B. einem sogenannten Spreader, verbunden werden, der wiederum die Last aufnimmt. Der Spreader umfasst hierzu vorteilhaft eine Greifvorrichtung, mit der Lasten unterschiedlicher Abmessungen gegriffen werden können.
  • Die über die seilartigen Befestigungsmittel und ggf. den Spreader an der Laufkatze hängende Last kann dann unter Verwendung des Hubwerkes angehoben, über eine Bewegung der Laufkatze entlang des Auslegers sowie eine Bewegung des Auslegers bzw. des gesamten Krans insbesondere quer zur Bewegungsrichtung der Laufkatze von dem Schiff an Land oder umgekehrt transportiert und anschließend abgesetzt werden.
  • Bei einem derartigen Transportvorgang besteht das Problem, dass die seilgeführte Last durch die Bewegung der Lasttransportvorrichtung, insbesondere die Bewegung der Laufkatze und/oder des Auslegers sowie durch äußere Einflüsse, wie etwa Wind, zum Pendeln angeregt wird. Die Pendelbewegung der Last, die eine Komponente in Bewegungsrichtung des Krans und/oder in Bewegungsrichtung der Laufkatze aufweisen kann, muss unterdrückt werden, wenn die Last zielgenau abgesetzt bzw. aufgenommen werden soll.
  • Aus dem Stand der Technik sind Regelungseinrichtungen zur Dämpfung von Pendelbewegungen seilgeführter Lasten bekannt. Voraussetzung dafür, dass eine effiziente Dämpfung der angeregten Pendelbewegung erfolgen kann, ist, dass der aktuelle Pendelwinkel bekannt ist. Dieser stellt den aktuellen Ist-Wert dar, welcher an die Regelungseinrichtung für die Dämpfung übergeben wird. Auf Basis des bekannten Pendelwinkels können dann mit der Regelungseinrichtung geeignete Sollwerte für die Bewegung der Laufkatze sowie des Kranes bestimmt werden, über die eine aktive Dämpfung der Pendelbewegungen der Last ermöglicht wird, und die Bewegungen der Laufkatze sowie des Krans werden entsprechend gesteuert.
  • Verfahren zur Bestimmung des Pendelwinkels einer an einer Lasttransportvorrichtung, insbesondere einem Kran über seilartige Befestigungsmittel aufgenommenen Last sind ebenfalls aus dem Stand der Technik vorbekannt. Beispielsweise kann die Pendelbewegung der Last, insbesondere in Bewegungsrichtung der Laufkatze und/oder quer zu dieser, über ein der Kranstruktur zugeordnetes Kamerasystem erfasst werden. Hierfür ist in der Regel unterhalb der Laufkatze eine Kamera sowie oben auf dem Spreader ein zur Kamera ausgerichteter und für die Bildauswertung erforderlicher Reflektor vorgesehen. Über geeignete Bildverarbeitungsverfahren wird aus den mit der Kamera erstellten Aufnahmen der aktuelle Pendelwinkel ermittelt.
  • Eine Voraussetzung für die einwandfreie Funktionsweise eines solchen Kamerasystems für die Pendelwinkelerfassung ist, dass das Sichtfeld von der an der Unterseite der Laufkatze vorgesehenen Kamera zu dem an der Oberseite des Spreaders vorgesehenen Reflektor frei ist. Die freie Sicht der Kamera kann jedoch durch Verschmutzungen der Kamerasystemkomponenten sowie durch ungünstige Wetterbedingungen, wie etwa Nebel, gestört sein. Darüber hinaus kann der Reflektor infolge von großen Winkelauslenkungen der Last aus dem Sichtfeld der Kamera heraustreten. Auch kann die Kamera einen Defekt aufweisen. In der typischen Umgebung einer Kranstruktur, stellen vor allem Verschmutzungen von Kamera bzw. Reflektor ein häufig auftretendes Problem dar, welches nur durch gründliche und regelmäßige Reinigung behoben werden kann. Dies ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden.
  • In den vorgenannten Fällen kann der aktuelle Pendelwinkel gar nicht oder nicht mit der erforderlichen zeitlichen Auflösung und/oder Zuverlässigkeit erfasst werden, weshalb die aktuelle Messgröße für die Regelung der Pendelbewegung nicht in ausreichender Weise zur Verfügung steht. Sollen Lastschwingungen dennoch gedämpft werden, so muss dies manuell über geschicktes Verfahren der Katze und/oder des Krans durch den Kranfahrer erfolgen. Dieser ungeregelte Zustand birgt zahlreiche Risiken, u.a. die Gefahr, dass die Kranstruktur und/oder die Last Beschädigungen davon tragen können. Eine unkontrolliert schwingende Last stellt auch ein Risiko für Menschen in der Umgebung der Kranstruktur dar.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
    ein Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels einer an einer Lasttransportvorrichtung über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel aufgenommenen Last der eingangs genannten Art anzugeben, welches sich durch eine erhöhte Zuverlässigkeit auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels einer von einer Lasttransportvorrichtung aufgenommenen Last der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
    der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels in Bewegungsrichtung zumindest auf Basis wenigstens einer Betriebsgröße der wenigstens einen Antriebseinrichtung und einer die Ist-Geschwindigkeit des Aufhängepunktes repräsentierenden Größe unter Verwendung wenigstens einer Recheneinrichtung berechnet wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt mit anderen Worten die Idee zugrunde, für eine Last, die eine Pendelbewegung ausführt, den Pendelwinkel nicht, wie bislang üblich, mittels eine externer Messsensoren zu erfassen, sondern rechnerisch zu rekonstruieren. Dabei kann erfindungsgemäß der Pendelwinkel der Last in Bewegungsrichtung und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels auf Basis von Größen der wenigstens einen Antriebseinrichtung und einer die Ist-Geschwindigkeit des Aufhängepunktes repräsentierenden Größe berechnet werden. Als zeitliche Ableitung des Pendelwinkels kommt dabei insbesondere dessen erste zeitliche Ableitung, also die Pendelwinkelgeschwindigkeit bzw. dessen zweite zeitliche Ableitung, also die Pendelwinkelbeschleunigung, in Frage. Die wenigstens ein Recheneinrichtung kann zur Durchführung der erforderlichen Berechnungen beispielsweise einen herkömmlichen Prozessor aufweisen.
  • Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Lasttransportvorrichtung ein Kran verwendet und es handelt sich bei wenigstens einer Antriebseinrichtung um eine Kranantriebseinrichtung, über welche der gesamte Kran insbesondere linear bewegbar ist. Beispielsweise kann der Kran auf Schienen stehen und über wenigstens eine Kranantriebseinrichtung entlang der Schienen vor und zurück bewegbar sein. Diese Ausgestaltung kommt insbesondere bei Containerbrücken, die für den Containerumschlag, z.B. in Häfen vorgesehen sind, zum Einsatz. Für den Fall, dass der gesamte Kran mittels wenigstens einer Kranantriebseinrichtung bewegbar ist, kann der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung des Krans erfindungsgemäß auf Basis wenigstens einer Betriebsgröße der Kranantriebseinrichtung und einer die Ist-Geschwindigkeit des Krans repräsentierenden Größe berechnet werden.
  • Kommt ein mit einem Ausleger als Lasttransportvorrichtung zum Einsatz, so kann ferner erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Kran eine entlang des Auslegers linear bewegbare Laufkatze aufweist, an welcher der wenigstens eine Aufhängepunkt der Last vorgesehen ist, und es kann sich bei wenigstens einer Antriebseinrichtung um eine Laufkatzenantriebseinrichtung handeln. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung der Laufkatze auf Basis wenigstens einer Betriebsgröße der Laufkatzenantriebseinrichtung und einer die Ist-Geschwindigkeit der Laufkatze repräsentierenden Größe berechnet.
  • Für den Fall, dass der gesamte Kran verfahrbar ist und der Kran eine entlang seines Auslegers verfahrbare Laufkatze aufweist, kann erfindungsgemäß der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung des Krans und der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung der Laufkatze berechnet werden. Dabei kann die Berechnung unter Verwendung der gleichen Recheneinrichtung erfolgen, oder es ist eine weitere, im Wesentlichen baugleiche Recheneinrichtungen vorgesehen, die zur Berechnung des Pendelwinkels in Bewegungsrichtung des Krans bzw. in Bewegungsrichtung der Laufkatze zum Einsatz kommen.
  • Auch der Ausleger des Krans kann ferner mittels einer dem Ausleger zugeordneten Antriebseinrichtung verfahr- oder drehbar ausgestaltet sein. Der Pendelwinkel und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels in Bewegungsrichtung der Auslegers können dann erfindungsgemäß zumindest auf Basis einer oder mehrere Betriebsgrößen der dem Ausleger zugeordneten Antriebseinrichtung und einer die Ist-Geschwindigkeit des Auslegers repräsentierenden Größe ermittelt werden. Die Berechnung des Pendelwinkels in Bewegungsrichtung des Auslegers kann dann in der gleichen, oder wiederum einer weiteren Recheneinrichtung erfolgen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Pendelwinkel der Last im aktuellen Auslenkungszustand sowie eine der zugehörigen zeitlichen Ableitungen berechnet, wenn die Last eine Bewegung in der Art eines Fadenpendels ausführt. Der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung des wenigstens einen Aufhängepunktes ist dabei für den Fall, dass die Last in der von der Bewegungsrichtung und der Vertikalen aufgespannten Ebene pendelt, der zwischen dem wenigstens einen seilartigen Befestigungsmittel und der Vertikalen eingeschlossene Winkel. Führt die Last eine Pendelbewegung aus, die aus dieser Ebene herausragt, so ist der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung die Projektion des zwischen dem wenigstens einen seilartigen Befestigungsmittel und der Vertikalen eingeschlossenen Winkels in diese Ebene.
  • Ist die Last an einer entlang des Auslegers des Krans linear bewegbaren Laufkatze vorgesehen, so ist die von der Bewegungsachse der Laufkatze und der Vertikalen aufgespannte Ebene zu betrachten. Dies gilt in analoger Weise für den Pendelwinkel in Bewegungsrichtung der Lasttransportvorrichtung, insbesondere des Krans, wobei die von der Bewegungsgeraden des Krans und der Vertikalen aufgespannte Ebene zu betrachten ist.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Größen stehen in den aus dem Stand der Technik bekannten Antriebseinrichtungen, insbesondere den bekannten Antriebseinrichtungen für Laufkatzen bzw. Krane, in der Regel bereits zur Verfügung bzw. können auf einfache Weise erfasst werden. Durch deren erfindungsgemäße Verwendung wird es ermöglicht, auf konventionelle externe Messsensoren, wie etwa Kamerasysteme, vollständig zu verzichten. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können der aktuelle Pendelwinkel in Bewegungsrichtung des wenigstens einen Aufhängepunktes, insbesondere in Bewegungsrichtung der Laufkatze bzw. des Kranes, sowie deren zeitliche Ableitungen folglich bestimmt werden, ohne dass hierfür externe Messsysteme benötigt werden. Bei dem Pendelwinkel und dessen Ableitung handelt es sich erfindungsgemäß nicht um eine Größe, die mittels Sensoren gemessen wird, sondern dieser wird rein rechnerisch rekonstruiert. Das mit externen Sensoren einhergehende Ausfallrisiko besteht bei dem erfindungsgemäße Verfahren daher nicht. Der aktuelle Pendelwinkel kann ferner mit einer gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Taktrate bestimmt werden, da die Verzögerungen, welche mit bekannten Kamerasystemen und Bildverarbeitungsverfahren einhergehen, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auftreten. Die für eine dämpfungsreduzierende Regelung der Bewegung der Laufkatze bzw. des Krans erforderliche Eingangsgröße, nämlich der Pendelwinkel, bzw. eine der zeitlichen Ableitungen desselben, steht daher mit hoher Zuverlässigkeit und ausreichender zeitlicher Auflösung zur Verfügung, so dass auch die Dämpfung zuverlässig erfolgen kann.
  • Im Ergebnis wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein besonders zuverlässiger und sicherer Betrieb einer Lasttransportvorrichtung, insbesondere eines Krans, mit seilgeführter Last ermöglicht. Auch können erhebliche Kosten eingespart werden, da auf ein externes System zur Erfassung des Pendelwinkels vollständig verzichtet werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ermittlung des Pendelwinkels, die unter Heranziehung von Betriebsgrößen der wenigstens einen Antriebseinrichtung, insbesondere der Laufkatzen- und der Kranantriebseinrichtung, erfolgt, in der wenigstens einen Antriebseinrichtung selbst durchgeführt werden kann. Folglich kann auch die komplette Pendelregelung im Antrieb selbst umgesetzt werden, wodurch schnellere Antriebstakte erzielt werden können. Die unter Verwendung von konventionellen Kamerasystemen und zugehörigen Bildverarbeitungsverfahren einhergehenden Verzögerungen werden so vollständig vermieden. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung wenigstens eines Pendelwinkels und/oder einer dessen zeitlicher Ableitungen kann die Regelung der Bewegung der Laufkatze bzw. des Kranes schneller und effizienter umgesetzt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Recheneinrichtung verwendet wird, die derart ausgestaltet ist, dass das Moment der wenigstens einen Antriebseinrichtung als Betriebsgröße der wenigstens einen Antriebseinrichtung verwendet wird.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Recheneinrichtung verwendet wird, die derart ausgestaltet ist, dass der momentbildende Strom der wenigstens einen Antriebseinrichtung als Betriebsgröße der wenigstens einen Antriebseinrichtung verwendet und aus dem momentbildenden Strom das Moment der wenigstens einen Antriebseinrichtung ermittelt wird. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für den Fall zweckmäßig, dass die wenigstens eine Antriebseinrichtung einen oder mehrere Synchronmotoren aufweist. Das Moment kann in diesem Falle, wenn es keine Größe ist, die unmittelbar zur Verfügung steht bzw. abgegriffen werden kann, auf einfache Weise aus dem momentbildenden Strom unter Berücksichtigung der Drehmomentkonstante berechnet werden.
  • Für den Fall, dass die wenigstens eine Antriebseinrichtung einen oder mehrere Asynchronmotoren umfasst und das Moment nicht unmittelbar zur Verfügung steht, muss dieses auf andere als die vorgenannte Weise berechnet werden. Dabei können die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Bestimmung des Momentes von Asynchronmotoren zum Einsatz kommen.
  • Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass aus dem Moment der wenigstens einen Antriebseinrichtung und unter Berücksichtigung des mechanischen Aufbaus der wenigstens einen Antriebseinrichtung die auf den Aufhängepunkt der Last wirkende Antriebskraft berechnet wird.
  • Die auf den wenigstens einen Aufhängepunkt, der z.B. an der Laufkatze des Krans vorgesehen sein kann, wirkende Antriebskraft stellt eine geeignete Größe dar, auf Basis derer unter Heranziehung allgemeiner physikalischer Gesetze der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung berechnet werden kann.
  • Eine weiter Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Recheneinrichtung verwendet wird, die derart ausgestaltet ist, dass weitere Größen bei der Berechnung des wenigstens einen Pendelwinkels und/oder einer der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels berücksichtigt werden.
  • Dabei können insbesondere die Masse der Last und/oder die Masse eines Lastaufnahmemittels und/oder die Masse der Laufkatze und/oder die Masse des Krans und/oder die Länge des wenigstens einen seilartigen Befestigungsmittels und/oder die Änderung der Länge des wenigstens einen seilartigen Befestigungsmittels und/oder die Drehzahl der wenigstens einen Antriebseinrichtung und/oder die Übersetzung der wenigstens einen Antriebseinrichtung als weitere Größen bei der Berechnung des wenigstens einen Pendelwinkels und/oder einer der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels berücksichtigt werden.
  • Die Masse der Last, die Masse des Lastaufnahmemittels, die Masse der Laufkatze bzw. des Krans sind Größen, die zweckmäßiger Weise einmalig bestimmt und gespeichert bzw. eingestellt werden können, um dann als bekannte Größen für die Berechnung des Pendelwinkels herangezogen zu werden.
  • Im Rahmen des Transportvorganges der Last kann die Länge des bzw. der seilartigen Befestigungsmittel, über welche die Last an der Laufkatze vorgesehen ist, mittels eines Hubwerkes verändert werden, z.B. um die Last aufzunehmen, wieder abzusetzen oder Hindernisse zu überwinden. Die aktuelle Länge des bzw. der seilartigen Befestigungsmittel wird dann zweckmäßiger Weise erfasst, um so auch die zugehörige Eigenfrequenz des Pendels ermitteln zu können. Die Eigenfrequenz kann vorteilhafter Weise im Rahmen der Pendelwinkelbestimmung berücksichtigt werden, um den Verlauf des Pendelwinkels mit hoher Genauigkeit nachzubilden.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Berechnung des wenigstens einen Pendelwinkels und/oder einer der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels ein in der wenigstens einen Recheneinrichtung abgelegtes mathematisches Modell für die Pendelbewegung der Last herangezogen wird.
  • Das mathematische Modell kann insbesondere auf den allgemeinen Differentialgleichungen für ein mechanisches System, welches z.B. eine linear bewegbare Laufkatze bzw. einen linear bewegbaren Kran sowie eine an der Laufkatze über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel aufgehängte, pendelnde Last umfasst, basieren.
  • Betrachtet man in diesem Fall die Pendelbewegung in Bewegungsrichtung der Laufkatze, so haben die Differentialgleichungen die Form: F K = m K + m L ⁢ x ¨ K - m L ⁢ L ¨ ⁢ sin φ - 2 ⁢ m L ⁢ L ˙ ⁢ φ ˙ ⁢ cos φ + m L ⁢ L ⁢ φ ¨ ⁢ cos φ + m L ⁢ L ⁢ φ ˙ 2 ⁢ sin φ
    Figure imgb0001
     0 = m L ⁢ L 2 ⁢ φ ¨ + 2 ⁢ m L ⁢ L ⁢ L ˙ ⁢ φ ˙ + m L ⁢ gL sin φ - m L ⁢ L ⁢ x ¨ K ⁢ cos φ
    Figure imgb0002
  • Mit der Masse der Laufkatze mK, der Masse der Last mL, der zeitlich veränderlichen Länge des bzw. der seilartigen Befestigungsmittel L = L(t), dem Pendelwinkel ϕ der Last in Bewegungsrichtung der Laufkatze, der Position der Laufkatze entlang des Auslegers (X-Richtung) XK, der Erdbeschleunigung g, sowie den - wie üblich dargestellten - jeweiligen ersten bzw. zweiten zeitlichen Ableitungen.
  • Unter der Annahme kleiner Pendelwinkel in Bewegungsrichtung der Laufkatze ϕ ≤ 10° können diese Differentialgleichungen linearisiert werden. Nach weiteren Umformungen erhält man folgendes Gleichungssystem: x ¨ K = m L ⁢ L ¨ - m L ⁢ g m K ⋅ φ + F K m K
    Figure imgb0003
     φ ¨ = m L ⁢ L ¨ - m L + m K ⁢ g m K ⁢ L ⋅ φ + - 2 ⁢ L ˙ L ⋅ φ ˙ + F K m K ⁢ L
    Figure imgb0004
     mit der auf die Laufkatze wirkenden Antriebskraft FK.
  • Wie voranstehend erläutert, kann für den Fall, dass die Laufkatzenantriebseinrichtung einen Synchronmotor umfasst, ausgehend von dem momentbildenden Strom der Laufkatzenantriebseinrichtung unter Berücksichtigung der Drehmomentkonstante das Motormoment der Laufkatzenantriebseinrichtung berechnet werden. Die Antriebskraft FK wird dann erhalten über die Gleichung: F K = M Motor R
    Figure imgb0005
     mit dem Motormoment MMotor und der Übersetzung R.
  • Für den Pendelwinkel in Bewegungsrichtung des Krans können die vorstehenden Gleichungen in analoger Weise aufgestellt werden, wobei die Größen der Laufkatze, also die Masse und Position, der momentbildender Strom und das Motormoment der Laufkatzenantriebseinrichtung und die Antriebskraft auf die Laufkatze durch die entsprechenden Größen des Krans bzw. der Kranantriebseinrichtung zu ersetzen sind.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass bei der Berechnung des wenigstens einen Pendelwinkels und/oder einer der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels ein in der wenigstens einen Recheneinrichtung abgelegtes regelungstechnisches Beobachtermodell angewendet wird.
  • Die Verwendung von Beobachtermodellen, auch Beobachter genannt, ist im Bereich der Regelungstechnik bekannt. Mit einem Beobachter können aus bekannten Eingangsgrößen, z.B. Stellgrößen, und bekannten Ausgangsgrößen, z.B. Messgrößen, eines beobachteten Referenzsystems Zustände rekonstruiert werden. Man spricht auch davon, dass die Zustände beobachtet werden. Beobachter kommen beispielsweise im Rahmen der Modellierung von Regelstrecken zum Einsatz. Das physikalische Verhalten einer realen Regelstrecke kann über Differenzialgleichungen mathematisch modelliert werden. Diese sind in der Regel linear oder linearisiert und können als System von Differentialgleichungen erster Ordnung in Matrixschreibweise ausgedrückt werden. Da das mathematische Modell und das Verhalten der realen Regelstrecke nicht exakt übereinstimmen, entwickeln sich diese jedoch mit der Zeit unterschiedlich. Die Beobachter-Theorie führt nun eine Rückführung zum Abgleich des mathematischen Modells mit der realen Regelstrecke ein.
  • Kommt erfindungsgemäß ein Beobachtermodell zum Einsatz, so kann vorgesehen sein, dass mit dem Beobachtermodell, der wenigstens einen Betriebsgröße der Laufkatzenantriebseinrichtung und der die Ist-Geschwindigkeit der Laufkatze repräsentierenden Größe der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung der Laufkatze und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels in Bewegungsrichtung der Laufkatze beobachtet werden. In analoger Weise kann vorgesehen sein, dass mit dem Beobachtermodell, der wenigstens einen Betriebsgröße der Kranantriebseinrichtung und der die Ist-Geschwindigkeit des Krans repräsentierenden Größe der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung des Krans und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels (ϕK) in Bewegungsrichtung des Krans beobachtet werden.
  • Die Zustandsgleichungen des Beobachters können insbesondere gegeben sein durch: φ ¨ φ ˙ x ¨ K = - 2 ⁢ L ˙ L L ¨ ⁢ m L - g ⁢ m L + m K m K ⁢ L 0 1 0 0 0 m L ⁢ L ¨ - g m K 0 ⋅ φ ˙ φ x ˙ K + 1 m K ⁢ L 0 1 m K ⁢ F K
    Figure imgb0006
     v K = 0 0 1 ⋅ φ ˙ φ x ˙ K
    Figure imgb0007
  • Die Polvorgabe zur Einstellung der Beobachterdynamik sollte zweckmäßiger Weise so gewählt werden, dass sich ein gutes Einschwingverhalten der Beobachtergrößen einstellt. Beobachterfehler sollten schneller abgebaut werden, als sich die realen Größen ändern, damit der Beobachter den realen Größen folgen kann. Ferner sollte die Dämpfung der Beobachterdynamik so eingestellt werden, dass keine Überschwinger auftreten, wenn die Beobachtergrößen den realen Größen folgen.
  • Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Bewegung des Aufhängepunktes der Last mit einem Regelungsverfahren geregelt wird und als Betriebsgröße der Antriebseinrichtung der Sollwert des Regelungsverfahrens verwendet wird.
  • Kommt ein Kran als Lasttransportvorrichtung zum Einsatz, so wird insbesondere die Bewegung des Krans und/oder die Bewegung der Laufkatze mit einem Regelungsverfahren geregelt.
  • Die dynamischen Verhältnisse des Systems mit pendelnder Last sind in der Regel so günstig, dass der Ist- und der Sollwert nahe beieinander liegen. Der Sollwert bietet jedoch den Vorteil, dass dieser üblicherweise einen glatteren Verlauf aufweist als die Istwerte. Ein Sollwert stellt daher eine besonders geeignete Ausgangsgröße für die erfindungsgemäße Berechnung des Pendelwinkels und dessen zeitlicher Ableitung dar. Die Regelungseinrichtungen, die zum Einsatz kommen, um z.B. die Bewegung einer Laufkatze bzw. eines Kranes zu regeln, um eine Schwingungsdämpfung für die Last zu erzielen, sind grundsätzlich in der Lage, dynamische Bewegungen umzusetzen. Die üblichen Frequenzen der Pendelbewegungen einer Last an einem Kran liegen um einige Größenordnungen unterhalb dem Frequenzbereich, der von den Regelungseinrichtungen erreicht werden kann. Die Sollwerte werden auf dieser Größenskala daher frei von Verzögerungen und Abweichungen umgesetzt.
  • Werden anstelle von Istwerten Sollwerte verwendet, so wird bevorzugter Weise ein in der wenigstens einen Recheneinrichtung abgelegtes mathematisches Modell für die Pendelbewegung der Last zur Berechnung des wenigstens einen Pendelwinkels und/oder einer der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels herangezogen.
  • Erfindungsgemäß können als Betriebsgröße der Laufkatzenantriebseinrichtung z.B. an Stelle der Istwerte der Position der Laufkatze, deren Geschwindigkeit und der auf die Laufkatze wirkenden Antriebskraft die zugeordneten Soll-Werte verwendet werden. In gleicher Weise können die Sollwerte für die Position des Krans, dessen Geschwindigkeit und die auf den Kran wirkende Antriebskraft anstelle der jeweiligen Istwerte verwendet werden.
  • Die Position der Laufkatze wird beispielsweise aus der Winkellage des Motors der Laufkatzen- bzw. Kranantriebseinrichtung und aus Informationen über die in der Laufkatzen- bzw. Kranantriebseinrichtung vorgesehenen mechanischen Übertragungselemente ermittelt. In analoger Weise kann aus der Winkelgeschwindigkeit des Motors der jeweiligen Antriebseinrichtung und den Informationen über die mechanischen Übertragungselemente die Geschwindigkeit der Laufkatze bzw. des Krans ermittelt werden. Die auf die Laufkatze bzw. den Kran wirkende Antriebskraft kann ferner aus dem momentbildenden Strom der Laufkatzen- bzw. Kranantriebseinrichtung und Informationen über die mechanischen Übertragungselemente bestimmt werden.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfung von Pendelbewegungen an einer Lasttransportvorrichtung aufgenommenen Last, wobei die Last über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel an zumindest einem Aufhängepunkt an der Lasttransportvorrichtung befestigt ist, und der wenigstens eine Aufhängepunkt mittels wenigstens einer Antriebseinrichtung linear verfahrbar ist, und der Antriebseinrichtung wenigstens eine Regelungseinrichtung zugeordnet ist, die ausgebildet ist, um einen Sollwert zur Steuerung der Antriebseinrichtung vorzugeben, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • über das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels wird der Pendelwinkel und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels unter Verwendung wenigstens einer Recheneinrichtung berechnet,
    • der berechnete Pendelwinkel und/oder die berechnete zeitliche Ableitung des Pendelwinkels wird an die Regelungseinrichtung übergeben, und
    • die Regelungseinrichtung ermittelt auf Basis des berechneten Pendelwinkels und/oder der berechneten zeitlichen Ableitung des Pendelwinkels einen Sollwert für die wenigstens eine Antriebseinrichtung.
  • Mit anderen Worten umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Dämpfung von Pendelbewegungen neben der erfindungsgemäßen Bestimmung des Pendelwinkels und dessen zeitlicher Ableitung auch die - an sich bekannte - Regelung der Bewegung des wenigstens einen Aufhängepunktes, insbesondere der Laufkatze, zur Dämpfung der Pendelbewegung der Last. Hierfür wird der erfindungsgemäß berechnete Pendelwinkel in Bewegungsrichtung an eine Regelungseinrichtung als Eingangsgröße übergeben. Dabei kann insbesondere neben dem Pendelwinkel dessen erste zeitliche Ableitung, also die Pendelwinkelgeschwindigkeit, bestimmt und zusammen mit dem Pendelwinkel an die Regelungseinrichtung übergeben werden. Die Regelungseinrichtung ist ausgebildet, um auf Basis der übergebenen Größen einen Sollwert zur Steuerung der wenigstens einen Antriebseinrichtung vorzugeben. Über den Sollwert wird eine Dämpfung der Pendelbewegung der Last erzielt. Kommt ein Kran für den Lasttransport zum Einsatz, so wird insbesondere ein Sollwert für die Kranantriebseinrichtung und/oder die Laufkatzenantriebseinrichtung ermittelt.
  • Darüber hinaus ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Antriebssystem mit wenigstens einer Antriebseinrichtung und wenigstens einer Recheneinrichtung, die zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels einer an einem Kran über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel aufgenommenen Last ausgebildet sind.
  • Das erfindungsgemäße Antriebssystem ermöglicht die konstruktive Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur rein rechnerischen Bestimmung wenigstens einen Pendelwinkels. Auf ein externes Messsystem, insbesondere ein Kamerasystem zur Pendelwinkelbestimmung der seilgeführten Last kann verzichtet werden. So kann die Berechnung des Pendelwinkels und dessen Ableitung direkt im Antriebssystem umgesetzt werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung zeichnet sich das erfindungsgemäße Antriebssystem dadurch aus, dass es sich bei wenigstens einer Antriebseinrichtung um eine Laufkatzenantriebseinrichtung handelt. Diese Ausgestaltung ist für den Fall zweckmäßig, dass ein Kran mit einer Laufkatze als Lasttransportvorrichtung zum Einsatz kommt.
  • Das erfindungsgemäße Antriebssystem kann sich alternativ oder zusätzlich dadurch auszeichnen, dass es sich bei wenigstens einer Antriebseinrichtung um eine Kranantriebseinrichtung handelt und insbesondere eine weitere, im Wesentlichen baugleiche Recheneinrichtung vorgesehen ist, die zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels einer an einem Kran über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel aufgenommenen Last ausgebildet sind. Weist das Antriebssystem eine Kranantriebseinrichtung auf, so kann - insbesondere neben der Laufkatze - auch der gesamte Kran verfahren werden. Erfindungsgemäß sind dann die Kranantriebseinrichtung und ggf. die weitere, im Wesentlichen baugleiche Recheneinrichtung derart ausgebildet, dass auch der aktuelle Pendelwinkel in Bewegungsrichtung des Krans und/oder eine der zeitlichen Ableitungen von diesem rein rechnerisch rekonstruiert werden können. Dabei kann zu Berechnung dieselbe Recheneinrichtung zum Einsatz kommen, in der auch der Pendelwinkel und/oder eine dessen zeitlicher Ableitungen in Bewegungsrichtung der Laufkatze berechnet werden, oder aber der Kranantriebseinrichtung ist eine weitere, zu der ersten im Wesentlichen baugleiche Recheneinrichtung vorgesehen, die der Kranantriebseinrichtung zugeordnet ist.
  • Umfasst das Antriebssystem nicht eine zentrale Recheneinrichtung, in der sowohl der Pendelwinkel in Laufkatzen- als auch in Kranbewegungsrichtung berechnet wird, sondern sind eine der Laufkatzenantriebseinrichtung und eine dem Kran zugeordnete Recheneinrichtung vorgesehen, so können insbesondere die Antriebseinrichtung und die zugehörige Recheneinrichtung jeweils eine bauliche Einheit bilden. Die Pendelwinkelberechnung kann dann direkt in der zu dem jeweiligen Antrieb gehörenden baulichen Einheit aus Antriebseinrichtung und Recheneinrichtung umgesetzt werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems zeichnet sich ferner dadurch aus, dass wenigstens eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, die zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dämpfung von Pendelbewegungen einer an einem Kran über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel aufgenommenen Last ausgebildet ist. Mittels eines auf diese Weise ausgebildeten Antriebssystems kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Dämpfung von Pendelbewegungen auf einfache Weise konstruktiv umgesetzt werden.
  • Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da gemäß dieser sowohl die Pendelwinkelberechnung als auch die Regelung der Bewegung des wenigstens einen Aufhängepunktes, insbesondere der Laufkatze bzw. des Krans, zur Dämpfung der Pendelbewegung direkt in dem erfindungsgemäßen Antriebssystem umgesetzt werden können. So können insbesondere verbesserte Taktzeiten der Regelung erzielt werden. Es kann schneller und somit effizienter auf Pendelwinkeländerungen reagiert werden, als es mit Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, bei denen der Pendelwinkel über externe Kamerasysteme bestimmt und an eine externe Regelungseinrichtung übergeben wird.
  • Dabei kann - in analoger Weise zu der Recheneinrichtung - eine zentrale Regelungseinrichtung für die Laufkatzen- und die Kranantriebseinrichtung vorgesehen sein, oder jedem Antrieb ist eine gesonderte Regelungseinrichtung zugeordnet. In letzterem Falle kann das Antriebssystem insbesondere zwei bauliche Einheiten umfassen, die jeweils eine Antriebseinrichtung für die Laufkatze bzw. den Kran, sowie eine dem jeweiligen Antrieb zugeordnete Recheneinrichtung und Regelungseinrichtung aufweisen. Dann kann sowohl die Berechnung des Pendelwinkels als auch die Dämpfungsregelung in der jeweiligen baulichen Einheit für den jeweiligen Antrieb umgesetzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Antriebssystem kann auch in bestehenden Kränen nachgerüstet werden, so dass in diesen die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden können.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung des zuvor beschriebenen Antriebssystems für einen Kran.
  • Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung einen Kran mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem.
  • Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt
    • Figur 1
    einen erfindungsgemäßen Kran mit einem Ausleger und einer entlang des Auslegers verfahrbaren Laufkatze, an der eine Last über ein seilartiges Befestigungsmittel befestigt ist, und
    Figur 2
    eine vergrößerte Darstellung der in Figur 1 gezeigten Laufkatze mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem.
  • Die Figur 1 zeigt eine Lasttransportvorrichtung, hier einen als Containerbrücke ausgestalteten Kran 1, der einen im Wesentlichen horizontal verlaufenden Ausleger 2 sowie eine entlang des Auslegers 2 verfahrbare Laufkatze 3 umfasst. Dem Kran 1 ist ein in Figur 2 dargestelltes Antriebssystem A zugeordnet. Dieses umfasst eine Laufkatzenantriebseinrichtung 4, über welche die Laufkatze 3 entlang des Auslegers 2 in beide Richtungen bewegbar ist.
  • An der Laufkatze 3 ist über ein seilartiges Befestigungsmittel, hier ein Seil 5, eine Last, bei der es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Container 6 handelt, befestigt, der von einem in der Figur nicht dargestellten Schiff zu einem ebenfalls nicht dargestellten Lastkraftwagen zu transportieren ist. Das Seil 5 ist an einem in der Figur nicht dargestellten Lastaufnahmemittel, einem Spreader befestigt, der an der Oberseite des Containers 6 vorgesehen ist. Die Länge des Seiles 5 kann mittels eines in der Figur nicht dargestellten Hubwerkes verändert werden, um den Container 6 anzuheben, abzusetzen bzw. Hindernisse entlang des Transportweges zu überwinden.
  • Im Rahmen des Transportvorganges unterliegt der über das Seil 5 an der Laufkatze befestigte Container 6 Pendelbewegungen. Der aktuelle Pendelwinkel ϕ ist, wie in Figur 1 gut erkennbar, für den Fall, dass der Container 6 in der von der Bewegungsgeraden der Laufkatze 3 und der Vertikalen 7 aufgespannten Ebene pendelt, der zwischen dem Seil 5 und der Vertikalen 7 eingeschlossene Winkel. Führt der Container 6 eine Pendelbewegung aus, die aus dieser Ebene herausragt, so ist der Pendelwinkel ϕ in Bewegungsrichtung der Laufkatze 3 die Projektion des zwischen dem Seil 5 und der Vertikalen 7 eingeschlossenen Winkels in diese Ebene.
  • Das dem Kran 1 zugeordnete Antriebssystem ist ausgebildet, um das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Pendelwinkel ϕ in Bewegungsrichtung der Laufkatze 3 und dessen erste zeitliche Ableitung zu bestimmen. Hierfür umfasst das Antriebssystem A neben der Laufkatzenantriebseinrichtung 4 eine Recheneinrichtung 8, in welcher ein mathematisches Modell zur Berechnung des Pendelwinkel ϕ und dessen erster Ableitung, der Pendelwinkelgeschwindigkeit, gespeichert ist. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das mathematische Modell als regelungstechnisches Beobachtermodell ausgeführt.
  • Das Antriebssystem A umfasst ferner eine Regelungseinrichtung 9, die ausgebildet ist, um auf Basis des über das erfindungsgemäße Verfahren berechneten Pendelwinkel ϕ und dessen erster Ableitung einen Sollwert für die Laufkatzenantriebseinrichtung 4 zu ermitteln, um die Pendelbewegungen des Containers 6 in Bewegungsrichtung der Laufkatze 3 zu dämpfen.
  • Im Betrieb bewegt sich die Laufkatze 3 entlang des Auslegers 2 des Krans 1, um den Container 6 an einen gewünschten Ort zu transportieren. Die dabei auftretenden Pendelbewegungen des Containers 6 werden über eine Regelung der Bewegung der Laufkatze 3 gedämpft.
  • Hierzu wird erfindungsgemäß zunächst mittels des Antriebssystems der aktuelle Pendelwinkel ϕ berechnet. Dazu werden der momentbildende Strom der Laufkatzenantriebseinrichtung 4 sowie die Ist-Geschwindigkeit der Laufkatze 3, die in der Laufkatzenantriebseinrichtung 4 bereitstehen, bzw. abgegriffen werden können, an die Recheneinrichtung 8 übergeben. Als weitere Größen werden die Masse der Laufkatze 3, die Masse des Containers 6 und des Spreaders, die aktuelle Seillänge und die Übersetzung und die Drehzahl der Laufkatzenantriebseinrichtung 4 herangezogen.
  • Diese Größen stehen ebenfalls in der Laufkatzenantriebseinrichtung 4 bereit, bzw. sind, wenn sie zeitlich nicht veränderlich sind, wie es bei den Massen von Laufkatze 3, Container 6 und Spreader der Fall ist, in der Recheneinrichtung 8 gespeichert.
  • Auf Basis der Größen und des in der Recheneinrichtung 8 gespeicherten mathematischen Modells wird der Pendelwinkel ϕ sowie dessen erste Ableitung berechnet.
  • Das mathematische Modell basiert auf den allgemeinen Differenzialgleichungen das mechanische System umfassend die entlang des Auslegers 2 bewegbare Laufkatze 3 mit daran über das Seil 5 befestigtem, pendelndem Container 6, nämlich F K = m K + m L ⁢ x ¨ K - m L ⁢ L ¨ ⁢ sin φ - 2 ⁢ m L ⁢ L ˙ ⁢ φ ˙ ⁢ cos φ + m L ⁢ L ⁢ φ ¨ ⁢ cos φ + m L ⁢ L ⁢ φ ˙ 2 ⁢ sin φ
    Figure imgb0008
     0 = m L ⁢ L 2 ⁢ φ ¨ + 2 ⁢ m L ⁢ L ⁢ L ˙ ⁢ φ ˙ + m L ⁢ gL ⁢ sin φ - m L ⁢ L ⁢ x ¨ K ⁢ cos φ
    Figure imgb0009
  • Mit der Masse mK der Laufkatze 3, der Masse mL der Last, hier des Containers 6 und des nicht dargestellten Spreaders, der zeitlich veränderlichen Seillänge L = L (t), dem Pendelwinkel ϕ des Containers 6 und der Position xK der Laufkatze 3 entlang des Auslegers 2.
  • Unter der Annahme kleiner Pendelwinkel ϕ ≤ 10° können diese Differenzialgleichungen linearisiert werden. Durch weitere Umformungen erhält man: x ¨ K = m L ⁢ L ¨ - m L ⁢ g m K ⋅ φ + F K m K
    Figure imgb0010
     φ ¨ = m L ⁢ L ¨ - m L + m K ⁢ g m K ⁢ L ⋅ φ + - 2 ⁢ L ˙ L ⋅ φ ˙ + F K m K ⁢ L
    Figure imgb0011
  • Mit der auf die Laufkatze 3 wirkenden Antriebskraft FK und der Erdbeschleunigung g.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist das in der Recheneinrichtung 8 gespeicherte mathematische Modell konkret ein regelungstechnisches Beobachtermodell. Mit dem Beobachtermodell, dem momentbildenden Strom der Laufkatzenantriebseinrichtung 4 und der Ist-Geschwindigkeit der Laufkatze 3 werden dabei der Pendelwinkel ϕ und dessen erste zeitliche Ableitung beobachtet. Dabei sind die Zustandsgleichungen des Beobachters gegeben durch: φ ¨ φ ˙ x ¨ K = - 2 ⁢ L ˙ L L ¨ ⁢ m L - g ⁢ m L + m K m K ⁢ L 0 1 0 0 0 m L ⁢ L ¨ - g m K 0 ⋅ φ ˙ φ x ˙ K + 1 m K ⁢ L 0 1 m K ⁢ F K
    Figure imgb0012
     v K = 0 0 1 ⋅ φ ˙ φ x ˙ K
    Figure imgb0013
  • Mit der Position xK der Laufkatze 3, deren Ableitung die Ist-Geschwindigkeit vK der Laufkatze 3 darstellt. Die Seillänge L, die Ist-Geschwindigkeit vK und die Massen mK und mL stehen, wie oben erläutert, bereit. Die auf die Laufkatze 3 wirkende Antriebskraft FK wird ferner ermittelt, indem zunächst aus dem momentbildenden Strom der Antriebseinrichtung 4 und unter Berücksichtigung der Drehmomentenkonstante das Motormoment MMotor berechnet wird.
  • Unter Berücksichtigung der Übersetzung R erhält man die Antriebskraft FK über die Gleichung: F K = M Motor R
    Figure imgb0014
  • Folglich können der Pendelwinkel ϕ in Bewegungsrichtung der Laufkatze und dessen erste zeitliche Ableitung auf Basis der vorgenannten Gleichungen berechnet werden.
  • Die erfindungsgemäße Berechnung des Pendelwinkels und dessen erster zeitlicher Ableitung erfolgt kontinuierlich bzw. in vorgegebenen, ausreichend kurzen Zeitabständen, so dass der aktuelle Pendelwinkel ϕ und dessen zeitliche Ableitung in ausreichendem Maße bereitstehen.
  • Die aktuellen Werte vom Pendelwinkel ϕ in Bewegungsrichtung der Laufkatze 3 und dessen Ableitung werden an die Regelungseinrichtung 9, die Bestandteil des Antriebssystems A ist, weitergegeben. Die Regelungseinrichtung 9 berechnet auf Basis der erfindungsgemäß ermittelten Pendelwinkel- und Ableitungswerte in an sich bekannter Weise Sollwerte für die Laufkatzenantriebseinrichtung 4, über welche eine Dämpfung der Pendelbewegung des Containers 6 in Bewegungsrichtung der Laufkatze erzielt werden kann.
  • Im Ergebnis wird die Pendelbewegung des Containers 6 in Bewegungsrichtung der Laufkatze 3 während eines Transportvorganges zuverlässig gedämpft, so dass ein sicherer Betrieb des Krans 1 gewährleistet ist.
  • Dabei werden die für die Dämpfungsregelung erforderlichen Eingangsgrößen, nämlich der Pendelwinkel ϕ und dessen erste zeitliche Ableitung erfindungsgemäß in vorteilhafterweise auf Basis von Größen, die in der Laufkatzenantriebseinrichtung 4 zur Verfügung stehen, berechnet. Auf externe Messsysteme für den Pendelwinkel ϕ, wie etwa Kamerasysteme, kann vollständig verzichtet werden. Da sowohl die Pendelwinkelbestimmung, als auch die Dämpfungsregelung erfindungsgemäß in dem Antriebssystem A umgesetzt werden, können ferner besonders kurze Taktzeiten ermöglicht werden.
  • In völlig analoger Weise kann, wenn das dem Kran 1 zugeordnete erfindungsgemäße Antriebssystem A auch eine Kranantriebseinrichtung aufweisen, über welche der gesamte Kran 1 quer zur Bewegungsrichtung der Laufkatze 3 bewegbar ist. Der Pendelwinkel in Bewegungsrichtung des Krans 1 und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels in Bewegungsrichtung des Krans 1 können dann zumindest auf Basis wenigstens einer Betriebsgröße der Kranantriebseinrichtung und einer die Ist-Geschwindigkeit des Krans 1 repräsentierenden Größe unter Verwendung derselben Recheneinrichtung 8 oder einer weiteren, im Wesentlichen baugleichen Recheneinrichtung berechnet werden. Die Bewegung der Kranantriebseinrichtung kann dann ferner unter Verwendung der Regelungseinrichtung 9 oder einer weiteren, der Kranantriebseinrichtung zugeordneten Regelungseinrichtung, geregelt werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (19)

  1. Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Pendelwinkels (ϕ) einer von einer Lasttransportvorrichtung (1) aufgenommenen Last (6), wobei die Last (6) über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel (5) an zumindest einem Aufhängepunkt an der Lasttransportvorrichtung (1) befestigt ist und der zumindest eine Aufhängepunkt mittels wenigstens einer Antriebseinrichtung (4) verfahrbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Pendelwinkel (ϕ) in Bewegungsrichtung und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels (ϕ) in Bewegungsrichtung zumindest auf Basis wenigstens einer Betriebsgröße der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) und einer die Ist-Geschwindigkeit des Aufhängepunktes repräsentierenden Größe unter Verwendung wenigstens einer Recheneinrichtung (8) berechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Lasttransportvorrichtung ein Kran (1) verwendet wird und es sich bei wenigstens einer Antriebseinrichtung um eine Kranantriebseinrichtung handelt, über welche der gesamte Kran (1) insbesondere linear bewegbar ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Lasttransportvorrichtung ein Kran (1) verwendet wird, der einen Ausleger (2) und eine entlang des Auslegers (2) linear bewegbare Laufkatze (3) aufweist, an welcher der wenigstens eine Aufhängepunkt der Last (6) vorgesehen ist, und es sich bei wenigstens einer Antriebseinrichtung um eine Laufkatzenantriebseinrichtung handelt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinrichtung (8) verwendet wird, die derart ausgestaltet ist, dass das Moment der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) als Betriebsgröße der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinrichtung (8) verwendet wird, die derart ausgestaltet ist, dass der momentbildende Strom der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) als Betriebsgröße der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) verwendet und aus dem momentbildenden Strom das Moment der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Moment der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) und unter Berücksichtigung des mechanischen Aufbaus der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) die auf den Aufhängepunkt der Last (6) wirkende Antriebskraft berechnet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinrichtung (8) verwendet wird, die derart ausgestaltet ist, dass weitere Größen bei der Berechnung des wenigstens einen Pendelwinkels (ϕ) und/oder einer der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels (ϕ) berücksichtigt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Last (6) und/oder die Masse eines Lastaufnahmemittels und/oder die Masse der Laufkatze (3) und/oder die Masse des Krans (1) und/oder die Länge des wenigstens einen seilartigen Befestigungsmittels (5) und/oder die Änderung der Länge des wenigstens einen seilartigen Befestigungsmittels (5) und/oder die Drehzahl der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) und/oder die Übersetzung der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) als weitere Größen bei der Berechnung des wenigstens einen Pendelwinkels (ϕ) und/oder einer der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels (ϕ) berücksichtigt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Aufhängepunktes der Last (6) mit einem Regelungsverfahren geregelt wird und als Betriebsgröße der Antriebseinrichtung (4) der Sollwert des Regelungsverfahrens verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des wenigstens einen Pendelwinkels (ϕ) und/oder einer der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels (ϕ) ein in der wenigstens einen Recheneinrichtung (8) abgelegtes mathematisches Modell für die Pendelbewegung der Last (6) herangezogen wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des wenigstens einen Pendelwinkels (ϕ) und/oder einer der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels (ϕ) ein in der wenigstens einen Recheneinrichtung (8) abgelegtes regelungstechnisches Beobachtermodell angewendet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Beobachtermodell, der wenigstens einen Betriebsgröße der wenigstens einen Antriebseinrichtung (4) und der die Ist-Geschwindigkeit des wenigstens einen Aufhängepunktes (3) der Last (6) repräsentierenden Größe der Pendelwinkel (ϕ) und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels (ϕ) beobachtet werden.
  13. Verfahren zur Dämpfung von Pendelbewegungen einer von einer Lasttransportvorrichtung (1) aufgenommenen Last (6), wobei die Last (6) über wenigstens ein seilartiges Befestigungsmittel (5) an zumindest einem Aufhängepunkt an der Lasttransportvorrichtung (1) befestigt ist, und der wenigstens eine Aufhängepunkt mittels wenigstens einer Antriebseinrichtung (4) linear verfahrbar ist, und der Antriebseinrichtung (4) wenigstens eine Regelungseinrichtung (9) zugeordnet ist, die ausgebildet ist, um einen Sollwert zur Steuerung der Antriebseinrichtung (4) vorzugeben, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • über das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 wird der Pendelwinkel (ϕ) und/oder eine der zeitlichen Ableitungen des Pendelwinkels (ϕ) unter Verwendung wenigstens einer Recheneinrichtung (8) berechnet,
    • der berechnete Pendelwinkel (ϕ) und/oder die berechnete zeitliche Ableitung des Pendelwinkels (ϕ) wird an die Regelungseinrichtung (9) übergeben, und
    • die Regelungseinrichtung (9) ermittelt auf Basis des berechneten Pendelwinkels (ϕ) und/oder der berechneten zeitlichen Ableitung des Pendelwinkels (ϕ) einen Sollwert für die wenigstens eine Antriebseinrichtung (4).
  14. Antriebssystem mit wenigstens einer Antriebseinrichtung (4) und wenigstens einer Recheneinrichtung (8), die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet sind.
  15. Antriebssystem nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei wenigstens einer Antriebseinrichtung um eine Laufkatzenantriebseinrichtung (4) handelt.
  16. Antriebssystem nach Anspruch 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei wenigstens einer Antriebseinrichtung um eine Kranantriebseinrichtung handelt und insbesondere eine weitere, im Wesentlichen baugleiche Recheneinrichtung vorgesehen ist, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
  17. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Regelungseinrichtung (9) vorgesehen ist, die zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 13 ausgebildet ist.
  18. Verwendung eines Antriebssystems nach einem der Ansprüche 14 bis 17 für einen Kran.
  19. Kran (1) mit einem Antriebssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A GHOLABI: "Sensorless anti-swing control for overhead crane using voltage and current measurements", JOURNAL OF VIBRATION AND CONTROL, 29 August 2013 (2013-08-29), XP055110950, Retrieved from the Internet <URL:http://jvc.sagepub.com/content/early/2013/08/29/1077546313500367.abstract> [retrieved on 20140331] *
IWAN SOLIHIN M ET AL: "Sensorless anti-swing control strategy for automatic gantry crane system: Soft sensor approach", INTELLIGENT AND ADVANCED SYSTEMS, 2007. ICIAS 2007. INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 25 November 2007 (2007-11-25), pages 992 - 996, XP031397701, ISBN: 978-1-4244-1355-3 *
MAHMUD IWAN SOLIHIN ET AL: "Development of Soft Sensor for Sensorless Automatic Gantry Crane Using RBF Neural Networks", CYBERNETICS AND INTELLIGENT SYSTEMS, 2006 IEEE CONFERENCE ON, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 1 June 2006 (2006-06-01), pages 1 - 6, XP031020040, ISBN: 978-1-4244-0023-2 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4174013A1 (de) 2021-10-28 2023-05-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur bewegung einer last mit einem kran

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