ES2290962T3 - Un sistema para dirigir un aparato, tal como un puente-grua, que se mueve sobre ruedas a lo largo de carriles. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA PARA DIRIGIR UN APARATO TAL COMO UN PUENTE GRUA (1), QUE SE MUEVE SOBRE RUEDAS A LO LARGO DE CARRILES; EL APARATO COMPRENDE UN SISTEMA DE IMPULSION (M1, M2, M3, M4; K1, K2) A AMBOS LADOS DE UN CAMINO DEFINIDO POR LOS CARRILES (3), COMPRENDIENDO ESTE SISTEMA AL MENOS EN UN LADO DEL CAMINO AL MENOS DOS DETECTORES SUCESIVOS (D1, D2) EN LA DIRECCION DEL CARRIL (3) PARA MEDIR UNA DISTANCIA LATERAL (I1, I2) DE UNA PARTE ESPECIFICA DE UN MARGEN (E1, E2) DEL APARATO PARA SER IMPULSADO DESDE EL CARRIL, UN CIRCUITO DE CONTROL (CS) QUE GUIA LOS DISPOSITIVOS DE IMPULSION, UN CONTROLADOR DEL CIRCUITO QUE ES CAPAZ DE DIRIGIR LAS MEDICIONES DE LAS DISTANCIAS (L1, L2) DE LOS DETECTORES (D1, D2) A VALORES DESEADOS DE MANERA QUE EL APARATO A SER IMPULSADO SE MUEVA DERECHO, Y UN CIRCUITO DE CONTROL EXTERIOR (CU) CUYO CONTROLADOR ES CAPAZ DE DIRIGIR EL VALOR DE REFERENCIA DEL CONTROLADOR DEL CIRCUITO DE CONTROL INTERNO DE TAL MANERA QUE LA MEDIA DE LAS MEDICIONES DE DISTANCIAS (I1, I2) SUMINISTRADAS POR LOS DETECTORES (D1, D2) ALCANCE EL VALOR DE REFERENCIA DESEADO DE MANERA QUE LAS RUEDAS (2) DEL APARATO A SER IMPULSADO SE MUEVAN POR LA MITAD DE LOS CARRILES (3).

Description

Un sistema para dirigir un aparato, tal como un puente-grúa, que se mueve sobre ruedas a lo largo de carriles.

El presente invento se refiere a un sistema para dirigir un aparato, tal como un puente-grúa, que se mueve sobre ruedas a lo largo de carriles, cuyo aparato comprende una disposición de accionamiento especificada a ambos lados de un camino definido por carriles, y cuyo sistema comprende, en el aparato, al menos a un lado del camino, por lo menos dos detectores sucesivos en la dirección del carril para medir una distancia lateral entre una parte específica de un borde del aparato a accionar y el carril, y un bucle de control que guía las disposiciones de accionamiento, siendo capaz un controlador del bucle de dirigir las mediciones de distancia de los detectores hacia valores deseados de forma que el aparato a accionar se desplace en línea recta.

En una situación en la que aparatos, alargados en dirección transversal con respecto a los carriles, son accionados a lo largo de carriles situados a distancia uno de otro, tal como cuando se accionan puentes-grúa, las ruedas del aparato a accionar son mantenidas en la parte media de los carriles merced a rodillos de guía mecánicos. Los rodillos de guía proporcionan cierta libertad de acción con el fin de gestionar la elasticidad mecánica y las desviaciones del aparato a accionar. Sin embargo, en particular en el caso de las grúas, cuando la luz del puente es grande y la velocidad de accionamiento es alta, el desgaste de los rodillos de guía mecánicos o de otras partes estructurales de esa clase, constituye un problema significativo.

Cuando el accionamiento del puente se realiza mediante dos o más unidades de accionamiento de motor con un control de velocidad preciso, con frecuencia es necesario compensar las velocidades, específicamente para cada unidad de accionamiento de motor porque, en general, existen tantas diferencias en las direcciones de la velocidad y la velocidad real de las unidades de accionamiento, que el puente-grúa tiende a ser accionado de forma sesgada. Las diferencias de velocidad entre los extremos del puente se deben tanto a factores mecánicos (por ejemplo, diferencias en las dimensiones de las ruedas debidas, por ejemplo, al desgaste) como a factores eléctricos (pequeñas diferencias en las direcciones de la velocidad debidas, por ejemplo, a tolerancias de los componentes y a trayectos de las señales).

Se ha intentado resolver estos problemas mediante sistemas de control para accionar por igual un puente-grúa de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, descritos en las referencias GB-A-2 112 548, DE-A- 25 28 293 y DE-A-28 35 688, por ejemplo, en las que la distancia entre el extremo del puente y el carril se mide con dos detectores separados. El controlador dirige la diferencia en la medición de distancia de los detectores hacia un valor deseado, de tal modo que el puente-grúa se desplazará en línea recta.

Los controladores de dichos sistemas de control de la técnica anterior no son, sin embargo, capaces de accionar los extremos del puente-grúa a lo largo de una pista deseada, por ejemplo, sino que los extremos serán accionados todavía, típicamente, sobre rodillos de guía, dentro o fuera del puente.

El objeto del presente invento es eliminar la desventaja mencionada en lo que antecede y, así, eliminar el desgaste mecánico de un aparato accionado sobre carriles. Esto se conseguirá mediante un sistema de control del invento, que se caracteriza porque el sistema comprende, también un segundo bucle de control externo cuyo controlador es capaz de dirigir el valor de referencia del controlador del citado bucle de control interno primeramente mencionado de tal forma que la media de las mediciones de distancia proporcionadas por los detectores alcance el valor de referencia deseado de manera que las ruedas del aparato a ser accionado se moverán en la parte media de los carriles.

La idea básica del invento es, así, complementar el sistema de control además del bucle interno previamente conocido con un bucle de control externo cuyo controlador intente dirigir y hacer girar el aparato a accionar de tal modo que sus extremos, es decir, las ruedas, se muevan siempre en la parte media de los carriles, por lo que puede eliminarse el antes mencionado desgaste mecánico, que es completamente innecesario pero significativo.

En lo que sigue, se explicará el invento con mayor detalle en relación con el accionamiento de un puente-grúa con referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la figura 1 muestra la estructura básica de un puente-grúa y de los componentes utilizados para su accionamiento,

la figura 2 muestra un diagrama de bloques del principio básico del accionamiento por igual de un puente-grúa, y

la figura 3 ilustra un diagrama de bloques del sistema de control del invento.

La figura 1 muestra una vista desde arriba de un puente-grúa 1 que puede moverse sobre ruedas 2 a lo largo de dos carriles rectilíneos 3 situados uno a distancia de otro. Un carro que ha de desplazarse en dirección transversal a lo largo del puente 1 se indica con la referencia 4. En este ejemplo, en cada uno de los extremos e_{1} y e_{2} del puente 1 hay dos ruedas (o dos carretones) 2 en cada uno de los cuales se ha previsto un motor específico m_{1}, m_{2} m_{3} y m_{4}, es decir, hay dos motores en ambos extremos e_{1} y e_{2} del puente 1. Para los motores m_{1}, m_{2} m_{3} y m_{4} de ambos extremos e_{1} y e_{2} se ha dispuesto una unidad de accionamiento de motor k_{1} y k_{2}, de velocidad controlada, específica. Los motores m_{1}, m_{2} m_{3} y m_{4} y las unidades de accionamiento de motor k_{1} y k_{2} forman, así, disposiciones de accionamiento especificadas a ambos lados del camino definido por los carriles 3. Como la luz del puente 1, en grúas de este tipo, es en general considerablemente grande, es decir, los carriles 3 están situados a distancia uno de otro y, por tanto, la distancia entre los carriles del puente es considerablemente mayor que la "vía" del puente, éste tiende fácilmente a ser accionado de forma sesgada si las direcciones de la velocidad de las unidades de accionamiento de motor k_{1} y k_{2} no se corrigen en forma adecuada. Para este fin, hay dispuesta una unidad 5 de corrección, típicamente una PLC, que en este ejemplo controla las unidades de accionamiento de motor k_{1} y k_{2} sobre la base de los resultados de medición de detectores d_{1} y d_{2} dispuestos en los lados delantero y trasero de un extremo del puente 1. Estos resultados de medición representan la distancia lateral entre una parte específica (es decir, la situación del detector) del extremo del puente 1 y el carril 3 y pueden informar directamente, por ejemplo, en qué medida la línea media de la rueda 2 se encuentra a un lado de la línea media del carril 3. La referencia 6 indica pares de rodillos de guía en los lados delantero y trasero del extremo del puente, que garantizan que el puente 1 se mantendrá sobre los carriles. Estos rodillos de guía 6, tales como los detectores d_{1} y d_{2} no se requieren necesariamente en un sitio cualquiera, sino en un extremo del puente, como se muestra en este ejemplo.

El principio de accionar por igual el puente 1 reside, en este caso, en que la distancia entre el extremo del puente 1 provisto de los rodillos de guía 6 y los carriles 3 se mide con dichos dos detectores d_{1} y d_{2}, que pueden ser detectores inductivos, por ejemplo, y sobre la base de la información de la medición obtenida, las unidades de accionamiento de motor k_{1} y k_{2} del puente 1 son alimentadas con una corrección de la dirección de la velocidad, es decir, las velocidades de los motores m_{1}, m_{2} m_{3} y m_{4} son corregidas de tal manera que el extremo e_{1} provisto de los detectores d_{1} y d_{2} y, así, todo el puente, se desplazará en línea recta y en la parte media de los carriles 3. Este principio de accionamiento por igual puede verse en el diagrama de bloques de la figura 2. En ella

v_{ref} =

valor de referencia de la velocidad de accionamiento en el puente dada por el usuario

l_{1} =

información de medición de distancia dada por el detector d_{1}

l_{2} =

información de medición de distancia dada por el detector d_{2}

v_{1} =

la velocidad real en el primer extremo e_{1}

v_{2} =

la velocidad real en el segundo extremo e_{2}

f_{ref} =

dirección de la velocidad para las unidades de accionamiento k_{1} y k_{2} (dirección de frecuencia en principio directamente a través de la unidad de corrección 5)

f_{1} =

señales de corrección para la unidad de accionamiento k_{1}

f_{2} =

señales de corrección para la unidad de accionamiento k_{2}

La figura 3 muestra, así, el sistema de control real y su funcionamiento en diagramas de bloques. Este sistema de control comprende, principalmente dicha unidad 5 de corrección que tiene un bucle de control externo CU con sus controladores externos C_{u} y un bucle de control interno CS con sus controladores internos C_{s}. El controlador C_{s} de bucle interno dirige la diferencia entre la información de medición de distancia I_{1} e I_{2} de los detectores d_{1} y d_{2} a un valor deseado. Si solamente se utiliza el controlador C_{s} de bucle interno, esto quiere decir que el controlador C_{s} intenta llevar cada información I_{1} e I_{2} de medición de distancia al mismo valor. Dicho de otro modo, el puente 1 tiende a moverse en línea recta sobre la base de las mediciones.

En el bloque Fs se calcula la diferencia entre la información I_{1} e I_{2} de medición de distancia para el controlador C_{s} de bucle interno. Preferiblemente, se añade un coeficiente de cambio de escala al cálculo para facilitar las pruebas y la puesta en práctica, en cuyo caso, la realimentación para el controlador C_{s} es r_{1} * (I_{1}-I_{2}).

El controlador C_{s} de bucle interno no puede llevar por sí solo el extremo e_{1}, e_{2} del puente 1 a la parte media del carril 3, pero el extremo e_{1}, e_{2} es accionado típicamente sobre rodillos de guía 6. Con el fin de que el extremo e_{1}, e_{2} permanezca en la parte media del carril 3, el sistema es complementado por un bucle externo CU cuyo controlador C_{u} dirige el valor de referencia del controlador C_{s} de bucle interno, intentando hacer girar el puente 1 de tal modo que la media de la información I_{1} e I_{2} de medición de distancia alcance el valor de referencia I_{ref} deseado.

Se calcula la media de la información I_{1} e I_{2} de medición de distancia para el controlador C_{u} de bucle externo como señal de realimentación en el bloque F_{u}, en cuyo caso, la realimentación para el controlador C_{u} de bucle externo es 0,5*(I_{1}+I_{2}). El controlador C_{u} de bucle externo intenta, así, mantener la media de la información I_{1} e I_{2} de medición de distancia al valor de referencia I_{ref}.

En el bucle interno CS debe utilizarse un controlador rápido C_{s}. Es aconsejable elegir un controlador P cuya amplificación sea tan elevada como sea posible, pero tan baja que el controlador no vibre. En el bucle externo CU hay que utilizar un controlador C_{u} más lento y, si se pretende que en estado equilibrado el controlador intente eliminar un error de control permanente, es decir, un término de integración, ha de utilizarse un controlador PI además de un controlador P.

La salida u del sistema de control puede utilizarse como tal para las unidades de accionamiento de motor k_{1} y k_{2} del puente como término de corrección, de tal manera que el término de corrección se reste de la dirección de la velocidad de uno de los extremos e_{1} y e_{2} del puente 1 y, correspondientemente, el mismo término se sume a la otra dirección de la velocidad. Dicho de otro modo, un extremo del puente 1 se acelera mientras se decelera el otro extremo. La dirección de accionamiento tiene efecto, naturalmente, sobre qué velocidad de extremo se incrementará y cuál se reducirá.

En lugar de transmitir el término de corrección como tal a las unidades de accionamiento de motor k_{1} y k_{2}, es preferible, con frecuencia, cambiar de escala el término de corrección de acuerdo con la velocidad de accionamiento real v_{1} y v_{2} en los extremos e_{1} y e_{2}. Además, en la práctica resulta ventajoso filtrar el término de corrección para evitar golpes de par. Estas operaciones se llevan a cabo en el bloque G. El cambio de escala tiene lugar de modo que, a pequeñas velocidades de accionamiento, las correcciones de velocidad de los extremos e_{1} y e_{2} sean pequeñas y cuando aumente la velocidad de accionamiento, las correcciones de velocidad crezcan también, de forma correspondiente, cuando sea necesario. Una forma sencilla es cambiar de escala el término de corrección linealmente en función de la velocidad de accionamiento real. Otra manera sencilla es tabular el cambio de escala de acuerdo con la velocidad de accionamiento.

Además, debe observarse que el término de corrección no debe pasar por el generador de rampa de la unidad de accionamiento de motor k_{1} y k_{2}, sino que el término de corrección ha de asociarse con la dirección de la velocidad que es transmitida a los controladores de velocidad de la unidad de accionamiento de motor k_{1} y k_{2}. Si la corrección se suma antes del generador de rampa, el controlador C_{s} o C_{u} no tendrá efecto alguno durante la aceleración y la deceleración.

El signo del término de corrección transmitido a las unidades de accionamiento de motor k_{1} y k_{2} depende de la dirección de accionamiento. Cuando cambie la dirección de accionamiento del puente 1, también cambiará el signo del término de corrección. Similarmente, el signo de la salida del bucle externo CU depende de la dirección de accionamiento del puente 1. La salida del bucle externo CU, es decir, el valor de referencia de corrección cambiará cuando varíe la dirección de accionamiento del puente 1 de tal manera que el controlador C_{u} intente accionar el puente 1 en un modo sesgado diferente cuando cambia la dirección de accionamiento de manera que el extremo e_{1} y e_{2} pueda ser llevado a la parte media del carril 3.

Dado que se necesita una velocidad razonable del controlador C_{s} de bucle interno, las mediciones no pueden filtrarse demasiado deprisa. Un filtrado demasiado intenso hará que el controlador C_{s} vibre fácilmente. Por otro lado, el controlador C_{u} de bucle externo filtrado para que sea más lento, tolerará más filtrado de mediciones. Con frecuencia, puede ser sensible filtrar las mediciones del controlador C_{u} de bucle externo más intensamente que las mediciones del controlador C_{s} de bucle interno, en cuyo caso el bucle externo CU actuará con menos perturbaciones.

Como controlador Cs de bucle interno pueden utilizarse, también, otros controladores, tales como un controlador PI, en lugar de un controlador P. De igual forma, el controlador C_{u} de bucle externo puede ser distinto de un controlador PI. Además, cambiando los parámetros del sistema de control, puede seleccionarse solamente el controlador C_{s} de bucle interno para que esté activo, en cuyo caso el sistema tiende a llevar a cero la diferencia entre las mediciones, como se dijo en lo que antecede. Exactamente del mismo modo, seleccionando parámetros puede hacerse que sólo sea activo el controlador C_{u} de bucle externo, por lo que el sistema de control tiende a llevar la media de las mediciones hacia el valor de referencia, con independencia de si el puente 1 se mueve en línea recta o no. Cuál de estas alternativas producirá, en la práctica, el mejor resultado depende de la aplicación.

La anterior explicación del invento solamente tiene como objeto ilustrar el invento. En cuanto a sus detalles, el invento puede variar considerablemente dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Debe observarse, también, que el invento puede aplicarse no sólo en relación con puentes-grúa sino, también, en relación con otros aparatos accionados sobre carriles.

Claims (6)

1. Un sistema para dirigir un aparato, tal como un puente-grúa (1) que se mueve sobre ruedas a lo largo de carriles, cuyo aparato comprende una disposición de accionamiento especificada (m_{1}, m_{2}, m_{3}, m_{4}; k_{1}, k_{2}) a ambos lados de un camino definido por los carriles (3) y cuyo sistema comprende

en el aparato, al menos en un lado del camino, por lo menos dos detectores sucesivos (d_{1}, d_{2}) en la dirección del carril (3) para medir una distancia lateral (I_{1}, I_{2}) entre una parte específica de un borde (e_{1}, e_{2}) del aparato que ha de ser accionado y el carril, y

un bucle de control (CS) que guía las disposiciones de accionamiento, siendo capaz un controlador (C_{s}) del bucle de dirigir las mediciones de distancia (I_{1}, I_{2}) de los detectores (d_{1}, d_{2}) hacia valores deseados, de modo que el aparato a accionar se mueva en línea recta,

caracterizado porque el sistema comprende, también, un segundo bucle de control (CU) cuyo controlador (C_{u}) es capaz de dirigir el valor de referencia del controlador (C_{s}) de dicho bucle de control interno (CS) primeramente mencionado de tal forma que la media de las mediciones de distancia (I_{1}, I_{2}) proporcionadas por los detectores (d_{1}, d_{2}) alcance del valor de referencia deseado de manera que las ruedas (2) del aparato que ha de ser accionado, se muevan por la parte media de los carriles (3).

2. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque ambos bucles de control (CS, CU) son activos.

3. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se selecciona uno de los bucles de control (CS, CU) para que sea pasivo cambiando de forma adecuada los parámetros del sistema, en cuyo caso, cuando esté activo el bucle interno (CS), el sistema intente llevar a cero la diferencia entre las mediciones (I_{1}, I_{2}) y, cuando esté activo el bucle externo (CU), el sistema intente llevar la media de las mediciones hacia el valor de referencia.

4. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el controlador (C_{s}) del bucle interno es más rápido que el controlador (C_{u}) del bucle externo.

5. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los controladores (C_{s}, C_{u}) son controladores P y/o PI.

6. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende un bloque (G) de cambio de escala para cambiar de escala un término (f_{1}, f_{2}) de corrección de velocidad dado para las disposiciones de accionamiento (k_{1}, k_{2}) de acuerdo con la velocidad de accionamiento real, por lo que las correcciones son pequeñas a bajas velocidades de accionamiento y mayores a velocidades de accionamiento más elevadas.