FI114979B

FI114979B - Menetelmä nosturin ohjaamiseksi

Info

Publication number: FI114979B
Application number: FI20031087A
Authority: FI
Inventors: Kimmo Hytoenen
Original assignee: Kci Konecranes Oyj
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-15
Also published as: US8317041B2; US20070023378A1; CN1826283A; WO2005007554A8; WO2005007554A1; CN100420619C; EP1646578A1; FI20031087A0; JP2007528831A

Description

114979

Menetelmä nosturin ohjaamiseksi Keksinnön tausta

Keksintö koskee menetelmää nosturin ohjaamiseksi, jossa menetelmässä nosturin ohjausjärjestelmästä annetaan nosturin käyttölaitteille nope-5 uspyyntöjä ohjaussekvensseinä ja nopeuspyynnöt luetaan ja talletetaan ohjausjärjestelmään, jolloin kutakin nopeuspyyntöä verrataan edelliseen nopeus-pyyntöön ja nopeuspyynnön ollessa muuttunut muodostetaan ja talletetaan kiihdytyssekvenssi vastaavalle nopeuden muutokselle, minkä jälkeen nopeus-pyynnön muuttumisesta riippumatta summataan talletettujen kiihdytyssekvens-10 sien kyseisellä ajanhetkellä määräämät nopeudenmuutokset ja lisätään saatu summa aikaisempaan nopeuspyyntöön uuden nopeuspyynnön aikaansaamiseksi, joka asetetaan nosturin käyttölaitteille uudeksi ohjaukseksi ja nopeus-pyynnöksi, ja jolloin summattujen kiihdytyssekvenssien määräämistä nopeu-denmuutoksista suoritetaan osa kunkin sekvenssin määrityshetkellä kullakin I 15 ohjelmakierroksella eli säätövälillä (näytevälillä) ja loput osat viivästettynä.

Edellä kuvattu menetelmä tunnetaan Fl-patentista 89155. Tällä menetelmällä estetään tehokkaasti nosturiin kiinnitetyn taakan epätoivottu, nosturin käyttöä ja toimivuutta häiritsevä heilunta nosturia ohjattaessa ja taakkaa siirrettäessä. Siinä nosturin ohjausjärjestelmän ominaisuuksia parannetaan 20 summaamalla tietyllä tavalla yhteen erilaisia taakan kiihdytyksen jälkeisen heilunnan poistavia ohjaussekvenssejä. Tätä menetelmää käytettäessä voidaan : : kiihdytyksen tavoitteena olevia loppunopeuksia muuttaa satunnaisesti milloin ·. tahansa, myös varsinaisten nopeudenmuutossekvenssien aikana, jolloin uusi : haluttu loppunopeus saavutetaan ilman epätoivottua taakan heiluntaa.

25 Tyypillisesti tunnetussa tekniikassa taakan heilunnan estävä ohjaus • » muodostuu kahdesta kiihdytyssekvenssistä, joiden välinen aikaero on puolet • * ' · · · ’ taakan heilahdusajasta. Toinen helposti määriteltävä ohjaus on käyttää kolmea samansuuruista, mutta suunnaltaan vaihtelevaa kiihdytyssekvenssiä, joista . ensimmäinen on positiivinen, toinen negatiivinen ja kolmas taas positiivinen, 30 siten että sekvenssien suorituksen välinen aika on kuudesosa taakan heilah-: dusajasta. Fl-patentin 89155 mukaisessa menetelmässä nämä itsessään taa- . · kan heilunnan estävät ohjaussekvenssit voivat olla erilaisia ja niitä voidaan määrittää rajaton määrä. Oleellista on, että kun niiden määräämät kiihdytykset : : summataan yhteen, saadaan tuloksena ohjaus, joka estää heilunnan synnyn.

' : 35 Kun kiihdytysten summa valitaan niin, että se toteuttaa halutun nopeudenmuu- 114979 2 toksen, saadaan tuloksena ohjaus, joka tuottaa nosturin halutun loppunopeuden ilman taakan heiluntaa.

US-patentissa 5 526 946 esitetään samasta aiheesta sovellus, jossa aina nopeuden ohjearvon muuttuessa suoritetaan siitä puolet, ja toinen puoli 5 talletetaan taulukkoon, jossa sen suoritusta viivästetään puolet taakan heilah-dusajasta. Tämä Fl-patentin 89155 mukaisen menetelmän eräs tietokonelas-kennassa edullinen sovellutusmuoto.

Kun uusi heilunnan estävä ohjaus lasketaan jokaisella ohjelmakierroksella eli säätövälillä ja toisaalta taulukoihin talletetut ohjaukset päivitetään ja 10 niistä muodostunut ohjaus lasketaan myös jokaisella ohjelmakierroksella, aiheutuu laskennallisia ongelmia. Kun laskentaa nopeutetaan, taulukoiden koko kasvaa ja jokaisella ohjelmakierroksella tarvittavan laskennan määrä kasvaa, koska taulukon koko määräytyy heilahdusajan ja säätövälin välisestä suhteesta. Kun siis säätöväliä lyhennetään esimerkiksi 100 millisekunnista 10 millise-15 kuntiin, laskennan määrä kymmenkertaistuu. Taakan heilurivarren kasvaessa, kasvaa talletettavien alkioiden määrä edelleen. Säätövälin lyhentäminen on taas perusteltua siksi, että se lyhentää järjestelmän reagointiviivettä ja näin parantaa nosturin kuljettajan ajotuntumaa.

Sähkökäytöt, joita käytetään nosturin siirtomoottoreiden nopeuden 20 ohjaukseen, ovat mikroprosessoriohjattuja ja niiden ohjelman kiertoaika on lyhyt, 2-5 millisekuntia. Teknisen toteutuksen kannalta on edullista laskea myös ; · heilunnan estävä nopeusohje samalla aikatasolla. Kuten edellä esitetystä näh- : : dään, kasvaa tarvittavan muistikapasiteetin ja laskennan määrä nopeasti sää- : tövälin lyhentyessä, Joissain tapauksissa tämä vaikeuttaa heilunnan eston las- •: I 25 kennan käyttöä esimerkiksi siirtomoottorien pyörintänopeutta ohjaavien sähkö-j \ \ käyttöjen yhteydessä.

• r

• I

Keksinnön yhteenveto

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näiden epäkohtien poistaminen. Tähän päämäärään päästään keksinnön mukaisella menetelmällä, ; 30 jolle on tunnusomaista, että talletetut, viivästettynä suoritettavat sekvenssin : osat luetaan ja lasketaan yhteen useammalla ohjelmakierroksella, edullisesti : mainittua säätöväliä moninkertaisesti pidemmällä aikavälillä.

t

Edullisesti talletettujen, viivästettynä suoritettavien sekvenssin osien luenta- ja yhteenlaskentaväli on ainakin noin 10 kertaa pidempi kuin näyteväli.

35 Vaikka ohjauksien laskenta lyhyellä säätövälillä onkin järjestelmän vasteajan kannalta edullista, on taakan heilunta niin hidasta, että käytännössä riittävän ; 3 U4979 tarkka heilunnan ohjaus saavutetaan noin 100 millisekunnin säätävällä käyttäen. Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään hyväksi menetelmää laskea taakan heilunnan estävä ohjaus yhdistämällä heilunnan estäviä ohjauksia Fl-patentissa 89155 esitetyllä tavalla, mutta siten, että mitattua kuljettajan no-j 5 peusohjeen muutosta vastaavan sekvenssin ensimmäinen osa suoritetaan ai na heti, esimerkiksi jokaisella 5 millisekunnin näytevälillä, mutta taulukoidut, viivästettynä suoritettavat sekvenssin osat lasketaan pidemmällä aikavälillä, esimerkiksi 100 millisekunnin välein.

Keksinnön mukaisella menetelmällä vähennetään siis huomattavasti 10 taakan heilunnan vaimentamisen suhteen tarpeetonta laskentaa, vaikka itse nosturin ohjausta samalla huomattavasti parannetaan. Näin vältetään ohjaus-j järjestelmän laskentayksikön laskentanopeuteen ja muistikapasiteettiin liittyvät ' ongelmat.

Kuvioluettelo 15 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin viitaten oheisiin piirroksiin, jois sa kuvio 1 esittää erästä nosturia kaavamaisesti; kuvio 2 esittää ohjaussekvenssinä toimivaa nopeussekvenssiä; ja ! kuvio 3 esittää nosturin ohjauksen vuokaaviota.

20 Keksinnön yksityiskohtainen selostus I I »

Keksinnön mukaista menetelmää havainnollistetaan tässä kuvion 1 esittämän yksinkertaisen siltanosturin 1 yhteydessä, vaikka kyseessä voi olla ' ”. mikä tahansa muu nosturi, jossa nostettava taakka pääsee heilahtelemaan.

Kuvion 1 mukaisen siltanosturin 1 nostovaunu 2 on sovitettu liikutel- * * · ; 25 tavaksi siltapalkkia 3 pitkin, joka puolestaan on siirrettävissä siltapalkin 3 pää- / tyihin järjestettyjä päätypalkkeja 4 ja 5 pitkin kohtisuorasti nostovaunun 2 liik keen suhteen. Nostovaunuun 2 on ripustettu nostoköysi 6, jonka päässä sijait-• see nostoelin 7, tässä tapauksessa nostokoukku. Nostokoukkuun 7 on sitten : nostoliinojen 7a avulla kiinnitetty nostettava taakka 8. Jokaista taakan 8 vaihte- . 30 levää nostokorkeutta lj (i = 1, 2, ...) vastaa kullekin nostokorkeudelle I, ominai nen heilahdusaika T, jolloin taakan 8 heilahdusaika saadaan kaavasta: : T = 2π (li/g)1/2, missä g = maan vetovoiman kiihtyvyys.

114979 4

Nosturia 1 ohjataan nosturin ohjausjärjestelmästä 9 erilaisilla ohja-ussekvensseillä 10, joista eräs yksinkertainen esimerkki on esitetty kuviossa 2. i Kuviossa 2 esiintyvä ohjaussekvenssi 10 on nopeusvektori v(t), joka on esitetty ajan t funktiona. Ohjaussekvenssi 10 kohdistetaan ohjaamaan nostovaunun 2 5 käyttölaitetta 11 tai nostovaunua 2 kannattavan siltapalkin 3 käyttölaitetta 12.

; Käyttölaitteina ovat tyypillisesti sähkömoottorikäytöt taajuusmuuttajineen.

Kuviossa 3 on esitetty vuokaavio, joka kuvaa keksinnön lähtökohtana olevaa menetelmää nosturin ohjaamiseksi. Nosturin 1 käyttäjä antaa ohjausjärjestelmästä 9 nosturin 1 käyttölaitteille 11,12 nopeuspyyntöjä Vref ohjaus-10 sekvensseinä 10. Nopeuspyynnöt Vref luetaan ja talletetaan ohjausjärjestelmään 9, minkä jälkeen kutakin nopeuspyyntöä Vref verrataan edelliseen nope- i j uspyyntöön ja nopeuspyynnön Vret ollessa muuttunut muodostetaan ja tallete- i taan kiihdytyssekvenssi (joko + tai -merkkinen) vastaavalle nopeuden muutok selle, minkä jälkeen nopeuspyynnön Vref muuttumisesta riippumatta summa-15 taan talletettujen kiihdytyssekvenssien kyseisellä ajanhetkellä määräämät no-peudenmuutokset ja lisätään saatu summa dV aikaisempaan nopeuspyyntöön Vref uuden nopeuspyynnön Vref2 aikaansaamiseksi, joka asetetaan nosturin käyttölaitteille uudeksi ohjaukseksi ja nopeuspyynnöksi Vref2. Summattujen kiihdytyssekvenssien määräämistä nopeudenmuutoksista suoritetaan osa kun-20 kin sekvenssin määrityshetkellä ja loput osat viivästettynä. Tätä edellä kuvattua menetelmää on selostettu tarkemmin Fl-patentissa 89155, joten sen yksi-: ‘ · tyiskohtia, kuten sinänsä tunnettua nopeus- tai kiihdytyssekvenssien sum- :Y: maamista ei ryhdytä sen tarkemmin selostamaan, vaan viitataan mm. edellä ’1: mainittuun patenttiin.

25 Toteutuksen kannalta edullisessa keksinnön sovellutuksessa kuljet- tajan antamaa nopeuden tavoitearvoa Vref luetaan 5 ms säätövälillä ja muistis- • · sa olevia nopeusohjeita luetaan 100 ms aikatasolla eli 20 kertaa hitaammin edelliseen verrattuna. Aina nopeuden tavoitearvon Vref muuttuessa muodostetaan vastaavan nopeuden muutoksen toteuttava taakan heilunnan synnyn es-; 30 tävä nopeussekvenssi ja suoritetaan sen ensimmäinen osa. Toiset osat laske- .; taan yhteen 20 ohjelmakierroksen ajalta ja talletetaan yhtenä, 20 ohjelmakier- I roksen eli 100 ms aikana tapahtuneita nopeuden muutoksia vastaavana hei- lunnan estävän nopeussekvenssin osina taulukkoon. Vastaavasti kyseiset taulukot käydään läpi kerran 100 ms eli kahdenkymmenen 5 ms aikana. Ohjausta : ‘ 35 voidaan keksinnön teknisesti edullisessa toteutustavassa parantaa jakamalla : tämä esimerkissä 100 ms välein laskettu nopeuden muutos esimerkin mukai- 114979 5 sella 5 ms säätövälillä jakamalla se 20 osaan, joista kukin lisätään nopeusoh-jeeseen seuraavien kahdenkymmenen 5 ms säätövälin aikana.

Edullisesti nopeuden oloarvon muutosta rajoitetaan siten, että muutos edelliseen muutokseen verrattuna ei voi olla suurempi kuin sellainen käyte-5 tyllä säätövälillä laskettava nopeuden muutos, joka ei ylitä asetettua kiihtyvyyden tai hidastuvuuden maksimiarvoa. Teknisesti edullisessa toteutustavassa I nämä raja-arvot ovat laskennan kuluessa vapaasti muutettavia. Edelleen sa nottu nopeuden oloarvon muutos voidaan rajoittaa siten, että mikäli taulukoista laskettu, viivästettynä suoritettava heilunnan estävien ohjeiden osa yhdessä 10 uuden sekvenssin ensimmäisen osan kanssa ylittäisi edellä määritellyn nopeuden muutoksen, muokataan uutta ohjausta siten, että säätövälillä toteutuva ohjaus ei ylitä asetettuja rajoituksia.

Jos taulukoista laskettu, viivästettynä suoritettava nopeusohjeen muutos suoritettuna yksin tai kuljettajan nopeuspyynnön perusteella lasketta-15 van nopeussekvenssin ensimmäisen osan kanssa veisi yli asetetun suurimman liikenopeuden, keksinnön teknisesti edullisessa soveltamismuodossa uutta nopeussekvenssiä korjataan siten, että nopeuden ylitys ei toteudu.

Edelleen keksinnön eräässä teknisesti edullisessa toteutustavassa uutta sekvenssiä muodostettaessa voidaan sen suuruutta muuttaa, mikäli nos-20 turin siirtokäyttöjen kuormitus on kasvanut niin suureksi, että tarvittavaa voimaa pyydetyn nopeuden muutoksen suorittamiseen ei voida tuottaa. Näin voi-j >· daan nopeusohjetta muokata estäen ylikuormitus, mutta samalla säilyttää taa- : ‘: kan heilahduksen synnyn estävän ohjauksen teho.

:' ’: Eräässä keksinnön edullisessa toteutustavassa taulukot, joihin edel- | 25 listen ohjaussekvenssien viivästetyt osat on talletettu, käydään lävitse siten, et- tä jos käytetty säätöväli on D ja talletettujen sekvenssien pidempi käsittelyväli [ - # on n*D ja taulukoiden koko L, käydään taulukoista osa lävitse joinakin tai kaik- » · kina nopean säätövälin jaksoina siten, että aina kokonaisen käsittelyvälin n*D aikana kaikki taulukon L riviä on käsitelty.

; 30 Sekvenssien viivästettynä suoritettavat osat voidaan tallettaa esi- .: merkiksi kaksialkioiseen taulukkoon, jossa ensimmäiseen alkioon on määritetty . j nopeuden muutos ja toiseen alkioon aika, jonka kuluttua viivästettynä suoritet- » .: tava nopeuden muutos tai muutokset lisätään nopeusohjeeseen.

Aika, jonka kuluttua umpeen muutokset suoritetaan, kuvataan luku->* 35 na, määritellään siten, että esimerkiksi Tsp kuvaa taakan 8 täyttä heilahdusjak- 114979 6 soa. Aina kun taulukon alkiota käsitellään, lasketaan kulunutta aikaa kuvaava luku Tstep, joka saadaan kaavasta:

Tstep = D/T * Tsp, 5 missä D = säätöväli (näyteväli), ja T = edellä esitetty taakan 8 heilahdusaika

Kun uusi sekvenssi talletetaan taulukkoon, nollataan kulunutta aikaa 10 Tstep kuvaava taulukon osa. Aina taulukoiden läpikäynnin yhteydessä kulunutta aikaa TsteP kuvaavan taulukon riviin lisätään edellä olevalla kaavalla laskettu luku, joka kuvaa näytevälin D aikana kulunutta osaa kokonaisesta taakan 8 heilahdusajasta T. Kun alkion arvo kasvaa lukuun, joka on se osa kokonaisesta heilahdusjaksosta TSp, jolla talletettua nopeuden muutosta on haluttu viiväs-15 tää, suoritetaan tämä nopeuden ohjaus ja nollataan nämä taulukon alkiot.

Joissain tapauksissa, joissa talletettu sekvenssi edellyttää useampia viivästettyjä ohjauksia, nollaus tapahtuu, kun viimeinen sekvenssin osa on suoritettu. Jos käytetään kahden askeleen ohjausta, suoritetaan viivästetty nopeu-denmuutos, kun kulunutta aikaa käsittelevän alkion arvo saavuttaa tai ylittää 20 arvon TSp/2.

Edellä kiihtyvyydestä puhuttaessa tulee kiihtyvyys ymmärtää sekä ·* positiivisen että negatiivisen etumerkin sisältävänä, toisin sanoen sekä sa nanmukaisena kiihtyvyytenä ja sille vastakkaissuuntaisena jarrutusvaikutukse-na.

i 25 Edellä oleva keksinnön selitys on vain tarkoitettu havainnollista- : maan keksinnön mukaista perusajatusta. Alan ammattilainen voi siten toteut taa keksinnön usealla vaihtoehtoisella tavalla oheisten patenttivaatimusten määräämissä rajoissa.

* · · * ’ t » > > »

Claims

114979

1. Menetelmä nosturin ohjaamiseksi, jossa menetelmässä nosturin (1) ohjausjärjestelmästä (9) annetaan nosturin käyttölaitteille (11, 12) nopeus-: pyyntöjä ohjaussekvensseinä (10) ja nopeuspyynnöt (Vref) luetaan ja tallete- 5 taan ohjausjärjestelmään, jolloin kutakin nopeuspyyntöä (Vref) verrataan edelliseen nopeuspyyntöön ja nopeuspyynnön ollessa muuttunut muodostetaan ja talletetaan kiihdytysse-kvenssi vastaavalle nopeuden muutokselle, minkä jälkeen nopeuspyynnön muuttumisesta riippumatta 10 summataan talletettujen kiihdytyssekvenssien kyseisellä ajanhetkel- lä määräämät nopeudenmuutokset ja lisätään saatu summa (dV) aikaisempaan nopeuspyyntöön uuden nopeuspyynnön (Vret2) aikaansaamiseksi, joka asetetaan nosturin käyttölaitteille (11, 12) uudeksi ohjaukseksi ja nopeuspyyn-nöksi, ja jolloin 15 summattujen kiihdytyssekvenssien määräämistä nopeudenmuutok- sista suoritetaan osa kunkin sekvenssin määrityshetkellä kullakin ohjelmakierroksella eli säätövälillä ja loput osat viivästettynä, tunnettu siitä, että talletetut, viivästettynä suoritettavat sekvenssin osat luetaan ja lasketaan yhteen useammalla ohjelmakierroksella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että talletetut, viivästettynä suoritettavat sekvenssin osat luetaan ja lasketaan '* yhteen mainittua säätöväliä moninkertaisesti pidemmällä aikavälillä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että talletettujen, viivästettynä suoritettavien sekvenssin osien luenta- ja ’ i 25 yhteenlaskentaväli on ainakin noin 10 kertaa pidempi kuin näyteväli. • : 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, ; . tunnettu siitä, että sekvenssien viivästettynä suoritettavat osat talletetaan kaksialkioiseen taulukkoon, jossa ensimmäiseen alkioon on määritetty nopeuden muutos ja toiseen alkioon aika, jonka kuluttua viivästettynä suoritettava 30 nopeuden muutos tai muutokset lisätään nopeusohjeeseen.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, : j tunnettu siitä, että nopeuden oloarvon muutosta rajoitetaan siten, että . ; muutos edelliseen muutokseen verrattuna voi olla korkeintaan sellainen käyte tyllä säätövälillä laskettava nopeuden muutos, joka on enintään asetettu kiihty- » . 35 vyyden tai hidastuvuuden maksimiarvo. » Π 4979