FI90965C - Nosturin ohjausmenetelmä - Google Patents

Description

90965

Nosturin ohjausmenetelmä

Keksinnön kohteena on nosturin tai vastaavan laitteen kiihtyvyys- tai nopeusohjattu ohjausmenetelmä, jota 5 menetelmää hyväksikäytetään esimerkiksi siltanosturin ohjaamisessa ja joka menetelmä käsittää taakkaa kuljettavan nosturin ohjausjärjestelmästä tapahtuvan nosturin ohjaamisen nopeusaskelista koostuvilla ohjaussekvensseillä, missä nopeusaskeleet kuvaavat ohjausjärjestelmän säätövälin aika-10 na tapahtuvia nopeuden muutoksia.

Nosturi on yleisesti käytössä oleva väline kappaletavaroiden käsittelyyn sellaisissa olosuhteissa, joissa käsiteltävää kappaletta ei ole mahdollista kuljettaa lattiapintaa tai maata pitkin. Nostureita käytetään esimerkiksi 15 satamissa, varastoissa ja teollisuudessa kappaleita siir-reltäessä. Avoimeen ohjaukseen perustuvat nosturit, ts. ilman takaisinkytkentää olevat nosturit ja niiden ohjausmenetelmät perustuvat nosturiin ripustetun taakan painopisteen ripustuskorkeuden tuntemiseen ja sen perusteella laskettuun 20 matemaattisen heilurin heilahdusaikaan. Matemaattiseen heiluriin perustuvat ohjausmenetelmät ovat suhteellisen yksinkertaisia ja käyttökelpoisia käytännön ratkaisuissa. Nosturissa olevan taakan nostokorkeuden muutos nosturin kiihdytys- tai jarrutussekvenssin aikana aiheuttaa kuitenkin epä-25 toivottua heiluntaa, jolloin nosturin ohjaus ei onnistu toivotulla tavalla.

Edellä mainitun epäkohdan poistamiseksi tunnetaan patenttijulkaisusta DE 3714570 AI menetelmä, jossa etukäteen määrätään nosturin kiihdytyksen aikana tapahtuva taa-30 kan nostokorkeuden muutos ja lasketaan taakan nostokorkeus, jota käyttämällä määrätty kiihdytyssekvenssi pystyy kiihdyttämään nosturin haluttuun nopeuteen ilman epätoivottua loppuheiluntaa. Menetelmän haitaksi kuitenkin muodostuu vaatimus nostokorkeuden muutoksen tietämisestä jo ennen 35 kiihdytyssekvenssin aloittamista.

2

On aikaisemmin tunnettua myös suorittaa nopeussekvenssin muuttaminen muuttamalla säätölaitteella ohjausjärjestelmän käyttämää säätöväliä siten, että säätövälin suhde matemaattisen heilurin heilahdusaikaan pysyy vakiona. Säätövälin 5 muuttaminen digitaalisessa ohjausjärjestelmässä on ongelmallista ja käytännössä olisikin luonnollisinta pyrkiä pitämään säätöväli vakiona reaaliaikatoteutuksissa.

Vielä tunnetaan julkaisusta DE-3228302 iteratiivinen menetelmä, jossa lasketaan ja muodostetaan sellaista nopeus-10 rataa, jonka loputtua ollaan heilahduksettomassa lopputilassa. Laskentaohjelma testaa jokaisella laskuaskeleella, onko taakka saavuttanut heilahduksettoman lopputilan. Menetelmä perustuu käänteiseen dynaamiseen malliin ja siitä muodostetun osittaisdifferentiaaliyhtälön ratkaisemiseen. Menetelmä ei esitä, 1 5 miten sinänsä tunnettu nostokorkeuden muutoksen aiheuttama ohjauksen skaalautuminen otetaan huomioon ja miten sen avulla voidaan eliminoida satunnaisen nostokorkeuden muutoksen haitallinen vaikutus.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada oh-20 jausmenetelmä, joka poistaa tunnetun tekniikan ja tunnettujen ratkaisujen sisältämät epäkohdat. Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jonka tunnusomaiset piirteet on annettu patenttivaatimuksessa.

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen ajatukseen, 25 että nosturin ohjausjärjestelmän ominaisuuksia parannetaan skaalaamalla nosturin ohjausta taakan nostokorkeuden muutoksen perusteella.

Keksinnön mukaisella nosturin ohjausmenetelmällä saavutetaan merkittäviä etuja, joista tärkeimpänä etuna on 30 nosturin kuljettajan apuna olevan ohjausjärjestelmän ominaisuuksien parantuminen. Menetelmä ei vaadi käytettävän säätövälin muuttamista ja tämän ansiosta menetelmä on helpommin toteutettavissa digitaalisella ohjausjärjestelmällä. Menetelmä ei myöskään vaadi nostokorkeuden muutoksen 35 tuntemista etukäteen ja soveltuu näin erinomaisesti nosturia ohjaavan henkilön avuksi. Keksinnön avulla on myös mahdollista helposti hallita nosturin kiihdytyksen ja jarrutuksen aikana tapahtuvien taakan nostokorkeuksien muutosten vaikutus taakan heilunnan poistaviin kiihdytys- ja jarrutussekvensseihin.

li 3 90965

Menetelmän edut ovat erityisen merkittäviä silloin, kun halutaan samanaikaisesti nostaa tai laskea taakkaa samalla, kun nosturin liikenopeutta kiihdytetään tai jarrutetaan. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan 5 poistaa todellisen nosturisysteemin ja ideaaliseen matemaattiseen malliin perustuvan ohjauksen välistä virhettä.

Kun ohjausjärjestelmän tuottamat kiihtyvyys- ja nopeussek-venssit perustuvat tarkemmin järjestelmän perustana olevaan matemaattiseen heiluriin, voidaan tällöin saada aikaan nos-^0 turin ohjaus tarkemmalla tavalla ja vähemmillä nostotapah-tumaa häiritsevillä taakan heilahteluilla. Menetelmä on myös laskennallisesti helposti toteutettavissa.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa "*5 kuvio 1 esittää kaavamaisesti siltanosturia, kuvio 2 esittää tasavälein diskretoitua nopeussek-venssiä, kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen menetelmän vuo- kaaviota, 7 n kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen menetelmän edullisen suoritusmuodon vuokaaviota, kuvio 5 esittää diskreetin nopeustrajektorin laskentaa taakkaa nostettaessa kiihdytyksen aikana, kuvio 6 esittää diskreetin nopeustrajektorin lasken-25 taa taakkaa laskettaessa kiihdytyksen aikana, kuvio 7 esittää kiihdytyksen nopeustrajektorin muuttumista, kuvio 8 esittää keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisen vuokaavion yksityiskohtaisempaa kuvausta.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu siltanostureille, kääntönostureille, monltoiminostureille ja muille vastaaville laitteille.

Kuvion 1 mukaisesti nosturikelkka 1 on sovitettu olemaan liikuteltavissa pitkin siltanosturin 2 siltapalkkia 35 3. siltapalkki 3 on edelleen sovitettu olemaan liikutelta vissa suhteessa siltapalkin 3 päädyissä oleviin päätypalk-keihin 4 ja 5. Siltanosturin 2 nosturikelkkaan 1 on ripustettu vaijeri, köysi tai muu sopiva ripustusväline 6, jonka 4 päässä sijaitsee koukku 7 tai vastaava väline. Koukkuun 7 on nostoliinojen 7a avulla sijoitettu taakka 8. Taakan nos-tokorkeus 1 ajatellaan laskettavan koukun 7 sijaintipaikasta lähtien. Jokaista taakan 8 vaihtelevaa nostokorkeutta lj 5 (j = l, 2,...) vastaa kullekin nostokorkeuden 1_, arvolle ominainen heilahdusaika T, jolloin systeemin heilahdusaika T on kaavan (1) mukaisesti T = 2n (l/g)1/2 , (1) 10 missä g = maan vetovoiman kiihtyvyys.

Kuviossa 2 esitetty nopeussekvenssi 9 koostuu tasavälein diskretoiduista useista nopeusaskeleista 10, jotka nopeusaskeleet (nopeustrajektori ) on merkitty viitenumerol-15 la 10. Nopeusaskel 10 eli nopeuden muutos dV kunakin säätö-välinä dt voidaan laskea kaavan (2) avulla, dV = VBax / (T/dt), (2) 20 missä Vaax = maksiminopeus (m/s) dV = nopeuden muutos kullakin säätövälillä (m/s) dtt = i:s säätöväli (s).

Nopeutta nostetaan, kunnes maksiminopeus VBax on saa-25 vutettu ja säätöväleistä dt* summana muodostuu heilahdusaika T. Nosturia 2 ohjataan kuviossa 2 esitetyn kaltaisilla ohjaussekvensseillä 9 ohjausjärjestelmästä 11. Kuviossa 2 on esitetty kaksi nopeussekvenssiä v(t) aikatasossa. Eri nopeussekvenssit on merkitty kirjaimilla 9a ja 9b. Nosturi-30 kelkan 1 käyttölaitteille 14 tai siltapalkin 3 käyttölaitteille 15 kohdistetaan halutun ohjaussekvenssin 9 mukainen ohjauskäsky eli nopeusohje, jolloin nosturikelkka 1 asetetaan liikkumaan ohjaussekvenssin 9 mukaisesti joko silta-palkin 3 suuntaisesti tai siltapalkin 3 mukana.

35 Kuviossa 3 esitetyn keksinnön mukaisen menetelmän 5 90965 mukaisesti nosturissa 2 olevan taakan 8 nostokorkeuden 1 muuttuessa muutetaan ohjaussekvenssin 9 nopeusaskelia 10 siten, että taakkaa 8 nostettaessa nopeusaskelta 10 pidennetään ja taakkaa 8 laskettaessa nopeusaskelta 10 pienen-5 netään, jonka jälkeen nopeusaskeleen 10 muodostama nopeus-ohje välitetään nosturin käyttölaitteille 14, 15.

Kuviossa 5 on esitetty diskreetin nopeustrajektorin laskenta, kun taakkaa 8 nostetaan kiihdytyksen aikana. Edellä esitetyn kaavan (1) mukaisesti taakkaa 8 nostettaes-10 sa, eli nostokorkeuden 1 pienentyessä, ominaisheilahdusaika T pienenee ja tällöin säätövälin dt arvo suhteessa ominais-heilahdusaikaan T kasvaa, jolloin nopeuden muutoksen dV kaavassa (2) oleva termi T/dt pienenee ja edelleen nopeuden muutos dV kasvaa. Nopeuskäyrällä v(t) siirrytään eteenpäin 15 pisteestä v(Tt) pisteeseen v(Tt + Tdt), jolloin päädytään nopeuskäyrällä pisteeseen v(Tsua).

Kuviossa 6 on esitetty diskreetin nopeustrajektorin laskenta, kun taakkaa 8 lasketaan kiihdytyksen aikana. Edellä esitetyn kaavan (1) mukaisesti taakkaa 8 laskettaes-20 sa, eli taakan nostokorkeuden 1 kasvaessa, ominaisheilahdusaika T kasvaa ja tällöin säätövälin dt arvo suhteessa ominaisheilahdusaikaan T pienenee, jolloin kaavassa (2) oleva termi T/dt kasvaa ja edelleen nopeuden muutos dV pienenee .

25 Kuviossa 7 on esitetty kiihdytyksen nopeustrajekto rin muuttuminen. Kuviossa 7 kirjaimella a merkitty kuvaaja esittää nopeustrajektorin muuttumista taakkaa 8 nostettaessa, jolloin nopeusaskel 10 siis kasvaa. Kuviossa 7 kirjaimella b merkitty kuvaaja esittää nopeustrajektorin muuttu-30 mistä taakkaa 8 laskettaessa, jolloin nopeusaskel siis pienenee .

Kuviossa 4 esitetyn keksinnön edullista suoritusmuotoa kuvaavan vuokaavion mukaisesti nopeusaskelia 10 muutetaan siten, että ennen uuden nopeusaskeleen 10 antamista 35 nosturin 2 käyttölaitteille 14, 15 tarkasteluajanhetkeen t 6 mennessä kulunut osa Tt heilahdusajasta T lasketaan yhteen mitatulla taakan 8 korkeudella 1 säätöväliä dt vastaavan heilahdusajän T osan Tdt kanssa, jonka jälkeen edellä kuvatulla tavalla muodostettua aikasummaa TSUB = Tt + Tdt vastaa-5 va nopeusaskel 10 määritetään nopeuskäyrältä v(t). Termiä Tdt muodostettaessa siis lasketaan, kuinka suuri osa käytetty säätöväli dt on kyseisellä ajanhetkellä mitatulla taakan 8 korkeudella 1 lasketusta matemaattisen heilurin ominais-heilahdusajasta T. Edellä kuvatulla tavalla saatu nopeusas-10 kel 10 muodostaa nopeusohjeen nosturin 2 käyttölaitteille 14, 15.

Kuviossa 8 on esitetty keksinnön edullisen suoritusmuodon yksityiskohtaisempi vuokaavio. Kuviossa 8 aluksi talletetaan kulunut osa Tt heilahdusajasta T muuttujaan x, 15 jonka jälkeen lasketaan mitatulla taakan korkeudella säätö-väliä dt vastaava heilahdusajän T osa Tdt ja lisätään se muuttujaan x, jolloin muuttujan x sisällöksi muodostuu sum-ma = Tt + Tdt. Seuraavaksi nopeuskäyrältä v(t) luetaan ajanhetkeä t = Teua vastaava nopeus v(TeuB). Mikäli näin saa-20 tu nopeuden arvo on pienempi kuin maksiminopeus VB(1X, tällöin annetaan nosturin käyttölaitteille 14, 15 uudeksi no-peusohjeeksi v(Teuill).

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti nopeusaskel 10, eli nopeuden muutos dV, lasketaan jokaisel-25 le säätövälille dt erikseen mitatun taakan 8 nostokorkeuden 1 mukaan.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu sekä kiihtyvyys- että nopeusohjatuille nostureille. Nopeusaskelen 10 sijasta voitaisiin siis edellä käyttää myös ilmaisua nopeu-30 den muutos kuvaamaan kullakin säätövälillä tapahtuvaa nopeuden muutosta dV. Tällöin nopeusaskel kuvaisi kiihtyvyyttä. Kiihtyvyyteen perustuva ohjaus on mahdollista nykyisillä moottorikäytöillä.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten 35 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, il 7 90965 ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan monin tavoin muunnella oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.