JP2002226170A - ガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置合わせが正確にできるガントリクレーン
によるゲート位置換えの自動運転方法を提供する。 【解決手段】 ダムの水門１上を走行するガントリクレ
ーン４により水門１に挿入・抽出されるゲート２を吊り
上げて移動させるゲート位置換えにおいて、ガントリク
レーン４に２つの近接スイッチ１０を走行方向の前後対
称位置に取り付け、走行路５には、ガントリクレーン４
の中心が水門中心線ｃ上にあるときに前記２つの近接ス
イッチ１０により各々検出される２つの鉄片９を水門１
毎に配置しておき、ガントリクレーン４を所望の水門１
まで走行させるときに、２つの近接スイッチ１０がそれ
ぞれ鉄片９を検出する位置をガントリクレーン４を停止
させる目標位置としたので、自動的にガントリクレーン
４の中心が水門中心線ｃ上にあるよう位置合わせをする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダムの水門を開閉
するゲート位置換えに係り、特に、位置合わせが正確に
できるガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運
転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダムでは複数の水門のそれぞれにゲート
が挿入・抽出可能に設けられている。水門にゲートを挿
入すると、その水門は閉じられたことになる。水門から
ゲートを抽出すると、その水門は開かれたことになる。
抽出されたゲートは、ゲート置き場に格納される。水門
の開閉の作業は、ゲートの場所を移動させる作業である
から、ゲート位置換えと呼ぶ。

【０００３】ゲートは重量物であるので、ガントリクレ
ーンを用いて挿入・抽出、及び搬送が行われる。ガント
リクレーンは、水門の並びに沿って敷設されたレール上
を走行するための車輪と、ゲートを掛け止めるフックを
設けた吊りビームと、吊りビームを巻き上げるワイヤと
を備えている。ガントリクレーンでゲートを挿入するに
は、ワイヤに偏った荷重がかからないよう、ゲートが正
しく水門の真上に位置しなくてはならない。即ち、ゲー
トの中心線と水門の中心線とが一致することが必要であ
る。

【０００４】このためには、まず、吊りビームの中心
（ガントリクレーンの中心）と水門の中心線とが一致す
る位置にあることが必要である。しかし、フックでゲー
トを掛け止めて持ち上げたとき、フックの掛かり具合が
いつも一定ではないため、ゲートの位置がガントリクレ
ーンに対して前後にずれてしまう。すると、ガントリク
レーンが適正位置にあっても、ゲートが正しく水門の真
上に位置しているとは限らない。従って、ガントリクレ
ーンを適正位置から少し動かしてゲートを正しく水門の
真上に位置させることが必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、ゲート位置換え
作業は、オペレータがガントリクレーンを手動運転して
行っていた。このため、ガントリクレーンの速度調整、
位置合わせ等に時間が掛かり、オペレータの負担が大き
かった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、位置合わせが正確にできるガントリクレーンによる
ゲート位置換えの自動運転方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ダムの水門上を走行するガントリクレーン
により水門に挿入・抽出されるゲートを吊り上げて移動
させるゲート位置換えにおいて、ガントリクレーンに２
つの近接スイッチを走行方向の前後対称位置に取り付
け、走行路には、ガントリクレーンの中心が水門中心線
上にあるときに前記２つの近接スイッチにより各々検出
される２つの鉄片を水門毎に配置しておき、ガントリク
レーンを所望の水門まで走行させるときに、２つの近接
スイッチがそれぞれ鉄片を検出する位置をガントリクレ
ーンを停止させる目標位置とするものである。

【０００８】ガントリクレーンに車輪の回転から走行距
離を検出する走行距離センサを搭載し、この走行距離を
累積して現在位置を認識し、この現在位置が先行する近
接スイッチによって１つ目の鉄片が検出されるべき位置
から所定距離に近付くまではガントリクレーンを高速走
行させ、現在位置が前記所定距離に達したら減速して低
速走行させ、先行する近接スイッチによって１つ目の鉄
片が検出されたとき、さらに減速して微速走行させ、２
つの近接スイッチがそれぞれ鉄片を検出したときガント
リクレーンを停止させる。

【０００９】前記近接スイッチによって鉄片が検出され
たとき、前記走行距離の累積による現在位置を補正して
もよい。

【００１０】ガントリクレーンと吊り下げたゲートとの
間隔を検出する距離センサをガントリクレーンに取り付
け、検出される間隔を基にガントリクレーンが目標位置
に停止したときの水門に対するゲートの位置ずれを検出
してもよい。

【００１１】目標位置より前記位置ずれ分だけガントリ
クレーンを走行させてゲートの位置を水門に合わせても
よい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１３】図１に示されるように、ダムには、複数の
水門１が並べて設けられており、併せてゲート２を格納
するゲート置き場３も設けられている。水門上には、ガ
ントリクレーン４が走行する走行路５が設けられてい
る。ガントリクレーン４は、走行路を走行するための車
輪６と、ゲートを掛け止めるフックを設けた吊りビーム
７と、吊りビーム７を巻き上げるワイヤ８とを備えてい
る。さらに、本発明では、ガントリクレーン４の下部
に、走行路５に埋設された鉄片９を検出するための２つ
の近接スイッチ１０が取り付けられている。ｃは、水門
１及びゲート置き場３の中心線であり仮想的なものであ
る。

【００１４】近接スイッチ１０は、ガントリクレーン４
の中心を基準に走行方向の前後対称位置に配置されてい
る。鉄片９は、ガントリクレーン４の中心が水門中心線
ｃ上にあるときに２つの近接スイッチ１０により各々検
出される場所に配置されるが、近接スイッチ１０の感度
範囲を考慮し、ガントリクレーン４の中心が水門中心線
ｃ上から外れると、必ず一方の近接スイッチ１０が非検
出となるように、近接スイッチ１０の感度範囲の中でガ
ントリクレーン４の中心寄りに配置されている。鉄片９
は、水門１毎、ゲート置き場３毎に設けられている。

【００１５】図１には示されないが、ガントリクレーン
４には、車輪６の回転から走行距離を検出する走行距離
センサとしてロータリエンコーダが搭載されている。

【００１６】また、図２に示されるように、ガントリク
レーン４には、ガントリクレーン４と吊り下げたゲート
２との間隔を検出する距離センサとしてレーザ距離計１
１が取り付けられている。レーザ距離計１１は、ガント
リクレーン４の脚部とゲート２の辺との間隔を検出して
いるが、ガントリクレーン４の脚部から中心までの距離
やゲート２の幅は既知であるから、レーザ距離計１１の
出力からガントリクレーン４が目標位置にあるときの水
門１に対するゲート２の位置ずれを求めるのは容易であ
る。

【００１７】ガントリクレーン４の自動運転装置は、図
３に示されるように、プログラム可能なデジタル制御装
置（ＰＬＣ）３１で構成されている。ＰＬＣ３１には、
オペレータがさまざまの操作指令を入力するための操作
机３２、レーザ距離計１１、ロータリエンコーダ（走行
距離センサ）３３、近接スイッチ１０が接続されてい
る。また、ガントリクレーン４の走行駆動装置としての
インバータユニット３４がＰＬＣ３１に接続されてい
る。インバータユニット３４は、ＰＬＣ３１からの速度
指令に応じて電動機３５、スラスタブレーキ３６を駆動
し、電動機３５に取り付けられたパルスジェネレータ３
７からの速度信号をＰＬＣ３１に入力するようになって
いる。

【００１８】フックの詳細を図４に示す。吊りビーム７
は、所定の長さを有する剛体である。この吊りビーム７
の両端に、それぞれワイヤ８が掛け回されている。これ
らワイヤ８の一端は、ガントリクレーン４に搭載された
巻き取りドラム（図示せず）に収容されている。ワイヤ
８を案内するシーブ４１の一つには、巻き上げ量（フッ
ク高さ）を検出するためのエンコーダ４２が取り付けら
れている。４３は、張力を検出するロードセルである。

【００１９】フック４４は、２つの湾曲した鉤部４５を
相向かいにして吊りビーム７の両端に配置し、鉤部４５
が開閉するよう鉤部４５の基端部を回動可能に保持し、
鉤部４５を回動させるクランク部材４６を吊りビーム７
内に設け、このクランク部材４６の中央部分を引き上げ
ることによりフックを開く開閉ワイヤ４７を設け、この
開閉ワイヤ４７をガントリクレーン４内のシリンダで駆
動できるように構成されている。

【００２０】操作机３２の詳細を図５に示す。操作机３
２には、手動／自動を切り換える切換スイッチ５１、手
動運転用の走行指令ボタン５２、巻上げ指令ボタン５
３、フック開閉指令ボタン５４、自動運転用の開始位置
入力デジタルスイッチ５５、終了位置入力デジタルスイ
ッチ５６、停止／起動ボタン５７、非常停止ボタン５８
が設けられている。自動運転を行う時には、ゲート２を
抽出する水門１またはゲート置き場３の番号を開始位置
としてデジタルスイッチ５５に入力し、その抽出したゲ
ート２を挿入する水門１またはゲート置き場３の番号を
終了位置としてデジタルスイッチ５６に入力し、起動ボ
タン５７を押すことで、自動運転を開始させる。

【００２１】ＰＬＣ３１にプログラムされる制御手順を
図６〜図８に示す。

【００２２】図６は、指定されたゲート置き場３に格納
されているゲート２を抽出し、このゲート２を指定され
た水門１まで搬送してその水門１に挿入するまでの制御
手順を示したものである。水門１に挿入されているゲー
ト２を抽出してゲート置き場３に格納する制御手順は、
図６とほぼ同様に構成されるので、省略してある。

【００２３】この制御手順は、起動ボタン５７によって
スタートされる。ガントリクレーン４を指定されたゲー
ト置き場３へ向けて走行させ、ゲート置き場３に到着す
ると走行を停止する（Ｓ６０１−Ｓ６０３）。フックの
巻き下げ（吊りビーム７の巻き下げ）を開始し、エンコ
ーダ４２によりフック４４がゲート２に接近したことを
検出したら、巻き下げを低速運転に切換え、ロードセル
４３によりフック４４がゲート２に着床したことを検出
したら、巻き下げを停止する（Ｓ６０４−６０８）。次
に、開閉ワイヤ４７を緩めて鉤部４５の自重によりフッ
クを閉じる（Ｓ６０９）。これにより、ゲート２にフッ
クが掛かった状態になる。フックの巻き上げ（吊りビー
ム７の巻き上げ）を開始し、エンコーダ４２によりフッ
ク４４が巻上上限に達したことを検出したら、巻き上げ
を停止する（Ｓ６１０−Ｓ６１２）。次に、ガントリク
レーン４を指定された水門１へ向けて走行させ、水門１
に到着すると走行を停止する（Ｓ６１３−Ｓ６１５）。
フックの巻き下げを開始し、エンコーダ４２によりゲー
ト２が水門１の底面に接近したことを検出したら、巻き
下げを低速運転に切換え、ロードセル４３によりゲート
２が水門１の底面に着床したことを検出したら、巻き下
げを停止する（Ｓ６１６−Ｓ６２０）。次に、開閉ワイ
ヤ４７を引いてフックを開く（Ｓ６２１）。フックの巻
き上げを開始し、エンコーダ４２によりフック４４が巻
上上限に達したことを検出したら、巻き上げを停止する
（Ｓ６２２−Ｓ６２４）。以上の制御手順により、所望
の水門を閉じることができる。

【００２４】図７は、ガントリクレーン４の走行及び停
止の制御手順を図６より詳細に示したものである。走行
開始のときガントリクレーン４の最高速度（定格速度）
で高速走行させるものとする。走行開始後、走行距離セ
ンサとしてのロータリエンコーダ３３の出力に基づいて
現在位置を認識し、この現在位置が先行する近接スイッ
チ１０によって、指定された水門１上の１つ目の鉄片９
（図７では鉄片１）が検出されるべき位置から、例え
ば、１ｍに近付くまでは最高速度を維持する（Ｓ７０１
−Ｓ７０２）。現在位置が鉄片１の位置に１ｍまで近付
いたら、走行速度を最高速度の、例えば、１／３に低下
させて低速走行させる（Ｓ７０３）。その後、現在位置
が鉄片１位置に０．３ｍまで近付いてもパルスジェネレ
ータ３７からの速度信号により減速が完了していないこ
とが判明したら、警報表示と共に走行を停止する（Ｓ７
０４−Ｓ７０６）。減速が完了し、先行する近接スイッ
チ１０によって１つ目の鉄片９（図７では鉄片１）が検
出されたら（Ｓ７０４−Ｓ７０７）、ロータリエンコー
ダ３３の出力に基づいた現在位置を予め知られている鉄
片１の位置（絶対位置）で補正する（Ｓ７０８）。これ
により車輪６のスリップ等による位置検出のずれが解消
される。

【００２５】前記鉄片１が検出されたとき、走行速度を
最高速度の、例えば、１／２０に低下させて微速走行さ
せる（Ｓ７０９）。その後、現在位置が鉄片１の位置を
０．１ｍ通り過ぎてもパルスジェネレータ３７からの速
度信号により減速が完了していないことが判明したら、
警報表示と共に走行を停止する（Ｓ７１０−Ｓ７１
２）。減速が完了し、２つの近接スイッチ１０によって
それぞれ鉄片９（図７では鉄片１，２）が検出された
ら、ガントリクレーン４が目標位置に来ていることが判
るので、走行停止させる（Ｓ７１０−Ｓ７１４）。その
後、２つの近接スイッチ１０によって、ガントリクレー
ン４が正しく目標位置にあるかどうかを再確認する（Ｓ
７１５）。ガントリクレーン４の中心が水門中心線ｃ上
から外れると、必ず一方の近接スイッチ１０が非検出と
なるので、ガントリクレーン４のオーバーランが精密に
検査できる。もし、オーバーランであれば、逆方向へ微
速走行させ、鉄片１，２の検出による走行停止を再試行
する（Ｓ７１６−Ｓ７１３）。以上の制御手順により、
ガントリクレーン４を可及的に高速移動させつつ、円滑
な減速を経てガントリクレーン４の中心が水門中心線ｃ
上にあるよう位置合わせをすることができる。

【００２６】図８は、ゲートを挿入する際のガントリク
レーン４の走行停止からフック巻き下げ開始までの制御
手順を図６より詳細に示したものである。図７の制御手
順が完了した状態で、レーザ距離計１１によりゲート２
の位置を計測する（Ｓ８０１−Ｓ８０２）。レーザ距離
計１１の出力からガントリクレーン４が目標位置にある
ときの水門１に対するゲート２の位置ずれを求める（Ｓ
８０３）。位置ずれがあれば、その位置ずれ分だけガン
トリクレーン４をずれ補正方向へ走行させて停止させる
（Ｓ８０４−Ｓ８０５）。再度、ゲート２の位置を計測
し、ゲート２の位置ずれを求める（Ｓ８０３）。位置ず
れがなければ終了する。以上の制御手順により、ゲート
２を抽出したときに生じたゲート２の位置ずれを解消し
てゲート２を正しく水門１の真上に位置させることがで
きる。

【００２７】次に、図７による走行及び停止制御の様子
を、図９のタイムチャートを用いて説明する。ここで
は、水門１上の２つの鉄片９（図９の鉄片１，２）が２
００ｍｍの間隔で設置され、ガントリクレーン４の近接
スイッチ１０（図９の近接スイッチ１，２）がそれより
やや広い間隔で設置されているものとする。

【００２８】最初に走行速度が最高速度（定格速度）
０．２５５ｍ／ｓｅｃであるとする。現在位置が指定さ
れた水門１上の１つ目の鉄片９（図９の鉄片１）の位置
に１０００ｍｍまで近付いたとき（＊１）、定格速度の
１／３である０．０８５ｍ／ｓｅｃに減速する。現在位
置が図９の鉄片１の位置に３００ｍｍまで近付いたとき
（＊２）、定格速度の１／３に減速されていることを確
認する。定格速度の１／３を維持して走行中に、図９の
鉄片１を先行する近接スイッチ１０（図９の近接スイッ
チ２）で検出したとき（＊３）、定格速度の１／２０で
ある０．０１３ｍ／ｓｅｃに減速する。現在位置の補正
もこのとき行う。現在位置が図９の鉄片１の位置を１０
０ｍｍ通り過ぎたとき（＊４）、定格速度の１／２０に
減速されていることを確認する。定格速度の１／２０を
維持して走行中に、図９の近接スイッチ１，２が鉄片
１，２を検出したとき（＊５）、走行を停止させる。

【００２９】本発明では、ガントリクレーン４の位置合
わせを精密に行うために、位置合わせのときには走行距
離センサによる相対位置を用いず、２つの鉄片９を２つ
の近接スイッチ１０で検出する絶対位置を停止の目標位
置としたが、ガントリクレーン４の慣性が大きいため、
近接スイッチ１０が配置できる幅の範囲で最高速度によ
る高速走行から目標位置で正確に停止できる速度まで減
速することが困難である。そこで、近接スイッチ１０が
目標位置の鉄片を検出する以前に低速走行へ移行するよ
うにした。その低速走行へ移行するタイミングは、走行
距離センサによる相対位置で求めることにより、多箇所
に配置されている鉄片を識別する必要をなくした。さら
に、目標位置で正確に停止できるよう、１つ目の鉄片を
検出後、低速走行から微速走行するようにした。高速走
行、低速走行、微速走行の速度や比率は上記の例に限定
されないことは勿論である。

【００３０】また、本発明では、ガントリクレーン４に
２つの近接スイッチ１０を走行方向の前後対称位置に取
り付け、２つの鉄片９を水門中心線ｃに対して対称に設
置したので、ガントリクレーン４が往復いずれに走行し
ても同じ制御手順を適用することができる。

【００３１】また、本発明では、鉄片９、近接スイッチ
１０による絶対位置が得られたタイミングで走行距離セ
ンサによる現在位置を補正するようにしたので、車輪ス
リップ等による位置検出ずれの蓄積が解消され、現在位
置の信頼性が高まった。

【００３２】また、本発明では、ガントリクレーン４の
位置合わせを精密に行っても、吊り上げたゲート２の位
置がガントリクレーン４に対してずれてしまうことを考
慮し、ガントリクレーン４を基準にしたゲート２の位置
を検出してガントリクレーンの位置補正を行うようにし
たので、ゲート２が円滑に水門１に挿入できるようにな
った。

【００３３】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００３４】（１）従来は、オペレータが手動運転して
いたゲートの位置換え作業を自動化することができる。

【００３５】（２）従来は、オペレータが目視して手動
運転していたゲートの位置合わせ作業を自動化し、正確
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動運転方法でゲート位置換えが行わ
れるダムの側面図である。

【図２】本発明においてゲートを吊り上げているガント
リクレーンの側面図である。

【図３】本発明の自動運転方法を実行する装置の構成図
である。

【図４】本発明に用いるフックの詳細構造図である。

【図５】本発明に用いる操作机の操作パネル図である。

【図６】本発明の自動運転方法に基づく制御手順図であ
る。

【図７】本発明の自動運転方法に基づく制御手順図であ
る。

【図８】本発明の自動運転方法に基づく制御手順図であ
る。

【図９】本発明の自動運転方法を用いたタイムチャート
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 水門 ２ ゲート ３ ゲート置き場 ４ ガントリクレーン ５ 走行路 ６ 車輪 ７ 吊りビーム ８ ワイヤ ９ 鉄片 １０ 近接スイッチ １１ レーザ距離計

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダムの水門上を走行するガントリクレー
   ンにより水門に挿入・抽出されるゲートを吊り上げて移
   動させるゲート位置換えにおいて、ガントリクレーンに
   ２つの近接スイッチを走行方向の前後対称位置に取り付
   け、走行路には、ガントリクレーンの中心が水門中心線
   上にあるときに前記２つの近接スイッチにより各々検出
   される２つの鉄片を水門毎に配置しておき、ガントリク
   レーンを所望の水門まで走行させるときに、２つの近接
   スイッチがそれぞれ鉄片を検出する位置をガントリクレ
   ーンを停止させる目標位置とすることを特徴とするガン
   トリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法。
2. 【請求項２】 ガントリクレーンに車輪の回転から走行
   距離を検出する走行距離センサを搭載し、この走行距離
   を累積して現在位置を認識し、この現在位置が先行する
   近接スイッチによって１つ目の鉄片が検出されるべき位
   置から所定距離に近付くまではガントリクレーンを高速
   走行させ、現在位置が前記所定距離に達したら減速して
   低速走行させ、先行する近接スイッチによって１つ目の
   鉄片が検出されたとき、さらに減速して微速走行させ、
   ２つの近接スイッチがそれぞれ鉄片を検出したときガン
   トリクレーンを停止させることを特徴とする請求項１記
   載のガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転
   方法。
3. 【請求項３】 前記近接スイッチによって鉄片が検出さ
   れたとき、前記走行距離の累積による現在位置を補正す
   ることを特徴とする請求項２記載のガントリクレーンに
   よるゲート位置換えの自動運転方法。
4. 【請求項４】 ガントリクレーンと吊り下げたゲートと
   の間隔を検出する距離センサをガントリクレーンに取り
   付け、検出される間隔を基にガントリクレーンが目標位
   置に停止したときの水門に対するゲートの位置ずれを検
   出することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のガ
   ントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法。
5. 【請求項５】 目標位置より前記位置ずれ分だけガント
   リクレーンを走行させてゲートの位置を水門に合わせる
   ことを特徴とする請求項４記載のガントリクレーンによ
   るゲート位置換えの自動運転方法。