JP4790144B2

JP4790144B2 - クレーンの振れ止め制御方法

Info

Publication number: JP4790144B2
Application number: JP2001108881A
Authority: JP
Inventors: 成和今中
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: JP2002302383A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクレーンの振れ止め制御方法に係り、特に目的地に接近してクレーンが停止する際に生じる吊荷振れを抑制することの可能なクレーンの振れ止め制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クレーンで吊荷を搬送する場合に吊荷が振れることを防止するための振れ止め制御装置は、例えばレギュレータ制御装置としてすでに実用化されている。
このレギュレータ制御装置にあっては、 'From点' （出発点）から 'To点' （到達点）に移動するに要する間の吊荷の振れを防止するようにクレーンの走行パターンが決定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のレギュレータ制御装置ではクレーンが 'To点' に接近して制動をかけたときに発生する吊荷の振れを有効に制御することはできない。本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、クレーン停止時に生じる吊荷振れを効果的に抑制することの可能なクレーンの振れ止め制御方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明のクレーンの振れ止め制御方法は、目標位置より所定距離手前まで吊り荷位置を台形パターン運転で移動させるステップと、前記台形パターン運転手段による運転終了後に吊り荷の振幅及び振れ角が零となる時刻を計測するステップと、前記計測された吊り荷の振幅に基づいて振れ止めに要するエネルギを算出するステップと、操作指令時間に対するクレーンの応答時間から振れ止め操作時間を決定するステップと、前記振れ止めに要するエネルギと振れ止め操作時間から振れ止め操作量を決定するステップと、前記計測された振れ角が零となる時刻から半周期相当時間と前記クレーンと制御伝達装置によって定まる所定時間経過後、決定された振れ止め操作時間の間、前記振れ止め操作量でクレーンを制御するステップを具備し、前記吊り荷の振幅及び振れ角が零となる時刻を計測するステップでは、前記吊り荷の振幅の計測は運転終了後直ちに開始し、前記振れ角が零となる時刻の計測は運転終了後の予め定められた期間経過後に開始するものである。
【０００５】
前記時刻を計測するステップは、フックに搭載された振れ角センサで計測される振れ角に基づいて吊り荷の振幅及び振れ角が零となる時刻を計測することができる。
【０００６】
前記時刻を計測するステップは、フックに搭載された振れ角速度センサで計測される振れ角速度に基づいて吊り荷の振幅及び振れ角が零となる時刻を計測することができる。
【０００８】
前記振れ止めを制御するステップは、振れ止め操作時に吊り荷の振れ方向とクレーンの進行方向と同一であれば追いノッチにより操作パラメータ決定手段で決定された振れ止め操作量を印加し、振れ止め操作時に吊り荷の振れ方向とクレーンの進行方向と逆であれば逆ノッチにより操作パラメータ決定手段で決定された振れ止め操作量を印加することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明が適用された振れ止め装置を搭載したクレーンの構成図であって、いわゆる天井走行クレーンに適用した場合を示す。建物の天井近くに敷設された２本のレール上をクレーン１０が走行し、クレーン１０上を横行車１１が走行する。
【００１１】
横行車１１には巻き上げ装置１２が搭載されており、巻き上げ装置１２は吊荷を吊るフック１３を上昇・下降させる。
クレーン１０にはガータ１０の走行距離を検出するための走行距離測定用センサ１０１が、またクレーン１０上には横行車１１の走行距離を検出するための横行距離測定用センサ１０３が設置されている。さらに、フック１３上にはフック１３の振れ角度を検出する振れ角センサ（例えばジャイロ角度計）１３１が設置されている。
【００１２】
クレーン１０には、例えばプログラマブルコントローラが適用される振れ止め制御装置１０４が搭載され、走行距離測定用センサ１０１，１０２、横行距離測定用センサ１０３及び振れ角度センサ１３１の出力に基づいて走行用モータ、横行用モータ、及び巻き上げ用モータを制御する。
なお、振れ止め制御装置１０４は光通信装置１４を介してプロセスコンピュータ１５と情報の授受を行う。
【００１３】
図２は制御装置１０４で実行されるクレーン制御ルーチンのフローチャートであって、クレーンの運転指令を受信したときに実行される。
まずステップ２０でプロセスコンピュータ１５から光通信装置１４を介して受信した‘From点' 及び ‘To点' 情報に基づいて台形パターンを算出する。
続いてステップ２１で台形パターン運転ルーチンを、ステップ２２で計測ルーチンを、ステップ２３で操作パラメータ決定ルーチンを、最後にステップ２４で振れ止め制御ルーチンを実行して一連の制御を終了する。
【００１４】
図３はクレーンの運転方法の説明図であって、ステップ２１から２３の詳細についてはこの図３を参照しつつ以下に説明する。
図４はクレーン制御ルーチンのステップ２１で実行される台形パターン運転ルーチンのフローチャートであって、ステップ２１０で加速運転を開始する。
ステップ２１１でクレーンの運転時間ｔがクレーン制御ルーチンのステップ２０で算出された台形パターンの加速運転終了時間Ｔ₁ に到達したかを判定し、否定判定されたときはステップ２１０に戻って加速運転を継続する。
【００１５】
ステップ２１１で肯定判定されたとき、即ち加速運転終了時間Ｔ₁ に到達したときは２１２で定速運転を開始する。
ステップ２１３でクレーンの運転時間ｔがクレーン制御ルーチンのステップ２０で算出された台形パターンの定速運転終了時間Ｔ₂ に到達したかを判定し、否定判定されたときはステップ２１２に戻り定速運転を継続する。
【００１６】
ステップ２１３で肯定判定されたとき、即ち定速運転終了時間Ｔ₂ に到達したときは、ステップ２１４で減速運転を開始する。
ステップ２１５でクレーンの速度が予め定められたクリープ速度Ｖ_c 以下となったかを判定し、否定判定されたときはステップ２１４に戻り減速運転を継続する。
【００１７】
ステップ２１５で肯定判定されたときは、ステップ２１６でクリープ運転を開始する。
ステップ２１７でクレーンの目標位置に対する位置偏差が予め定められた許容値以下となったかを判定し、否定判定されたときはステップ２１６に戻りクリープ運転を継続する。
【００１８】
ステップ２１７で肯定判定されたときは、ステップ２１８でクレーンを停止してこのルーチンを終了する。
このクレーン停止により吊り荷に振動が発生するが、この振動の周期Ｔはロープの長さＬが定まれば算出可能であるが、ロープの長さＬは巻き上げ装置１２の巻き上げ量から決定可能である。従って振動の周期Ｔは計算により算出可能である。
【００１９】
一方、振動の振幅Ａ及び振れ角度θは、例えばフック１３に搭載されたジャイロ角度計１３１によって検出する。
ここで振幅Ａはクレーン停止後直ちに計測を開始することが可能であるが、振れ角度θが零となる時刻を正確に計測するために停止後予め定められたマスキング期間経過後に振れ角度θの計測を開始する。
【００２０】
図５はクレーン制御ルーチンのステップ２２で実行される計測ルーチンのフローチャートであって、ステップ２２１で振幅計測ルーチンを起動するとともに、ステップ２２２で予め定められたマスキング時間Ｔ_M が経過するまで待機する。
マスキング時間Ｔ_M が経過したときにはステップ２２３で位相計測ルーチンを起動する。
【００２１】
図６は計測ルーチンのステップ２２１で実行される振幅計測ルーチンのフローチャートであって、ステップ１ａで前回振れ角θ₀ の初期値を‘０’に設定し、ステップ１ｂでジャイロ角度計１３１から出力される振れ角度θを読み込む。
ステップ１ｃで振れ角度θの絶対値が前回振れ角度θ₀ より大であるかを判定する。
【００２２】
ステップ１ｃで肯定判定されたとき、即ち現在の振れ角度θの絶対値が前回振角度θ₀ 以上であるときは、ステップ１ｄで前回振れ角度θ₀ を現在の振れ角度θで更新してステップ１ｂに戻る。
ステップ１ｃで否定判定されたとき、即ち前回振れ角度θ₀ が最大振れ角度であるときはステップ１ｅで振幅Ａを次式で算出してこのルーチンを終了する。
【００２３】
Ａ＝Ｌ・sinθ
なお上記の振幅計測ルーチンにあっては、フック１３に搭載された振れ角センサ１３１によって計測される振れ角に基づいて振幅を求めているが、フック１３に角速度センサを搭載し、振れ角速度の積分値に基づいて振幅を求めてもよい。
図７は計測ルーチンのステップ２２３で実行される振れ角計測ルーチンのフローチャートであって、ステップ３ａで前回振れ角θ_b 及び前回時刻ｔ_b を読み込む。
【００２４】
ステップ３ｂで所定時間Δｔが経過するまで待機し、Δｔが経過したときはステップ３ｃで今回振れ角θ_n 及び今回時刻ｔ_n を読み込む。
ステップ３ｄで前回振れ角θ_b と今回振れ角θ_n の積が負であるか、即ち前回時刻ｔ_b から今回時刻ｔ_n までの間に振れ角θが零を横切ったかを判定する。
ステップ３ｄで否定判定されたとき、即ち振れ角θが零を横切らなかったときは、ステップ３ｅで前回振れ角θ_b を今回振れ角θ_n で更新してステップ３ｃに戻る。
【００２５】
ステップ３ｄで肯定判定されたとき、即ち振れ角θが零を横切ったときは、ステップ３ｆで次式に基づき振れ角θが零を横切った時刻ｔ₀ を算出する。
ｔ₀ ＝ｔ_n - ｛（ｔ_b −ｔ_n ）／（ θ_b - θ_n )]・θ_n
ステップ３ｇでロープ長Ｌに基づいて、次式に基づいて吊り荷の振れ周期Ｔ_mを算出する。
【００２６】
Ｔ_m ＝Ｋ・２π・（Ｌ／ｇ）^0.5
ただし、Ｋは吊り荷条件、リフター条件によって定まる係数。
ステップ３ｈにおいて今回振れ角θ_n が正であるかを判定する。なお、振れ角は走行方向に振れる場合を正としている。
ステップ３ｈにおいて肯定判定されたとき、即ち今回振れ角θ_n が正であるときは、ステップ３ｉで振れ角が零となったときから所定時間経過後（均一周期の場合）に操作するノッチ方向が逆ノッチであることを示すためにフラグ Notchを‘−１’に設定してこのルーチンを終了する。
【００２７】
逆にステップ３ｈにおいて否定判定されたとき、即ち今回振れ角θ_n が負であるときは、ステップ３ｊで次に振れ角が零となったときから所定時間経過後に操作するノッチ方向が追いノッチであることを示すためにフラグ Notchを‘１’に設定してこのルーチンを終了する。
なお上記の振れ角計測ルーチンにあっては、フック１３に搭載された振れ角センサ１３１によって計測される振れ角に基づいて振れ角零となる時刻を求めているが、フック１３に角速度センサを搭載し、振れ加速度の絶対値が最大となる時刻を振れ角零となる時刻としてもよい。
【００２８】
図８は、クレーン制御ルーチンのステップ２３で実行される振幅及び振れ角の決定後に実行される操作パラメータ決定ルーチンのフローチャートであって、操作時間及び操作量を決定する。
まずステップ２３０で、振幅計測ルーチンで求めた振幅Ａの関数として次式に基づき振れ止めに要するエネルギＥを算出する。
【００２９】
Ｅ＝Ｅ（Ａ）
図９は振れ止めエネルギＥのグラフであって、横軸に振幅Ａを、縦軸に振れ止めエネルギＥをとる。即ち、振れ止めに要するエネルギＥは振幅Ａが増加するに従って増加する単調増加関数として表される。
次にステップ２３１で振れ止め操作時間Ｔ_a を決定する。なお、振れ止め操作時間Ｔ_a は、操作指令時間に対するクレーンの応動時間を考慮して選択される。
【００３０】
最後にステップ２３２で、振れ止めエネルギＥ及び振れ止め操作時間Ｔ_a の関数として次式に基づき振れ止め操作量Ｐを決定して、このルーチンを終了する。
Ｐ＝Ｐ（Ｅ，Ｔ_a ）
図１０は振れ止めエネルギＥのグラフであって、横軸に振れ止め操作時間Ｔ_a を、縦軸に振れ止め操作量Ｐをとる。なお、パラメータは振れ止めエネルギＥである。即ち、振れ止め操作量Ｐは、振れ止め操作時間Ｔ_a の増加に伴って減少し、振れ止めエネルギＥの増加に伴って増加する。
【００３１】
図１１は、クレーン制御ルーチンのステップ２４で実行される振れ止めルーチンのフローチャートであって、ステップ２４０で振幅零を検出した時刻ｔ₀ から半周期相当時間Ｔ_M ／２＋所定時間ｔ_L が経過したかを判定する。なお、時間ｔ_L はクレーン及び制御伝達装置によって定まる時間である。
ステップ２４０で肯定判定されると、ステップ２４１で、振れ角計測ルーチンで決定されたフラグ Notch、並びに操作パラメータ決定ルーチンで決定された振れ止め操作時間Ｔ_a 及び振れ止め操作量Ｐを出力する。
【００３２】
これらに応じてクレーンが操作されるが、フラグ Notchが‘１’であるとき、即ち現在吊り荷がクレーンの進行方向に振れているときは、振れ止め操作時間Ｔ_a の間、振れ止め操作量Ｐの追いノッチ操作される。
逆に、フラグ Notchが‘−１’であるとき、即ち現在吊り荷がクレーンの進行方向と逆方向に触れているときは、振れ止め操作時間Ｔ_a の間、振れ止め操作量Ｐの逆ノッチ操作される。
【００３３】
最後に、ステップ２４２で現在の吊り荷位置の座標と‘To点'の座標とを比較し、許容範囲にないときは吊り荷に振れが発生しないように微速位置決め制御を実行し、このルーチンを終了する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係るクレーン振れ止め制御方法によれば、目標位置近傍でクレーンを減速停止することにより発生する吊り荷の振れを迅速に抑制することが可能となるだけでなく、調整時間を大幅に短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された振れ止め装置を搭載したクレーンの構成図である。
【図２】クレーン制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】クレーンの運転方法の説明図である。
【図４】台形パターン運転ルーチンのフローチャートである。
【図５】計測ルーチンのフローチャートである。
【図６】振幅計測ルーチンのフローチャートである。
【図７】振れ角計測ルーチンのフローチャートである。
【図８】操作パラメータ決定ルーチンのフローチャートである。
【図９】振れ止めエネルギのグラフである。
【図１０】操作量のグラフである。
【図１１】振れ止めルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０…クレーン
１０１…走行距離測定用センサ
１０３…横行距離測定用センサ
１０４…制御装置
１１…横行車
１２…巻き上げ装置
１３…フック
１３１…振れ角センサ
１４…光通信装置
１５…プロセスコンピュータ

Claims

目標位置より所定距離手前まで吊り荷位置を台形パターン運転で移動させるステップと、
前記台形パターン運転手段による運転終了後に吊り荷の振幅及び振れ角が零となる時刻を計測するステップと、
前記計測された吊り荷の振幅に基づいて振れ止めに要するエネルギを算出するステップと、
操作指令時間に対するクレーンの応答時間から振れ止め操作時間を決定するステップと、
前記振れ止めに要するエネルギと振れ止め操作時間から振れ止め操作量を決定するステップと、
前記計測された振れ角が零となる時刻から半周期相当時間と前記クレーンと制御伝達装置によって定まる所定時間経過後、決定された振れ止め操作時間の間、前記振れ止め操作量で前記クレーンを制御するステップを具備し、
前記吊り荷の振幅及び振れ角が零となる時刻を計測するステップでは、前記吊り荷の振幅の計測は運転終了後直ちに開始し、前記振れ角が零となる時刻の計測は運転終了後の予め定められた期間経過後に開始するクレーンの振れ止め制御方法。
前記時刻を計測するステップが、
フックに搭載された振れ角センサで計測される振れ角に基づいて吊り荷の振幅及び振れ角が零となる時刻を計測するものである請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御方法。
前記時刻を計測するステップが、
フックに搭載された振れ角速度センサで計測される振れ角速度に基づいて吊り荷の振幅及び振れ角が零となる時刻を計測するものである請求項１に記載のクレーンの振れ止め制御方法。
前記振れ止めを制御するステップが、
振れ止め操作時に吊り荷の振れ方向とクレーンの進行方向と同一であれば、追いノッチにより前記操作パラメータ決定手段で決定された振れ止め操作量を印加し、振れ止め操作時に吊り荷の振れ方向とクレーンの進行方向と逆であれば、逆ノッチにより前記操作パラメータ決定手段で決定された振れ止め操作量を印加するものである請求項１から３のいずれか一項に記載のクレーンの振れ止め制御方法。