KR20140015673A

KR20140015673A - 크레인 과부하 방지장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20140015673A
Application number: KR1020120073036A
Authority: KR
Inventors: 이상영
Original assignee: 남서울대학교 산학협력단
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-02-07

Abstract

본 발명은 장비에 바로 장착하여 실 장비에서 발생하는 신호를 사용하여 세팅하는 방식으로 장착의 간편함과 오차를 대폭 줄인 크레인 과부하 방지장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 크레인이 동작하고 컨트롤러의 안전시스템이 과하중인지를 센서링하고 과하중일 경우 알람이나 작동중지를 시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 알고리즘을 중심으로 장비에 바로 장착하여 실 장비에서 발생하는 신호를 사용하여 세팅하는 방식으로 장착의 간편함과 오차를 대폭 줄여 운용할 수 있는 효과가 있다.

Description

크레인 과부하 방지장치 및 그 제어방법{Crane overload protection device and control method}

본 발명은 크레인 안전장치 알고리즘에 관한 것으로서, 이와 같은 과부하방지 알고리즘을 기반으로 안전시스템으로의 탑재가 가능하며, PLC를 이용한 전기제어 시스템을 구현할 수 있다. 또한 개발 후 확장 및 적용이 쉽도록 입출력 수량의 증가에 따라 Extension 모듈타입의 추가 및 CAN-BUS, RS232를 이용한 통신방식으로 무선송신기, 디스플레이 장치와 여러 대의 PLVC를 통합제어가 가능하도록 해준다.

기존의 특허의 경우 타워 크레인 등에서의 역학적 안전장치에 기반한 특허들이 대부분이며 본 연구개발에서는 소형화되고 전기제어적 콘트롤러 개념의 안전장치로 가장 효율적인 전도방지를 위한 알고리즘을 기계유압적 특성과 결부되어 운용되는 특징이 있어 기존의 특허와 차별화 된다. 특히 기존 제품은 초기 설계시 계산에 의한 값을 사용하여 프로그램 및 세팅을 하는 방식이나 본 연구개발에서는 장비에 바로 장착하여 실 장비에서 발생하는 신호를 사용하여 세팅하는 방식으로 장착의 간편함과 오차를 대폭 줄여 개발한다.

크레인 과부하방지 알고리즘은 크레인이 손상될 수 있는 과하중 상태를 조작자에게 경고하고 장비의 동작을 제한하기 위한 알고리즘이다. 센서들로부터 입력 받은 신호들을 PLVC 컨트롤러의 역학적 연산을 통해 중량물의 하중을 10% 오차 내로 감지하는 것을 목표로 하였다. 즉 과하중 감지 시, 조작자에게 위험을 경고함과 동시에 장비 동작을 제한한다.

본 발명에 따른 크레인 과부하 방지장치는 크레인이 동작하고 컨트롤러의 안전시스템이 과하중인지를 센서링하고 과하중일 경우 알람이나 작동중지를 시키는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 기존 제품은 초기 설계시 맞춤형으로 계산에 의한 값을 사용하여 프로그램 및 세팅을 하는 방식이나 본 발명에서는 알고리즘을 중심으로 장비에 바로 장착하여 실 장비에서 발생하는 신호를 사용하여 세팅하는 방식으로 장착의 간편함과 오차를 대폭 줄여 운용한다.

도 1은 크레인 붐의 동작 반경을 도시한 도면이다.
도 2는 크레인 전도방지 안전시스템의 기본적인 알고리즘을 도시한 순서도이다.
도 3은 압력센서 방식의 알고리즘을 도시한 순서도이다.
도 4는 로드셀 방식의 알고리즘을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 크레인 과부하 방지장치의 구성도를 도시한 도면이다.
도 6은 센서 모듈의 한계 모멘트를 계산하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 붐 모멘트를 계산하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 작업반경 제어를 위한 스윙 각도를 판단하는 것을 도시한 도면이다.

크레인 붐의 동작 반경을 도 1에서와 같이 X, Y의 좌표로 블럭 분할하여 각 블록에 A의 기준점이 위치하는 붐의 각도와 붐의 길이를 측정한다. 이때 각 블록에 도달한 붐의 상태에 따른 윈치 와이어의 장력은 미리 입력되어 있다 .아울러 장착 되어 있는 로드셀 및 압력센서를 이용하여 중량물의 중량을 계산하고 계산된 데이터에 의해 현재 작업반경에 적정한 중량물을 권상하고 있는가를 판단, 붐과 윈치의 작동을 제어한다. 블록의 범위는 10%의 오차를 유지하는 크기로 정한다.

크레인 전도방지 안전시스템의 기본적인 알고리즘은 도 2에 도시한 바와 같이 크레인이 동작하고 컨트롤러의 안전시스템이 과하중인지를 센서링하고 과하중일 경우 알람이나 작동중지를 시키는 구조로 이루어져 있다.

먼저 압력센서방식에서는 과하중 방지, 디스플레이에 의한 위험도 표시 및 HORN 작동, 위험 감지 시 작동 중지 기능이 있어야 한다. 따라서 이 방식에서의 알고리즘은 아래 도 3에 도시한 바와 같다.

그리고 로드셀 방식에서는 과하중 방지, DISPLAY에 의한 위험도 표시 및 HORN 작동, 위험 감지시 작동 중지 등이 있다 이 방식의 특징은 압력센서의 차압방식보다 정밀한 제어가 가능하다. 이 방식에서의 기본적인 알고리즘은 도 4에 도시한 바와 같다.

본 발명에서의 과부하장치는 도 5에 도시한 바와 같으며, 크게 센서 모듈 및 전기제어 모듈로 구분하여 적용한다.

먼저 센서 모듈은 크레인의 전복 위험상태를 센서를 통하여 계측하는 기능을 제공한다. 센서 모듈은 도 6에 도시한 바와 같이 다양한 센서의 신호를 통하여 작업 및 한계 모멘트를 계산하여 적용한다.

여기서 거리 D_lw = (B_l x cos (Boom angle)) + (D_s x Sin (Boom angle))로 계산된다. 아울러 붐 총모멘트는 도 7에 도시한 바와 같이 Tube force(Cf_t) = ((T_id x T_id)/4 x 3.14) x T_pr 이며, Rod force(Cf_r)= (R_od x R_od)/4 )x 3.14 x R_pr로 계산된다.

그리고 붐 이동시 모멘트 계산 알고리즘은 다음과 같다.

increase moment between Leng_1 and Leng_1-1

(Bm_1-1 ? Bm_1)/leng_2

total moment between leng_1 and Leng_1+Leng_2

B0 = Bm_1+((Bm_2 ? Bm_1)/leng_2) x Boom stroke_1

increase moment between leng_1+Leng2 and Leng_1+Leng_2+Leng_3

(Bm_3 ? Bm_2)/leng_3

Total moment between leng_1+Leng2 and Leng_1+Leng_2+Leng_3

B0 = Bm_1+((Bm_2 ? Bm_1)/leng_2) x leng_2 + ((Bm_3 ? Bm_2)/leng_3) x Boom stroke_2

increase moment between ang_1 and ang_2

(Bm_2 ? Bm_1)/leng_2

total moment between leng_1 and Leng_1+Leng_2

B0 = Bm_1+((Bm_2 ? Bm_1)/leng_2) x Boom stroke_1

increase moment between leng_1+Leng2 and Leng_1+Leng_2+Leng_3

(Bm_3 ? Bm_2)/leng_3

Total moment between leng_1+Leng2 and Leng_1+Leng_2+Leng_3

그리고 종합적인 안전율에 의한 작업반경 제어 알고리즘 및 전기제어 모쥴 측면의 알고리즘은 다음과 같다. 하기 알고리즘에서 도 8에 도시한 바와 같이 각 zone의 아우트리거 상태에 따른 붐 스윙 각도를 판단하며 각 각도는 미리 정수로 기입한다.

Safe_ratio >95 ----> 제어

Safe_ratio := (Real_Moent) / (Cal_Max_Moment)

Cal_Max_Moment := (Max_Moment) * comp_coeff

comp_coeff := 작업높이 증가에 따른 풍압및 안전장비 기울기 각도를 포함한 보상값

Comp_coeff :=(Max_Work_height - (Real_Work_height * 0.05)) / Max_Work_height

//아우트리거 상태에 따른 Max_moment 계산/판단

FR_outrgger :=FR_outrigger_min 일때는 Swig_ang_fr :=Swing_ang_fr_min

FR_outrgger :=FR_outrigger_mid 일때는 Swig_ang_fr :=Swing_ang_fr_mid

FR_outrgger :=FR_outrigger_max 일때는 Swig_ang_fr :=Swing_ang_fr_max

...

RL_outrgger :=RL_outrigger_max 일때는 Swig_ang_rl_r :=Swing_ang_rl_r_max

// 각 zone 판단 기준

zone_1 := (0도 =< Boom_sw_deg < Swig_ang_fr)

zone_2 := (Swig_ang_fr =< Boom_sw_deg < Swig_ang_fr_r)

...

zone_9 := (Swig_ang_fl =< Boom_sw_deg )

//각 zone에 해당하는 Max_Moment 판단 방법

//상기 그림의 각 zone에 해당하는 Real_Max_Moment를 Outrigger 상태를 보고 판단

zone_1의 Max_Moment := Max_moment_front *고정 (한가지 값)

...

zone_9의 Max_Moment := Max_Moment_front 고정 (한가지 값)

//Safe_ratio >95 클경우 회전 불가능방향 선택

//(안전한쪽으로는 swing이 가능하도록 프로그램)

zone_2에 위치할때 (Boom_sw_deg := 0도 =< zone_1 < Swig_ang_fr

zone_1의 Max_Moment >zone_3의 Max_Moment 이면 좌회전 불가

one_1의 Max_Moment < zone_3의 Max_Moment 이면 우회전 불가

...

zone_7의 Max_Moment < zone_9의 Max_Moment 이면 좌회전 불가

Claims

크레인이 동작하고 컨트롤러의 안전시스템이 과하중인지를 센서링하고 과하중일 경우 알람이나 작동중지를 시키는 크레인 과부하 방지장치.