NO156346B

NO156346B -

Info

Publication number: NO156346B
Application number: NO83833058A
Authority: NO
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1983-08-25
Publication date: 1987-05-25
Also published as: IT1100573B; NL182720C; US4205308A; FR2409135B1; CA1118894A; GB2008287A; JPS5484618A; NO154449B; JPS5938160B2; GB2008287B; NL182720B; NO154449C; MX145939A; DE2850455C2; NO833058L; FR2409135A1; NO783734L; NL7811442A; DE2850455A1; NO156346C

Description

Denne oppfinnelse vedrører et programmerbart alarm-

system for en marin lastearm for overvåkning av posisjonen av hver av et flertall marine lastearmer og for å gi en alarm når den ytre ende av noen av lastearmene strekker seg utenfor grensene for et tredimensjonalt arbeidsområde.

Fluidumlastearmer konstruert av leddete rør er i utstrakt bruk i petroleumsindustrien for overføring av olje eller andre fluider mellom en kai, brygge, eller en annen lastestasjon og en fortøyd tanker. En slik arm omfatter vanligvis en indre bom eller ledd opplagret på et vertikalt stigerør ved hjelp av rørsvivelkoplinger for å lette svingebevegelser om horisontale og vertikale akser, og en ytre bom eller ledd forbundet med en rør-svivelkopling til den indre bommen slik at den kan svinges i forhold til denne om en horisontal akse. Den ytre enden av den ytre bommen er anordnet for å kunne forbindes med en rørmanifold på en tanker plassert innenfor armens rekkevidde, for eksempel ved hjelp av en fjernstyrt koplingsanordning.

Når en installasjon av denne type konstrueres, blir det

satt minimumskrav for armens rekkevidde. Disse kravene blir ut-trykt som maksimal horisontal forskyvning av tankeren parallelt med og vekk fra kaien i forhold til en referanseposisjon, idet den maksimale forskyvning vekk fra kaien skyldes variasjoner i avstanden mellom tanker-manifolden og tankerens rekke, og den maksimale vertikale forskyvning skyldes variasjoner i vann-nivå

og høyden av tankermanifolden i forhold til vannspeilet. Disse forskyvninger definerer et tredimensjonalt rom som er rektangulært i snitt når det betraktes i plan eller fra siden, enten parallelt med eller perpendikulært til kaien, og dette rommet er kjent som armens "operasjonsområde". Armen må kunne romme alle disse forskyvningene slik at det kan etableres en trygg og sikker forbindelse med tankerens manifold som kan holdes innenfor rammene av dette området.

De fleste leddarmer er avbalansert slik at når de er

tomme, er de hovedsakelig selvbærende. Vekten av olje eller andre fluider i armen under bruk, er imidlertid ikke avbalansert og må derfor delvis bæres av tankermanifolden som armen er forbundet med. Påkjenningene på tankermanifolden øker derfor med utstrekningen av arnen. I tillegg vender manifolden alltid mot tankerens rekke, og den påkjenning manifolden kan utsettes for i en retning perpendikulært til rekken, og derfor til kaien, er større enn den påkjenning den kan utsettes for parallelt med rekken. Påkjenningen parallelt med rekken øker med en økning i dreievinkelen, det vil si vinkelen mellom det vertikalplanet armen befinner seg i og vertikalplanet gjennom stigerøret og normalt til kaiens kant. For å forhindre at påkjenningene på manifolden overstiger sikkerhetsgrensene, må derfor utstrekningen av armen og dreievinkelen begrenses.

For å oppnå denne begrensning er det tilveiebrakt alarm-systemer som aktiveres hvis vinkelen mellom den indre og den ytre bommen eller leddet overstiger en forutbestemt grense, eller hvis dreievinkelen overstiger en forutbestemt grense. Disse uav-hengige grensene resulterer i operasjonskarakteristikker som ikke er helt tilfredsstillende, for de definerer i virkeligheten et rom, innenfor hvilket armen kan operere, som er avgrenset enten av buede flater eller av plan som passerer gjennom den vertikale dreieaksen til armen på stigerøret. Hvis det derfor skal sørges for et spesifisert rektangulært operasjonsområde, vil ganske store områder utenfor dette området også være innenfor armens rekkevidde, og påkjenningene som opptrer når enden av armen er i disse ytre områdene, kan betydelig overstige de som opptrer innenfor operasjonsområdet. Det er derfor viktig å kunne tilveiebringe et system for overvåking av den aktuelle posisjon av den ytre enden av armen og for avgivelse av en alarm når enden av armen strekker seg ut over det spesifiserte operasjonsområde.

Den aktuelle tidligere kjente teknikk kan ansees representert ved US-patentene 3.638.211, 3.932.855 og 3.944.798, som be-skriver lastearmer eller maskinarmer med vinkelfølere for avføling av de forskjellige armers vinkler i forhold til bestemte retninger. Det inngår også beregning av posisjonen av enden av armene og alarm-innretninger for å gi et alarmsignal når den ytre ende av armene overskrider forhåndsbestemte arbeidsgrenser.

Ved hjelp av foreliggende programmerbare alarmsystem blir det oppnådd visse fordeler og spesielle egenskaper som utgjør vesentlige forbedringer i forhold til det som tidligere er kjent. Dette blir i korthet oppnådd ved at det inngår en anordning til å beregne hastigheten av enden av armen og en anordning til å utvide arbeidsområdets grenser med en distanse som er avhengig av den beregnede hastighet. Nærmere angivelser av foreliggende alarmsystem samt de nye og særegne trekk ifølge oppfinnelsen, er opptatt i

patentkravene.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under hen-visning til tegningene, hvor: Figur 1 er et skjematisk sideriss av en leddet fluidum-lastearm montert på en kai eller brygge og viser armen i flere arbeidsstillinger, og viser også armens operasjonsområde sett fra siden. Figur 2 er et skjematisk oppriss av armen og operasjonsområdet på figur 1.

Figur 3 er et skjematisk sideriss av armen på figur 1 og

2 som illustrerer armens geometri fra hvilken posisjonen av armens ytre ende kan utledes. Figur 4 er et skjematisk oppriss av armen på figur 1 og viser armens geometri i et horisontalplan. Figur 5 er et blokkskjema som representerer kretsene for alarmsystemet for armen. Figurene 6A og 6B omfatter et skjema over en mikro-datamaskinkrets som kan brukes til å beregne de forskjellige posisjoner til enden av lastearmen og sammenligne disse posisjonene med de sikre grensene som er lagret i mikrodatamaskinens lager. Figur 6C er et skjema over en elektronisk anordning for avføling av stillingen til det indre og det ytre leddet. Figur 7 er en skjematisk representasjon av armen på figur 1 og 2, og illustrerer i tre-dimensjonal geometri posisjonen for armens ytre ende i forhold til de forskjellige vinklene som kan avføles. Figur 8 er en kurve som illustrerer forholdet mellom lastearmens hastighet og posisjonen for utkoplingsgrensene. Figurene 9-13 illustrerer flytskjemaer som kan brukes til å forstå hvordan mikrodatamaskinen virker. Figur 14 er en perspektivskisse av en del av en lastearm utstyrt med en annen utførelses form av den foreliggende oppfinnelse, for avføling av stillingen til armens indre og ytre ledd.

Det vises nå til tegningenes figurer 1-4, hvor det er vist en leddet arm

omfattende et indre ledd 10 som er svingbart forbundet omkring en horisontal akse ved 12 til et stigerør eller en annen fast ledning 14. Den leddede armen omfatter også et ytre ledd 15 som er svingbart forbundet omkring en annen horisontal akse 17 til det indre ledd, og en forbindelsesanordning 18 slik som en rør-flens eller -kopling ved den ytre ende av leddet 15, anordnet for å forbinde armen med en tankermanifold. En skive 19a er festet til den indre ende av leddet 15 og er montert for dreiebevegelse omkring den horisontale aksen 17 ved den ytre enden av leddet 10. Skiven 19a er ved hjelp av et par kabler 20a, 20b koplet til en annen skive 19b som er montert for dreiebevegelse omkring den horisontale aksen 12 ved den øvre enden av stigerøret 14. Den indre skiven 19b kan dreies omkring den horisontale

aksen 12 ved hjelp av midler (ikke vist) som vanligvis brukes til å heve og senke den ytre enden av det ytre leddet 15. En motvekt 22 som er forbundet med det indre leddet 10, nøytraliserer eller reduserer lastearmens tendens til å svinge omkring den horisontale aksen 12 uansett armens posisjon. Hele den leddede arm-anordningen er montert på en kai 23 forsynt med en fleksibel fender 24.

Det midlere havnivå er på figur 1 representert ved den horisontale heltrukne linjen 26, og den høye og lave vannlinjen er representert ved strek-prikkede linjer 26a, 26b, henholdsvis over og under linjen 26. Installasjonen er konstruert for å kunne betjene mange slags tankskip og romme forskjellige skips-bevegelser under en lasteoperasjon. Armens operasjonsområde er definert som begrenset av de vertikale planene 27, 28, 29 og 30 og horisontalplanene 33, 34, som vist på figurene 1 og 2. Imidlertid skal det nevnes at mikrodatamaskinen kan brukes til å definere et operasjonsområde som har enhver ønsket form, og den aktuelle armposisjonen kan sammenlignes med et slikt operasjonsområde^ Alt som kreves er at koordinatene for grensene til et slikt operasjonsområde blir lagret i datamaskinens lager, og den aktuelle armposisjonen sammenlignes med disse. Buede grense-flater kan tilnærmes ganske nøyaktig med en rekke korte, rette linjer.

Som antydet på figur 1 og 2 kan bevegelsesfriheten mellom planene 27 og 28 i horisontalretningen vekk fra kaien 23 forklares av delen Li som representerer variasjonen i avstand mellom manifolden og rekken på forskjellige tankere, og en del L2 som representerer den tillatte bevegelse av en tanker mot og vekk fra kaien.

Bevegelsesfriheten mellom planene 33 og 34 i vertikal-retningen (figur 1) forklares ved variasjoner i havnivået, variasjoner i høyden til tankere, og variasjoner av høyden av en tankermanifold over havnivået etter hvert som tankeren fylles. Bevegelsesfriheten mellom planene 29 og 30 (figur 2) er for å tillate bevegelser av tankeren parallelt med kaien. For å romme disse bevegelsene må det være mulig for anordningen 18 å nå en manifold anbrakt hvor som helst innenfor det tre-dimensjonale operasjonsområdet avgrenset av vertikalplanene 27, 28, 29 og 30 og horisontalplanene 33 og 34.

De ikke helt opptrukne stillingene av armen på figur 1 viser orienteringen av leddene 10 og 15 når armen er lokalisert i et vertikalplan gjennom stigerøret 14 og perpendikulært til kaikanten, og når forbindelsesanordningen 18 er i hvert av de fire hjørnene av rektangelet definert av planene 27, 28, 33 og 34. Man vil forstå at dersom det skal gis en indikasjon når forbindelsesanordningen 18 beveger seg for eksempel ut over planet 28,

er det nødvendig å overvåke både vinkelen g og vinkelen d

(figur 3). Hvis bare en av disse vinklene overvåkes, ville det ikke være mulig å definere planet 28 slik at det kan bestemmes når forbindelsesanordningen 18 beveges ut over'dette planet. Når armen er forbundet med en tankermanifold, vil man se at påkjenningen på manifolden øker etter hvert som forbindelsesanordningen 18 beveges vekk fra kaien 23.

Figur 2 viser de horisontale orienteringer av leddene 10 og 15 når forbindelsesanordningen 18 er lokalisert i hver av skjæringene mellom planene 27, 28, 29 og 30. Hvis vi for eksempel betrakter forbindelsesanordningen 18 når den befinner seg i skjæringen mellom planene 28 og 30, vil enhver økning av dreievinkelen f uten en sammentrekning av armen, føre forbindelsesanordningen 18 forbi planet 30. Selv om de vertikale påkjennings-komponentene på tankermanifolden utover planet 30 ikke ville være større enn om den var lokalisert ved skjæringen mellom planene 28 og 30, vil sidekomponentene for påkjenningene parallelt med den vertikale flaten av kaien 23 bli øket, og den totale kombinasjon av påkjenninger ville bli uakseptabel. Siden tanker-manifolden vender mot tankerens rekke, utgjør denne tverr-komponenten av påkjenningen en skjærkraft og bøyebevegelse som kan ødelegge manifolden.

For å tilveiebringe den ønskede indikasjon når en forbindelsesanordning beveges utenfor det tre-dimensjonale operasjonsområdet avgrenset av planene 27, 28, 29, 30, 33 og 34, er det anordnet følere for å overvåke vinkelen d (figurene 3 og 7) for å tilveiebringe en indikasjon på den vertikale orientering av leddet 10 i forhold til stigerøret 14, av vinkelen g for å tilveiebringe en indikasjon av den vertikale orientering av leddet 15 i forhold til stigerøret 14 og for å indikere dreievinkelen f (figurene 2 og 7). Følerne kan omfatte mange slags transdusere, for eksempel potensiometere, absolutt-forskyvnings-kodere, eller andre kjente anordninger som frembringer analoge utgangssignaler som kan brukes til å avføle vinklene d, g og f. Vinklene d og g kan også måles ved hjelp av pendelpotensiometere Pl og P2 som er montert på respektive ledd 10 og 15 (figur 3).

Et slikt pendelpotensiometer som kan brukes, er Model CP17-0601-1 fabrikkert av Humphrey, Inc., San Diego, California.

Siden skivene 19a og 19b er anordnet i fast forhold til stillingen av det ytre ledd 15, kan det ytre potensiometeret P2 monteres på skiven 19b ved posisjonen P2' (figur 3) hvor det vil frembringe elevasjonsvinkel-avlesninger identiske med avlesningene fra et potensiometer montert på det ytre leddet. Den elektriske ledningsføringen kan forenkles når potensiometeret monteres på skiven 19b. Potensiometeret Pl kan være montert på motvekten 22 om ønsket, for å oppnå elevasjonsvinkelen til motvekten og til det indre leddet 10. Dreievinkelen f oppnås ved hjelp av et retningspotensiometer eller en vinkelkoder P3 som er koplet mellom stigerøret 14 og det indre leddet 10. En koder som kan brukes er Model CP17-0646-1 fabrikkert av Humphrey, Inc.

Analogsignalene som oppnås fra de forskjellige potensio-metrene kan omformes til digitale signaler som anvendes av en mikrodatamaskin til' å beregne den nøyaktige posisjon i rommet av forbindelsesanordningen 18. De sikre grensene definert av planene 27, 28, 29, 30, 33 og 34 blir lagret i datamaskinens lager, og disse grensene blir kontinuerlig sammenlignet med den aktuelle posisjonen til forbindelsesanordningen. Når den aktuelle posisjonen til forbindelsesanordningen 18 når en av grensene for det sikre området, frembringer mikrodatamaskinen et varselsignal til en alarmanordning. Hvis forbindelsesanordningen 18 fortsetter å bevege seg vekk fra det sikre området, frembringer datamaskinen et utkoplingssignal som tilveiebringer et varselsignal til både kunden på tankeren og til operatøren av lastearmen, slik at brenn-stoffpumpene kan slås av, de rette ventiler kan bli lukket og forbindelsesanordningen 18 kan bli koplet fra tankermanifolden.

Om ønsket kan utkoplingssignalet brukes til å slå av pumpene og kople ut armen. Den strekning som forbindelsesanordningen beveger seg ut over det sikre området før varselsignalet blir frembrakt og armen frakoplet, blir bestemt av den hastighet forbindelsesanordningen forandrer posisjon med.

I tillegg til verdiene av vinklene som må måles, må lengdene av armens indre og ytre ledd 10, 15 brukes til å beregne posisjonen i rommet for den ytre enden av armen. Disse lengdene som henholdsvis har en verdi på A og B, blir lagret i datamaskinens lagerdel som utfører beregningene. De forskjellige vinklene og lengdene som brukes, er vist på figurene 3 og 7, idet figur 7 er en skjematisk representasjon av en av lastearmene og viser i tre-dimensjonal geometri lokaliseringen av den indre og ytre armen i forhold til de forskjellige vinklene som kan måles med følerne. Figur 7 viser også posisjonen av disse vinklene og lengdene av leddene i forhold til X, Y og Z posisjoner i rommet som kan beregnes ut fra følernes avlesninger.

Posisjonen til den ytre enden av armen blir beregnet i to trinn. Først blir posisjonen til koplings flensen i armens plan beregnet ved å bruke origo 0 for koordinatene ved toppen av stigerøret, og det oppnås et punkt med polarkoordinatverdiene Vn, Zn som posisjonen for koplingsflensen. Flensposisjonen blir beregnet ved hjelp av følgende ligninger.

Vn = A sin d + B sin g

Zn = A cos d + B cos g

Ved så å projisere flensposisjonen på X, Y og Z-aksene, kan de rektangulære koordinatene for flensposisjonen beregnes ved

hjelp av følgende ligninger:

X = Vn sin f

Y = Vn cos f

Z = Zn Hver av størrelsene X, y og Z blir beregnet og sammenlignet med grenseverdiene, og en alarm blir avgitt hvis noen grense over-skrides .

Når forbindelsesanordningen beveger seg utenfor de sikre grensene med en forutbestemt avstand, blir det innledet en "utkoplingsprosedyre" for å forhindre skade på armen og/eller tankermanifolden. Den avstanden fra den sikre grensen ved hvilken utkoplingsprosedyren blir innledet, blir bestemt av hastigheten til forbindelsesanordningen. Om ønsket kan også posisjonen for de sikre grensene gjøres avhengige av hastigheten til enden av lastearmen. En indre grense kan defineres og lagres i mikrodatamaskinens lager og et varselsignal avgis når en arm som beveger seg med maksimal hastighet, når den indre grensen. Når armen beveger seg med en hastighet som er mindre enn den maksimale, kan en "oppslagstabell", lagret i lageret, tilveiebringe en tilleggsverdi som adderes til den indre grensen. Denne oppslags-tabellen er maken til kurven på figur 8 og blir brukt på den ovenfor diskuterte måte, i forbindelse med utkoplingsgrensene.

Antall trinn i utkoplingsprosedyren og de forholdsregler som tas i hvert av disse trinn, kan variere etter ønskene og kravene til kundene som bruker lastearmen. I noen tilfeller be-står utkoplingsprosedyren i henhold til oppfinnelsen bare i at det tilveiebringes et utkoplingssignal til kunden, mens det i andre tilfeller kreves en mer komplisert prosedyre. I alle tilfeller kan mikrodatamaskinen programmeres til å frembringe et ønsket signal eller sekvens av signaler til kunden. Detaljer ved datamaskinkretsene som utfører disse operasjonene, er beskrevet i detalj nedenfor.

Figur 5 er et blokkskjema som representerer grunnkretsene for det programmerbare alarmsystemet for den marine lastearmen i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Detaljer ved kretsen kan sees ved å henvise til figurene 6A og 6B, der figur 6A om-fatter datamaskindelen av kretsen og 6B omfatter inngangsdeler, utgangsdeler og analog/digital-omformerdeler for kretsen.

Lederne på figur 5, 6A og 6B representerer enkle ledninger når disse lederne omfatter skarpe hjørner, og kabler med flere ledere når det er vist avrundede hjørner i lederne.

I den utførelses form av oppfinnelsen som er skjematisk angitt her, lagrer et programlager 37 (figur 5, 6A) lengden av hvert av leddene 10, 15, X, Y, Z-koordinatene til alle de sikre grensene for forbindelsesanordningen 18, og også et program som kan utføres av datamaskinen. En rekke vinkelfølere Pl-PN (figurene 5, 6B) tilveiebringer elevasjons- og dreie-informasjoner til en mikroprosessor 41 (figurene 5, 6A) som lagrer denne informasjonen i et datalager 42, og en rekke tilstandsbrytere 38 tilfører tilstandsdata som skal innføres i dataminnet 42.

Mikroprosessoren 41 omfatter et lite "kladde"-lager som kan brukes til midlertidig å lagre data som skal behandles, en samleanordning som utfører datamanipuleringsoperasjonene, og en programteller som lagrer adressen til det trinn i datamaskin-programmet som blir utført. En mikroprosessor som kan brukes i kretsen for den foreliggende oppfinnelsen, er den 8035 som frem-stilles av Intel Corporation, Santa Clara, California. Detaljer ved 8035-prosessoren kan man finne i "MCS-48 Microcomputer User's Manual", 1976, fra Intel Corporation.

Programlageret 37 kan være et programmerbart leselager eller PROM som er tilgjengelig fra flere fabrikanter. En rekke instruksjoner omfattende programmet og lengdene av leddene kan leses inn i lageret 37 av fabrikanten av dette, eller det kan inn-leses ved hjelp av en "PROM programmer" som er tilgjengelig fra flere leverandører. Innholdet av programlageret 37 kan ikke endres av mikroprosessoren 41. Innholdet i lageret kan bare forandres ved å fjerne det fra kretsen på figur 6A og sette det inn i en PROM-programmerer hvor data kan fjernes fra lageret og nye data kan lagres i lageret. En PROM som kan brukes i den foreliggende oppfinnelsen, er 2708 laget av Intel Corporation, og en slik PROM er beskrevet i Intel 1976 Data Catalog.

De generelle lagringsområdene for den PROM 37 som brukes

i den foreliggende oppfinnelse, kan sees på figur 9. Relativt små deler av lageret blir brukt til å lagre instruksjoner for innledning og styring av mikrodatamaskinens operasjon. Et annet avsnitt .blir brukt til å lagre en rutine som skal brukes hvis driften skulle bli forstyrret. Den største delen av lageret er reservert for programmet som overvåker de forskjellige følerne etter en regulær plan, beregner posisjonene av armleddene og,

om nødvendig, tilveiebringer alarmsignal og/eller frembringer en automatisk utkopling og fråkopling av armen. Et forholdsvis lite diagnoseprogram og systemkonstanter slik som lengdene av armens ledd, blir også lagret i lageret. Detaljene ved bruken av innholdet av lageret vil bli diskutert i det følgende.

Informasjoner som er lagret i lageret 37, blir gjenfunnet ved å tilveiebringe lager-adressesignaler på adresseinngangene A0-A10. De laveste 8 biter av adressen blir låst i en 8-biters holdekrets 43 og koplet til inngangene A0-A7 for lageret mens de gjenværende biter i adressen blir tilveiebrakt kontinuerlig av mikroprosessoren og ikke trenger holdes. De laveste 8 bitene på inngangene I1-I8 blir lagret i holdekretsen 43 når en strobepuls tilveiebringes av lederen ALE fra prosessoren 41 til inngangen DS2 på holdekretsen 43. Disse signalene blir holdt tilbake i holdekretsen 43 og er kontinuerlig tilgjengelige på utgangs-lederne 01-08 fra holdekretsen. En slik holdekrets som kan brukes, er 8212 laget av Intel Corporation. Detaljer ved denne holdekretsen kan finnes i den forannevnte MCS-48 Microcomputer User's Manual, 1976, fra Intel Corporation.

Datalager-enheten 42 kan omfatte et såkalt "direktelager" eller RAM som har diskrete adresserbare posisjoner, hver av hvilke kan lagre et ord. Ordet kan være for data og kan inne-holde spesielle felter som er nyttige ved mange forskjellige operasjoner. Når prosessoren behøver data eller instruksjoner, vil den normalt generere en lagersyklus og tilveiebringe en adresse til programlageret eller til datalageret. De data eller det ord som er lagret ved den adresserte posisjon, vil så bli tatt frem og brakt til prosessoren 41. Datalager-enheten omfatter også en inngangs/utgangs-ekspanderseksjon I/O som øker det antall inngangs/utgangs-porter som er tilgjengelig for bruk av prosessoren 41. l/0-delen av enheten 42 frembringer styresignaler for andre deler av datamaskinkretsen. Et datalager og en l/0-ekspander som kan benyttes i forbindelse méd den foreliggende oppfinnelsen, er 8156 laget av forannevnte Intel Corporation.

For å øke antallet utgangsinnretninger, slik som antall alarmlys og nedkoplingsanordninger som kan styres individuelt av mikroprosessoren 41,, er en inngangs/utgangs-ekspander (1/0-ekspander) 46 koplet til prosessoren 41. Ekspanderen omfatter en 4-biters inngangsport (P20-P23) som er koplet til tilsvarende ledere P20-P23 i prosessoren. Ekspanderen 46 omfatter totalt

16 inngangs/utgangs-ledere som kan brukes til å frembringe individuelle signaler til eller fra totalt 16 inngangs/utgangsanordninger. Ekspanderen er i stand til å frembringe forholdsvis store utgangsstrømmer til disse anordningene. I tillegg til å

øke antall utgangsanordninger som kan styres av mikroprosessoren 41, kan derfor l/O-ekspanderen drive anordninger som krever signalstrømmer som er større enn den strømmen som er tilgjengelig direkte fra prosessoren. En i/O-ekspander som kan brukes i den foreliggende kretsen er 8243, også levert av Intel Corporation. Detaljer ved I/O-ekspander 8243 kan finnes i den nevnte MCS-48 Microprocessor User's Manual.

Signaler fra vinkelfølerne Pl-PN og fra spenningskilden

45 blir koplet til en rekke inngangsledere på en multipleks-kopler 49. Disse signalene blir koplet ett om gangen gjennom multiplekskopleren 49 og til en analog/digital-omformer 50 som omformer analogsignalene til 8-biters digitale signaler til bruk for prosessoren 41. Multiplekskopleren 49 omfatter et par analog-koplere 49a, 49b (figur 6B) som hver har en rekke inngangsledere og en enkelt utgangsleder. Valg av inngangssignal som skal koples til utgangslederen, blir foretatt ved hj.elp av styresignaler tilført velgerstyreledere A, B, C, D og I på hver.av analogkoplerne. En analogkopler som kan brukes, er CD 4067BE laget av RCA Corporation, og detaljer ved disse analogkoplerne kan finnes i RCA CMOS Manual.

A/D-omformeren 50 omfatter en enkelt inngangsleder som mottar analogsignaler, og en rekke utgangsledere som leverer tilsvarende 8-biters binærsignaler. Omformeren starter omformings-prosessen når et signal mottas på lederen IC, "innled omformingen". I løpet av det tidsrom omformingen finner sted, tilveiebringer omformeren 50 et "opptatt"-signal som koples til prosessoren 41. Når opptattsignalet forsvinner, frembringer prosessoren 41 et hentesignal til en inngang på en OG-port 71 (figur 6a) og et RD-signal (utgangsstrobesignal) gjennom en inverter 72 til den andre inngangen på porten 71. Disse signalene kombinerer til et 0E-signal (utgangsåpnesignal) som overfører binærdatasignaler til utgangene B0-B7 på omformeren 50. En slik A/D-omformer som kan brukes i den foreliggende oppfinnelsen, er 8703 laget av Teledyne Semiconductor Company, Mountain View, California, og detaljer ved denne omformeren kan finnes i de spesifikasjonsblader som er tilgjengelige fra dette selskapet.

Detaljene ved vinkelfølerne, for eksempel føleren Pl, fremgår av figur 6C. Føleren omfatter et potensiometer med en ende 54 koplet til en positiv spenningskilde, slik som +12 volt, og den andre enden er koplet til en jordreferanse. En arm 55 er glidbart anordnet langs potensiometeret, idet armens posisjon blir bestemt av stillingen til det leddet i lastearmen som potensiometeret er festet til. Spenningen ved en utgangsklemme 53 blir bestemt av posisjonen til armen 55. Denne spenningen blir koplet til en mikroprosessor 41 som bruker spenningsverdien til å beregne posisjonen av det lastearmleddet som potensiometeret er montert på. Det fremgår at hvis spenningen ved klemmen 54 på potensiometeret skulle forandre seg, ville mikroprosessoren 41 få en falsk verdi for posisjonen av leddet. For å hindre at dette skjer, blir spenningen fra klemmen 54 koplet til prosessoren 41 og sammenlignet med en standardverdi slik at prosessoren kan beregne en korreksjon hvis verdien av forsyningsspenningen på klemmen 54 skulle forandre seg, og denne forbindelsen blir brukt til å korrigere verdien fra klemmen 53.

En signalnivåkontroll 58 kan brukes til å regulere verdien av analogsignalene ved inngangen av A/D-omformeren og således kompensere for eventuelle forandringer i arbeidskarakteristikkene til kretsene på figurene 6A, 6B og/eller forandringer i spenningskilden. Denne reguleringen blir vanligvis foretatt straks etter at utstyret er slått på, men den kan også foretas til andre tider. Reguleringen utføres ved a kople en spenning, slik som +12 volt fra en spenningskilde 45 (figur 5, 6B), gjennom analogkopleren 49a til inngangen på A/D-omformeren 50 og regulere signalnivåkontrollen 58 inntil prosessoren 41 mottar et forutbestemt standardsignal, slik som alle binære l'ere fra omformeren. Hvis signalet fra omformeren 50 underskrider standardverdien med mer enn en forutbestemt størrelse, bringer prosessoren 41 l/0-av-snittet i datalager-enheten 42 til å avgi et varselsignal som energiserer en lys-emitterende diode eller LED 59. Kontrollen 58 blir så justert inntil LED 59 avenergiseres.

Deretter blir null- eller jordreferanseverdien for spenningen ved en inngang til analogkopleren 49b koplet til inngangen på A/D-omformeren 50 og omformet til et digitalt signal som bør bestå av bare binære 0'er, eller i det minste en lav verdi. Hvis signalet fra omformeren 50 overstiger nullverdien med mer enn en forutbestemt størrelse, bringer prosessoren 41 dataminnet til å avgi et varselsignal som energiserer en annen LED 60. Signalnivåkontrollen 58 kan justeres inntil både LED 59 og LED 60 er av-energisert for å kompensere for eventuelle forandringer i virk-ningen av kretsene på figurene 6A, 6B.

Mikrodatamaskinkretsen omfatter et krystall 64 (figur 6A) som brukes til å frembringe klokkesignaler og andre tidssignaler. Disse tidssignalene blir kontinuerlig overvåket av en tidsvakt-krets 65 som frembringer et varselsignal på utgangslederen 3 når tidssignalene ikke blir mottatt med normal hastighet.. I den foreliggende oppfinnelsen frembringer krystallet 64 og prosessoren 41 tidspulser med en hastighet på én pr. sekund og avsøker hver av følerne for å oppnå vinkelavlesninger én gang i sekundet. Tidspulsene blir koplet til tidskretsen 65 og transistoren Ql, idet tiden mellom pulsene er omkring 1 sekund. I tiden mellom pulsene flyter det strøm fra en kilde med spenning +V, gjennom en motstand Ri for å lade en kondensator Cl med den polaritet som er vist på figur 6A. Verdien av spenningen på kondensatoren Cl blir bestemt av den tiden kondensatoren lades, som er tiden mellom pulsene. Hver gang en positiv tidspuls påføres basis av transistor Ql, utlades kondensatoren Cl gjennom transistoren. Hvis imidlertid kondensatoren lades i mer enn ett sekund, øker spenningen på kondensatoren Cl til en høy verdi og bringer tidskretsen til å frembringe en lav spenningsverdi på utgangslederen 3. Den lave verdien av utgangsspenningen ved katoden på en LED

61 og den positive spenningen ved en klemme 68, får LED 61 til å

bli energisert og varsle operatøren om at prosessoren ikke tilveiebringer de riktige tidspulsene. En tidskrets som kan brukes i den foreliggende oppfinnelsen, er NE555 som er tilgjengelig fra flere leverandører.

En rekke brytere S1-S4 (figur 6A) frembringer testsignaler for utførelse av diagnosekontroller på forskjellige deler av mikrodatamaskinsystemet og på føleranordningene. Disse bryterne blir brukt i forbindelse med et diagnoseprogram som er lagret i lageret 37. Testbryteren Sl blir brukt for å kontrollere verdien på kildespenningen for systemet og ved regulering av utgangs-signalnivået fra A/D-omformeren 50 (figur 6B). Når testbryteren Sl er lukket, blir spenningen fra spenningskilden 45 koplet til prosessoren og signalnivåkontrollen 58 blir justert som beskrevet ovenfor for å oppnå et standardsignal fra utgangen av A/D-omf ormeren 50.

Når testbryteren S2 er lukket, frembringer et testprogram fra lageret 37 (figur 6A) testsignaler til alarmlysene Al-AN (figur 6B). Disse testsignalene kan tilføres ett om gangen til alarmlysene, fulgt av andre ønskede kombinasjoner av testsignaler til forskjellige alarmlys. Lageret 37 kan programmeres til å frembringe enhver kombinasjon av tester som er ønsket av opera-tøren av alarmsystemet.

Når testbryteren S3 er lukket, får et testprogram fra lageret 37 ekspanderen 46 (figurene 5, 6B) til å frembringe testsignaler til utkoplingskretsene Dl-DN, med den ønskede kombinasjon av testsignaler.innskrevet i testprogrammet. Når testbryteren S4 er lukket, kontrollerer prosessoren 41 posisjonene til til-standsbryterne S7-S14 (figur 6B) og fremviser den åpne eller lukkede tilstand av disse bryterne på alarmlysene Al-AN.

Virkemåten av mikroprosessorkretsen vil nå bli beskrevet

i forbindelse med kretsen på figurene 6A, 6B, kartet over PROM-lageret på figur 9 og flytskjemaene på figurene 10-13. Når energi først blir tilført mikrodatamaskinkretsen på figurene 6A, 6B, eller når en tilbakestillingsknapp R (figur 6A) blir lukket, sletter den lave spenningsverdien fra prosessoren 41 eller fra bryteren R tilført RESET-lederne til prosessoren 41 og lageret 42 alle data fra datalageret 42 og fra "kladde"-lageret til prosessoren 41, setter programtelleren for prosessoren til null, og sletter programtellerkoplingen. En "alarm på"-bryter S5 blir så lukket for å slå på alarmsystemet, slik at alarmanordningene vil bli energisert når noen av koplingsanordningene på en rekke armer beveger seg utenfor de sikre operasjonsgrensene.

Klokkegeneratoren i prosessoren 41 frembringer klokke-pulser som får prosessoren til å bevege seg gjennom program-sekvensen, der den begynner med trinn # 1. Programmet som lig-ger i programlageret 37, blir ført til prosessoren 41 ved hjelp av en prosedyre som gjør at prosessoren 41 sender en henteordre over ledningene W1-W15 til lageret 37. Lageret sender program-instruksjonene, en om gangen og instruksjon #" 1 først, fra programlageret til prosessoren 41 hvor de blir utført.

Instruksjonene i programmet får prosessoren til å finne frem og lagre de data som er tilveiebrakt av bryterne S5-S14 (figur 6B), av spenningsforsyningen 45 og av vinkelfølerne Pl-PN. For å finne frem disse data sender prosessoren ut et data-spørresignal og adressen til en av inngangsportene i datamaskinen til hvilken data skal sendes. Hvis data skal mottas fra en av bryterne S5-S14, blir signalet sendt fra en av inngangsportene P10-P23 (figur 6A).

For å motta data fra en av vinkelfølerne Pl-PN eller fra kilden 45, sender prosessoren ut et IC-signal (innled omforming) til A/D-omformeren 50 (figurene 5, 6B) og sender velgersignaler gjennom minnet og i/O-ekspanderen 42 (figur 6A) til velgerlederne 27-32 på analogkoplerne 49a, 49b. Velgersignalene forårsaker at en av følerne blir koplet gjennom multiplekskopleren 49 til inn-gangslederen på A/D-omformeren. A/D-omformeren 50 reagerer på IC-signalet med et opptattsignal og innleder prosessen med å om-forme det analoge datasignalet til et 8-biters binærsignal. Når omformingen er fullført, forsvinner opptattsignalet og prosessoren 41 dirigerer et OE-signal (utgangsåpningssignal) til omformeren 50. Omformeren reagerer ved å levere det 8-biters datasignalet til prosessoren 41, og prosessoren lagrer datasignalet i datalageret 42 (figurene 5, 6A) for senere bruk ved beregningen av lastearmens posisjon. Denne prosessen blir gjentatt for hver av følerne, idet det første datasignalet blir mottatt fra spenningskilden ved begynnelsen av avlesningssyklusene.

Verdien av forsyningsspenningen fra klemmen 54 (figurene 6B, 6C) blir innhentet av prosessoren 41, og den binære verdien blir sammenlignet med en binærverdi som representerer standardverdien for forsyningsspenningen. Enhver variasjon fra denne standardverdien blir lagret i dataminnet 42 og brukt av prosessoren 41 til å korrigere avlesninger fra hver av vinkelfølerne Pl-PN. Som det fremgår av figur 6C, når forsyningsspenningen ved klemmen 54 endres fra standardverdien, forandres signalspenningen ved følerens utgangsklemme 53 med en tilsvarende størrelse og kunne frembringe en falsk verdi av følervinkelen. Imidlertid sikrer korreksjonen som utføres av prosessoren 41, at korrekte følervinkler blir beregnet til tross for variasjoner i forsyningsspenningen.

Etter at de korrekte verdiene av følervinklene er frem-skaffet, henter prosessoren 41 verdiene av leddlengdene fra leselageret 37, henter de korrekte vinkelposisjonsdata fra datalageret 42, og fortsetter med å beregne X, Y og Z-posisjonene for hver av lastearmene. Ende-posisjonen for hver lastearm blir sammenlignet, en om gangen, med de sikre grensene for tilsvarende arm. Hvis noen av armene er utenfor noen av de tilhørende sikre grensene, blir det frembrakt et alarmsignal til ekspanderen 46 (figur 6B), noe som energiserer hornet H og et passende alarmlys.

Når lastearmen strekker seg utenfor de sikre grensene, foretar prosessoren en ytterligere avlesning fra hver av følerne, beregner en ny armposisjon, og bruker den nye armposisjonen og den tidligere armposisjonen til å beregne den distanse armen har beveget seg. Siden avlesningene foretas med mellomrom på ett sekund, er bevegelsesavstanden mellom avlesningene også armens hastighet i utlagt distanse pr. sekund. Prosessoren sammenligner så armens hastighet med en datatabell i det programmerbare leselageret 37 for å bestemme hvor langt utenfor den sikre grensen armen kan strekke seg før utkoplingen innledes. En del av data-tabellen fra leselageret (PROM) er reprodusert i grafisk form på figur 8. Når for eksempel hastigheten til enden av armen er 8 tommer pr. sekund, kan armen strekke seg 6 fot utenfor grensen før armen frakoples. Så lenge armen strekker seg utenfor den sikre grensen, fortsetter alarmen H å lyde, og det tilsvarende alarmlyset Al-AN forblir energisert. De forskjellige trinn med avlesning av følerne, beregning av posisjonene til lastearm-leddene og avgivelse av alarm, kan sees av flytdiagrammet på figurene 10-12.

Som tidligere fastslått kan utkoplingsprosedyren varieres for å imøtekomme en kundes ønsker. En slik prosedyre kan for eksempel være som følger;

1. Frembring et stengestyresignal til kunden for å in-struere ham om å slå av brenselpumpene ved å avgi et stengesignal til utkoplingskrétsen Dl på figur 6B. 2. Kunden lukker bryter S7 for å signalisere avslåing av brenselpumpene. 3. Den lukkede bryteren S7 får mikrodatamaskinen til å slå på kraft til det hydrauliske systemet slik at lastearmen kan betj enes. 4. Mikrodatamaskinen frembringer et styresignal som lukker kuleventilene ved den ytre enden av hver lastearm for å hindre oljesøl. 5. Lukningen av kuleventilen lukker også bryteren S8 for å signalisere til mikrodatamaskinen at kuleventilen er lukket. 6. Mikrodatamaskinen frembringer et styresignal som åpner koplingsanordningene på alle lastearmene. 7. Operatøren fører alle lastearmene vekk fra tankeren og til lagringsposisjonen langs stigerørene. Det er også mulig å programmere mikrodatamaskinen slik at lastearmene blir ført til lagringsposisjonen ved hjelp av styresignaler fra mikrodatamaskinen, slik at det ikke er nødvendig med styring fra noen operatør.

Flere av disse trinn kan overvåkes ved å lukke andre av bryterne S9-S14 om ønsket. Hvis flere tilstandsbrytere er på-krevet, kan de legges til kopleren 38, og ytterligere 1/0-ekspandere 46 kan tilkoples prosessoren for å styre ytterligere utkoplingskretser hvis det er behov for slike kretser.

En annen utførelses form av oppfinnelsen er vist på figur 14, der alle vinkelfølerne er montert på stigerøret 14, og der bare den øvre delen av stigerøret og den indre enden av lastearmens indre ledd 10 er vist. Alle de øvrige delene av denne ut-førelsesformen er identiske med den utførelses formen som er vist på figurene 1-13. De grunnleggende detaljene ved midlene for montering av lastearmen på stigerøret er vist på figur 14.

I utførelsesformen på figur 14 innbefatter den indre ende av leddet 10 et kne lOa som er sveiset eller på., annen måte forbundet med en svivelkopling 75. En flens 75a i koplingen 75 er festet til kneet 10a, med flensen 75a fri til å rotere omkring den ytre enden av et kne 14a. Den laveste enden av kneet 14a er dreibart forbundet med den øvre enden av stigerøret 14 over en annen svivelkopling 76. Flensen 75a roterer derfor omkring den horisontale aksen 12 når den ytre enden av leddet 10 blir hevet eller senket. Svivelkoplingen 76 er montert med sin akse på linje med den vertikale aksen 13, slik at den nedre enden av kneet 14a er dreibar omkring aksen 13. Skiven 19b er montert for rotasjon omkring aksen 12 uavhengig fra det indre leddet 10 og dets kne 10a.

En bærebrakett 79 for kodere har en ende forbundet med skiven 19b og den andre enden bærer en absoluttvinkelkoder P2a som er koaksialt innrettet med den horisontale aksen 12. En annen bærebrakett 80, montert på flensen 75a, bærer en absoluttvinkelkoder Pla som også er innrettet koaksialt med aksen 12.

En tredje bærebrakett 81 strekker seg oppover fra sitt feste på den ytre delen av stigerørets svivelkopling 76 og bærer en absoluttvinkelkoder P3a som er innrettet koaksialt med stige-rørets vertikale akse 13. En magnetbærebrakett 82, montert på kneet 14a, bærer et par magneter 85a, 85b som henholdsvis er anordnet umiddelbart under og nær koderne P2a, Pla. En annen magnetbærebrakett 83, likeledes montert på rørkneet 14a, bærer en magnet 85c som er anordnet like ved koderen P3a.

Absoluttvinkelkoderne Pla, P2a og P3a og magnetene 85a, 85b og 85c virker på følgende måte. En indre ferittdel av en koder er alltid innrettet mot magneten som er montert tilstøtende til koderen, slik at når koderen blir dreiet omkring en senter-akse, frembringer koderen et utgangssignal som er representativt for graden av rotasjon fra en fast posisjon. Når for eksempel armens indre ledd 10 (figur 14) er orientert horisontalt, er den indre delen av koderen Pla i en "nullstilling" og frembringer et signal som representerer denne posisjonen. Etter hvert som den ytre enden av leddet 10 blir hevet, dreies kneet 10a, flensen 75 og koderen Pla i retning med urviseren som fremstilt på figur 14, og bringer koderen til å frembringe et signal som kontinuerlig tilveiebringer stillingen av leddet 10. Slike kodere er tilgjengelige fra flere leverandører, og en koder som kan anvendes i den foreliggende oppfinnelsen, er Model GCC-43-13H30 laget av Litton Industries, Chatsworth, California.

Når den indre skiven 19b (figurene 3, 14) blir dreiet ved hjelp av ikke viste midler for å heve eller senke den ytre enden av leddet 15 (figur 3), dreier braketten 79 og dermed koderen P2a omkring den horisontale aksen 12, og derved frembringes et utgangssignal som representerer stillingen av det ytre leddet 15. Når den marine lastearmen blir dreiet (sideveis) i horisontal retning omkring den vertikale aksen 13 (figurene 4, 14), roterer magneten 85c i forhold til dreiekoderen P3a, og bringer koderen P3a til å avgi et signal som representerer den horisontale orientering av det indre leddet 10 og dermed av hele lastearmen.

Et apparat som her beskrevet kontrollerer den vinkelmessige posisjonen til lastearmen én gang hvert sekund, sammenligner posisjonen til den ytre enden av hver arm med hver av de sikre grensene for tre-dimensjonale rom, og tilveiebringer et varselsignal når en arm strekker seg utenfor noen av de sikre grensene. Når armen fortsetter å bevege seg vekk fra det sikre området, kontrollerer apparatet hastigheten til armen som er utenfor grensene og bestemmer når armen må frigjøres og/eller frakoples for å hindre skader.

Om ønsket kan den foreliggende oppfinnelsen brukes til å styre flere lastearmer som hver har forskjellig lengde og forskjellig volum av.operasjonsområdet. Lengdene av disse individuelle armene og grensene for hvert område kan lagres i PROM 37

og den aktuelle posisjon av hver arm kan sammenlignes med de tilsvarende sikre grenser for vedkommende arm, og det kan tilveiebringes et alarmsignal når noen av armene beveger seg utenfor noen av de sikre grensene for vedkommende arm.

Claims

wvn -orj^oq oX/so^s nsb po 1. PrograinmeTlj.artn.aiarmsysitem-jT-fpr,,en marin,lastearm for overvåkning av po'slL(sg.one'n9av2^jve-r.-11av«eItr,-flertal.l,. marine lastearmer og for å gi en alarm når derv>ty<tre-..end.§0aj^.,noen-, ay.,lastearmene^ strekker seg utenfor grensene for et tredimensjonalt arbeidsområde, hvor hver av armene omfatter et indre ledd (10) som er svingbart forbundet mellom et ytre ledd (15) og et stigerør (14),

idet alarmsystemet omfatter: et flertall indre elevasjonsfølere (Pl) for avføling av en første vinkel (d) som er representativ for hvert av de indre ledd (10) i forhold til vertikalplanet, et flertall indre retningsfølere (P3) for avføling av en annen vinkel (f) som er representativ for hvert av de indre ledd (10) i forhold til en forutbestemt horisontal retning, et flertall ytre elevasjonsfølere (P2) for avføling av en tredje vinkel (g) som er representativ for hvert av de ytre ledd (15) i forhold til vertikalplanet, en anordning (41) til å beregne verdiene av koordinatene (X, Y, Z) for den virkelige posisjon i rommet av den ytre ende (18) av hver av lastearmene, ut fra de vinkler (d, g, f) som er avfølt av følerne (Pl, P2,P3), en anordning (41) til å sammenligne de virkelige verdier av koordinatene (X, Y, Z) for hver av endene (18) med verdier av koordinatene for grensene (27, 28, 29, 30, 33, 34) for et forutbestemt arbeidsområde for vedkommende arm, som er lagret i en lageranordning (38) , og en alarmanordning (H) forbundet med anordningen (41) for å tilveiebringe et alarmsignal når den ytre ende av noen av lastearmene strekker seg utenfor arbeidsgrensene for armen,

karakterisert ved at anordningen (41) er innrettet til å beregne hastigheten av enden (18) av hvilken snni helst lastearm som strekker seg utenfor arbeidsgrensene og til ved hjelp av den beregnede hastighet å bestemme posisjonen av en annen grense ved hvilken systemet frembringer et utkoblings-signal.
2. System ifølge krav 1, karakterisert ved anordninger (S5, 46, Dl-Dn, H) innrettet til å frembringe fra-koblingssignaler når den ytre ende av noen av lastearmene strekker seg i en forutbestemt avstand utenfor noen av arbeidsgrensene.