SE507178C2

SE507178C2 - Positioning system for handling goods via container cranes

Info

Publication number: SE507178C2
Application number: SE9202718A
Authority: SE
Inventors: Uno Bryfors; Rolf Konradsson; Johan Nordberg
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1998-04-20
Also published as: SE9202718L; SE9202718D0

Abstract

Large and small LED markers (2) with a diffuser plate (6) on the crane spreader (3) for the container (4) are seen by a video camera (1) with digital reprodn. placed on the trolley. A video processor (11) synchronises the video camera shutter and the LED ignition. Conventional motors controlled by transducers adjust trolley and hoist speed and position using a control system (12) with actual and derived speed and acceleration values.

Description

15 20 25 30 35 507 178 2 Med utgångspunkt fràn de redovisade problemen kan man lätt förstå att det ställs mycket stora krav på en kranförare både vad gäller noggrannhet och uthållighet. att underlätta en kranförares arbete har det därför under årens För lopp tagits fram flera olika styr- och körprogram. Avsikten med dessa har självfallet också varit att reducera inverkan av pendlingar samt att underlätta positioneringen så mycket som möjligt. 15 20 25 30 35 507 178 2 Based on the reported problems, it is easy to understand that very high demands are placed on a crane operator both in terms of accuracy and endurance. To facilitate the work of a crane driver, several different control and driving programs have therefore been developed over the years. The intention of these has of course also been to reduce the impact of commuting and to facilitate positioning as much as possible.

Typiskt för förarstyrda krandrifter är att föraren med hjälp av en spak ger en referens i form av steg eller som en analog signal. För reglerade drifter ges referensen som en hastighetsreferens. För att skydda såväl mekanisk utrustning som elektrisk utrustning samt för att ge driften ett för föraren förutsägbart beteende, begränsas förarens referens av en fast ramp. Rampens lutning sätts så att driften i alla I de flesta fall förses även drifterna med s k momentfelskydd som övervakar normala fall klarar av att följa rampen. att driften klarar av att följa rampreferensen.Typical of driver-controlled crane operations is that the driver uses a lever to provide a reference in the form of steps or as an analog signal. For regulated operations, the reference is given as a speed reference. In order to protect both mechanical and electrical equipment and to give the operation a predictable behavior for the driver, the driver's reference is limited by a fixed ramp. The slope of the ramp is set so that the operation in all In most cases, the operations are also provided with so-called torque fault protection that monitors normal cases able to follow the ramp. that the operation is able to follow the framework reference.

Ett sådant förfarande innebär dock att rampen måste ställas för ett tänkt värsta fall varvid driftens kapacitet i alla andra fall utnyttjas dåligt. Detta är speciellt märkbart pà trallrörelser där belastningen inte bara är lastberoende, utan också är starkt beroende av kombinationen av last och pendelvinkel, dvs vinkeln mellan en lodlinje fràn linans upphängning i trallan och linan. Genom oförsiktig körning kan så stora pendlingar åstadkommas att mer än dubbelt sà stort moment som vad en normalt dimensionerad kran klarar, krävs. Å andra sidan utnyttjas motorn vid normal körning i regel till mindre än 50 %.Such a procedure means, however, that the ramp must be set for an imagined worst case, whereby the operating capacity in all other cases is poorly utilized. This is especially noticeable on trolley movements where the load is not only load dependent, but also strongly dependent on the combination of load and pendulum angle, ie the angle between a vertical line from the suspension of the line in the trolley and the line. By careless driving, such large oscillations can be achieved that more than twice as much torque as a normally dimensioned crane can handle is required. On the other hand, the engine is normally used at less than 50% during normal driving.

Många befintliga styr- och körprogram för containerkranar representeras av öppna styralgoritmer, dvs de ingàr inte i slutna reglersystem. Detta innebär att noggrannheten hos de styrda parametrarna och de dynamiska beteendena hos dessa inte kan kontrolleras pà önskat sätt. 10 15 20 25 30 35 3 507 I svenska patentskriften med publiceringsnummer 429 641 anges t ex ett Sätt för sidoförflyttning av en hängande last där linlängden mellan last och tralla kan varieras under sidoförflyttningen. Sättet innebär att en hastighetsändring uppdelas i tvâ faser med en mellanliggande fas med att olika långa och ges väsentligen konstant hastighet och respektive accelerationsfaser göres konstanta värden pà sà sätt att skillnaden i längd för de báda faserna bestäms ur ett i tabell. förväg uppgjort nomogram eller ur en Svenska patentskriften med publiceringsnummer 429 748 anger ett sätt vid lossning av gods under sidoförflyttning med hjälp av en tralla och där linlängden mellan trallan och en gripskopa kan ändras. till stillastående Trallan ges här en retardation ned och därefter omedelbart en acceleration i motsatt riktning.Many existing control and driving programs for container cranes are represented by open control algorithms, ie they are not part of closed control systems. This means that the accuracy of the controlled parameters and the dynamic behaviors of these can not be controlled in the desired way. 10 15 20 25 30 35 3 507 The Swedish patent specification with publication number 429 641 states, for example, a method for lateral movement of a hanging load where the line length between load and trolley can be varied during the lateral movement. The method means that a speed change is divided into two phases with an intermediate phase with different lengths and given a substantially constant speed and the respective acceleration phases constant values are made in such a way that the difference in length for the two phases is determined from one in a table. pre-settled nomogram or from a Swedish patent specification with publication number 429 748 indicates a method of unloading goods during lateral movement by means of a trolley and where the line length between the trolley and a grab bucket can be changed. to stationary The trolley is given a deceleration down here and then immediately an acceleration in the opposite direction.

Försök har även utförts med positioneringssystem kompletterade med mekaniska pendeldämpsystem. Detta har dock lett till bàde dyra och klumpiga konstruktioner som dessutom har haft svårt att klara noggrannhetskraven, speciellt vid långa linor.Experiments have also been performed with positioning systems supplemented with mechanical pendulum damping systems. However, this has led to both expensive and clumsy constructions which have also had difficulty meeting the accuracy requirements, especially with long ropes.

I EP-skriften med publiceringsnummer O 342 655 A2 beskrivs en containerkrandrift som sammanfattningsvis är uppbyggd pà följande sätt: Laströrelsen sker först genom en ren lyftrörelse, sedan åker tralla med last till en position som skall vara rakt över avlastningsplatsen varefter lasten sänks. Pendling under trallans gång undviks genom att spreadern är försedd med ett koniskt format dämparrangemang som ansluter till en motsvarande konisk öppning hos trallan.The EP publication with publication number 0 342 655 A2 describes a container crane operation which is summarized as follows: The loading movement takes place first through a clean lifting movement, then the trolley goes with a load to a position which should be directly over the unloading place, after which the load is lowered. Commuting during the operation of the trolley is avoided in that the spreader is provided with a conically shaped damper arrangement which connects to a corresponding conical opening of the trolley.

Vidare finnes en beskrivning av ett mätsystem med stràlsändare placerad pà spreadern med vars hjälp man kan mäta spreaderns hastighet relativt en màlposition.Furthermore, there is a description of a measuring system with a beam transmitter placed on the spreader by means of which one can measure the speed of the spreader relative to a measuring position.

Hastigheten kan dock korrigeras först dà man närmar sig den önskade màlpositionen eftersom information för korrigering 4'7O l/u 10 15 20 25 30 35 507 178 4 först blir tillgänglig dä spreadern befinner sig i en sädan position att sändarens strälar kan detektera mälet.However, the speed can only be corrected as one approaches the desired target position because correction information becomes available only when the spreader is in such a position that the beams of the transmitter can detect the target.

I princip är positioneringsproblemet ett tredimensionellt sädant. Om man utgär frän kajplanet som ett x/y-plan kan man t ex rikta koordinataxel x vinkelrätt mot kajkanten och följaktligen koordinataxel y längs kajkanten och lämpligen placera den vinkelrätt mot kajkanten lika med O. För positioneringsbestämningen av container, stäende kranen vid y- tredimensionella tralla, eventuellt med container och lastplats ombord pà ett skepp koordinaten den gripdon tillkommer ett x/z-plan vinkelrätt mot x/y-planet, lämpligen gàende genom y lika med 0. Under ett lastförlopp ändras koordinaterna för tralla och gripdon med container.In principle, the positioning problem is a three-dimensional one. If you start from the quay plane as an x / y plane, you can, for example, direct the coordinate axis x perpendicular to the quay edge and consequently the coordinate axis y along the quay edge and suitably place it perpendicular to the quay edge equal to 0. For positioning the container, standing the crane at y-three-dimensional trolley, possibly with container and cargo space on board a ship coordinate the gripper, an x / z plane perpendicular to the x / y plane is added, preferably going through y equal to 0. During a cargo process, the coordinates for trolley and gripper with container change.

Positionen hos last- och lossplats, tralla och last i x/y- planet kan lämpligen definieras som tyngdpunkten för den mot skäl beskrivas senare kan man vara tvungen att ha en annan planet projicerade ytan. Av praktiska som skall definition pä positionen.The position of the loading and unloading place, trolley and load in the x / y-plane can suitably be defined as the center of gravity of it for reasons described later, one may have to have another planet projected surface. Of practical that should definition of the position.

Eftersom ett skepp är fast förankrat vid kajkanten, kommer en bestämd lastplats ombord att ha en fast och given position i x/y-planet. Om man placerar kranen sä att trallans y-koordinat sammanfaller med lastplatsens y- koordinat och samtidigt med hjälp av ett fordon pä kajen ser till att även containerns y-koordinat sammanfaller med lastens och trallans y-koordinat, kommer positioneringsproblemet att reduceras till ett i huvudsak sàdant. Detta väsentlig förenkling av positioneringens svärighetsgrad, tvädimesionellt innebär självfallet en eftersom inga pendlingar i rörelseriktningen hos skeppet kommer att initieras. Sädana pendlingar kan självfallet dock uppstä pä grund av vind och annat. Pä grund av att det är svärt att fä en exakt linjering av y-koordinaterna, kan det i praktiken ocksa bli sä att en viss vridning av containern kan uppstä dä den lyfts, sidledspendling. En pà detta sätt initierad pendling är dock vilket i sin tur kan leda till en 10 15 20 25 30 35 5 507 178 i regel mycket liten jämfört med pendlingen i trallans rörelseriktning.Since a ship is firmly anchored at the quay edge, a specific cargo place on board will have a fixed and given position in the x / y plane. If the crane is placed so that the y-coordinate of the trolley coincides with the y-coordinate of the loading place and at the same time with the help of a vehicle on the quay ensures that the y-coordinate of the container also coincides with the y-coordinate of the load and trolley, the positioning problem will be reduced to a sadant. This significant simplification of the degree of difficulty of the positioning, two-dimensionally, obviously means one since no oscillations in the direction of movement of the ship will be initiated. Such commutes can, of course, occur due to wind and other things. Due to the fact that it is difficult to get an exact alignment of the y-coordinates, it can in practice also be the case that a certain rotation of the container can occur when it is lifted, lateral oscillation. An oscillation initiated in this way is, however, which in turn can lead to a 10 15 20 25 30 35 5 507 178 as a rule very small compared with the oscillation in the direction of movement of the trolley.

Efterhand som lastutrymmet ombord fylls kommer lastplatsens x- och y-koordinater att ändras, vilket medför att både kranen och containerns plats på kajen får flyttas i sidled.As the cargo space on board is filled, the x and y coordinates of the cargo space will change, which means that both the crane and the container's location on the quay may be moved sideways.

Positioneringsproblematiken som den har beskrivits ovan gäller självfallet såväl vid lastning som vid lossning av last. Att reducera positioneringen till ett tvádimensionellt problem tillhör teknikens ståndpunkt.The positioning problem as it has been described above obviously applies to both loading and unloading of cargo. Reducing positioning to a two-dimensional problem is part of the state of the art.

De fysikaliska lagar som gäller för en pendel med rörlig upphängningspunkt är så väl kända att man kan ta fram en matematisk modell för hela kransystemet eller, som man också ofta säger, hela processen. Med kännedom om ingående parametrar som bl a pendellängd, lastens vikt upphängningspunktens och lastens position, rörelsehastighet, acceleration m m för ett visst körfall, finns matematiska förutsättningar för att med modellens hjälp till var tid kunna säga var en hängande last befinner sig. Tyvärr ger dock en sådan "mätmetod" inte tillräcklig upplösning och noggrannhet för att direkt kunna användas som ett ärvärde i en sluten positionsreglering.The physical laws that apply to a pendulum with a movable suspension point are so well known that it is possible to develop a mathematical model for the entire crane system or, as it is also often said, the entire process. With knowledge of included parameters such as pendulum length, weight of the load, suspension point and load position, speed of movement, acceleration, etc. for a certain driving fall, there are mathematical prerequisites to be able to tell where a suspended load is at any given time with the help of the model. Unfortunately, however, such a "measurement method" does not provide sufficient resolution and accuracy to be used directly as an actual value in a closed position control.

Det har efterhand blivit så att containerhantering mer och mer koncentreras till mycket specialicerade terminaler med till ökad effektivitet genom ökade lyft- och trallhastigheter är små, höga krav på effektivitet. Möjligheterna eftersom dessa redan är mycket höga. att Studier av en krans teknik förflyttningar och positionering mer än 50 % av cykeltiden. arbetscykel visar med dagens utgör små Vid upphandling av nya kranar och även vid komplettering av äldre kranar krävs därför numera alltid att dessa skall vara utrustade med ett positioneringssystem samt ett aktivt pendeldämpsystem. Eftersom dagens teknik enligt ovan medger små möjligheter att uppfylla dessa önskemål, finns ett stort behov av ett tekniskt nytänkande inom detta område. oche 10 15 20 25 30 35 507 178 6 Det som enligt teknikens ståndpunkt verkligen utgör det stora problemet för dessa containerkranar är avsaknaden av en noggrann positionsgivare som till var tid kan ge ett mätvärde på lastens position. Eftersom det är enkelt att mäta trallans position skulle det vara tillräckligt med en givare som visar lastens läge i förhållande till trallan. Om en sådan givare vore tillgänglig skulle man med dagens sofistikerade slutna reglersystem och simuleringsteknik kunna komma långt pà väg mot en process som tillfredsställer både kraven på optimalt utnyttjande av motordrifterna, god positionering och pendlingsdämpning.It has gradually become the case that container handling is increasingly concentrated in highly specialized terminals, with increased efficiency through increased lifting and trolley speeds, small, high demands on efficiency. The possibilities because these are already very high. that Studies of a wreath technology movements and positioning more than 50% of the cycle time. work cycle shows with today's make up small When procuring new cranes and also when supplementing older cranes, it is therefore now always required that these must be equipped with a positioning system and an active pendulum damping system. Since today's technology as above allows small opportunities to fulfill these wishes, there is a great need for technical innovation in this area. and 15 15 25 25 30 35 507 178 6 What according to the state of the art really constitutes the great problem for these container cranes is the lack of an accurate position sensor which can at any time give a measured value of the position of the load. Since it is easy to measure the position of the trolley, it would be sufficient to have a sensor that shows the position of the load in relation to the trolley. If such a sensor were available, today's sophisticated closed control systems and simulation technology could go a long way towards a process that satisfies both the requirements for optimal utilization of motor drives, good positioning and oscillation damping.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN, FÖRDELAR Uppfinningen omfattar en utrustning för containerhantering med hjälp av en kran. På kranen finnes en àkbar tralla som via lyftlinor uppbär ett gripdon för de containrar som skall förflyttas. I utrustningen ingàr bl a ett speciellt framtaget mätsystem för praktiskt taget kontinuerlig lägesidentifiering relativt trallan av en last under dess förflyttning. Utrustningen omfattar vidare drivanordningar för bàde trall- och lyftrörelse samt en regulator som utför till Till utrustningen hör också givare för vissa beräkningar och tar fram styrsignaler drivanordningarna. trallans position på kranen och trallans hastighet samt en givare för lyftlinans aktuella längd.SUMMARY OF THE INVENTION, ADVANTAGES The invention comprises a container handling equipment using a crane. On the crane there is an attachable trolley which, via lifting ropes, carries a gripper for the containers to be moved. The equipment includes, among other things, a specially developed measuring system for practically continuous position identification relative to the trolley of a load during its movement. The equipment also includes drive devices for both trolley and lifting movement as well as a controller that performs to The equipment also includes sensors for certain calculations and produces control signals for the drive devices. the position of the trolley on the crane and the speed of the trolley as well as a sensor for the current length of the lifting rope.

Utàt sett fungerar utrustningen som en positionsreglering som har till uppgift att förflytta en container från en given första position till en given andra position.Outwardly, the equipment functions as a position control whose task is to move a container from a given first position to a given second position.

Anordningar för inmatning till utrustningen av respektive positioner samt kännedom om möjliga körvägar mellan dessa finnes därför också.Devices for input to the equipment of the respective positions as well as knowledge of possible travel paths between these are therefore also available.

För att pà bästa sätt kunna stabilisera en sluten positionsreglering är det önskvärt med inre reglerslingor med àterföring fràn den reglerade storhetens hastighet och acceleration. I detta aktuella fall är ju inte dessa 10 15 20 25 30 35 7 507 178 storheter direkt tillgängliga. För att få bästa möjliga värden på dessa ingår i utrustningen en matematisk modell av processen, så som tidigare beskrivits. Genom att tillföra både den verkliga processen och modellen samma börvärden och kontinuerligt låta skillnaden i utfall justera modellen så att skillnaden blir så liten som möjligt, kan tillförlitliga värden på den reglerade storhetens position, hastighet och acceleration erhållas från modellen.In order to be able to best stabilize a closed position control, it is desirable to have internal control loops with feedback from the speed and acceleration of the regulated quantity. In this case, these quantities are not directly available. To obtain the best possible values for these, the equipment includes a mathematical model of the process, as previously described. By adding both the actual process and the model the same setpoints and continuously letting the difference in outcome adjust the model so that the difference is as small as possible, reliable values of the position, speed and acceleration of the regulated quantity can be obtained from the model.

Positionssystemet är vidare anpassat så att startförloppet trallan accelereras på ett sådant sätt att under den pendlande lastens hastighet i trallans rörelseriktning, dvs i x-riktningen, är den samma som trallans hastighet då lastens och trallans x-koordinater sammanfaller. Detta innebär att då lasten "har kommit i fatt" trallan kommer lastens förflyttning att ske pendlingsfritt rakt under _ trallan och med samma hastighet som trallan.The positioning system is further adapted so that the starting process of the trolley is accelerated in such a way that during the speed of the oscillating load in the direction of movement of the trolley, ie in the x-direction, it is the same as the speed of the trolley when the load and trolley x coordinates coincide. This means that when the load has "caught hold" of the trolley, the load will move without commuting directly under the trolley and at the same speed as the trolley.

Modellens ekvationssystem och kända och uppmätta parametrar medger också en möjlighet att till varje tidpunkt beräkna det moment som måste utvecklas av trallans drivsystem för att lasten skall kunna accelereras till samma hastighet som trallan. Med kännedom om ingående tröghetsmoment, utväxling hos drivsystemet m m, kan även accelerationen för maximalt utnyttjande av tillgängligt drivmoment beräknas. Denna kan sedan omformas till en kontinuerligt anpassad rampreferens.The model's equation system and known and measured parameters also allow an opportunity to calculate at any given time the torque that must be developed by the trolley's drive system in order for the load to be accelerated to the same speed as the trolley. With knowledge of the input moment of inertia, gear ratio of the drive system, etc., the acceleration for maximum utilization of available drive torque can also be calculated. This can then be transformed into a continuously adapted frame reference.

Detta medför att rampreferensen kan anpassas till aktuell last och linvinkel, varvid systemets tillgängliga drivmoment till var tid kan utnyttjas. Om man ur mekanisk eller ur _ andra synpunkter önskar ha en viss marginal till märkmoment kan rampreferensen mycket enkelt anpassas till detta. Till skillnad från teknikens ståndpunkt, där man som tidigare beskrivits fastställer en rampreferens baserad på det svåraste körfallet och sålunda vid mindre momentkrävande körfall inte utnyttjar tillgängligt moment för snabbare accceleration, kan ett maximalt utnyttjande uppnås med kortare körtid som följd. 10 15 20 25 30 35 507 178 8 Med till var tid kännedom om lastens och trallans position och hastighet samt avlastningsplatsens koordinater, positionssystemet kan ett retardationsförlopp till noll i trall- och lasthastighet. med modellens hjälp bestämma Under första delen av trallans retardation kommer lasten att fortsätta med samma hastighet, dvs den kommer att göra en pendlande rörelse framför trallan i dess rörelseriktning.This means that the frame reference can be adapted to the current load and line angle, whereby the available drive moments of the system can be utilized at any time. If, from a mechanical or other point of view, one wishes to have a certain margin for marking torque, the frame reference can very easily be adapted to this. In contrast to the prior art, where, as previously described, a frame reference is established based on the most difficult driving case and thus in less torque-demanding driving cases does not use available torque for faster acceleration, maximum utilization can be achieved with shorter driving time as a result. 10 15 20 25 30 35 507 178 8 With at all times knowledge of the position and speed of the load and the trolley and the coordinates of the unloading site, the position system allows a deceleration process to zero in the trolley and load speed. with the help of the model determine During the first part of the deceleration of the trolley, the load will continue at the same speed, ie it will make a oscillating movement in front of the trolley in its direction of movement.

Med modellens hjälp och med kännedom om tillgängligt retardationsmoment kan tidpunkten då retardationsförloppet skall starta samt retardationsmoment och nedkörningens ramp- referens bestämmas så att vid noll trallhastighet lasten befinner sig pendlingsfritt rakt över avlastningsplatsen.With the help of the model and with knowledge of the available deceleration torque, the time when the deceleration process is to start as well as the deceleration torque and the ramp reference of the descent can be determined so that at zero throttle speed the load is oscillating directly over the unloading site.

Sammanfattningsvis kan man av det som har framförts utläsa att den pendlande rörelsen hos lasten kontrolleras och styrs med hjälp av trallans rörelse. Detta sker genom att trallans ett /retardationsförlopp kontinuerligt styrs av en med hjälp av rörelsehastighet under accelerations- modellen och en regulator framräknad och anpassad referens.In summary, it can be deduced from what has been said that the oscillating movement of the load is controlled and controlled by means of the movement of the trolley. This is done by the trolley's one / deceleration process being continuously controlled by a reference calculated and adapted by means of speed of movement under the acceleration model and a regulator.

Mätsystemets uppgift består generellt sett i att bestämma positionen hos en i en lina hängande last relativt en rörlig upphängningsanordning för linan. detta Mätsystemet omfattar för ändamål ett pà lasten och vänd mot upphängningsanordningen placerat markördon bestyckad med ett antal markörer i form av ljuskällor och en pá upphängningsanordningen placerad videokamera som är riktad mot markördonet. Videokamerans slutare öppnas synkront med tändningen av ljuskällorna. Videokameran erhåller pà detta sätt en digital bild av x/y-planet med en tydlig avbildning av ljuskällorna. En videoprocessor bildbehandlar denna bild och avger x- och y- koordinater för tyngdpunkten hos de på bilden belysta områdena.The task of the measuring system generally consists in determining the position of a load hanging in a rope relative to a movable suspension device for the rope. This measuring system comprises for the purpose a marker device placed on the load and facing the suspension device equipped with a number of markers in the form of light sources and a video camera placed on the suspension device which is directed towards the marker device. The camcorder shutter opens synchronously with the ignition of the light sources. In this way, the camcorder receives a digital image of the x / y plane with a clear image of the light sources. A video processor image processes this image and outputs x- and y-coordinates of the center of gravity of the areas illuminated in the image.

För ändamålet enligt uppfinningen utgörs upphängningsanordningen av containerkranens tralla. Med vetskap om var pà gripdonet ljuskällorna finns kan även lastens tyngdpunkt för dess pà x/y-planet projicerade yta 10 15 20 25 30 35 9 5Û7 'I bestämmas. Eftersom lyftlinans längd till var tid finns tillgänglig, kan ett mätvärde pà lastens tredimensionella position relativt trallan till var tid mycket enkelt bestämmas. Detta mätvärde tillsammans med trallans position används sedan som ärvärde för den ovan nämnda slutna positionsregleringen.For the purpose according to the invention, the suspension device consists of the container of the container crane. With the knowledge of where on the gripper the light sources are located, the center of gravity of the load for its surface projected on the x / y plane can also be determined 10 15 20 25 30 35 9 5Û7 'I. Since the length of the lifting rope at any given time is available, a measured value of the load's three-dimensional position relative to the trolley at any given time can be very easily determined. This measured value together with the position of the trolley is then used as the actual value for the above-mentioned closed position control.

Den redovisade uppfinningen uppvisar på ett flertal punkter olikheter gentemot den redovisade EP-skriften, olikheter som må betecknas som att containerkrandrift i enlighet med patentkraven innebär både väsentliga och som innebär en nyhet och uppfinningshöjd. Denna olikhet består bl a i att man enligt uppfinningen vid start av en arbetscykel utgàr från en första given position och anger màlpositionen för en dvs dit lasten andra given position, skall förflyttas.The reported invention shows in a number of points differences from the reported EP publication, differences which may be described as that container crane operation in accordance with the patent claims means both essential and which involves a novelty and inventive step. This difference consists, among other things, in that according to the invention, when starting a work cycle, one starts from a first given position and indicates the target position for one, ie where the second given position of the load is to be moved.

Förflyttningen sker sedan automatiskt, dvs utan ingrepp fràn kranföraren, under samtidig lyftrörelse och ákrörelse för trallan för att minimera àktiden, och när màlpositionen uppnåtts stannar lasten pendelfritt.The movement then takes place automatically, ie without intervention from the crane operator, during simultaneous lifting movement and movement of the trolley to minimize the action time, and when the target position has been reached, the load stays pendulum-free.

RITNINGSFÖRTECKNING Figur 1 visar hur mätsystemet är uppbyggt.DRAWING LIST Figure 1 shows how the measuring system is structured.

Figur 2 visar i stora drag sambandet mellan processen, en modell för processen och utrustningens regulator i ett x- leds positionsreglersystem.Figure 2 shows in broad outline the relationship between the process, a model for the process and the equipment controller in an x-joint position control system.

Figur 3 visar det mellan modell, principiella sambandet reglersystemets àterkopplade inre reglerslingor, regulator och tralldrift.Figure 3 shows the model, the principle connection between the control system's reconnected internal control loops, regulator and trolley operation.

REDoGöRELsE FÖR UTFÖRINGSFORMER Inledningsvis skall med hjälp av figur 1 mätsystemet som används för lastens positionsangivelse relativt trallan beskrivas. I mätsystemet ingår en på trallan placerad videokamera l med digital avbildning. Det förutsätts att ett F' / 8 10 15 20 25 30 35 507 178 10 markördon 2 placerat pá kranens gripdon 3 för en container 4 befinner sig i videokamerans synfält 5. Markördonet är i en föredragen utföringsform bestyckat med fyra plattor packade med lysdioder och är mot kameran försett med en diffusorskiva 6 och en skärm. I skärmen finns två större och tvà mindre cirkulära öppningar, hädanefter kallade markörer 7,8 respektive 9,10 orienterade rakt över de med lysdioder packade plattorna. Markörernas centrum ligger på samma linje och de mindre markörerna är symmetriskt placerade mellan de yttre och större markörerna. Orsaken till denna dubblering är att vid korta linlängder kommer de större Vid körning tänds sålunda endast antingen de två större yttre yttre markörerna att ligga utanför videokamerans synfält. eller de tvà mindre inre markörerna. Vilka tvà som skall vara tända bestäms av styrsystemet som till var tid avkänner linlängden.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Initially, the measuring system used for indicating the position of the load relative to the trolley shall be described with the aid of Figure 1. The measuring system includes a video camera 1 with digital imaging placed on the trolley. It is assumed that an F '/ 8 10 15 20 25 30 35 507 178 10 marker device 2 placed on the crane gripper 3 for a container 4 is located in the field of view of the video camera 5. The marker device is in a preferred embodiment equipped with four plates packed with LEDs and is towards the camera equipped with a diffuser disc 6 and a screen. The screen has two larger and two smaller circular openings, hereinafter referred to as markers 7,8 and 9,10, respectively, oriented directly over the plates packed with LEDs. The center of the markers is on the same line and the smaller markers are symmetrically placed between the outer and larger markers. The reason for this duplication is that with short line lengths, the larger ones When driving, only either of the two larger outer outer markers will be lit outside the field of view of the camcorder. or the two smaller inner markers. Which two are to be switched on is determined by the control system, which detects the line length at any given time.

En videoprocessor ll synkroniserar videokamerans slutare och tändningen av lysdioderna så att lysdioderna är tända då slutaren är öppen. För att förhindra att videokameran registrerar ströljus av olika slag är den försedd med en automatisk förstärkningsanordning sà att endast det fràn markörerna kommande relativt starka ljuset detekteras, dvs att videokameran arbetar med lág förstärkning. Videokamerans bild överförs till bildbehandlar denna. Bilden delas digitala videoprocessorn som därvid in i punkter (pixels) och de punkter som är upplysta av de tvà markörerna räknas ihop till var sin area vars tyngdpunktskoordinater bestäms. Dessa värden tillförs en styr- och reglerutrustning 12 för att tillsammans med trallans position ligga till grund för den slutliga positionsbestämningen av lasten. En till ett lastpositionsvärde relativt trallan är nödvändig. Orsaken justering av videokamerans koordinatvärden till detta är att videokamerans placering pà trallan och markördonets placering pà gripdonet inte alltid kan ske med samma x/y-koordinater. 10 15 20 25 30 35 .krandriften som sàdan, 11 507 bestàr f f- I / både lift konventionella motordrifter. Med hjälp av lämpliga givare pà Drivsystemen för tralla och av dessa kan därför trallans x-position xT och trallans hastighet ÉT till var tid finnas tillgängliga. Med kännedom om lyftlinans trumdiameter och antal varv som denna har roterat finnes på samma sätt till var tid även linans längd Li mellan tralla och last tillgänglig. Lastens vikt P kan också bestämmas med konventionella mätmetoder.A video processor II synchronizes the camcorder's shutter and the ignition of the LEDs so that the LEDs are lit when the shutter is open. To prevent the camcorder from detecting stray lights of various kinds, it is equipped with an automatic amplification device so that only the relatively strong light coming from the markers is detected, ie the camcorder operates with low gain. The camcorder's image is transferred to the image processor. The image is divided into the digital video processor, which is then divided into points (pixels) and the points illuminated by the two markers are added together to each area whose center of gravity coordinates are determined. These values are supplied to a control and regulating equipment 12 in order to, together with the position of the trolley, form the basis for the final position determination of the load. A to a load position value relative to the trolley is necessary. The reason for adjusting the camcorder's coordinate values to this is that the camcorder's placement on the pulley and the marker's placement on the gripper cannot always be done with the same x / y coordinates. 10 15 20 25 30 35 .crain operation as such, 11 507 consists f f- I / both lift conventional engine operations. With the help of suitable sensors on the trolley drive systems and of these, the trolley's x-position xT and the trolley's speed ONE can therefore be available at any time. With knowledge of the drum diameter of the lifting rope and the number of turns that it has rotated, the length Li of the rope between trolley and load is also available in the same way at all times. The weight P of the load can also be determined by conventional measurement methods.

Som omtalat under redogörelsen för uppfinningen är det ur posítionsregleringens synpunkt önskvärt att ha tillgáng till lastens hastighet och acceleration för stabilisering.As discussed in the description of the invention, from the point of view of position control it is desirable to have access to the load speed and acceleration for stabilization.

För att fà ett bra mått pà dessa storheter, utgår man fràn en modell av den pendlande lasten under trallans rörelse.To get a good measure of these quantities, one starts from a model of the oscillating load during the movement of the trolley.

Modellen är uppbyggd i enlighet med de klassiska lagar som gäller för sàdan rörelse och kommer därför ej att redovisas här. Det principiella sambandet mellan processen, dvs modellen och utrustningens regulator i ett x-leds positioneringssystem framgår av figur 2.The model is structured in accordance with the classic laws that apply to such movement and will therefore not be reported here. The principal relationship between the process, ie the model and the equipment regulator in an x-joint positioning system, is shown in Figure 2.

En last skall förflyttas frán en given första position till en given andra position, dvs en x-position XLR som utgör positionssystemets bör(referens)värde. Skillnaden mellan dvs XLB och börvärdet leds 13, Processen lastens beräknade x-position, bade till processen, som i figuren angetts som PROCESS, och till modellen, 14. omfattar i detta tänkta principiella utförandet det tidigare som angetts som MODELL, beskrivna mätsystemet för lastens position relativt trallan.A load must be moved from a given first position to a given second position, ie an x-position XLR which constitutes the position (reference) value of the position system. The difference between ie XLB and the setpoint is led 13, The process's calculated x-position of the load, both for the process, which in the figure is stated as PROCESS, and for the model, 14. In this imagined principal embodiment, the previously stated as MODEL comprises the described measuring system for the load position relative to the trolley.

Genom komplettering med trallans position XT erhälls ett mätvärde XLM pà lastens position relativt kajen. Trallans x- trallans hastighet §T och linans längd Li Med position xT, mellan tralla och last tillförs kontinuerligt modellen. hjälp av ovan indikerade ekvationssystem kan modellen nu kontinuerligt avge ett beräknat värde XLB pà lastens position. Det uppmätta värdet XLM jämförs sedan med det beräknade värdet XLB och skillnaden àterförs till modellen för modifiering av denna så att skillnaden minimeras. Detta förfarandet leder till att det beräknade värdet XLB till var 8 10 15 20 25 30 35 12 507 178 tid utgör ett fullgott värde pà lastens x-position och därför kan användas som ärvärde i x-positionsregleringen.By supplementing with the trolley's position XT, a measured value XLM of the load's position relative to the quay is obtained. Trolley x- trolley speed §T and line length Li With position xT, between trolley and load, the model is continuously supplied. Using the equation system indicated above, the model can now continuously emit a calculated value XLB at the position of the load. The measured value XLM is then compared with the calculated value XLB and the difference is returned to the model for modifying it so that the difference is minimized. This method results in the calculated value XLB at each time constituting a satisfactory value of the x-position of the load and can therefore be used as an actual value in the x-position control.

Med hjälp av modellen är det nu en enkel operation att ta fram lastlägets första och andra derivata, dvs lastens hastighet ÉLB och lastens acceleration äiß som tillsammans med xLB tillförs regulatorn 12. de regulator och tralldrift för ett x- Det principiella sambandet mellan àterkopplade modell, positionsreglersystem framgår av figur 3. reglerslingorna, Som i figur 2 jämförs börvärdet XLR med den beräknade positionen XLB för lasten. Skillnaden tillförs dels modellen 14 och dels en första förstärkare 15 som i själva verket tillhör regulatorn 12. börvärde för accelerationsàterföringen.With the help of the model, it is now a simple operation to produce the load mode's first and second derivatives, ie the load speed ÉLB and the load acceleration äiß which together with xLB is supplied to the regulator 12. the regulator and trolley operation for a x- The principal relationship between feedback model, position control system is shown in figure 3. control loops, As in figure 2, the setpoint XLR is compared with the calculated position XLB for the load. The difference is added partly to the model 14 and partly to a first amplifier 15 which in fact belongs to the controller 12. setpoint for the acceleration feedback.

Den första förstärkarens utgång utgör i sin tur Skillnaden mellan detta börvärde och det med modellen beräknade ärvärdet XLB för accelerationen tillförs en andra förstärkare 16, som också är integrerad med regulatorn. Den andra förstärkarens utgàng utgör nu börvärde för hastighetsàterföringen.The output of the first amplifier in turn constitutes the difference between this setpoint and the actual value XLB calculated with the model for the acceleration is supplied to a second amplifier 16, which is also integrated with the controller. The output of the second amplifier now constitutes the setpoint for the speed feedback.

Skillnaden mellan detta börvärde och det med modellen beräknade ärvärdet XLB för lastens rörelsehastighet tillförs modellen, som för övrigt och enligt figur 2 även tillförs trallans position och hastighet samt aktuell linlängd.The difference between this setpoint and the actual value XLB calculated with the model for the load's speed of movement is added to the model, which, incidentally and according to Figure 2, is also added to the position and speed of the trolley and the current line length.

Modellen omfattar förutom tidigare nämnda ekvationssystem även nödvändiga integratorer 17 och 18 för att få de önskade värdena pà lastens rörelsehastighet och acceleration.In addition to the previously mentioned equation system, the model also includes necessary integrators 17 and 18 to obtain the desired values for the load's speed of movement and acceleration.

I processregleringen ingår också ett motsvarande system för z-positionsregleringen. Eftersom detta system är utformat pà samma sätt som x-positionsregleringen, kommer det inte att beskrivas närmare. De bàda systemen är integrerade både vad modellen beträffar och ur körstrategisynpunkt och bildar tillsammans den kompletta x/z-positionsregleringen. De samverkar också pà så sätt att förflyttningen av lasten sker inom ramen för möjliga körvägar.The process control also includes a corresponding system for the z-position control. Since this system is designed in the same way as the x-position control, it will not be described in more detail. Both systems are integrated both in terms of model and from a driving strategy point of view and together form the complete x / z position control. They also cooperate in such a way that the movement of the load takes place within the framework of possible carriageways.

Claims

A method for determining the position of a load (3) hanging in a lifting rope relative to the position (xT) of a movable suspension device for the rope, which method is characterized in that a load is placed on the load and facing the suspension device. marker device (2) equipped with a number of markers (7, 8, 9, 10) in the form of light sources is placed in that and that the video camera (1) facing the marker device and the camcorder at the suspension device is opened synchronously with the ignition of the light sources by means of of a video processor (II) also the image is image processed in such a way that the position of the illuminated markers and in which the camcorder perceives the position of the load (XLM) relative to the position of the suspension device (XT) is determined.

Method for moving and positioning a load (3) by means of a container crane operation, wherein the movement and positioning is effected by means of an axable trolley with a lifting line at the end of which the load consists of a gripper (3) or a gripper. with container (4), where the container crane comprises a motor drive for the movement of the trolley and a motor drive for the lifting movement of the load, and where information about the position of the trolley (xT) and speed (åT), length of the lifting line (Li) and load weight (P) is available , which method is characterized in that the movement and positioning from a first given position to a second given position (XLR) takes place by means of a position control systemx sonx continuously supplied said information as well as information about the position of the load (XLM) position (XT), and that relatively trolley the position control system is designed so that the movement of the trolley and the lifting movement of the load are performed simultaneously to minimize the time for a movement. 507 178 10 15 20 25 30 35 507 178 14

Method for moving and positioning a load (3) according to claim 2, which method is characterized in that during the accelerator's acceleration movement and deceleration movement a variable maximum acceleration and deceleration calculated from known information is used so that the available torque for the motor operation's trolley movement is utilized.

Method for moving and positioning a load (3) according to claims 2 and 3, which method is characterized in that the acceleration movement of the load is arranged I with the trolley so that the speed of the load when the position of the load (XL) coincides with the position (XT) is equal to the trolley speed (§T) and that the deceleration movement of the load is arranged so that the speed of the load (ÄL), when the position of the load is equal to the other given position, is zero.

Measuring device for carrying out the method for determining position (XLM) of a suspension device hanging in a lifting line (3) relative to the position (xT) of a mobile for the line according to claim 1, characterized in that the measuring device comprises a device arranged on the load and facing the suspension device marker device (2) equipped with a number of markers (7, 8, 9, 10) in the form that it is located on the suspension device and that in light sources, a video camera (1) directed towards the marker device, the video camera shutter is arranged to open synchronously with ignition of the light sources by means of a video processor (II) included in the measuring device, which is also arranged to perceive (XLM) the position (xT) of the suspension device by analyzing the image. indicate the position of the load relative

Position control system for moving and positioning a load (3) by means of a container crane drive comprising an axle trolley with a lifting line at the end of which the load, consisting of a gripper (3) or a gripper with container (4), is suspended , a motor drive for the trolley 10 15 (_L) 15 507 178 the load (XT) (ÉT), the length of the lifting line (Li) and the weight of the load (P), and a motor drive for lifting movement, and speed movement measuring devices for the position of the trolley characterized by that the position control system for moving and positioning the load from a first given position to a second given position comprises an (XL) arranged such as a measuring device for the position of the load relative to the trolley (12) based on supplied measurement data and a built-in mathematical deceleration movement. (XT), model of the container crane operation, controls the accelerator's acceleration movement and with a variable maximum acceleration and deceleration, respectively, of available torque for the trawler movement on the one hand, the speed of the acceleration movement so that, utilizing engine operation, controls the load (ÉL) below the position of the load (XL) (XT), the speed of the load (§T) and on the other hand coincides with the position of the trolley is equal to the speed of the trolley. so that, since the position of the load is equal to the other given position, the speed of the load (ÉL) is zero.