DE69432653T2 - Control and control system for the speed of a moving, oscillating load and lifting device with such a system - Google Patents
Control and control system for the speed of a moving, oscillating load and lifting device with such a systemInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Kontrolle und Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit einer pendelnden Last.The present invention relates to a system for monitoring and controlling the travel speed of a swinging load.
Die Erfindung betrifft ebenfalls Hebemaschinen; die ein solches System enthalten. Die Erfindung findet vor allem Anwendung auf Hebemaschinen im Hafenbereich wie Kräne, Portalkräne mit Greifer oder Containerportalkräne.The invention also relates to lifting machines that contain such a system. The invention is particularly applicable to lifting machines in the port area such as cranes, gantry cranes with grippers or container gantry cranes.
In der Lastenumschlags- und Hebeindustrie insbesondere für Container ist es eines der übergeordneten Ziele, eine mittels Kabel an einem beweglichen Träger, wie ein motorbetriebener Wagen, aufgehängte Last präzise von einem Punkt zum anderen zu verfahren und außerdem Schaukeln der Last unterwegs zu überwachen und zu steuern. Nun hängt aber die Verfahrgenauigkeit im wesentlichen von der Kontrolle und der Dämpfung des Schaukelns der Last während der Strecke ab.In the cargo handling and lifting industry, especially for containers, one of the overarching goals is to move a load suspended by a cable from a moving support, such as a motor-driven trolley, precisely from one point to another and also to monitor and control any rocking of the load en route. However, the accuracy of the movement depends essentially on the control and damping of the rocking of the load during the journey.
Es gibt bereits eine Reihe von Verfahren zur Kontrolle des Verfahrens von pendelnden Lasten; jedoch werden die Bewegungszeiten bei diesen Verfahren durch die Taktdauer des Pendels bedingt, das die aufgehängte Last bildet.There are already a number of methods for controlling the movement of pendulum loads; however, the movement times in these methods are determined by the cycle time of the pendulum that forms the suspended load.
Diese Verfahren weisen insbesondere folgende Nachteile auf:These methods have the following disadvantages in particular:
- die Bewegungen werden vor dem Anfahren in Abhängigkeit der Pendellängen berechnet, die ihrerseits wiederum während der Bewegung insbesondere bei Hebemaschinen variabel sind. Die Berechnung der Bewegungsparameter muss folglich vor dem Anfahren stattfinden, indem die Länge des Pendels und deren Veränderung geschätzt werden;- the movements are calculated before starting up as a function of the pendulum lengths, which in turn vary during the movement, particularly in the case of lifting machines. The calculation of the movement parameters must therefore take place before starting up by estimating the length of the pendulum and its variation;
- bei geringfügigen Bewegungen sind die Bewegungen bedingt durch die Pendeltaktdauer zwangsläufig langsam.- in the case of small movements, the movements are inevitably slow due to the pendulum cycle time.
- es erweist sich als schwierig, Ausgangsbedingungen zu berücksichtigen, die nicht dem Nullzustand entsprechen.- it is difficult to take into account initial conditions that do not correspond to the zero state.
Aufgrund dieser Nachteile ist die Verfahrgenauigkeit zwar beim Umschlag von Schüttgut ausreichend, beim Umschlag insbesondere von Containern hingegen nicht.Due to these disadvantages, the travel accuracy is sufficient when handling bulk goods, but not when handling containers in particular.
In der französischen Patentanmeldung, die unter der Nr. 2 664 885 veröffentlicht wurde, konzentrierte sich der Anmelder auf das Ziel, diesen Nachteilen abzuhelfen, indem er ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung von pendelnden Lasten vorschlug, die waagrecht an einem beweglichen Träger aufgehängt sind und von einem Ausgangspunkt zu einem Zielpunkt über eine Strecke von bestimmter Dauer zeitlich festgelegten Weg verfahren werden, bei dem die Störungen und Veränderungen der Pendellänge berücksichtigt werden und die Leistung der Hebemaschine bestmöglich dazu benutzt wird, um die Verfahrzeiten zu reduzieren.In the French patent application published under No. 2 664 885, the applicant focused on the objective of remedying these drawbacks by proposing a method for controlling the movement of pendulum loads suspended horizontally from a mobile support and moved from a starting point to a destination point over a distance of a certain duration along a fixed path, taking into account the disturbances and variations in the length of the pendulum and making the best possible use of the power of the hoisting machine in order to reduce the travel times.
In der vorstehend genannten Patentanmeldung wird ferner eine Vorrichtung zur Umsetzung dieses Verfahrens erklärt.The above-mentioned patent application also explains a device for implementing this method.
Auch wenn das beschriebene Verfahren den festgelegten Zielen genügt, so wird es den für bestimmte Anwendungen ausgesprochenen Bedürfnissen nur unzulänglich gerecht, insbesondere wenn es das Ziel sein soll, nicht mehr keinerlei Schaukeln am Ende der Strecke einer bestimmten Dauer zu erreichen, sondern dem Fahrer unabhängig von der zurückzulegenden Strecke eine kontinuierliche Hilfestellung zu bieten.Even if the method described meets the objectives set out, it does not adequately meet the needs expressed for certain applications, in particular if the aim is no longer to achieve no rocking at the end of a route of a certain duration, but to provide the driver with continuous assistance regardless of the distance to be covered.
De facto erreichen die nach dem Stand der Technik bekannten Steuerungssysteme eine Regelung der Geschwindigkeit des Trägers des Kabels zum Heben der pendelnden Last (oder allgemein gesagt, der Vorrichtung, die dazu dient).In fact, the control systems known in the state of the art achieve a regulation of the speed of the cable support for lifting the pendulum load (or generally speaking, of the device used for this purpose).
Durch diese Vorrichtung ergibt sich, dass bei Bewegungen des Trägers die pendelnde Last ins Schaukeln gerät, was sich nachteilig auf die Positioniergenauigkeit auswirkt, insbesondere, wenn es sich um ein sperriges Gut wie einen Container handelt.This device means that when the carrier moves, the pendulum load begins to swing, which has a detrimental effect on positioning accuracy, especially when it is a bulky item such as a container.
Bedingt durch die Instabilität der Last muss der Fahrer sehr geschickt sein, um einen präzisen und schnellen Umschlag zu erreichen.Due to the instability of the load, the driver must be very skilled in order to achieve precise and fast handling.
In Patent DE 12 74 293 wird eine Vorrichtung der in der Einleitung zu Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Art beschrieben.Patent DE 12 74 293 describes a device of the type described in the introduction to claim 1 of the present application.
In Patent DE 12 74 293 wird ein Regelkreis beschrieben, der vorsieht, dass am Antrieb der waagrechten Bewegung des Aufhängepunktes am Kabel ein Regelkreis angebracht ist, um den beweglichen Träger zu steuern und dabei das Schaukeln der Last erheblich einzuschränken.Patent DE 12 74 293 describes a control circuit which provides that a control circuit is attached to the drive of the horizontal movement of the suspension point on the cable in order to control the movable support and thereby significantly limit the swinging of the load.
Jedenfalls eignet sich dieses System für ein einfaches Pendel mit einem Kabel, jedoch nicht für ein Pendel mit komplizierten Bewegungen und mehreren Kabeln.In any case, this system is suitable for a simple pendulum with one cable, but not for a pendulum with complicated movements and multiple cables.
Ferner lässt sich das Gerät zur Messung der Lastgeschwindigkeit gegenüber dem Wagen nicht an jeder beliebigen Hebemaschine installieren.Furthermore, the device for measuring the load speed relative to the trolley cannot be installed on any lifting machine.
Die Erfindung schlägt vor, die soeben genannten, nach dem Stand der Technik bestehenden Nachteile zu beheben.The invention proposes to remedy the above-mentioned disadvantages existing in the state of the art.
Die Erfindung schlägt folglich ein System zur Kontrolle und Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit der pendelnden Last einer Hebemaschine vor, das den Fahrer von den vorgenannten Problemen entbindet.The invention therefore proposes a system for monitoring and controlling the travel speed of the swinging load of a lifting machine, which relieves the driver of the aforementioned problems.
Hierfür wird anstelle der Trägergeschwindigkeit die Geschwindigkeit der pendelnden Last geregelt. Das System lenkt das Schaukelverhalten des Träger-Kabel-Last-Systems, so dass der Fahrer nur noch den Pendelbewegungen der Last vorgreifen muss, um diese zu positionieren.For this purpose, the speed of the swinging load is controlled instead of the carrier speed. The system controls the swinging behavior of the carrier-cable-load system so that the driver only has to anticipate the swinging movements of the load in order to position it.
Der Gegenstand der Erfindung ist demnach ein System zur Kontrolle und Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit einer pendelnden Last für eine Hebemaschine mit einem waagrecht verschiebbaren beweglichen Träger, an dem die pendelnde Last aufgehängt ist, wobei die Einheit beweglicher Träger - pendelnde Last mit einer bestimmten Übertragungsfunktion verbunden ist, wobei das System Schaltungen zur Steuerung der Geschwindigkeit umfasst, die ein Signal zur Steuerung der Soll-Geschwindigkeit auslösen, das an Schaltungen zur Kontrolle und Steuerung der Geschwindigkeit des beweglichen Trägers übertragen wird, und eine Rückkoppelungskette, die am Eingang der Schaltungen zur Kontrolle und Steuerung der Geschwindigkeit des beweglichen Trägers ein Signal eingeben, das abhängig ist von einem Signal stellvertretend für die Ist-Geschwindigkeit der pendelnden Last, wobei die Ist- Geschwindigkeit der pendelnden Last erhalten wird durch Kombination der Trägergeschwindigkeit, absoluten Geschwindigkeit gegenüber einem festen Referenzpunkt, und der Geschwindigkeit der pendelnde Last, relativen Geschwindigkeit gegenüber dem Träger, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Kontrolle und Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit einer pendelnde Last Mittel zur exakten und kontinuierlichen Messung der Parameter der Ist-Geschwindigkeit der pendelnde Last umfasst, mit denen das Signal stellvertretend für die gemessene Ist-Geschwindigkeit bestimmt werden kann, wobei diese Messmittel zweite Mittel zur Messung der relativen Geschwindigkeit der pendelnde Last gegenüber dem beweglichen Träger umfassen, wobei diese zweiten MessmittelThe subject of the invention is therefore a system for controlling and regulating the speed of travel of a swinging load for a lifting machine with a horizontally displaceable mobile support on which the swinging load is suspended, the unit of the mobile support - swinging load being connected to a specific transfer function, the system comprising speed control circuits which trigger a signal for controlling the target speed which is transmitted to circuits for controlling and regulating the speed of the mobile support, and a feedback chain which is connected to the input of the circuits for controlling and regulating the Speed of the movable carrier input a signal which is dependent on a signal representative of the actual speed of the pendulum load, wherein the actual speed of the pendulum load is obtained by combining the carrier speed, absolute speed relative to a fixed reference point, and the speed of the pendulum load, relative speed relative to the carrier, characterized in that the system for monitoring and controlling the travel speed of a pendulum load comprises means for precisely and continuously measuring the parameters of the actual speed of the pendulum load, with which the signal representative of the measured actual speed can be determined, wherein these measuring means comprise second means for measuring the relative speed of the pendulum load relative to the movable carrier, wherein these second measuring means
- Mittel zur Messung der Veränderung der Entfernung zwischen der pendelnde Last und dem beweglichen Träger und- means for measuring the change in distance between the swinging load and the moving support and
- Mittel zur Messung des Winkelabstands der pendelnden Last gegenüber ihrer Ruhefunktion umfassen, die einen Generator optischer Strahlen umfassen, der mit der pendelnden Last und einer mit dem beweglichen Träger verbundenen Kamera verbunden ist, die diese Strahlen empfängt,- comprise means for measuring the angular distance of the pendulum load from its rest function, comprising a generator of optical beams connected to the pendulum load and a camera connected to the mobile support which receives these beams,
wobei die mit der Rückkopplungskette verbundene Übertragungsfunktion so gewählt ist, dass die bestimmte globale Übertragungsfunktion gleichförmig bleibt.where the transfer function associated with the feedback chain is chosen such that the determined global transfer function remains uniform.
Ferner betrifft die Erfindung eine Hebemaschine mit einem solchen System.Furthermore, the invention relates to a lifting machine with such a system.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass die Führung dieser Maschine insbesondere für unerfahrene Fahrer wesentlich einfacher und schneller ist.The present invention has the advantage that the operation of this machine is significantly easier and faster, especially for inexperienced drivers.
Ferner lässt sich die Vorrichtung entsprechend der Erfindung in ein automatisiertes Umschlagsystem integrieren, d. h. es übernimmt die präzise Positionierung der Last anhand einer vorher bestimmten Sollposition.Furthermore, the device according to the invention can be integrated into an automated handling system, i.e. it takes over the precise positioning of the load based on a previously determined target position.
Die Erfindung lässt sich besser verstehen, und andere Eigenschaften und Vorteile von ihr erscheinen einleuchtender, wenn man die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren liest wurde, von denen:The invention will be better understood and other characteristics and advantages thereof will appear more clearly if the following description is read with reference to the accompanying figures, of which:
- Fig. 1 eine allgemeine schematische Darstellung einer Hafenhebemaschine ist, die mit einem System zur Kontrolle und Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit einer pendelnden Last entsprechend der Erfindung ausgestattet ist;- Fig. 1 is a general schematic representation of a port lifting machine equipped with a system for controlling and managing the speed of travel of a pendulum load according to the invention;
- Fig. 2 ein Blockdiagramm der Schaltungen eines Systems zur Kontrolle und Steuerung des Verfahrens einer pendelnden Last gemäß dem Stand der Technik ist;- Fig. 2 is a block diagram of the circuits of a system for controlling and managing the process of a swinging load according to the prior art;
- Fig. 3 ein Zeitdiagramm ist, in dem die Funktionsweise einer der Schaltungen eines solchen Systems beschrieben wird;- Fig. 3 is a timing diagram describing the operation of one of the circuits of such a system;
- Fig. 4 schematisch die Funktionsweise eines solchen Systems zeigt;- Fig. 4 shows schematically the functioning of such a system;
- Figur ein Zeitdiagramm ist, mit dem die Veränderungen der Geschwindigkeit der Last in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt werden, wenn das System mit Hilfe eines Signals zur Steuerung der Geschwindigkeit vom Typ "Echelon" angesprochen wird;- Figure is a time diagram showing the variations in the speed of the load as a function of time when the system is controlled by means of an "echelon" type speed control signal;
- Fig. 6 ein Blockdiagramm der Schaltungen eines Systems zur Kontrolle und Steuerung des Verfahrens einer pendelnden Last entsprechend der Erfindung ist;- Fig. 6 is a block diagram of the circuits of a system for controlling and controlling the process of a swinging load according to the invention;
- Figur ein Zeitdiagramm ist, mit dem die Veränderungen der Geschwindigkeit der Last in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt werden, wenn das System entsprechend der Erfindung mit Hilfe eines Steuersignals vom Typ "Echelon" angesprochen wird;- Figure is a time diagram showing the variations in the speed of the load as a function of time when the system according to the invention is controlled by means of a control signal of the "echelon" type;
- Fig. 8 schematisch die verschiedenen Parameter zeigt, die beim Verfahren einer pendelnden Last eine Rolle spielen;- Fig. 8 shows schematically the different parameters involved in moving a swinging load;
- Fig. 9 ein Blockdiagramm des Systems entsprechend der Erfindung gemäß einer zusätzlichen Ausführungsart mit einem Rechner ist;- Fig. 9 is a block diagram of the system according to the invention according to an additional embodiment with a computer;
- Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Rechners ist, der bei dem System entsprechend der Erfindung eingesetzt werden kann;- Fig. 10 is a block diagram of a computer which can be used in the system according to the invention;
- Fig. 11 schematisch ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Hebemaschine zeigt, bei der ein System entsprechend der Erfindung zum Einsatz kommt.- Fig. 11 shows schematically a practical embodiment of a lifting machine in which a system according to the invention is used.
Um eine feste Vorstellung zu ermöglichen, jedoch ohne dadurch die Tragweite der Erfindung einzuschränken, wird im folgenden davon ausgegangen, dass es sich bei der Hebemaschine um einen Hafenkran vom Typ Portalkran handelt, der für die Ladung-Entladung von Containern sowie für deren Transport entlang einer festgelegten Strecke verwendet wird.In order to provide a clear idea, but without thereby limiting the scope of the invention, it is assumed below that the lifting machine is a port crane of the gantry crane type, which is used for loading and unloading containers and for transporting them along a fixed route.
Fig. 1 stellt eine solche Maschine schematisch dar.Fig. 1 shows such a machine schematically.
Gemäß der bekannten Technik umfasst die Hafenhebemaschine 1 einen Portalrahmen 10, an dem ein waagrechter Ausleger 11 angebracht ist. Ein beweglicher Wagen 21 lässt sich waagrecht in einer Richtung X entlang des Auslegers 11 verschieben. Ein Container 20 ist an dem beweglichen Wagen 21 mit Hilfe von Kabeln 22 aufgehängt, wobei sich der Container 20 durch Veränderung der Länge in einer senkrechten Richtung Z verschieben lässt. Die Einheit Kabel 22 und pendelnde Last 20 (Container) bildet das Pendelsystem 2.According to the known technology, the port lifting machine 1 comprises a portal frame 10 to which a horizontal boom 11 is attached. A movable carriage 21 can be horizontally in a direction X along the boom 11. A container 20 is suspended from the movable carriage 21 by means of cables 22, whereby the container 20 can be moved in a vertical direction Z by changing the length. The unit cable 22 and pendulum load 20 (container) forms the pendulum system 2.
Nun werden die üblicherweise vom Stand der Technik in Betracht gezogenen Vorrichtungen zur Kontrolle und Steuerung der Hebemaschinen beschrieben, wie sie gerade in Bezug auf Fig. 1 kurz erwähnt wurden.The devices usually considered in the state of the art for controlling and steering the lifting machines, as just briefly mentioned with reference to Fig. 1, will now be described.
Die Richtungsbewegung wird durch eine kontinuierliche Regelung der Geschwindigkeit des Trägers, d. h. des Wagens 21 gesteuert (Fig. 1).The directional movement is controlled by a continuous control of the speed of the carrier, i.e. the carriage 21 (Fig. 1).
Die wesentlichen Bestandteile einer solchen Regelung sind folgende:The essential components of such a regulation are as follows:
- ein Mittel zur Messung der Geschwindigkeit des beweglichen Trägers 21: ein Impulsgeber oder Drehzahlgeber,- a means for measuring the speed of the moving support 21: a pulse generator or speed sensor,
- ein Steuermittel: ein elektrotechnisches System (beispielsweise vom Typ "Ward Leonard") oder ein elektronisches System (beispielsweise ein Regelantrieb) und- a control means: an electrotechnical system (for example of the "Ward Leonard" type) or an electronic system (for example a variable speed drive) and
- ein Mittel für den Motorbetrieb: ein Asynchron- oder Gleichstrommotor.- a means of motor operation: an asynchronous or direct current motor.
Fig. 2 zeigt das Blockdiagramm einer Vorrichtung 100 zur Kontrolle und Steuerung gemäß dem Stand der Technik.Fig. 2 shows the block diagram of a device 100 for monitoring and control according to the prior art.
Sie umfasst ein Mittel zur Steuerung der Geschwindigkeit Cvit, das durch den Fahrer der Maschine (nicht dargestellt) betätigt wird und ein Signal der Soll-Geschwindigkeit Vdem liefert.It comprises a speed control means Cvit, which is operated by the driver of the machine (not shown) and provides a signal of the desired speed Vdem.
Dieses Mittel zur Steuerung der Geschwindigkeit Cvit steuert ein Hochlaufgeber GRAMPE. Hiermit können die Beschleunigungen des Trägers begrenzt werden, um zu vermeiden, dass der Motor ein zu hohes Drehmoment entwickelt, was zu mechanischen Schlägen führen könnte. Diese Funktion wird durch ein System zur Bewegungssteuerung oder durch einen Rechner (beispielsweise ein programmierbares Gerät) wahrgenommen. In Kenntnis der Höchstgeschwindigkeit Vmax der Bewegung sowie der zu erbringenden Nennbeschleunigung Acc errechnet sich die Hochlaufzeit TRAMPE einfach wie folgt: This means of controlling the speed Cvit is controlled by a ramp generator GRAMPE. This makes it possible to limit the accelerations of the support in order to prevent the motor from developing too much torque, which could lead to mechanical shocks. This function is carried out by a motion control system or by a computer (for example a programmable device). Knowing the maximum speed Vmax of the movement and the nominal acceleration Acc to be achieved, the ramp-up time TRAMPE is calculated simply as follows:
Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, in dem die gerade gemachten Ausführungen dargestellt sind.Fig. 3 is a timing diagram illustrating the above statements.
Zum Zeitpunkt t = 0 mit t = T ist die Soll-Geschwindigkeit gleich Vmax (oberer Teil des Diagramms), wobei T ein festgelegtes Zeitintervall ist. Der Hochlaufgeber GRAMPE liefert an seinem Ausgang ein Signal R(p) stellvertretend für die errechnete Referenzgeschwindigkeit Vref wie im unteren Teil des Diagramms dargestellt: ein Hochlaufen mit einer Steigung von t = 0 mit t = TRAMPE (varierend zwischen 0 bis bis Vw), eine konstante Geschwindigkeit (vmax) von t = TRAMPE mit t = T und ein Abfallen bis auf null von t = T mit t = T + 'RAMPE, wobei T das Zeitintervall ist, über das das Signal zur Geschwindigkeitssteuerung generiert wird.At time t = 0 with t = T, the target speed is equal to Vmax (upper part of the diagram), where T is a fixed time interval. The ramp generator GRAMPE delivers a signal R(p) at its output, representing the calculated reference speed Vref as shown in the lower part of the diagram: a ramp-up with a gradient from t = 0 with t = TRAMPE (varying between 0 and Vw), a constant speed (vmax) from t = TRAMPE with t = T and a ramp-down to zero from t = T with t = T + 'RAMPE, where T is the time interval over which the speed control signal is generated.
Zurück zu Fig. 2: Das Signal R (p), das die errechnete Referenzgeschwindigkeit darstellt, wird an das System zur Regelung der Geschwindigkeit 100 der Einheit Träger-Kabel-Last (Fig. 1 : 20 bis 22) übertragen. In Wirklichkeit wird nach dem bekannten Stand der Technik nur die Geschwindigkeit des beweglichen Trägers 21 geregelt. Dieser umfasst einen Schalter sowie eine kinematische Kette 120, die das Verhalten des Trägers darstellt. Das Ausgangssignal Vsup(p), das die Geschwindigkeit des Trägers Vsup darstellt, wird am Eingang der Schaltungen 120 über eine Gegenkopplungsschleife 121 eingegeben. Am Eingang befindet sich ein Vergleicher 110, der das Referenzsignal R(p) mit dem Signal Vsup(p) vergleicht; das Ergebnis dieses Vergleichs wird an das Mittel 120 übertragen.Returning to Fig. 2, the signal R(p), which represents the calculated reference speed, is transmitted to the speed control system 100 of the beam-cable-load unit (Fig. 1: 20 to 22). In reality, according to the known state of the art, only the speed of the moving beam 21 is controlled. This comprises a switch and a kinematic chain 120 representing the behavior of the beam. The output signal Vsup(p), which represents the speed of the beam Vsup, is fed to the input of the circuits 120 via a negative feedback loop 121. At the input there is a comparator 110 which compares the reference signal R(p) with the signal Vsup(p); the result of this comparison is transmitted to the means 120.
Die Übertragungsfunktion A(p), die mit dem beweglichen Träger verbunden ist, d. h. den Schaltungen 120, hält herkömmlicherweise die Funktion: The transfer function A(p) associated with the moving carrier, i.e. the circuits 120, conventionally holds the function:
ein, wobei K eine Konstante, p eine Variable und r die zugehörige Zeitkonstante ist. Bei den herkömmlichen Geräten nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 2 dargestellt, ist das mit Block 130 (Steuerung der Einheit Kabel-Last) dargestellte Pendelsystem ein ungleichförmiges System. An dieses System wird das Signal zur Geschwindigkeitssteuerung überragen. Das Ausgangssignal V(p), das die Geschwindigkeit Vcha der pendelnden Last darstellt, ist ebenfalls ungleichförmig. Es handelt sich natürlich um einen vektoriellen Wert, da zahlreiche Komponenten darauf einwirken können: Winkelschwankungen, lineare Bewegung, Verlängerung der Kabel. Die Übertragungsfunktion der Pendeleinheit S(p) hält folgende Funktion ein: where K is a constant, p is a variable and r is the associated time constant. In the conventional devices according to the state of the art, as shown in Fig. 2, the pendulum system represented by block 130 (control of the cable-load unit) is a non-uniform system. The speed control signal is transmitted to this system. The output signal V(p), which represents the speed Vcha of the pendulum load, is also non-uniform. It is of course a vectorial value, since Numerous components can affect it: angular fluctuations, linear movement, cable extension. The transfer function of the pendulum unit S(p) has the following function:
Die Funktion für die globale Übertragung des Systems lautet: The global transfer function of the system is:
Diese Funktion G(p) ist ebenfalls aufgrund der Ungleichförmigkeit von S(p) nicht gleichförmig.This function G(p) is also not uniform due to the non-uniformity of S(p).
Die theoretische Antwort eines solchen Systems auf ein Signal zur Geschwindigkeitssteuerung vom Typ "Echelon" ist in Fig. 5 beispielhaft dargestellt.The theoretical response of such a system to an "Echelon" type speed control signal is shown as an example in Fig. 5.
In diesem Zeitdiagramm sind die Veränderungen des Geschwindigkeitssignals Ssortie in Abhängigkeit von der Zeit t (Maßstab willkürlich) dargestellt, wenn das System durch ein Echelon-Signal Sentrée angesprochen wird.This time diagram shows the changes in the speed signal Ssortie as a function of time t (arbitrary scale) when the system is addressed by an echelon signal Sentrée.
Die Theorie zeigt, dass eine unendliche Wellenbewegung um eine ausgeglichene Position vorliegt. Natürlich wurde die Abschwächung mit unterschiedlichem Ursprung vernachlässigt: Reibung usw.The theory shows that there is an infinite wave motion around a balanced position. Of course, the attenuation with different origins has been neglected: friction, etc.
Im Rahmen der beschriebenen Vorrichtung findet keinerlei elektrische oder mechanische Regelung der Geschwindigkeit dieser pendelnden Last statt. Der Fahrer der Maschine schließt die Schleife zur Regelung der Geschwindigkeit der pendelnden Last von Hand, um diese genau zu positionieren.The device described does not involve any electrical or mechanical control of the speed of this swinging load. The operator of the machine manually closes the loop for controlling the speed of the swinging load in order to position it precisely.
Fig. 4 stellt dies schematisch dar. Der Fahrer der Maschine wird mit dem Referenzzeichen CONDUC dargestellt. Das System 120 (Fig. 2) zur Regelung der an den Wagen angelegten Geschwindigkeit, d. h. des die Kabel 21 tragenden Aufbaus (Fig. 1) empfängt die Signale zur Steuerung der Geschwindigkeit vom Fahrer CONDUC, der die Geschwindigkeitssteuerung Cvit (Fig. 1) über einen Hochlaufgeber GRAMPE (Fig. 1) betätigt. Das Regelungssystem 120 empfängt wiederum ein Signal stellvertretend für die Ist-Geschwindigkeit des Wagens 21 über die Gegenkopplungsschleife 121.Fig. 4 shows this schematically. The driver of the machine is represented by the reference symbol CONDUC. The system 120 (Fig. 2) for controlling the speed applied to the carriage, i.e. the structure carrying the cables 21 (Fig. 1), receives the signals for controlling the speed from the driver CONDUC, who operates the speed control Cvit (Fig. 1) via a ramp generator GRAMPE (Fig. 1). The control system 120 in turn receives a signal representative of the actual speed of the carriage 21 via the negative feedback loop 121.
Der Fahrer CONDUC "empfängt" visuell die Informationen INFO über die Ist-Position der pendelnden Last 20, die am Ende der Kabel 22 aufgehängt sind. Nachdem er diese visuell wahrgenommen hat, wird er die Geschwindigkeitssteuerung Cvit betätigen, um den Bewegungen der Last 20 vorzugreifen. Demnach werden die Signale zur Regelung der Lastgeschwindigkeit durch den Fahrer "erarbeitet".The driver CONDUC visually "receives" the information INFO about the actual position of the pendulum load 20 suspended at the end of the cables 22. After visually perceiving this, he will activate the speed control Cvit in order to anticipate the movements of the load 20. The signals for regulating the load speed are therefore "worked out" by the driver.
Die mit diesem Verfahren verbundenen Schwierigkeiten sind leicht auszumachen:The difficulties associated with this procedure are easy to identify:
- langwierige Einarbeitung; Fahrer müssen über Erfahrung verfügen,- lengthy training; drivers must have experience,
- Unterschiede bei der Präzision und der Schnelligkeit je nach Fahrer,- Differences in precision and speed depending on the driver,
- negative Einflüsse durch Ermüdung (Leistungsabfall) und andere, beispielsweise wetterbedingte Faktoren: Wind usw.,- negative influences due to fatigue (decrease in performance) and other factors, such as weather-related factors: wind, etc.,
- usw.- etc.
Zur Behebung dieser Schwierigkeiten sieht die Erfindung eine zweite Rückkopplungs- oder Gegenkopplungsschleife vor. Diese Vorrichtung wird in Fig. 6 dargestellt.To overcome these difficulties, the invention provides a second feedback or negative feedback loop. This device is shown in Fig. 6.
Die Elemente, die mit denen in Fig. 2 übereinstimmen, tragen jeweils die gleichen Bezugszeichen; sie werden nur, sofern erforderlich, erneut beschrieben.The elements corresponding to those in Fig. 2 each bear the same reference numerals and will be described again only where necessary.
Das System 100 zur Regelung der Geschwindigkeit der Einheit Träger-Kabel-Last umfasst von nun an am Eingang einen zusätzlichen Vergleicher 140, der am ersten Eingang das Signal R(p) stellvertretend für die Referenzgeschwindigkeit Vref am Ausgang des Hochlaufgebers GRAMPE empfängt.The system 100 for controlling the speed of the carrier-cable-load unit now includes an additional comparator 140 at the input, which receives at the first input the signal R(p) representing the reference speed Vref at the output of the ramp-function generator GRAMPE.
Der Ausgang dieses Vergleichers wird an einen der Eingänge des Vergleichers 110 übertragen, der an seinem zweiten Eingang das von der ersten Rückkopplungskette 121 ausgesendete Signal empfängt, das Signal stellvertretend für die Trägergeschwindigkeit Vsup.The output of this comparator is transmitted to one of the inputs of the comparator 110, which receives at its second input the signal emitted by the first feedback chain 121, the signal representative of the carrier velocity Vsup.
Der zweite Eingang des Vergleichers 140 empfängt über eine zweite Rückkopplungskette 131 entsprechend eines wesentlichen Merkmals der Erfindung ein Signal stellvertretend für das Signal V(p), das seinerseits anhand der gemessenen Ist-Geschwindigkeit der pendelnden Last ausgegeben wird.The second input of the comparator 140 receives, via a second feedback chain 131, according to an essential feature of the invention, a signal representative of the signal V(p), which in turn is output based on the measured actual speed of the swinging load.
Die Übertragungsfunktion der Rückkopplungsschleife 131 wird vereinbarungsgemäß H(p) genannt.The transfer function of the feedback loop 131 is called H(p) by convention.
Gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung soll die globale Übertragungsfunktion G(p) (Funktion (4)) stabilisiert werden, um die Geschwindigkeit der pendelnden Last zu regeln. Auf diese Weise wird dem Fahrer Hilfestellung beim Führen der Hebemaschine geboten. Bei einem nicht abgeschwächten Pendelsystem lautet die Formel für S(p): According to the main feature of the invention, the global transfer function G(p) (function (4)) is to be stabilized in order to control the speed of the oscillating load. In this way, the driver is assisted in controlling the hoist. In a non-attenuated oscillating system, the formula for S(p) is:
wobei Wo die Kreisfrequenz des Pendelsystem ist.where Wo is the angular frequency of the pendulum system.
Die Rückkopplungskette 131 ist so zu wählen, dass die Übertragungsfunktion H(p) die vorgenannte Stabilisierung der globalen Funktion g(p) ermöglicht.The feedback chain 131 is to be selected such that the transfer function H(p) enables the above-mentioned stabilization of the global function g(p).
Diese globale Funktion G(p) ist vorzugsweise eine mathematische Funktion ersten oder zweiten Grades. Optimal ist eine Funktion zweiten Grades.This global function G(p) is preferably a mathematical function of first or second degree. A second degree function is optimal.
Die Übertragungsfunktion A(p) (Funktion (2)) mit einer generell schwachen Zeitkonstante t lässt sich vernachlässigen.The transfer function A(p) (function (2)) with a generally weak time constant t can be neglected.
Unter diesen Bedingungen, also mit G(p) gleich einer Übertragungsfunktion zweiten Grades, lässt diese sich durch folgende Funktion darstellen: Under these conditions, i.e. with G(p) equal to a second order transfer function, this can be represented by the following function:
wobei Wo die Kreisfrequenz des Pendelsystem ist, z der Dämpfungskoeffizient und p die Variable.where Wo is the angular frequency of the pendulum system, z is the damping coefficient and p is the variable.
Ferner gilt für G(p) die allgemeine Formel: Furthermore, the general formula for G(p) is:
da A(p) vernachlässigt werden kann.since A(p) can be neglected.
Die Berechnung zeigt, dass H(p) folgender Funktion entspricht: The calculation shows that H(p) corresponds to the following function:
Die Antwort eines globalen Systems auf ein Steuersignal vom Typ "Echelon" wird durch eine unendliche Anzahl an Kurven gebildet, eine Funktion vom Wert z.The response of a global system to a control signal of the "Echelon" type is formed by an infinite number of curves, a function of value z.
Fig. 7 zeigt diese Kurven in Abhängigkeit von Wot, wobei t die Zeit ist. Wenn z gleich 1 gewählt ist, ergibt sich eine gedämpfte Antwort, auf optimierte Weise. Wenn z kleiner 1 gewählt ist, schwankt das System, und wenn z größer 1 gewählt, ist das System gedämpft, die Schnelligkeit der Antwort ist jedoch herabgesetzt.Fig. 7 shows these curves as a function of Wot, where t is time. If z is chosen equal to 1, a damped response is obtained, in an optimized manner. If z is chosen less than 1, the system fluctuates, and if z is chosen greater than 1, the system is damped, but the speed of the response is reduced.
Bei der Berechnung der Geschwindigkeit der Last sind zwei Komponenten zu berücksichtigen:When calculating the speed of the load, two components must be taken into account:
- die Geschwindigkeit des Träger: absolute Geschwindigkeit gegenüber einem festen Referenzpunkt (beispielsweise dem Boden);- the speed of the carrier: absolute speed relative to a fixed reference point (e.g. the ground);
- die Schaukelgeschwindigkeit, d. h. die relative Geschwindigkeit gegenüber dem Träger.- the swing speed, i.e. the relative speed to the carrier.
Die erste Komponente ist generell einseitig: ein linearer Vektor. Dies ist zum Beispiel der Fall bei einem Wagen 21, der entlang des Auslegers der Hebemaschine 1 entlang der Achse X (Fig. 1) verfährt.The first component is generally one-sided: a linear vector. This is the case, for example, of a carriage 21 moving along the boom of the lifting machine 1 along the axis X (Fig. 1).
Die zweite Komponente ist komplizierter. Es sind die Winkelschwankungen um die vertikale Achse Z (Fig. 1) und die zeitweiligen Veränderungen der Länge der Kabel 22 zu berücksichtigen.The second component is more complicated. It involves taking into account the angular variations around the vertical axis Z (Fig. 1) and the temporary variations in the length of the cables 22.
Diese unterschiedlichen Parameter sind in Fig. 8 schematisch dargestellt.These different parameters are shown schematically in Fig. 8.
Die Geschwindigkeit des beweglichen Trägers 21 (Wagen) kann mit demselben Messgerät gemessen werden, das zur Regelung der Geschwindigkeit dieses beweglichen Trägers 21 verwendet wird. Dieses Element ist nach dem Stand der Technik üblich. Es kann ein Tachometer oder ein ähnliches Messgerät verwendet werden. Dieses liefert ein Signal stellvertretend für die Amplitude des Vektors Geschwindigkeit Vsup des beweglichen Trägers 21 und seines Zeichens. In dem abgebildeten Beispiel ist Vsup parallel zur Achse X und hat die gleiche Ausrichtung.The speed of the mobile support 21 (carriage) can be measured with the same measuring device used to control the speed of this mobile support 21. This element is conventional in the art. A tachometer or similar measuring device can be used. This provides a signal representative of the amplitude of the speed vector Vsup of the mobile support 21 and its sign. In the example shown, Vsup is parallel to the X axis and has the same orientation.
Um den Winkel α des Schaukelns gegenüber der Achse Z, die die Vertikale darstellt, d. h. die Ruhestellung der Kabel 22, zu messen, wird ein optisches System verwendet, das eine Kamera 4 und ein optisches Gerät zur Erzeugung eines Strahlenbündels 30 verwendet. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Laser handeln, dessen Wellenlänge so gewählt wird, dass eine Okularsicherheit gegeben ist.To measure the angle α of rocking relative to the Z axis, which represents the vertical, i.e. the rest position of the cables 22, an optical system is used which uses a camera 4 and an optical device for generating a beam 30. This can be, for example, a laser whose wavelength is chosen so as to ensure eyepiece safety.
Die Kamera 4 ist fest mit dem beweglichen Träger 21 verbunden und nach unten in einer zur Achse Z, d. h. in etwa zur Vertikalen der Gerätes 3 parallelen Richtung ausgerichtet. Die Veränderungen der zeitweiligen Länge lp der Kabel 22, d. h. der linearen Komponente der Geschwindigkeit entlang einer Achse, die mit der Achse Z einen Winkel α bildet, lassen sich auf unterschiedliche Weise messen. Vorrichtungen für diese Messung sind ihrerseits bestens bekannt. Beispielsweise können elektrische Impulse durch ein (nicht in Fig. 8 dargestelltes) Mittel erzeugt werden, das mit dem Aufwicklungsbolzen der Kabel 22 geschaltet ist. Ferner können optische Mittel zur Entfernungsmessung eingesetzt werden. Diese Mittel zur Entfernungsmessung basieren im allgemeinen auf der Ausstrahlung eines Laserbündels, das durch ein Hindernis reflektiert oder rückgestreut wird, dessen Entfernung gemessen werden soll. Hierfür wird die Zeit gemessen, die das Bündel jeweils für die Hin- und Rückstrecke benötigt.The camera 4 is fixed to the movable support 21 and is directed downwards in a direction parallel to the Z axis, i.e. approximately to the vertical of the device 3. The variations in the temporary length lp of the cables 22, i.e. the linear component of the speed along an axis forming an angle α with the Z axis, can be measured in various ways. Devices for this measurement are well known. For example, electrical pulses can be generated by a means (not shown in Fig. 8) connected to the winding bolt of the cables 22. Optical means for distance measurement can also be used. These means for distance measurement are generally based on the emission of a laser beam which is reflected or backscattered by an obstacle whose distance is to be measured. For this purpose, the time required by the beam for the outward and return journeys is measured.
Mit den auf diese Weise durchgeführten Messungen lassen sich zu jedem Zeitpunkt die Veränderungen des Schaukelwinkels a und der Länge des Pendels "Kabel 22-Last 20" ermitteln. Auf herkömmliche Weise wird also die relative Schaukelgeschwindigkeit Vbal gegenüber dem Wagen 21 hergeleitet.The measurements carried out in this way allow the changes in the swing angle a and the length of the pendulum "cable 22-load 20" to be determined at any time. The relative swing speed Vbal with respect to the carriage 21 is thus derived in the conventional way.
Durch Kombination der beiden Geschwindigkeiten Vsup und VbaI ergibt sich die absolute Geschwindigkeit der Last Vcha gegenüber einem festen Bezugspunkt, der beispielsweise mit dem Boden verbunden ist. Natürlich handelt es sich um eine Vektoraddition der verschiedenen Komponenten.By combining the two speeds Vsup and VbaI, the absolute speed of the load Vcha is obtained with respect to a fixed reference point, which is connected to the ground, for example. Of course, this is a vector addition of the various components.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird dies mit Hilfe eines Rechners bestimmt.In a preferred embodiment of the invention, this is determined using a computer.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Rechner um einen programmierbaren Digitalrechner; die Signale stellen die verschiedenen Steuerungen und Geschwindigkeiten dar, die ihm in Form von Binärcodes oder Pulsfolgen übermittelt werden.Preferably, the computer is a programmable digital computer; the signals represent the various controls and speeds, which are transmitted to it in the form of binary codes or pulse sequences.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Vorrichtung zur Kontrolle und Steuerung gemäß dieser Ausführungsvariante der Erfindung zeigt. Das Regelungssystem 100 umfasst ferner die Schaltungen 120 und 130, die den Schaltungen in Fig. 2 ähneln, und einen Rechner 200. Die Verbindungen wurden in Form von Datenbussen dargestellt. Es wird folglich implizit angenommen, dass die Schaltungseinheit digitalisiert ist; dadurch wird die Tragweite der Erfindung jedoch keineswegs eingeschränkt. Es sind auch andere Lösungen, insbesondere Hybridlösungen denkbar; hierbei ist ein Teil der Kette analog, der andere digital. Es werden demnach Digital-Analogumsetzer oder umgekehrt in herkömmlicher Weise Analog- Digitalumsetzer verwendet.Fig. 9 is a block diagram showing the structure of the control and monitoring device according to this embodiment of the invention. The control system 100 also comprises circuits 120 and 130, which are similar to the circuits in Fig. 2, and a computer 200. The connections have been shown in the form of data buses. It is therefore implicitly assumed that the circuit unit is digitalized; however, this in no way limits the scope of the invention. Other solutions, in particular hybrid solutions, are also conceivable; in this case, one part of the chain is analog, the other digital. Digital-analog converters or, conversely, analog-digital converters are used in the conventional way.
Der Rechner 200 empfängt einerseits ein Steuersignal R(p) stellvertretend für die Referenzgeschwindigkeit und andererseits ein Signal V(p) stellvertretend für die Geschwindigkeit der pendelnden Last Vcc. Anhand dieser Daten erarbeitet er einen neuen Referenzwert für die Geschwindigkeit oder eine Steuerung der korrigierten Geschwindigkeit, der/die an die Schaltungen 120 übertragen wird. Die Funktionsweise des Ganzen ist analog zur Funktionsweise der Schaltungen, die in Bezug auf Fig. 6 beschrieben wurden; es ist daher unnötig, sie nochmals zu beschreiben.The computer 200 receives, on the one hand, a control signal R(p) representative of the reference speed and, on the other hand, a signal V(p) representative of the speed of the oscillating load Vcc. On the basis of these data, it works out a new reference value for the speed or a control of the corrected speed, which is transmitted to the circuits 120. The operation of the whole is analogous to the operation of the circuits described with reference to Fig. 6; it is therefore necessary to describe them again.
Bei einer nicht dargestellten Variante könnte der Rechner 200 direkt das Signal zur Steuerung der Geschwindigkeit empfangen und das Hochlaufsignal mit Hilfe von geeigneten Spezialschaltungen oder programmgesteuert erarbeiten, wie in Bezug auf Fig. 3 beschrieben.In a variant not shown, the computer 200 could directly receive the signal for controlling the speed and process the acceleration signal using suitable special circuits or under program control, as described with reference to Fig. 3.
Der Rechner 200 seinerseits kann auf der Basis eines gewöhnlichen Mikrocomputers konzipiert sein, der mit Schnittstellen speziell zur Kommunikation nach außen ausgerüstet ist, oder auf der Basis von Schaltungen zur Verarbeitung von dedizierten, d. h. spezifischen Signalen.The computer 200, for its part, can be designed on the basis of a conventional microcomputer equipped with interfaces specifically for external communication, or on the basis of circuits for processing dedicated, i.e. specific, signals.
Fig. 10 zeigt als nicht abschließend genanntes Beispiel den Aufbau eines solchen Rechners 200.Fig. 10 shows, as a non-exhaustive example, the structure of such a computer 200.
In diesem Beispiel handelt es sich um einen Spezialrechner oder dedizierten Rechner.In this example, it is a special computer or dedicated computer.
Insbesondere wurden die für den Empfang von den Signalen notwendigen Schaltungen dargestellt, die zur Berechnung der Geschwindigkeit der pendelnden Last benötigt werden.In particular, the circuits necessary for receiving the signals required to calculate the speed of the swinging load were presented.
Der Rechner umfasst erste Anpassungsschaltungen 201, die Signale stellvertretend für das Verfahren des Trägers 21 (Fig. 1) empfangen. Ziel dieser Anpassungsschaltungen 201 ist es, die notwendigen elektrischen oder sonstigen Anpassungen zwischen dem Rechner 200 und der Umgebung herzustellen, um die empfangenen Signale anzupassen. Der Ausgang der Schaltungen 201 wird an die ersten Schaltungen 203 zum Empfang der Daten über das Verfahren des beweglichen Trägers 21 (Fig. 1) übertragen. Die Schaltungen 203 umfassen im allgemeinen Speichermittel und wandeln die "Rohdaten" in Binärcodes um, die von den ersten Schaltungen zur Signalverarbeitung 205, die kaskadenförmig angeordnet sind, verwendet werden können. Diese Schaltungen erarbeiten einen Binärcode stellvertretend für die Geschwindigkeit des beweglichen Trägers 21 (Fig. 1). Die genaue Anordnung dieser Schaltungen hängt natürlich von der Art der am Eingang empfangenen Messsignale ab (Zählimpulse, analoge Signale usw.).The computer includes first adaptation circuits 201 that receive signals representative of the movement of the carrier 21 (Fig. 1). The purpose of these adaptation circuits 201 is to make the necessary electrical or other adaptations between the computer 200 and the environment to adapt the received signals. The output of the circuits 201 is transmitted to the first circuits 203 for receiving the data on the movement of the moving carrier 21 (Fig. 1). The circuits 203 generally include storage means and convert the "raw data" into binary codes that can be used by the first signal processing circuits 205 arranged in cascade. These circuits produce a binary code representative of the speed of the moving carrier 21 (Fig. 1). The exact arrangement of these circuits depends, of course, on the type of measurement signals received at the input (counting pulses, analog signals, etc.).
Der Rechner 200 umfasst ferner eine zweite Kette, die zweite Anpassungsschaltungen 202 umfasst, die Signale stellevertretend für die Informationen oder Daten bzgl. des Schaukelns empfangen, zweite Schaltungen 204 zum Empfang dieser Daten und zweite Schaltungen zur Signalverarbeitung 206. Letztere erarbeiten am Ausgang einen Binärcode stellvertretend für die Schaukelgeschwindigkeit.The computer 200 further comprises a second chain comprising second adaptation circuits 202 which receive signals representative of the information or data relating to the swing, second circuits 204 for receiving this data and second signal processing circuits 206. The latter produce a binary code representative of the swing speed at the output.
Das Ergebnis dieser beiden Rechenketten wird durch die Schaltungen 207 kombiniert, was schematisch in Form eines Vergleichers dargestellt wurde, dessen Informationen am Ausgang an dritte Signalverarbeitungsschaltungen 208 übertragen werden, die den neuen Geschwindigkeitsreferenzwert erarbeitet.The result of these two calculation chains is combined by the circuits 207, which is shown schematically in the form of a comparator, the information at the output of which is transmitted to third signal processing circuits 208, which work out the new speed reference value.
Dritte Anpassungsschaltungen 209 schließlich stellen sicher, dass die notwendigen Anpassungen zwischen dem Rechner 200 und der Außenwelt (Schaltungen 120: Fig. 2) erfolgen.Third adaptation circuits 209 finally ensure that the necessary adaptations between the computer 200 and the outside world (circuits 120: Fig. 2) are made.
In dieser Figur wurden die allgemeinen Schaltungen wie Stromversorgung, Taktsignalgeber (Uhren) usw. nicht dargestellt, die für einen einwandfreien Betrieb des Rechners 200 erforderlich sind. Diese Schaltungen sind Fachleuten bestens bekannt und müssen hier daher nicht näher ausgeführt werden.This figure does not show the general circuits such as power supplies, clocks, etc., which are necessary for proper operation of the computer 200. These circuits are well known to those skilled in the art and therefore need not be described in detail here.
Ebenso wenig wurde die Kette der Schaltungen dargestellt, die für die Erarbeitung eines Binärcodes stellvertretend für die Referenzgeschwindigkeitssteuerung erforderlich ist, ein Binärcode, der anhand der in erster Linie durch die Geschwindigkeitssteuerung Cvit (Fig. 6) erzeugten Informationen, erarbeitet wird. Diese Kette ist analog zu den beiden dargestellten Rechenketten und umfasst im wesentlichen die gleichen Elemente. Das sich aus dieser Verarbeitung ergebende Signal wird mit den anderen Signalen durch die Schaltungen 207 kombiniert oder direkt an die Schaltungen 208 entsprechend der gewählten Anordnung übertragen.Nor has the chain of circuits required to produce a binary code representing the reference speed control, a binary code produced from the information generated primarily by the speed control Cvit (Fig. 6), been shown. This chain is analogous to the two calculation chains shown and comprises essentially the same elements. The signal resulting from this processing is combined with the other signals by the circuits 207 or transmitted directly to the circuits 208 according to the arrangement chosen.
Es versteht sich von selbst, dass die Schaltungen und/oder Programme, die für die unterschiedlichen Berechnungen wie Berechnung der Geschwindigkeit anhand der Veränderung der Positionen, der Winkel usw., erforderlich sind, ihrerseits bestens bekannt sind.It goes without saying that the circuits and/or programs required for the various calculations, such as calculating speed based on changes in positions, angles, etc., are themselves well known.
Schließlich kann der Rechner 200 ebenso vorzugsweise zur Erarbeitung der anderen Steuersignale verwendet werden, die für einen einwandfreien Betrieb der Hebemaschine erforderlich sind: Hebebefehle usw., die nach dem Stand der Technik üblich sind.Finally, the computer 200 can also preferably be used to develop the other control signals required for the correct operation of the lifting machine: lifting commands, etc., which are common in the art.
Um die Erfindung genauer zu beschreiben, folgt nun die Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Kontrolle und Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit einer pendelnden Last einer Hebemaschine unter Bezugnahme auf Fig. 11.In order to describe the invention in more detail, a description of a specific embodiment of a device for monitoring and controlling the travel speed of a swinging load of a lifting machine will now follow with reference to Fig. 11.
Bei einer besonderen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Kontrolle und Steuerung entsprechend der Erfindung, die in dieser Figur dargestellt ist, umfasst die Vorrichtung zur Kontrolle und Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit einer pendelnden Last 20, die an einem beweglichen Träger einer Hebemaschine 1 aufgehängt ist, Regelschaltungen 100, die einen Rechner 200 (Fig. 9) beinhalten, der einerseits am Eingang CL eine Information über die Länge des Pendels, die von einem Positionscodierer 5 ausgegeben wird, am Eingang B eine Information über das Schaukeln, die von der Kamera 4 ausgegeben wird, und am Eingang CD eine Information über das Verfahren des beweglichen Trägers oder über die Richtung aufnimmt, und im Gegenzug am Ausgang SL Hebebefehle, die an die Hebemittel 6, 7, 8 der Hebemaschine 1 übertragen werden, und am Ausgang SD Richtungsbefehle ausgibt, die an die Richtungsmittel 19a, 19b übertragen werden.In a particular embodiment of a control and monitoring device according to the invention, shown in this figure, the device for controlling and monitoring the speed of travel of a pendulum load 20 suspended from a mobile beam of a hoisting machine 1 comprises control circuits 100 comprising a computer 200 (Fig. 9) receiving, on the one hand, at input CL, information on the length of the pendulum, delivered by a position encoder 5, at input B, a Information about the rocking output by the camera 4 and receives at the input CD information about the movement of the movable support or about the direction and in turn outputs at the output SL lifting commands which are transmitted to the lifting means 6, 7, 8 of the lifting machine 1 and at the output SD direction commands which are transmitted to the direction means 19a, 19b.
Die Hebemittel umfassen eine Hebetrommel 8, um die ein Aufhängekabel 22, das mit der Last 20, beispielsweise einem Container, verbunden ist, gewickelt ist, ein Getriebe 7 und einen Elektromotor 6, die entsprechend der bekannten Technik gestaltet sind. Der Hebemotor 6, an dem der Hebecodierer 5 angebracht ist, wird über eine Steuerleitung 12 und einen Verstärker 13 entweder ausgehend von einem Hebesteuerhebel 14 oder über die Schaltungen 100 über den vorgenannten Ausgang SL gesteuert.The lifting means comprise a lifting drum 8 around which a suspension cable 22 connected to the load 20, for example a container, is wound, a gearbox 7 and an electric motor 6, designed according to the known technique. The lifting motor 6, to which the lifting encoder 5 is attached, is controlled via a control line 12 and an amplifier 13 either from a lifting control lever 14 or via the circuits 100 via the aforementioned output SL.
Die Richtungsmittel umfassen eine Lenkrolle 19b, die auf einer waagrechten Richtungsschiene 15 läuft, die mit der Hebemaschine verbunden ist, ein Getriebe 19a und einen Elektromotor 9, an dem ein Richtungscodierer 16 angebracht ist. Dieser Richtungsmotor 9 wird über eine Richtungsleistungsleitung 17 und einen Leistungsverstärker 18 durch die Schaltungen 100 über den vorgenannten Ausgang SD gesteuert.The directing means comprise a steering roller 19b running on a horizontal directing rail 15 connected to the hoist, a gearbox 19a and an electric motor 9, on which a directing encoder 16 is mounted. This directing motor 9 is controlled via a directing power line 17 and a power amplifier 18 by the circuits 100 via the aforementioned output SD.
Der Schaukelwinkel wird mit Hilfe einer Kamera 4 gemessen, die fest mit dem beweglichen Träger verbunden ist und deren Objektiv senkrecht nach unten ausgerichtet ist, wie angegeben; die pendelnde Last 20 ist mit einem optischen Gerät 3 versehen, das ein nach oben gerichtetes Strahlenbündel 30 ausstrahlt.The swing angle is measured by means of a camera 4 which is fixed to the movable support and whose lens is directed vertically downwards as indicated; the swinging load 20 is provided with an optical device 3 which emits an upwardly directed beam 30.
Die Geschwindigkeitssteuerung erfolgt mit Hilfe eines Hebels zur Steuerung der Geschwindigkeit Cvit und wird an einen Ausgang EC der Schaltungen 100 übertragen. Es wird in dem dargestellten Beispiel davon ausgegangen, dass der Hochlaufgeber GRAMPE im Innern mit Schaltungen 100 ausgestattet ist oder dass diese Funktion vom Rechner 200 übernommen wird.The speed is controlled by means of a speed control lever Cvit and is transmitted to an output EC of the circuits 100. In the example shown, it is assumed that the ramp generator GRAMPE is equipped internally with circuits 100 or that this function is performed by the computer 200.
Mit der Erfindung lässt sich demnach eine wirksame Hilfestellung bei der Steuerung der Hebegeräte erreichen, über die der Maschinenführer verfügt.The invention therefore provides effective assistance in controlling the lifting equipment available to the machine operator.
Durch die erfolgten Maßnahmen wird das Schaukeln zu jeder Zeit während des Verfahrens des beweglichen Wagens 21 (Fig. 1) unabhängig von den Verfahrbedingungen und den Faktoren, die das Verhalten der Pendeleinheit Wagen-Last (wie Wind usw.) unter Kontrolle gebracht.The measures taken bring the rocking under control at all times during the movement of the movable carriage 21 (Fig. 1), regardless of the travel conditions and the factors that affect the behavior of the carriage-load pendulum unit (such as wind, etc.).
Durch die Erfindung ist demnach eine präzise Positionierung der Last unabhängig von der Strecke möglich, die der bewegliche Wagen verfährt.The invention therefore enables precise positioning of the load regardless of the distance travelled by the moving carriage.
Mit einer Hebemaschine, die mit einer Vorrichtung zur Kontrolle und Steuerung entsprechend der Erfindung ausgestattet ist, lassen sich nun mehr auch weniger erfahrene Fahrer einsetzen; außerdem wird eine perfekte Reproduzierbarkeit der Bewegungen gewährleistet.With a lifting machine equipped with a control and steering device according to the invention, even less experienced operators can now be used; and perfect reproducibility of the movements is guaranteed.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht nur auf die unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiele.Of course, the invention is not limited to the embodiments described in detail with reference to the figures.
Im Hebebereich findet die Erfindung auf sämtliche Hebemaschinen mit Kabeln mit extremer Last und insbesondere auf folgende Maschinen Anwendung, ohne dass dies die Tragweite der Erfindung einschränkt:In the lifting sector, the invention applies to all lifting machines with cables with extreme loads and in particular to the following machines, without this limiting the scope of the invention:
- Containerportalkräne- Container gantry cranes
- Portalkräne mit Kübel- Gantry cranes with bucket
- Baustellenkräne (Bauwesen)- Construction site cranes (construction)
- Greiferkräne oder Hakenkräne- Grab cranes or hook cranes
- Eisenbahnkräne- Railway cranes
- schwimmende Schwerlastkräne- floating heavy-duty cranes
1 Hebemaschine1 lifting machine
3 Gerät zur Erzeugung eines Strahlenbündels3 Device for generating a beam of rays
4 Kamera4 Camera
5 Hebecodierer5 lifting encoders
6 Hebemittel, Elektromotor6 Lifting equipment, electric motor
7 Hebemittel, Getriebe7 Lifting equipment, gears
8 Hebemittel, Hebetrommel8 Lifting gear, lifting drum
9 Richtungsmotor, Elektromotor9 Directional motor, electric motor
10 Portalkran10 Gantry crane
11 Ausleger11 boom
12 Steuerleitung12 Control line
13 Verstärker13 Amplifiers
15 Hebesteuerhebel15 Lift control lever
16 Messmittel16 Measuring instruments
19a Richtungsmittel, Getriebe19a Directional means, gear
19b Richtungsmittel, Lenkrolle19b Directional means, swivel castor
20 pendelnde Last, Container20 swinging load, container
21 Wagen, Träger21 wagons, carriers
22 Kabel22 Cables
30 Strahlenbündel30 beams
100 System zur Regelung der Einheit Träger-Kabel-Last100 Beam-cable-load unit control system
110 Vergleicher110 Comparators
120 Regelsystem, Schaltungen zur Kontrolle und Steuerung120 Control system, circuits for monitoring and control
121 Rückkopplungskette121 Feedback chain
130 Schaltung130 Circuit
131 zweite Rückkopplungskette131 second feedback chain
140 Vergleicher140 comparators
200 Rechner200 computers
201 Anpassungsschaltung201 Adaptation circuit
202 zweite Anpassungschaltung202 second adaptation circuit
203 Empfangsschaltung203 Receiving circuit
204 zweite Empfangsschaltung204 second receiving circuit
205 Signalverarbeitungsschaltung205 Signal processing circuit
206 zweite Signalverarbeitungsschaltung206 second signal processing circuit
207 Schaltung207 Circuit
208 dritte Signalverarbeitungsschaltung208 third signal processing circuit
209 dritte Anspassungschaltung209 third adaptation circuit
Vdem SollgeschwindigkeitVdem target speed
Vref ReferenzgeschwindigkeitVref reference speed
Vsup TrägergeschwindigkeitVsup carrier speed
Cvit Steuerung der GeschwindigkeitCvit speed control
Acc BeschleunigungAcc acceleration
CONDUC FahrerCONDUC Driver
GRAMPE HochlaufgeberGRAMPE ramp generator
Trampe HochlaufzeitTramp ramp-up time
Ssortie Signal AusgangSortie Signal Output
Sentree Signal EingangSentree Signal Input
Wo KreisfrequenzWhere angular frequency
Svitesse Signal GeschwindigkeitSvitesse Signal Speed
Vcha (Ist-)Geschwindigkeit der LastVcha (actual) speed of the load
Vbal relative GeschwindigkeitVbal relative velocity
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