EP0187772B1 - Überwachungs- und steuersystem für auslegerkrane - Google Patents

Überwachungs- und steuersystem für auslegerkrane Download PDF

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EP0187772B1
EP0187772B1 EP85902979A EP85902979A EP0187772B1 EP 0187772 B1 EP0187772 B1 EP 0187772B1 EP 85902979 A EP85902979 A EP 85902979A EP 85902979 A EP85902979 A EP 85902979A EP 0187772 B1 EP0187772 B1 EP 0187772B1
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EP
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crane
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control
load
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EP85902979A
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Inventor
Gerhard KÖGEL
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Pietzsch AG
Original Assignee
Pietzsch AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88—Safety gear
    • B66C23/90—Devices for indicating or limiting lifting moment
    • B66C23/905—Devices for indicating or limiting lifting moment electrical

Definitions

  • the invention relates to a monitoring and control system for jib cranes with the features of the preamble of claim 1 (US-A-4 178 591).
  • Conventional jib cranes have a control device that the crane operator can use to operate the individual crane drives.
  • This is e.g. B. the slewing gear control, the hoist control, the telescopic control for telescopic cranes, the luffing cylinder control, the support monitoring when the supports are extended and the like.
  • jib cranes such as the one according to US-A-4 178 591, today have load torque limiters which automatically switch the crane off when a permissible load torque is exceeded, depending on the lifted load and the jib length and jib angle.
  • today's load torque limiters allow the lifting capacity of the jib crane to be used to a large extent over its entire unloading area, accidents still occur, e.g. B. when setting up the crane, in the event of failure of the overload protection, giving way when operating with the supports extended or the like.
  • Uncertainty conditions also frequently arise due to improper influencing of the control device by the crane driver. For example, an unauthorized jerk may occur when lifting a load from a standstill due to full actuation of the hoist drive.
  • the crane operator can also inadvertently cause the boom to rock too quickly for the prevailing load on the crane, select an excessively high rotational speed or the like.
  • a device for controlling a crane boom drive is known (DE-OS-25 04 455), in which intervention by the crane operator in a critical load condition of the crane is to be avoided in that the actuator of the crane boom drive is divided by the quotient of the current load torque and the predetermined maximum load torque is applied via a link that connects the setpoint adjuster of the load torque limiter to the actuator of the crane boom drive.
  • the stability depends on a number of other parameters such as the length of the boom, the angle of the boom or radius, the set-up condition of the crane and the like.
  • a monitoring and control system for harbor cranes in which the drive motors are regulated via a programmable computer (Brown Boveri Rev. 9 / 10-83, p.351-356).
  • the invention has for its object to provide a monitoring and control system for jib cranes, which leads to greater safety in crane operation.
  • load torque limitation such as radius, load, utilization, set-up state and the like
  • safety in crane operation is increased in that the processing device sets limits for the control commands which are still triggered by the crane operator and which, depending on the respective crane condition, always entail control functions which are on the safe side.
  • the extension status and the hydraulic pressure in the supports can be displayed and monitored, whereby a warning or switch-off of the crane is triggered when a support is relieved.
  • control functions can also be implemented with the system according to the invention.
  • the usual control functions are optimized, which contributes to an increase not only in safety but also in the service life due to the protection of the crane and its components.
  • control device remains functional even if the load torque limiter fails.
  • control functions can also be limited by the data previously supplied to the processing device, which were previously generated when the load torque was limited.
  • the data transmission device expediently includes a program memory for the coupling software and an interface module on the load torque limiter side and on the control device side.
  • the processing device has a central unit with a computer, a system program memory and a programmable data memory and that the inputs of the central unit are connected to outputs of switch and encoder modules of the control device and of the load torque limiter.
  • the data transmission device can transmit digitized data, and in addition there can be a device for the data transmission of the data recorded analogously when the load torque is limited, which is particularly desirable for fast regulation.
  • the programming device also enables the functions of the medium and higher performance range, such as arithmetic operations, sequence controls, time functions and controls, to be designed programmably.
  • the block diagram shows a load torque limiter 1 and a control device 2 for a jib crane, here a mobile telescopic crane.
  • the load torque limiter 1 is expanded by a data transmission device 10.
  • This data transmission device includes a program memory 11 for the coupling software and an interface module 12 of a serial interface.
  • a device part 13 is provided for the data transmission of the data acquired and preprocessed analogously when the load torque is limited, such as the boom length, the boom angle, the radius or radius of the boom, the actual load torque and, if applicable, the actual load.
  • a device part 23 in the control device 2 corresponds to this device part 13.
  • An interface module 22 in the control device 2 corresponds to the interface module 12 in the load torque limiter 1.
  • Analog encoders for the length, the angle, the actual force applied by the luffing cylinder of the crane are designated by the reference numerals 30, 30 'and shown in the drawing between the load torque limiter 1 and the control device 2.
  • the corresponding analog data acquisition modules in the device parts 13 and 23 are designated by the reference numerals 14 and 24.
  • the control device 2 contains a processing device in the form of a central unit 25 with a computer (CPU), a system program memory 26 and a programmable data memory 27.
  • a processing device in the form of a central unit 25 with a computer (CPU), a system program memory 26 and a programmable data memory 27.
  • the individual components are connected to one another via a bus coupling 24.
  • Each output monitored by the central unit 25 contains a power amplifier 28, which acts on a crane drive, in the illustrated case on a hydraulic valve 31, and enables a security check to be carried out via a feedback module with an alarm transmitter 29.
  • the load torque limiter 1 and the control device 2 are in constant data traffic, be it via the interface modules 12, 22, via which digital data are transmitted, or via the device parts 13, 23, via which analog data are transmitted for fast control.
  • the user program of the crane operator is stored in the system program memory 26, while the programming device is linked to the data memory 27 via a so-called "shadow" memory 27 'with a program connection as an interface.
  • the outside of switches, for. B. stroke limit switch, signals input into the input module 20 are processed together with the signals supplied by the load torque limiter 1 in the central unit 25, which in turn provides the signals required for controlling the individual digital / analog outputs of the output module 21 for actuating the crane drives 31.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Überwachungs- und Steuersystem für Auslegerkrane mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 (US-A-4 178 591).
  • Übliche Auslegerkrane verfügen über eine Steuereinrichtung, über welche der Kranführer die einzelnen Kranantriebe betätigen kann. Hierbei handelt es sich z. B. um die Drehwerksteuerung, um die Hubwerksteuerung, die Teleskopsteuerung bei Teleskopkranen, die Wippzylindersteuerung, die Stützenüberwachung bei ausgefahrenen Abstützungen und dgl.
  • Außerdem verfügen Auslegerkrane wie derjenige nach de US-A-4 178 591, heute über Lastmomentbegrenzer, welche den Kran bei Überschreiten eines zulässigen Lastmomentes in Abhängigkeit von der gehobenen Last und der Auslegerlänge sowie dem Auslegerwinkel automatisch abschalten. Wenngleich heutige Lastmomentbegrenzer eine weitgehende Ausnutzung der Hebekapazität des Auslegerkranes über seinen gesamten Ausladebereich ermöglichen, kommt es immer noch zu Unfällen, z. B. beim Aufbauen des Kranes, bei Ausfall der Überlastsicherung, Nachgeben bei Betrieb mit ausgefahrenen Stützen oder dgl.
  • Auch kommt es häufig zu Unsicherheitszuständen aufgrund unsachgemäßer Beeinflussung der Steuerungseinrichtung durch den Kranfahrer. So kann es beispielsweise beim Anheben einer Last aus dem Stillstand aufgrund voller Betätigung des Hubwerkantriebes zu einem unzulässigen Rucken kommen. Der Kranführer kann auch versehentlich ein für die herrschende Belastung des Kranes zu schnelles Abwippen des Auslegers veranlassen, eine zu hohe Drehgeschwindigkeit wählen oder dgl.
  • Es ist eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kranauslegerantriebes bekannt ( DE-OS-25 04 455), bei der ein Eingreifen des Kranführers bei einem kritischen Belastungszustand des Kranes dadurch vermieden werden soll, daß das Stellglied des Kranauslegerantriebes von dem Quotienten aus dem momentanen Lastmoment und dem vorgegebenen Maximallastmoment über ein Verknüpfungsglied beaufschlagt ist, das den Sollwerteinsteller des Lastmomentbegrenzers an das Stellglied des Kranauslegerantriebes anschließt.
  • Diese Lösung kann hinsichtlich der erzielbaren Sicherheit nicht befriedigen: außer der durch den genannten Quotienten charakterisierten Auslastung des Kranes ist die Standsicherheit von einer Reihe weiterer Parameter wie der Auslegerlänge, dem Ausregerwinkel bzw. dem Auslegerradius, dem Rüstzustand des Kranes und dgl. mehr abhängig.
  • Ferner ist ein Uberwachungs- und Steuersystem für Hafenkrane bekannt, bei dem die Antriebsmotoren über einen programmierbaren Rechner geregelt werden (Brown Boveri Rev. 9/10-83, S.351-356).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungs- und Steuersystem für Auslegerkrane zu schaffen, das zu größerer Sicherheit im Kranbetrieb führt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Überwachungs- und Steuersystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art erfindungsgemäß die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 vorgesehen.
  • Bei dem Überwachungs- und Steuersystem nach der Erfindung ist dafür Sorge getragen, daß die bei der Lastmomentbegrenzung erfaßten und vorverarbeiteten Größen wie Radius, Last, Auslastung, Rüstzustand und dgl. die Steuereinrichtung so beeinflussen, daß die an die Kranantriebe abgegebenen Steuerbefehle in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kranzustand, d. h. von der jeweiligen Last, der jeweiligen Ausladung, dem jeweiligen Rüstzustand usw., begrenzt werden, und zwar mit der hohen, den Gebern des Lastmomentbegrenzers eigenen Genauigkeit.
  • Mit anderen Worten wird die Sicherheit im Kranbetrieb dadurch erhöht, daß das Verarbeitungsgerät Grenzen für die vom Kranführer nach wie vor ausgelösten Steuerbefehle setzt, welche abhängig von dem jeweiligen Kranzustand stets auf der sicheren Seite liegende Steuerungsfunktionen nach sich ziehen.
  • Im einzelnen lassen sich z. B. mit dem System nach der Erfindung die Steuerungsfunktionen wie folgt beeinflussen:
    • 1. Drehwerksteuerung
      • Die maximale Drehgeschwindigkeit läßt sich mit Zunahme der Größen Auslastung, Auslegerlänge, Auslegerwinkel und Hubhöhe des Kranes selbsttätig auf entsprechend verringerte Werte begrenzen;
      • Bei schrägstand des Kranes läßt sich die Drehbewegung bei Annäherung an die Überlast weich abbremsen, und die Drehrichtung läßt sich zur sicheren Seite hin freigeben.
    • 2. Hubwerksteuerung
      • Die Hubantriebsbetätigung läßt sich derart begrenzen, daß die Last nach Stillstand ruckarm wieder angezogen wird;
      • es läßt sich durch Anfahren des Hubwerks bis zu einem vorgewählten Lastwert eine Belastungsvorwahl treffen, wie es z. B. bei der Demontage von Turmdrehkränen erwünscht ist;
      • Es ist eine Schlappseil-Überwachung durchführbar.
    • 3. Teleskopsteuerung
      • Es läßt sich eine Druckabstufung mit verringertem Hydraulikdruck bei Teleskopieren mit kleiner Last verwirklichen.
    • 4. Wippwerksteuerung
      • Die maximale Wippgeschwindigkeit läßt sich mit Zunahme der Größen Last, Auslegerlänge, Auslegerwinkel und Hubhöhe des Kranes selbsttätig auf entsprechend verringerte Werte begrenzen;
      • Bei 2- oder mehrstufigen Wippzylindern (Teleskopzylindem) läßt sich der Ubergangsbereich zwischen den einzelnen Stufen steuern;
      • Bei Kranbetrieb mit Drehbühnenballast (Derrick-Betrieb) läßt sich die Umschaltung von Unten-auf Obendruck und umgekehrt steuern;
      • Es läßt sich eine Last bei konstantem Radius unter Berücksichtigung der Auslegerdurchbiegung anheben. Hierbei erfolgt gleichzeitiges Einwippen des Auslegers beim Anziehen der Last.
    • 5. Stützenüberwachung
  • Der Ausfahrzustand und der Hydraulikdruck in den Abstützungen läßt sich anzeigen und überwachen, wobei bei Entlastung einer Abstützung eine Warnung bzw. Abschaltung des Kranes ausgelöst wird.
  • Diese aufgeführten Möglichkeiten verdeutlichen, daß mit dem System nach der Erfindung neben der Erhöhung der Sicherheit auch bisher unbekannte Steuerungsfunktionen verwirklichbar sind. Außerdem werden die üblichen Steuerungsfunktionen optimiert, was zu einer Erhöhung nicht nur der Sicherheit sondern auch der Lebensdauer aufgrund der Schonung des Kranes und seiner Baugruppen beiträgt.
  • Die Steuereinrichtung nach der Erfindung bleibt funktionsfähig auch noch dann, wenn der Lastmomentbegrenzer ausfällt. In diesem Fall kann weiter für eine Begrenzung der Steuerfunktionen durch die dem Verarbeitungsgerät vorher zugeführten Daten gesorgt sein, welche bei der Lastmomentbegrenzung vorher angefallen sind.
  • Zweckmäßig gehören zum Datenübertragungsgerät ein Programmspeicher für die Koppelungs-Software und je ein Schnittstellenbaustein auf der Seite des Lastmomentbegrenzers und auf der Seite der Steuereinrichtung.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verarbeitungsgerät eine Zentraleinheit mit Rechner, einen Systemprogrammspeicher und einen programmierbaren Datenspeicher aufweist und daß die Eingänge der Zentraleinheit mit Ausgängen von Schalter- und Geberbausteinen der Steuereinrichtung und des Lastmomentbegrenzers verbunden sind.
  • Das Datenübertragungsgerät kann digitalisierte Daten übertragen, und zusätzlich kann ein Gerät für die Datenübertragung der bei der Lastmomentbegrenzung analog erfaßten Daten vorhanden sein, was insbesondere für eine schnelle Regelung wünschenswert ist.
  • Vorteilhaft ist es, mit dem Datenspeicher ein Programmiergerät zu verbinden, so daß eine problemlose Anderung der Steuerungsfunktion durch eine Programmänderung im Programmiergerät herbeigeführt werden kann. Das Programmiergerät ermöglicht auch, die Funktionen des mittleren und höheren Leistungsbereiches, wie Rechenoperationen, Ablaufsteuerungen, Zeitfunktionen und Regelungen, programmierbar zu gestalten.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Blockschaltbildes eines Überwachungs- und Steuerungssystems für einen Auslegerkran mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
  • Das Blockschaltbild zeigt einen Lastmomentbegrenzer 1 und eine Steuereinrichtung 2 für einen Auslegerkran, hier einen mobilen Teleskopkran.
  • Der Lastmomentbegrenzer 1 ist durch ein Datenübertragungsgerät 10 erweitert. Zu diesem Datenübertragungsgerät gehört ein Programmspeicher 11 für die Koppel-Software und ein Schnittstellenbaustein 12 einer seriellen Schnittstelle. Außerdem ist ein Geräteteil 13 für die Datenübertragung der bei der Lastmomentbegrenzung analog erfaßten und vorbearbeiteten Daten, wie der Auslegerlänge, dem Auslegerwinkel, der Ausladung bzw. dem Radius des Auslegers, dem Ist-Lastmoment und ggf. der Ist-Last, vorgesehen. Diesem Geräteteil 13 entspricht ein Geräteteil 23 in der Steuereinrichtung 2. Entsprechend entspricht dem Schnittstellenbaustein 12 im Lastmomentbegrenzer 1 ein Schnittstellenbaustein 22 in der Steuereinrichtung 2.
  • Analoge Geber für die Länge, den Winkel, die vom Wippzylinder des Kranes aufgebrachte Ist-Kraft etc. sind mit den Bezugszeichen 30, 30' bezeichnet und in der Zeichnung zwischen dem Lastmomentbegrenzer 1 und der Steuereinrichtung 2 dargestellt.
  • Die entsprechenden Analog-Datenerfassungsbausteine in den Geräteteilen 13 und 23 sind mit den Bezugszeichen 14 und 24 bezeichnet.
  • Die Steuereinrichtung 2 enthält ein Verarbeitungsgerät in Form einer Zentraleinheit 25 mit Rechner (CPU), einen Systemprogrammspeicher 26 und einen programmierbaren Datenspeicher 27.
  • Ferner sind ein Eingabebaustein 20 mit redundanten Digital-Eingängen in üblicher Bauweise, ein Ausgabebaustein 21 mit überwachten Analog-Ausgängen und eine Rechnerüberwachung (watchdog) 25' vorgesehen.
  • Die einzelnen Bausteine sind über eine Buskopplung 24 miteinander verbunden.
  • Jeder von der Zentraleinheit 25 überwachte Ausgang enthält einen Leistungsverstärker 28, der auf einen Kranantrieb, in dargestellten Fall auf ein hydraulisches Ventil 31 wirkt und über eine Rückmeldungsbaugruppe mit Alarmgeber 29 eine Sicherheitsüberprüfung ermöglicht.
  • Bei dem System nach der Erfindung stehen der Lastmomentbegrenzer 1 und die Steuereinrichtung 2 in dauerndem Datenverkehr, - sei es über die Schnittstellenbausteine 12, 22, über welche digitale Daten übermittelt werden, oder über die Geräteteile 13, 23, über welche zur schnellen Regelung analoge Daten übermittelt werden. Im Systemprogrammspeicher 26 ist das Anwenderprogramm des Kranbetreibers gespeichert, während das Programmiergerät an den Datenspeicher 27 über einen sogenannten "Schatten"-Speicher 27' mit Programmanschluß als Schnittstelle verknüpft ist. Die von außen über Schalter, z. B. Hubendschalter, in den Eingabebaustein 20 eingegebenen Signale werden zusammen mit den vom Lastmomentbegrenzer 1 gelieferten Signalen in der Zentraleinheit 25 verarbeitet, welche ihrerseits die zur Steuerung der einzelnen Digital- /Analog-Ausgänge des Ausgabebausteines 21 erforderlichen Signale zur Betätigung der Kranantriebe 31 bereitstellt.

Claims (5)

1. Überwachungs- und Steuersystem für Auslegerkrane mit einem Lastmomentbegrenzer und einer mit diesem verknüpften, vom Kranführer beeinflußbaren Steuereinrichtung für die Kranantriebe, wobei der Lastmomentbegrenzer einen den mit dem Istwert des Lastmomentes zu vergleichenden Lastmoment-Sollwert ermittelnden Rechner enthält, dem als Parameter Daten wie die Auslastung sowie die Auslegerlänge, den Auslegerwinkel bzw. die Ausladung, die Last am Kranhaken und den Rüstzustand darstellende Werte zugeführt sind, so daß in einem Verknüpfungsgerät das Erreichen des Lastmoment-Sollwerts erfaßt und ein entsprechendes Überwachungssignal abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Rechner (25) vorgesehen ist, dem über weitere Verknüpfungsglieder des Verknüpfungsgeräts und ein Datenübertragungsgerät (12, 22) die genannten Parameter zugeführt sind und der aus diesen Parametern und Daten der Steuereinrichtung Führungsgrößen für die Steuerung erzeugt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Darenübertragungsgerät (10) ein Programmspeicher (l 1) und Schnittstellenbausteine (12,22) gehören.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenverarbeitungsgerät einen Systemprogrammspeicher (26) und einen programmierbaren Datenspeicher (27) aufweist und daß die Eingänge des Rechners (25) mit Ausgängen von Schalter- und Geberbausteinen (21;30, 30') der Steuereinrichtung (2) und des Lastmomentbegrenzers (1) verbunden sind.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Datenspeicher (27) ein Programmiergerät (32) anschließbar ist.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenübertragungsgerät (10) für die Übertragung digitalisierter Daten ausgelegt ist und daß zusätzlich ein Gerät (13, 23) für die Datenübertragung der bei der Lastmomentbegrenzung analog erfaßten Daten vorgesehen ist.
EP85902979A 1984-06-01 1985-05-31 Überwachungs- und steuersystem für auslegerkrane Expired EP0187772B1 (de)

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