ITMI20131958A1 - Dispositivo e procedimento per il controllo del pendolamento di un carico sospeso da un apparato di sollevamento - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“DISPOSITIVO E PROCEDIMENTO PER IL CONTROLLO DEL PENDOLAMENTO DI UN

CARICO SOSPESO DA UN APPARATO DI SOLLEVAMENTO”

La presente invenzione riguarda un dispositivo ed un procedimento per il controllo del pendolamento di un carico sospeso mediante apparati di sollevamenti a fune o catena, quali carriponte, gru per edilizia, autogru e simili apparati atti a sollevare e spostare carichi.

Come noto, i carriponte sono macchine destinate al sollevamento ed allo spostamento di materiali e merci, sia all'aperto che al chiuso, e sono generalmente costituiti da un ponte mobile in senso orizzontale lungo una coppia di rotaie e provvisto di una traversa sulla quale è montato un carrello che ospita un paranco e che può muoversi orizzontalmente lungo la traversa. Al paranco è connessa una carrucola dotata di un elemento di presa, ad esempio un gancio, per la presa ed il sollevamento degli oggetti.

Al paranco sono applicate una o più funi, le quali mediante un sistema di carrucole, rinvii e ganci consentono il sollevamento e lo spostamento dei pesi.

Uno dei problemi principali relativo all’utilizzo di tali impianti, nonché in generale degli apparati di sollevamento a fune o catena, è quello di garantire la piena sicurezza degli operatori durante l’impiego degli stessi, anche in considerazione dei pesi elevati da spostare.

Una soluzione a tali problemi è stata trovata mediante il dispositivo descritto nei brevetti IT 1 386 901 e IT 1 387 564, ai quali si rimanda per ulteriori dettagli.

I dispositivi di sicurezza per apparati di sollevamento ivi descritti prevedono mezzi per rilevare lo scostamento dalla verticale di almeno una delle funi che sorreggono l’elemento di presa per il carico.

Una realizzazione prevede l’uso di un gruppo di accelerometri, ognuno degli accelerometri essendo atto a determinare lo spostamento dell’elemento di presa del carico su un rispettivo asse cartesiano ortogonale.

In particolare gli accelerometri sono posizionati sul capofisso ovvero nel punto in cui la fune che sorregge l’elemento di presa del carico resta fissa ed immobile ovvero non scorre.

Ai mezzi di rilevamento dello scostamento dalla verticale possono essere associati mezzi avvisatori di tipo acustico e/o visivo e/o mezzi di interruzione delle operazioni di sollevamento o di spostamento atti ad entrare in funzione, se lo scostamento dalla verticale della fune di cui si rileva lo scostamento supera almeno una soglia prefissata.

Un’ulteriore soluzione è descritta nel brevetto IT 1 393 950, al quale si rimanda per ulteriori dettagli.

Basti qui dire che in tale documento è descritto un sistema che consente la gestione integrata impianti di sollevamento, sistema indicato come Cranes Integrated Management Services (CIMS).

Tale sistema consente di rilevare e catalogare i dati relativi ai componenti di un impianto di sollevamento, al fine di aumentarne la sicurezza, ad esempio per poter gestire le manutenzioni in modo chiaro e semplice per i clienti.

Ad esempio possono essere rilevati, mediante un sistema accelerometrico di rilevazione posto a bordo dell’apparato di sollevamento, dati relativi agli spostamenti dell’elemento di presa del carico su almeno un asse cartesiano ortogonale e/o dati relativi a singoli eventi o a serie storiche di eventi dell’apparato di sollevamento.

Tale sistema consente, tra l’altro, di aumentare l'efficienza nella gestione delle manutenzioni stesse, soprattutto in tutte quelle situazioni industriali in cui è presente una molteplicità di impianti.

Le informazioni raccolte posso essere rese disponibili direttamente sul web senza l'utilizzo di programmi istallati sul PC, cosa che permette la massima accessibilità globale da qualsiasi postazione Internet.

Tuttavia, nonostante il carroponte sia un’apparecchiatura di sollevamento soggetta a specifiche normative sia costruttive, sia di verifica periodica, rimangono tuttora aperti i seguenti problemi tecnici, sostanzialmente legati alla sicurezza degli operatori che utilizzano tali apparecchiature.

Uno di questi problemi è dato dal fatto che i dispositivi della tecnica nota, pur essendo in grado di determinare lo scostamento rispetto alla verticale del carico, effettuano tale determinazione sostanzialmente al fine di consentire all’operatore di prendere le opportune decisioni in caso di scostamento eccessivo. Essi tuttavia non operano attivamente per minimizzare o comunque ridurre il pendolamento del carico durante le operazioni del carroponte.

Analogamente, pur esistendo studi teorici che affrontano i problemi relativi al pendolamento del carico in apparati sollevamento, questi studi sono generalmente basati su simulazioni o su prototipi di laboratorio e non tengono generalmente conto delle esigenze che sorgono in campo industriale, ad esempio dovute alla presenza ed ai comandi impartiti da un operatore, al rispetto delle normative ed altro.

Scopo della presente invenzione è quindi di fornire un dispositivo ed un procedimento per il controllo e la stabilizzazione delle oscillazioni del carico, sia durante le normali operazioni, sia dovute a causa di brusche fasi di frenata o di accelerazione.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di fornire un dispositivo ed un procedimento per il controllo che sia applicabile industrialmente.

Non ultimo scopo delle varie realizzazioni dell'invenzione è di fornire un procedimento di controllo della stabilità del carroponte che sfrutti le capacità di calcolo oggi disponibili.

Gli scopi dell’invenzione vengono raggiunti grazie ad un dispositivo per il controllo del pendolamento di un carico sospeso da un apparato di sollevamento, ove l’apparato di sollevamento prevede almeno un elemento scorrevole motorizzato che sorregge il carico e che può muoversi lungo un asse sostanzialmente orizzontale, il dispositivo di controllo comprendendo una piattaforma inerziale atta rilevare valori rappresentativi dell’angolo di oscillazione del carico rispetto alla verticale ed essendo provvista di mezzi per comunicare detti valori rappresentativi del suddetto angolo ad una centralina di controllo atta ad elaborare detti valori per calcolare ed impartire azioni di controllo del motore che opera sull’elemento scorrevole, al fine minimizzare il pendolamento del carico.

Un vantaggio di questa realizzazione è che essa consente di operare sull’elemento scorrevole dell’apparato di sollevamento in contemporanea ai movimenti del carico, al fine ridurne il pendolamento e mantenere il carico sospeso il più possibile vicino ad una posizione desiderata.

Secondo un’altra realizzazione dell’invenzione, la piattaforma inerziale è atta rilevare gli angoli di oscillazione del carico rispetto alla verticale secondo due direzioni mutuamente perpendicolari definenti assi di scorrimento per rispettivi elementi scorrevoli motorizzati dell’apparato di sollevamento e la centralina di controllo è atta ad elaborare detti valori al fine di calcolare ed impartire azioni di azioni di controllo dei motori al fine minimizzare il pendolamento del carico.

Un vantaggio di questa realizzazione è che essa consente di operare contemporaneamente su elementi scorrevoli che operano secondo direzioni mutuamente perpendicolari come, ad esempio, nel caso di un carroponte, il carrello ed il ponte, per ridurre il pendolamento del carico sospeso e mantenerlo il più possibile vicino ad una posizione desiderata nello spazio.

Secondo un ulteriore realizzazione dell’invenzione, la piattaforma inerziale comprende un accelerometro ed un giroscopio.

Un vantaggio di questa realizzazione è che essa consente di rilevare informazioni sulla posizione del carico e, combinando le rilevazioni dell’accelerometro con quelle del giroscopio, di misurare l’angolo di oscillazione del carico con il suo segno algebrico, al fine di determinare con precisione la posizione del carico, nonché di calcolarne i parametri dinamici quali, ad esempio, la velocità e l’accelerazione angolare.

Secondo un’altra realizzazione dell’invenzione, la piattaforma inerziale è posizionata sul capofisso di una fune o catena che sorregge un elemento di presa del carico.

Un vantaggio di questa realizzazione è che essa consenta una precisa misurazione delle grandezze fisiche misurate dalla piattaforma inerziale essendo tal posizione non influenzata da movimenti degli organi dell’apparato di sollevamento, quali ad esempio quelli delle pulegge liberamente scorrevoli sulle rispettive funi.

Secondo un ulteriore realizzazione dell’invenzione, alla centralina di controllo può essere associata un’unità di elaborazione remota.

Un vantaggio di questa realizzazione è che essa, tramite l’impiego dell’unità di elaborazione remota, consente di impiegare i dati elaborati dalla centralina di controllo tramite un software di controllo e di configurazione del sistema, nonché di post elaborazione dei dati e di interfacciarsi con la piattaforma CIMS, e di interfacciarsi con altri sistemi di elaborazione dati, ad esempio PLC, PC, e simili.

L’invenzione comprende anche un apparato di sollevamento comprendente una piattaforma inerziale associabile ad un dispositivo di controllo atto ad agire sull’apparato di sollevamento.

Un’altra realizzazione della presente invenzione prevede un procedimento per il controllo del pendolamento di un carico sospeso mediante un apparato di sollevamento, in cui sono previste le seguenti fasi:

- monitoraggio di un valore rappresentativo dell’angolo di oscillazione del carico rispetto alla verticale;

- determinazione di una differenza tra l’angolo di oscillazione del carico monitorato ed un angolo di oscillazione desiderato per ridurre o eliminare tale differenza;

- calcolo dell’azione di controllo da applicare ad almeno uno dei motori dell’apparato di sollevamento;

- applicazione di detta azione di controllo ad almeno uno dei motori dell’apparato di sollevamento.

Secondo un ulteriore realizzazione dell’invenzione, la fase di calcolo dell’azione di controllo viene effettuata tenendo conto di variazioni della distanza del carico dall’elemento scorrevole dell’apparato di sollevamento.

Un vantaggio di questa realizzazione è dato dal fatto che essa consente di operare su tutti quegli apparati di sollevamento in cui il carico può subire escursioni notevoli passando da una posizione abbassata ad una sollevata, ad esempio mediante l’effetto di un paranco od un argano in grado di sollevare od abbassare un carico. Secondo un’altra realizzazione dell’invenzione, in cui la fase di calcolo e la fase di applicazione di detta azione di controllo calcolata sono effettuate indipendentemente per ognuno degli azionamenti degli elementi scorrevoli dell’apparato di sollevamento. Un vantaggio di questa soluzione è che essa consente di semplificare sia il calcolo dell’azione di controllo, sia la sua implementazione pratica.

I vari aspetti del procedimento possono essere attuati con l’ausilio di un programma per computer comprendente un codice sorgente che implementa le fasi del procedimento. Il programma per computer può essere memorizzato, ad esempio, in una memoria associata alla centralina di controllo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate.

- la figura 1 è una vista prospettica di un carroponte a cui è applicato il dispositivo di controllo secondo una realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 è una vista schematica del carroponte di figura 1; - la figura 3 è una vista schematica di realizzazioni del dispositivo di controllo dell’invenzione;

- la figura 4 è una vista schematica di alcuni parametri rilevanti per il sistema di controllo dell’invenzione;

- la figura 5 illustra uno schema a blocchi relativo all’architettura di una realizzazione esemplificativa del sistema di controllo;

- la figura 6 illustra un esempio di misurazione dei parametri che descrivono il moto di un carico;

- la figura 7 è una vista schematica, monodimensionale, di alcuni parametri rilevanti per il sistema di controllo dell’invenzione; e - la figura 8 illustra uno schema a blocchi relativo all’architettura di una ulteriore realizzazione esemplificativa del sistema di controllo.

La presente invenzione riguarda un dispositivo ed un procedimento per il controllo del pendolamento di un carico sospeso mediante apparati di sollevamenti a fune o catena, quali carriponte, gru per edilizia, autogru e simili apparati atti a sollevare e spostare carichi. Essa, per semplicità, verrà descritta con riferimento ad un carroponte.

In figura 1 è visibile schematicamente un carroponte 10 che presenta un ponte 19, comprendente due travi tra loro parallele 15,16, il ponte 19 essendo mobile lungo una prima direzione indicata figura 1 con X, movimento che avviene mediante lo spostamento di due testate 13,14 lungo due travi 33,34.

Sul ponte 19 è montato un carrello motorizzato 20 che può scorrere su due binari 15’,16’, ognuno posto su una rispettiva trave 15,16 del ponte 19. Il carrello 20 può scorrere lungo una direzione perpendicolare alla prima direzione X ed indicata con Y essendo.

Al ponte 19 è associato un motore 24, dotato di un inverter 24’, che ne consente il movimento lungo l’asse X di figura 1, mentre al carrello motorizzato 20 è associato un relativo motore (non rappresentato per semplicità), anch’esso dotato di un rispettivamente inverter.

Come illustrato più in dettaglio in seguito, al carroponte è associato un dispositivo di controllo che comprende una centralina di controllo 40 atta ad impartire azioni di controllo ai motori del carroponte comandando, per ogni motore, un rispettivo inverter che regola la velocità del motore a cui è associato.

In una variante dell’invenzione, la centralina di controllo 40 può agire comandando un PLC (Programmable Logic Controller) o altra centralina che a sua volta agisce sugli inverter dei motori.

Al carrello 20 è associata una carrucola 11, a sua volta provvista di un elemento di presa 12, ad esempio un gancio, ed atta a sollevare o abbassare un carico (non rappresentato per semplicità) mediante un sistema di funi 27 azionate tramite un paranco 18 montato sulla traversa 17.

L’elemento di presa del carico 12 può quindi essere sollevato o abbassato lungo una direzione verticale, ma può anche essere soggetto a movimenti in cui discosta dalla verticale, a seconda delle condizioni di lavoro, ad esempio quando il ponte 19 e/o il carrello 20 sono in movimento o quando ad esso è applicata una forza da un operatore.

In figura 2 il carroponte di figura 1 è rappresentato nei suoi componenti principali, al fine di evidenziare una piattaforma inerziale 30 atta a misurare i movimenti della fune che regge l’elemento di presa del carico, secondo quanto illustrato nel seguito della presente descrizione.

Al carroponte 10 è anche associato un dispositivo per il controllo attivo della stabilità secondo le varie realizzazioni della presente invenzione.

Con riferimento alla figura 3, si osserva che il dispositivo di controllo comprende la piattaforma inerziale 30 ed la centralina di controllo 40 quest’ultima essendo atta ad impartire comandi di movimento agli inverter che controllano gli azionamenti dei motori del carroponte.

La centralina di controllo 40 può quindi impartire comandi sia all’inverter 24’ che regola il motore 24 che aziona il movimento del ponte 19, sia all’inverter che regola il motore che aziona il movimento del carrello 20, comandi che sono tra loro indipendenti e che possono essere inviati agli inverter di detti motori mediante collegamento analogico, canbus o con altri bus ethernet.

In particolare, la piattaforma inerziale 30 comprende un accelerometro a tre assi 34 ed un giroscopio 36, ove entrambi possono essere gestiti mediante un microprocessore 32.

In una realizzazione preferita la centralina di controllo 40 può essere montata sul carroponte stesso (come indicato nella parte sinistra della figura 3) ed essere connessa via cavo 42, o in modalità wireless, alla piattaforma inerziale 30.

In un’altra realizzazione preferita la centralina 40 può essere associata ad un’unità di controllo remota, ad esempio incorporata in un server 80, ove detta unità remota può operare software di controllo e di configurazione del sistema, nonché software di postelaborazione dei dati e può interfacciarsi con una piattaforma di tipo Cranes Integrated Management Services (CIMS) come descritta nel brevetto IT 1393 950 che si intende qui incorporato per riferimento. In una variante dell’invenzione, la piattaforma inerziale 30 e la centralina di controllo 40 possono essere integrate in un’unica unità.

Con riferimento ora alla piattaforma inerziale 30, l’accelerometro a tre assi 34 è in grado di misurare l’angolo di inclinazione della fune 27 che regge l’elemento di presa del carico 12; tuttavia l’angolo misurato indica unicamente l’inclinazione della fune rispetto alla verticale, ma non contiene l’informazione relativa alla direzione rispetto alla quale la fune è inclinata.

Al fine di completare la rappresentazione nello spazio dei movimenti dell’elemento di presa 12, la piattaforma inerziale 30 comprende anche un giroscopio 36.

Come noto, il giroscopio 36 è uno strumento che tende a mantenere il suo asse di rotazione orientato in una direzione fissa e permette quindi di misurare un angolo di orientazione rispetto a tale direzione fissa.

Pertanto la combinazione delle informazioni ricavabili dalle misurazioni effettuate dall’accelerometro a tre assi 34 e dal giroscopio 36 consente di determinare la posizione dell’elemento di presa 12 nello spazio, come espressa ad esempio dall’angolo della figura 2, nonché di calcolare la variazione nel tempo di tale angolo così come l’accelerazione angolare

Secondo una realizzazione preferenziale dell’invenzione, la piattaforma inerziale è posta sul capofisso della fune che regge l’elemento di presa.

Questa disposizione della piattaforma inerziale è preferibile rispetto ad un posizionamento della piattaforma inerziale sulla puleggia 11, in quanto quest’ultima è libera di scorrere sulle funi 27 e l’elemento di presa 12 ha la tendenza a mantenere sempre un’orientazione sostanzialmente verticale. Pertanto un accelerometro sulla puleggia avrebbe la tendenza a misurare accelerazioni sensibilmente inferiori rispetto a quelle misurate quando esso è posto sul capofisso della fune.

In ogni caso, i dati provenienti dalla piattaforma inerziale 30 vengono inviati alla centralina di controllo 40 per consentire al dispositivo di controllo di identificare le correzioni che devono essere fornite al carrello 20 ed al ponte 19. Tali correzioni vengono poi attivate operando sugli inverter dei rispettivi motori di azionamento in modo da muovere il carrello 20 e/o il ponte 19 in modo tale da riportare l’elemento di presa del carico in una posizione verticale, o con un’angolazione desiderata, in un tempo più breve rispetto quello in cui nessun controllo è presente.

Il dispositivo di controllo può anche agire in contemporanea al movimento del ponte e/o del carrello per mantenere l’angolo di inclinazione della fune all’interno di piccoli valori che consentano di operare in sicurezza.

Al fine di illustrare il funzionamento del sistema di controllo, si fa ora riferimento alla figura 4, la quale è una vista schematica di alcuni parametri rilevanti per detto sistema, illustrati secondo un esempio che considera solo il movimento in orizzontale di uno dei componenti del carroponte.

Dato che il carroponte può prevedere un movimento del carrello 20 lungo un primo asse ed un altro movimento, dato dal ponte 19, lungo un secondo asse perpendicolare al primo, tutti i concetti che seguono possono essere applicati su entrambi gli assi.

Siccome però i moti su tali assi sono tra loro disaccoppiati in quanto generati da rispettivi motori, azionabili indipendentemente l’uno dall’altro, è possibile per semplicità svolgere un ragionamento con riferimento ad un caso di movimento lungo un solo asse, ovvero nell’esempio fornito l’asse X illustrato in figura 4, essendo il movimento lungo il secondo asse schematizzabile e controllabile indipendentemente ed in modo del tutto analogo.

Pertanto, uno dei componenti del carroponte, che può essere il carrello 20 o il ponte 19, è rappresentato schematicamente come esempio in figura 4 indicandone la massa M e la sua posizione X, ovvero la distanza del baricentro della massa M da un riferimento fisso. La massa M può muoversi lungo l’asse X.

Alla massa M è vincolato un peso m tramite una fune o catena di lunghezza l. Il peso m può quindi oscillare come un pendolo semplice e può quindi discostarsi dalla verticale di un angolo .

Il peso m indica quindi il peso che il carroponte deve sollevare, ove a seconda dei casi tale peso può essere dato dal peso dell’elemento di presa che regge il carico o anche dell’elemento di presa a vuoto. La logica del sistema rimane la stessa in entrambi i casi.

Pertanto, al fine di costruire un modello dinamico del comportamento del sistema illustrato in figura 4, si può procedere come segue.

Si definisce innanzitutto la Lagrangiana L del sistema di figura 4:

ove, come noto, T è l’energia cinetica del sistema e U la sua energia potenziale.

Per il sistema illustrato in figura 4, utilizzando le coordinate generalizzate di Lagrange, si può quindi scrivere:

ove è la velocità lungo l’asse X e è la velocità angolare del pendolo di lunghezza l e di massa m.

In questo caso si è assunta l’ipotesi che la fune abbia lunghezza costante pari a l e peso trascurabile.

Con questa premessa si possono scrivere le equazioni di Eulero-Lagrange per il sistema di figura 4, ovvero:

ove b è un parametro che rappresenta gli attriti e F è una forza applicata al sistema.

Svolgendo i relativi calcoli, si perviene alle seguenti equazioni:

Impiegando come variabile di controllo la velocità di riferimento del motore che sposta la massa M lungo l’asse X di figura 4 e, sotto l’ipotesi che il controllo della velocità sia rapido ed accurato, si può porre .

Definendo l’azione di controllo come e linearizzando mediante la condizione , si ottiene un modello dinamico, definito dall’equazione (1), che rappresenta la relazione tra l’azione di controllo ed i parametri dinamici definenti la posizione, la velocità e l’accelerazione della massa m, ovvero:

(1)

Con riferimento alla figura 5 è possibile descrivere lo schema a blocchi relativo ad una realizzazione esemplificativa del sistema di controllo dell’invenzione.

In particolare, ponendo ad esempio il fatto che si voglia portare l’elemento di presa del carico in posizione verticale, ovvero si voglia avere , nello schema a blocchi di figura 5 è indicato il controllore C(s) (blocco 110) e gli eventuali input di un operatore del carroponte (blocco 100).

Il controllore C(s) riceve come input l’errore angolare , dato dalla differenza tra l’angolazione desiderata e quella misurata dalla piattaforma inerziale 30, ovvero

Il controllore C(s), sulla base dell’errore angolare , calcola la velocità di riferimento o desiderata da imporre al carrello al fine di ridurre o eliminare l’errore angolare .

Il sistema di controllo prevede anche la considerazione degli eventuali input di un operatore del carroponte (blocco 100), qualora presenti.

Tale velocità di riferimento o desiderata si traduce in una velocità effettiva del carrello attraverso l’effetto del relativo motore controllato tramite inverter, effetto che include i cinematismi interni del motore e che è schematizzato dalla funzione di trasferimento M (s) del blocco 120. In molti casi, per semplicità, si può porre M (s)~ 1.

A sua volta la velocità effettiva del carrello viene impiegata come input del modello dinamico del carroponte (Eq. (1)) che fornisce come output l’angolo effettivo assunto dalla fune che regge l’elemento di presa del carico.

Tale angolo può essere misurato dalla piattaforma inerziale 30, che restituisce un valore da utilizzare per calcolare un nuovo valore dell’errore angolare .

Il controllore C (s) può essere di tipo proporzionale, ovvero C (s) = Kp, ove il guadagno Kplega l’errore angolare alla velocità di riferimento per pilotare i motori.

L’effettivo valore di Kpda applicare dipende dal sistema. In generale con elevati valori di Kpsi ha una rapida diminuzione del pendolamento a scapito tuttavia di una diminuzione di velocità del carrello e viceversa.

Inoltre per migliorare la performance del sistema si deve considerare anche la variazione di lunghezza della fune, variazione di cui si può tener conto mediante un controllore proporzionale con gain scheduling descritto in maggiore dettaglio nel seguito.

In alternativa, il controllore C (s) può essere un controllore PI, ovvero di tipo proporzionale ed integrativo.

Il funzionamento del sistema di controllo è del tutto analogo quando si voglia avere una inclinazione dell’elemento di presa del carico diversa dalla verticale, ad esempio pari ad un grado durante il movimento dell’intero carroponte da una posizione all’altra sul sito di lavoro. L’unica differenza sarà quella di impostare una diversa angolazione desiderata, ovvero nell’esempio .

La figura 6 illustra un esempio di misurazione dei parametri che descrivono il moto dell’elemento di presa effettuata utilizzando la piattaforma inerziale 30.

In questo caso una prima misurazione può essere presa dall’accelerometro 34 che misura, nel caso descritto la variazione dell’accelerazione del carico lungo l’asse Y. Nello stesso momento il giroscopio 36 può misurare una variazione dell’angolo di assetto del carico lungo l’asse X.

Entrambe le misure possono essere combinate tramite note tecniche di filtraggio, ad esempio mediante impiego di un filtro di Kalman esteso, al fine di ottenere una misura della variazione dell’angolo lungo l’asse Y con il suo segno algebrico.

Al fine di raffinare il comportamento del sistema di controllo, si può considerare che il guadagno Kpdel controllore dipende anche dalla distanza l del carico dal carrello, come schematicamente illustrato in figura 7.

In questo caso si può operare mediante la realizzazione di un controllore proporzionale con gain scheduling.

Come noto, la tecnica di controllo in gain scheduling implica la progettazione di un controllore per diversi punti di funzionamento del sistema da controllare. I parametri ottenuti in tal modo possono essere poi interpolati in modo tale da progettare un controllore che abbia un guadagno variabile in dipendenza dei diversi punti di funzionamento.

In figura 7 è quindi esemplificato un carrello 20 che si sposta sui binari ed un carico di massa m collegato al carrello mediati funi o catene che sono considerati di massa trascurabile.

Le variabili necessarie al controllo con gain scheduling sono:

- la distanza d tra l’aggancio del capofisso e l’asse formato tra carrello e carico in condizioni stazionarie (senza oscillazioni), - l’angolo di oscillazione stimato utilizzando la piattaforma inerziale ,

- ed il range e in cui la massa m può muoversi sull’asse verticale.

In figura 8 è schematizzato il funzionamento del controllore proporzionale. L’angolo di oscillazione è ottenuto dalla piattaforma inerziale e filtrato con un filtro passa-alto per eliminare la componente continua, mentre l’angolo desiderato è pari a zero, cioè nessuna oscillazione. L’errore ottenuto per differenza viene moltiplicato per un coefficiente dipendente dall’altezza h del carico per ottenere la correzione di velocità da inviare agli inverter che comandano i motori.

A partire dalle informazioni a disposizione si stima l’altezza del carico (intesa come distanza dal carrello) con l’obiettivo di schedulare il guadagno del controllo:

A questo punto h è stimato e viene saturato tra h_max e h_min, ovvero in modo che h sia sempre ricompreso tra tali valori.

Da una fase iniziale di settaggio del sistema, è possibile ottenere i due valori di da applicare in corrispondenza dell’altezza massima e minima, denominati e . A questo punto per calcolare il valore di si può utilizzare la seguente formula:

-

Tale soluzione consente di operare in tutti i casi il carico subisce escursioni notevoli passando da una posizione abbassata ad una sollevata, ad esempio mediante l’effetto del paranco 18.

Infine, in generale, collocando la centralina di controllo in posizione remota rispetto all’apparato di sollevamento, è possibile oltre ad operare detto controllo remoto, integrarlo con una raccolta dati in tempo reale ai fini di controllo del funzionamento dell’apparato di sollevamento e della pianificazione della sua manutenzione.

L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il controllo del pendolamento di un carico sospeso da un apparato di sollevamento, ove l’apparato di sollevamento prevede almeno un elemento scorrevole motorizzato che sorregge il carico e che può muoversi lungo un asse sostanzialmente orizzontale, il dispositivo di controllo comprendendo ulteriormente una piattaforma inerziale atta rilevare valori rappresentativi dell’angolo di oscillazione del carico rispetto alla verticale ed essendo provvista di mezzi per comunicare detti valori ad una centralina di controllo atta ad elaborare detti valori per calcolare ed impartire azioni di controllo del motore che opera sull’elemento scorrevole, al fine minimizzare il pendolamento del carico.
2. 2. Dispositivo come alla rivendicazione 1, in cui la piattaforma inerziale è atta rilevare gli angoli di oscillazione del carico rispetto alla verticale secondo due direzioni mutuamente perpendicolari definenti assi di scorrimento per rispettivi elementi scorrevoli motorizzati dell’apparato di sollevamento e la centralina di controllo è atta ad elaborare detti valori al fine di calcolare ed impartire azioni di azioni di controllo dei motori al fine minimizzare il pendolamento del carico.
3. 3. Dispositivo come alla rivendicazione 1 o 2, in cui la centralina di controllo impartisce le azioni di controllo calcolate ai motori comandando, per ogni motore, un rispettivo inverter che regola la velocità del motore a cui è associato.
4. 4. Dispositivo come alla rivendicazione 1 o 2, in cui la piattaforma inerziale comprende un accelerometro ed un giroscopio.
5. 5. Dispositivo come alla rivendicazione 1 o 2, in cui la piattaforma inerziale è posizionata sul capofisso di una fune o catena che sorregge un elemento di presa del carico.
6. 6. Dispositivo come alla rivendicazione 1 o 2, in cui alla centralina di controllo può essere associata un’unità di elaborazione remota.
7. 7. Apparato di sollevamento comprendente una piattaforma inerziale associabile al dispositivo di controllo come alle rivendicazioni da 1 a 6.
8. 8. Procedimento per il controllo del pendolamento di un carico sospeso mediante un apparato di sollevamento come alla rivendicazione precedente, in cui sono previste le seguenti fasi: - monitoraggio di un valore rappresentativo dell’angolo di oscillazione del carico rispetto alla verticale; - determinazione di una differenza tra l’angolo di oscillazione del carico monitorato ed un angolo di oscillazione desiderato per ridurre o eliminare tale differenza; - calcolo dell’azione di controllo da applicare ad almeno uno dei motori dell’apparato di sollevamento; - applicazione di detta azione di controllo ad almeno uno dei motori dell’apparato di sollevamento.
9. 9. Procedimento come alla rivendicazione 8, in cui la fase di monitoraggio di un valore rappresentativo dell’angolo di oscillazione del carico rispetto alla verticale avviene mediante impiego della piattaforma inerziale.
10. 10. Procedimento come alla rivendicazione 8, in cui la fase di calcolo dell’azione di controllo da applicare ad almeno uno dei motori dell’apparato di sollevamento viene effettuata sulla base di un modello matematico che tiene conto del valore rappresentativo dell’angolo di oscillazione del carico rispetto alla verticale e della sua variazione nel tempo.
11. 11. Procedimento come alla rivendicazione 8, in cui la fase di calcolo dell’azione di controllo viene effettuata tenendo conto di variazioni della distanza del carico dall’elemento scorrevole dell’apparato di sollevamento.
12. 12. Procedimento come alle rivendicazione da 8 a 11, in cui la fase di calcolo e la fase di applicazione di detta azione di controllo calcolata sono effettuate indipendentemente per ognuno dei motori degli elementi scorrevoli dell’apparato di sollevamento, comandando rispettivi inverter.
13. 13. Programma per computer atto a eseguire il procedimento secondo una delle rivendicazioni da 8 a 12.
14. 14. Apparato di controllo comprendente un’unità di controllo, una memoria ed un programma per computer come alla rivendicazione 13 memorizzato nella memoria.