DE102005002192B4

DE102005002192B4 - Verfahren zum Betrieb einer Krananlage, insbesondere eines Containerkrans, sowie Krananlage, insbesondere Containerkran

Info

Publication number: DE102005002192B4
Application number: DE200510002192
Authority: DE
Inventors: Udo Bernhard; Jörg Meyer; Stefan Schreiber; Ernst Sparenborg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2025-01-18
Also published as: DE102005002192A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Krananlage, insbesondere eines Containerkrans, umfassend ein Krangestell, das mittels eines Kranantriebs in x-Richtung verfahrbar ist, und eine an einem gestellseitig vorgesehenen Ausleger angeordnete Katze mit einem Lastaufnahmemittel für eine Last, welche Katze mittels eines Katzantriebs längs des Auslegers in y-Richtung verfahrbar ist, wobei die jeweiligen Antriebe zum Bewegen des Lastaufnahmemittels in Abhängigkeit eines Fahrauftrags, der den Weg der Katze zwischen einer Startposition und einer Zielposition im x-y-Koordinatensystem definiert, über eine Steuerungseinrichtung gesteuert werden, wobei zum Abfahren zweier Fahraufträge, die den Weg der Katze in Form jeweils einer Geraden zwischen einer Start- und einer Zielposition definieren, welche Geraden unter einem Winkel zueinander verlaufen und in einem Verbindungspunkt unmittelbar aneinander anschließen, zu jeder Geraden wenigstens ein Toleranzintervall zur x- und zur y-Richtung definiert wird, wobei während des Abfahrens kontinuierlich die Ist-Position der Katze bestimmt und der Antriebsregelung zu Grunde gelegt wird, und dass anhand der den Geraden zugeordneten...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Krananlage, insbesondere eines Containerkrans, umfassend ein Krangestell, das mittels eines Kranantriebs in x-Richtung verfahrbar ist, und eine an einem gestellseitig vorgesehenen Ausleger angeordnete Katze mit einem Lastaufnahmemittel für eine Last, welche Katze mittels eines Katzantriebs längs des Auslegers in y-Richtung verfahrbar ist, wobei die jeweiligen Antriebe zum Bewegen des Lastaufnahmemittels in Abhängigkeit eines Fahrauftrags, der den Weg der Katze zwischen einer Startposition und einer Zielposition im x-y-Koordinatensystem definiert, über eine Steuerungseinrichtung gesteuert werden.
Derartige Krananlagen sind bekannt und kommen beispielsweise zum Be- und Entladen von Schiffen zum Einsatz. Der gesamte Kran ist dabei längs der Kaimauer in einer Richtung verfahrbar. An einem am Krangestell vorgesehenen Ausleger ist eine Katze angeordnet, die über einen separaten Antrieb in einer zweiten, zur ersten Richtung orthogonalen Richtung verfahren werden kann. Über diese beiden unabhängigen Antriebe ist es möglich, die Katze und mit ihr das an ihr über Hubseile hängende Lastaufnahmemittel an einer beliebigen Position bezüglich des Schiffes in dem über die beiden Richtungen, die als x-Achse und y-Achse bezeichnet werden können, aufgespannten Koordinatensystem bzw. der Ebene positionieren zu können. Im Betrieb der Krananlage wird der kranseitigen Steuerungseinrichtung beispielsweise von einem externen Fahrauftragrechner ein Fahrauftrag gegeben, der über eine Startposition, die der Ist-Position der Katze entspricht, und einer Zielposition, die der nach Abschluss der Bewegung einzunehmenden Position der Katze entspricht, definiert ist. Der Fahrauftrag definiert beispielsweise, einen landseitig stehenden Container aufzunehmen und an einer bestimmten Position am Schiff wieder abzusetzen. Nach Aufnahme des Containers wird üblicherweise das Lastaufnahmemittel am Container sehr weit angehoben, um sicherzustellen, dass ohne Kollisionsgefahr die Zielposition auf einer geraden Strecke angefahren werden kann. Das heißt, es wird der kürzest mögliche Fahrweg zwischen der Startposition und der Zielposition, verbunden mit einem sehr weiten Anheben des Containers, abgefahren. Zwar stellt wie gesagt die geradlinige Verbindungsstrecke den kürzesten Fahrweg dar, gleichwohl ist hiermit aber in der Regel das sehr weite und zeitaufwendige Anheben des Containers verbunden. Eine Fahrt zwischen Start- und Zielposition längs der Geraden ohne einen hinreichenden Containerhub ist aufgrund der möglichen Kollisionsgefahr, die nicht nur von Hindernissen, die unmittelbar auf der Fahrstrecke liegen, sondern auch von seitlich dazu liegenden Hindernissen, die im Pendelbereich der Last liegen, ausgeht, nicht möglich.
Aus der Druckschrift DE 100 01 023 A1 ist ein Lasttransportsystem, insbesondere für Container, bekannt, das eine Sensorik zur Lastpositionserfassung aufweist. Ein Beladungsprofilerfassungsgerät liefert nach jeder Katzfahrt die aktuellen Horizontal- und Vertikalpositionen der obersten Container auf Schiffspositionen sowie von Hindernissen zur Bestimmung einer Lastbewegungskurve im Raum. An der wasserseitigen Vorderseite der Krankatze ist ein Distanzmesslaser vorgesehen, wobei nach unten permanent Distanzmessungen durchgeführt werden.
Die DE 102 24 312 A1 betrifft ein Verfahren zur Automatisierung des Be- und Entladens von Containerschiffen in Containerterminals und eine entsprechende Kranautomatisierungsanlage, wobei unter Berücksichtigung von bei einer Schiffsbeladungsprofilerfassung ermittelten Daten für einen Zielvorgabemechanismus der Kranautomatisierungslage unter Verweis auf Hindernisse bei den Transportvorgängen eine optimale Raumtrajektorie für den Containertransport berechnet wird.
Die DE 199 07 989 A1 betrifft ein Verfahren zur Bahnregelung von Kranen und eine Vorrichtung zum bahngenauen Verfahren einer Last, wobei mindestens die Position der Katze oder einer Brücke sowie Winkel mit dem Hubseil ständig erfasst werden. Die Bewegungsverhältnisse der Last werden unter Nutzung mindestens der Start-/Zielposition und des Weges mit einer Rückführung ohne Lastpendeln geregelt. Die Frachtförderungsvorrichtung und das Verfahren zur Wegeinstellung eines Krans gemäß der DE 697 19 699 T2 dienen zum Einstellen einer optimalen Güterhandhabungsbahn, wobei theoretische Simulationstests auf Basis von eingestellten Bedingungen durchgeführt und nach einer Korrektur der eingestellten Bedingungen wiederholt werden.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das bzw. die und eine krananlage einen Umschlagbetrieb auch ohne das Erforder- nis, das Lastaufnahmemittel oder die Last in eine hohe Sicherheitsposition zu bringen, ermöglicht und sicherstellt, dass in keinem Fall eine Kollision eintreten kann.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass zum Abfahren zweier Aufträge, die den Weg der Katze in Form jeweils einer Geraden zwischen einer Start- und einer Zielposition definieren, welche Geraden unter einem Winkel zueinander verlaufen und in einem Verbindungspunkt unmittelbar aneinander anschließen, zu jeder Geraden wenigstens ein Toleranzintervall zur x- und zur y-Richtung definiert wird, wobei während des Abfahrens kontinuierlich die Ist-Position der Katze bestimmt und der Antriebsregelung zu Grunde gelegt wird, und dass anhand der den Geraden zugeordneten Toleranzintervalle im x-y-Koordinatensystem eine Kreisabschnittsbahn ermittelt wird, die die beiden Geraden unter Umgehung des Verbindungspunktes verbindet, wobei die Antriebe in Abhängigkeit der Kreisabschnittsbahnkoordinaten geregelt werden.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der Grundgedanke zugrunde, etwaige Hindernisse seitlich zu umfahren, ohne das Lastaufnahmemittel oder die Last in eine hohe, angehobene Position zu bewegen. Grundlage hierfür sind zwei separate Fahraufträge, die simultan oder auch zeitlich nacheinander von dem externen Fahrauftragsrechner an die Steuerungseinrichtung gegeben werden. Die einzelnen Fahraufträge wurden unter Berücksichtigung der gegebenen Beladesituation, also der Containerverteilung am Schiff oder der sonstigen im Bewegungsbereich liegenden Hindernissen erstellt. Die für die Fahraufträge definierten geraden Fahrstrecken schließen unmittelbar aneinander an und stehen unter einem Winkel zueinander. Sie sind so bestimmt, dass ein seitliches Umfahren beispielsweise von bereits auf dem Schiff befindlichen Containern, ausgehend von der Startposition des ersten Fahrauftrags bis hin zur Zielposition des zweiten Fahrauftrags möglich ist. Um sicherzustellen, dass in keinem Fall eine Kollision auch durch eine Pendelbewegung eintreten kann, ist jeder Fahrstrecke ein Toleranzintervall in x-Richtung und y-Richtung, also in Richtung der Bewegungen des Krans wie auch der Katze selbst, zugeordnet. Diese Toleranzintervalle spannen quasi einen virtuellen zweidimensionalen Tunnel um die zwischen den Start- und Zielpositionen verlaufende ideale Fahrstrecke auf. Die Antriebssteuerung erfolgt derart, dass sichergestellt ist, dass die Katze – und damit natürlich auch das an ihr befindliche Lastaufnahmemittel gegebenenfalls samt Last – stets innerhalb dieses Toleranzbereichs oder virtuellen Tunnels bleibt. Es erfolgt also stets eine entsprechende Antriebsregelung, dass diese Grenzparameter eingehalten werden. In z-Richtung wird das Lastaufnahmemittel gegebenenfalls samt Last nur soweit als nötig angehoben, um niedrige Hindernisse wie Bordwände oder dergleichen zu überfahren. Die Hindernisverteilung ist sowohl in x- und y-Richtung als auch in z-Richtung bekannt.
Um nun zu vermeiden, dass während der Fahrt vom ersten Startpunkt zum zweiten Zielpunkt auch der beide Streckengeraden verbindende Verbindungspunkt (= erster Zielpunkt bzw. zweiter Startpunkt) angefahren wird, was je nach Größe des Winkels, den die beiden Geraden zueinander einnehmen, mit einer mehr oder weniger starken Geschwindigkeitsverringerung bis hin zu einem annähernden Stopp zur Vermeidung extremer Pendelungen verbunden ist, sieht die Erfindung vor, einen Kreisabschnittsbahn zu ermitteln, der die beiden Geraden unter Umgehung des Verbindungspunktes miteinander verbindet, so dass also quasi von der einen Geraden in den Kreisabschnitt ein- und von diesem wiederum in die andere Gerade gefahren werden kann. Die Ermittlung dieser Kreisabschnittsbahn bzw. des Kreisbahnradius erfolgt unter Berücksichtigung der Toleranzintervalle, die wie ausgeführt sicherstellen, dass eine Kollision des abgesenkten Lastaufnahmemittels mit seitlichen Hindernissen vermieden wird. Nachdem die Kreisbahn als echte Wegabkürzung sich gegebenenfalls einem Hindernis nähert, ist infolge der Berücksichtigung der Toleranzbereiche sichergestellt, dass auch bei Befahren der Kreisbahn stets ein hinreichender Sicherheitsabstand zu etwaigen Hindernissen eingehalten wird. Es liegt dabei auf der Hand, dass die Kreisbahn natürlich wesentlich zügiger befahren werden kann, als wenn die beiden separaten Fahrstrecken komplett abgefahren werden würden, so dass sich insgesamt ein wesentlich schnellerer Fahrbetrieb realisieren lässt.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren lässt in vielen Fällen einen schnelleren Umschlagbetrieb zu, nachdem das Lastaufnahmemittel nicht mehr zwingend in eine weit angehobene Sicherheitsposition gehoben werden muss, wonach die Fahrt mitunter erst beginnen kann. Vielmehr kann unter Berücksichtigung der tatsächlichen Hindernislage basierend auf den zugeordneten Toleranzbereichen und der erfindungsgemäßen Kurvenabschnittsbahn unmittelbar mit dem Fahrbetrieb begonnen werden, wobei durch die Integration der errechneten Kreisabschnittsbahn in die Fahrstrecke während der gesamten Fahrt mit relativ hoher Geschwindigkeit gefahren werden kann, gleichwohl aber ein Höchstmaß an Sicherheit geboten ist.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die Kreisabschnittsbahn in Abhängigkeit des Überlappungsfensters der über die jeweiligen Intervalle aufgespannten Fenster der jeweiligen Geraden im Verbindungspunkt zu ermitteln. Wie eingangs beschrieben sind zu jeder über eine Start- und eine Zielposition definierten Geraden entsprechende x- und y-Toleranzintervalle definiert, die jeweils ein Fenster zum jeweiligen Geradenpunkt in der x-y-Ebene, die wie einleitend ausgeführt eine Horizontalebene ist, aufspannen. Dabei können die Toleranzintervalle zu den einzelnen Geraden unterschiedlich sein, was letztlich von der Hindernislage abhängt. Zur Ermittlung der Kreisabschnittsbahn wird nun der zweidimensionale Bereich bestimmt, über welchen sich die beiden aufgespannten Fenster im Verbindungspunkt der beiden Geraden überlappen. Nachdem die Kreisabschnittsbahn gerade eine Umgehung des Verbindungspunkts ermöglichen soll, in diesem Bereich also eine Annäherung an mögliche Hindernisse eintreten wird, bietet die Berücksichtigung der Sicherheitsintervalle gerade in diesem Punkt Gewähr dafür, dass auch die Einhaltung der relevanten Sicherheitsabstände auch bei Befahren der Kreisabschnittsbahn möglich ist.
Dabei kann die Ermittlung der Kreisabschnittsbahn auf einfache Weise anhand der Schnittpunkte der beiden Geraden mit dem Überlappungsfenster bestimmt werden. Der Steuerungseinrichtung sind die Koordinaten des Überlappungsfensters bekannt, so dass die Steuerungseinrichtung ohne weiteres die Schnittpunkte der beiden Geraden, wo diese also in das Überlappungsfenster ein- bzw. austreten, bestimmen kann. Diese Schnittpunkte werden der Bestimmung des Bahnradius zugrunde gelegt.
Sind beide Schnittpunkte gleich weit von dem Verbindungspunkt entfernt, liegen also quasi symmetrische Verhältnisse vor, kann die Kreisabschnittsbahn genau durch die beiden Schnittpunkte gelegt werden. Dies ist aber in der Regel nicht der Fall, vielmehr liegt der eine Schnittpunkt häufig näher zum Verbindungspunkt als der andere. Um auch in einem solchen Fall den Bahnradius unter Berücksichtigung aller sicherheitsrelevanten Abstände ermitteln zu können, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, zunächst die Länge der Geradenabschnitte vom jeweiligen Schnittpunkt zum Verbindungspunkt zu bestimmen, um anschließend auf dem längeren Geradenabschnitt den Punkt zu bestimmen, der um dieselbe Länge wie der Schnittpunkt der anderen Gerade vom Verbindungspunkt beabstandet ist, wobei die Kreisabschnittsbahn durch diesen Punkt und den Schnittpunkt der anderen Geraden gelegt wird. Die Kreisabschnittsbahn beginnt und endet also in zwei gleichweit vom Verbindungspunkt liegenden Geradenpunkten, deren Abstand dem Abstand des näheren Geradenschnittpunkts mit dem Überlappungsfenster entspricht.
Um nicht nur während der Fahrt längs einer über den Fahrauftrag definierten Geraden Sicherheit hinsichtlich etwaiger Abweichungen von der idealen Fahrstrecke zu haben, sondern auch während des Befahrens der Kreisabschnittsbahn stets die Einhaltung der relevanten Fahrstrecke unter Berücksichtigung der Sicherheitsabstände zu ermöglichen, sieht eine Weiterbildung vor, dass auch zur Kreisabschnittsbahn ein Toleranzintervall zur x- und zur y-Richtung definiert wird, wobei während des Abfahrens der Kreisabschnittsbahn kontinuierlich die Ist-Position der Katze bestimmt und der Antriebsregelung zugrunde gelegt wird.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, die Antriebe zur Geschwindigkeitsregelung zumindest zeitweise in Abhängigkeit des Radius der Kreisabschnittsbahn zu regeln. Je höher die Geschwindigkeit und je kleiner der Bahnradius ist, um so stärker schwingt das Lastaufnahmemittel bzw. die Last zur Seite. Ein seitliches Pendeln ist jedoch nur in einem sehr geringen Maß zulässig. Um ein zu starkes Auspendeln zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Geschwindigkeit in Abhängigkeit des Bahnradius entsprechend geregelt, das heißt reduziert, wobei die Geschwindigkeitsreduzierung bereits vor dem Einfahren in die Kreisbahn einsetzt und entsprechend beim Ausfahren aus der Kreisbahn bzw. auch kurz davor wieder beschleunigt werden kann. Die Geschwindigkeitsregelung kann dabei linear erfolgen oder aber stufenweise, das heißt, es sind beispielsweise vier separate Geschwindigkeitsstufen (z. B. 100%, 75%, 50%, 25%) definiert, wobei die jeweils zulässige Geschwindigkeitsstufe in Abhängigkeit des Radius gewählt wird.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Krananlage, insbesondere einen Containerkran, umfassend ein Krangestell, das mittels eines Kranantriebs in x-Richtung verfahrbar ist, und eine an einem gestellseitig vorgesehenen Ausleger angeordnete Katze mit einem Lastaufnahmemittel für eine Last, welche Katze mittels eines Katzantriebs längs des Auslegers in y-Richtung verfahrbar ist, wobei die jeweiligen Antriebe zum Bewegen des Lastaufnahmemittels in Abhängigkeit eines Fahrauftrags, der den Weg der Katze zwischen einer Startposition und einer Zielposition im x-y-Koordinatensystem definiert, über eine Steuerungseinrichtung gesteuert werden.
Bei dieser Krananlage ist vorgesehen, dass über die Steuerungseinrichtung anhand von ihr gegebener, über Messelemente aufgenommener Positionssignale die Ist-Position der Katze bestimmbar und unter Berücksichtigung wenigstens eines Toleranzintervalls zur x- und zur y-Richtung, das der eine Startposition und eine Zielposition verbindenden abzufahrenden Geraden zugeordnet ist, der Antriebsregelung zu Grunde gelegt wird, und dass die Steuerungseinrichtung zur Ermittlung einer zwei Geraden, die über zwei separate Fahraufträge über die jeweiligen Start- und Zielpositionen definiert sind und unmittelbar aneinander anschließen, unter Umgehung des Geradenverbindungspunkts verbindenden Kreisabschnittsbahn im x-y-Koordinatensystem anhand der den Geraden zugeordneten Toleranzintervalle und zur Steuerung der Antriebe in Abhängigkeit der Kreisabschnittsbahnkoordinaten ausgebildet ist. Die gesamte Ermittlung der realen Fahrstrecke unter Integration der ermittelten Kreisabschnittsbahn, also der beiden Geraden sowie der Kreisabschnittsbahn, erfolgt also allein durch die Steuerungseinrichtung, die hierzu entsprechend ausgebildet ist bzw., worauf nachfolgend noch eingegangen wird, entsprechende Rechenmittel – sei es in Form eines einzigen leistungsfähigen Prozessors oder in Form mehrerer dezidierter Prozessoren – aufweist.
Die Steuerungseinrichtung kann ein Rechenmittel aufweisen, das der Ermittlung der Kreisabschnittsbahn dient, und das zur Ermittlung derselben in Abhängigkeit des Überlappungsfensters der über die jeweiligen Intervalle aufgespannten Fenster der jeweiligen Geraden im Verbindungspunkt ausgebildet ist, wobei das Rechenmittel bevorzugt zur Ermittlung der Schnittpunkte der beiden Geraden mit dem Überlappungsfenster und zur Bahnbestimmung in Abhängigkeit der Schnittpunktposition ausgebildet ist. Liegen die Schnittpunkte symmetrisch zum Verbindungspunkt, ist das Rechenmittel zum Ermitteln des Bahnradius in Abhängigkeit eben dieser Schnittpunkte, durch welche dann die Kreisabschnittsbahn läuft, ausgebildet. Liegen die Schnittpunkte jedoch unterschiedlich weit zum Verbindungspunkt, ist das Rechenmittel zur Bestimmung der jeweiligen Schnittpunktabschnitte zum Verbindungspunkt ausgebildet sowie zum Bestimmen desjenigen Punktes auf dem längeren Geradenabschnitt, der um dieselbe Länge wie der Schnittpunkt der anderen Geraden vom Verbindungspunkt beabstandet ist. Das Rechenmittel berechnet die Kreisabschnittsbahn dann so, dass diese durch eben diesen Punkt und den Schnittpunkt der anderen Geraden läuft.
Weiterhin kann die Steuerungseinrichtung ein Rechenmittel aufweisen, das der Ermittlung der Ist-Position sowie der Abweichung der Ist-Position von der momentan abgefahrenen Geraden dient, wobei anhand der ermittelten Abweichung die Antriebssteuerung erfolgt. Es erfolgt also eine kontinuierliche Nachregelung der Antriebe in Abhängigkeit der Positionsabwei chung von der idealen, über die Start- und Zielposition bestimmten Geraden.
Entsprechend ist ein Rechenmittel vorgesehen, das der Ermittlung der Ist-Position sowie der Abweichung der Ist-Position von dem momentan abgefahrenen Kreisabschnittsbahn dient, wobei anhand der ermittelten Abweichung die Antriebssteuerung erfolgt. Auch hier erfolgt also eine kontinuierliche Nachregelung in Abhängigkeit einer Differenz zur Ideallinie.
Kommen zwei solche separaten Rechenmittel zur Steuerung des Bewegungsbetriebs längs der Geraden und auf der Kreisabschnittsbahn zum Einsatz, so ist es zweckmäßig, wenn die Steuerungseinrichtung ein weiteres Rechenmittel aufweist, das anhand der bestimmten Ist-Position und eines Umschaltfensters, das anhand der Koordinaten der Endpunkte der Kreisabschnittsbahn, die vorzugsweise zwei einander diagonal gegenüberliegende Eckpunkte des Fensters bilden, zum Bestimmen des Zeitpunkts des Einfahrens in das Umschaltfenster und zum Umschalten der die Antriebe steuernden Rechenmittel ausgebildet ist. Das heißt, über dieses Rechenmittel wird vom die Antriebe bei einer Abfahrt der Geraden steuernden Rechenmittel auf das den Bewegungsbetrieb beim Befahren der Kreisabschnittsbahn steuernden Rechenmittel umgeschalten. Sind die Rechenmittel nur softwaremäßig realisiert, erfolgt eine softwaremäßige Umschaltung, das heißt, es wird von einem Programmteil auf den anderen umgeschaltet.
Die Rechenmittel können wie bereits ausgeführt in Form separater Prozessorbausteine ausgebildet sein, an deren Eingänge die jeweils erforderlichen Signale, beispielsweise die der Weg- oder Positionssensoren oder dergleichen anliegen, und an deren Ausgänge die jeweiligen Rechen- oder Steuersignale abgegriffen werden. Sie können aber auch softwaremäßig in einem Rechenmittel realisiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung zur Variation der Bewegungsgeschwindigkeit zur Steuerung der Antriebe in Abhängigkeit des Radius der Kreisabschnittsbahn ausgebildet ist, um ein zu schnelles Einfahren bzw. Befahren der Kreisabschnittsbahn zu vermeiden.
Zweckmäßig ist ferner, einen Monitor im Führerhaus anzuordnen, an dem die ermittelte Fahrstrecke und gegebenenfalls die kontinuierliche ermittelte Ist-Position darstellbar ist, um dem Kranführer die reale Fahrstrecke zu visualisieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren wie auch die erfindungsgemäße Krananlage verzichten generell auf eine Berechnung und Vorsteuerung von Beschleunigungen (Hochlauf-/Rücklaufzeiten). Für die erfindungsgemäße Antriebssteuerung sowie Ermittlung der realen Fahrstrecke ist keine Zeitbetrachtung erforderlich. Vielmehr erfolgt erfindungsgemäß eine echte Antriebsregelung in Abhängigkeit der erfassten Ist-Position, also der erfassten Ist-Koordinaten in x- und y-Richtung sowie in Abhängigkeit der realen Bahnform im Hinblick auf die gegebenenfalls zu reduzierende Geschwindigkeit. Ein Einsatz spezieller Hardware, die NC-Funktionalitäten oder Positionier- und Bewegungskontrollfunktionalitäten bietet, ist nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Regelung in Abhängigkeit allein von Positionsinformationen unter Berücksichtigung der tatsächlichen Fahraufträge erlaubt eine exakte Steuerung auch dann, wenn antriebsseitig Unregelmäßigkeiten wie Schlupf oder dergleichen auftreten, nachdem für die Regelung eine Zeitkomponente keine Rolle spielt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Krananlage in Form eines Containerkrans,
2 eine Prinzipdarstellung einer üblichen Verfahrsituation mit Hindernissen und einer Darstellung einer üblichen Fahrstrecke sowie einer erfindungsgemäßen Fahrstrecke,
3 ein x-y-Diagramm zur Darstellung der Toleranzintervalle in x-y-Richtung,
4 ein x-y-Diagramm zur Darstellung der Ermittlung des Überlappungsintervalls,
5 ein x-y-Diagramm zur Ermittlung der Schnittpunkte der Geraden mit dem vergrößert gezeigten Überlappungsfenster,
6 ein x-y-Diagramm zur Ermittlung der Geradenpunkte, durch die die Kreisabschnittsbahn laufen muss,
7 ein x-y-Diagramm zur Darstellung der Ermittlung der Kreisabschnittsbahn,
8 ein x-y-Diagramm zur Ermittlung des Umschaltfensters,
9 ein Diagramm zur Darstellung der separaten Regelstrecken der x-Achse und der y-Achse, und
10 eine Prinzipdarstellung der Steuerungseinrichtung mit den separaten Rechenmitteln.
1 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Krananlage in Form eines Containerkrans 1, der längs einer Kaimauer 2 entlang eines Schiffs motorisch über ein einen nicht näher gezeigten Antrieb aufweisendes Fahrwerk verfahrbar ist. Diese Bewegung erfolgt in Richtung der x-Richtung oder x-Achse, die durch das Kreuz-Symbol dargestellt ist. Am Krangestell 4 ist ein Ausleger 5 vorgesehen, der das Schiff 3 in seiner Breite vollständig übergreift. Am Ausleger 5 ist eine Katze 6 in y-Richtung, die zur x-Richtung orthogonal steht, über einen nicht näher gezeigten Katzantrieb verfahrbar. An der Katze 6 ist über Hubseile 7 ein Container-Spreader 8 angeordnet, der im gezeigten Beispiel einen gestrichelt gezeigten Container 9 gegriffen hat, der über die Hubseile und ein katzseitiges Hubwerk vertikal bewegbar ist, wie durch den Doppelpfeil z, der die z-Achse oder z-Richtung definiert, dargestellt ist. Der gesamte Kranbetrieb wird über eine kraneigene speicherprogrammierbare Steuerungseinrichtung 10 gesteuert, wie durch den Doppelpfeil A dargestellt ist, durch den die Steuerung der Betriebselemente des Krans, insbesondere für die vorliegende Erfindung relevant der Fahrwerks- und Katzantriebe über die Steuerungseinrichtung sowie die Aufnahme relevanter Daten von Betriebselementen des Krans, hier insbesondere der Positionserfassungssensoren oder Messelement, in der Steuerungseinrichtung 10 dargestellt wird. Diese Sensoren oder Messelemente sind nicht näher gezeigt. Es kann sich um beliebige Erfassungsmittel handeln, die die Positionserfassung ermöglichen, z. B. Lichtsensoren, Messstreifen, etc. Sie sind je nach Typ an der entsprechenden Position am Fahrwerk, am Ausleger und an der Katze angeordnet, was hinreichend bekannt ist. Die Steuerungseinrichtung 10 ist ihrerseits im gezeigten Beispiel mit einer externen Leitrechnereinrichtung 11 verbunden, über die beispielsweise die Fahraufträge, die Informationen zu den vorzunehmenden Fahrten unter Angabe der Start- und der Zielposition zum jeweiligen Fahrauftrag beinhalten. Die Steuerungseinrichtung 10 ist beispielsweise zur Durchführung von Automatikfahrten und halbautomatische Steuerung der Katze 6 sowie des Spreaderhubwerks ausgebildet.
2 zeigt als Prinzipdarstellung ein x-y-Diagramm, das eine übliche Situation während des Be- oder Entladebetriebs darstellt. Gezeigt sind mehrere Containerreihen 12, jeweils bestehend aus einzelnen Containern 13, die bereits auf dem Schiff geladen sind. Im gezeigten Beispiel soll nun ein land seitig stehender Container 13 von der landseitigen Startposition S in eine schiffsseitige Zielposition Z bewegt werden, wo er abgesetzt werden soll, wie durch die gestrichelte Containerdarstellung angedeutet ist. Üblicherweise wird bei bekannten Krananlagen nun von dem Leitrechner 11 ein Fahrauftrag an die Steuerungseinrichtung 10 gegeben, die unter anderem die Startpositionskoordinaten S und die Zielpositionskoordinaten Z beinhaltet, sowie gegebenenfalls Hindernisdaten, die angeben, an welchen Koordinaten in x- und y-Richtung die Containerreihen 12 stehen und unter Angabe der z-Koordinaten, wie hoch die Containerreihen 12 aufgebaut sind. Die Steuerungseinrichtung 10 veranlasst nun üblicherweise das katzseitige Hubwerk, das Lastaufnahmemittel nach Greifen des Containers 13 anzuheben, und zwar so hoch, dass ein gefahrloses Überfahren der Containerreihen 12 längs der Geradenfahrstrecke F, wie sie in 2 gestrichelt dargestellt ist, möglich ist, um so auf dem kürzesten, nämlich direkten Weg zwischen S und Z zu verfahren. Dieses Anheben ist zeitaufwendig, häufig kann die Fahrt erst beginnen, wenn der Container eine hinreichende Hubhöhe erreicht hat.
2 zeigt als Alternative einen erfindungsgemäßen Fahrtstreckenverlauf F'. Dieser Fahrtstreckenverlauf wird durch zwei separate Fahraufträge definiert. Er ermöglicht es, die Containerreihen 12 seitlich mit relativ weit abgesenkter Last zu umfahren. Der Leitrechner 11 gibt hierzu einen ersten Fahrauftrag aus, der die Startposition S und die Zielposition Z' angibt. Diese Fahrtstrecke ist als F₁' in 2 dargestellt. Gleichzeitig oder zeitlich danach gibt die Leitrechnereinrichtung 11 einen zweiten Fahrauftrag an die Steuerungseinrichtung 10, der unter anderem die Startposition S' und die Zielposition Z beinhaltet. Wie 2 zeigt, fallen Z' und S' zusammen. Auch der zweite Fahrweg F₂' ist eine Gerade. Ersichtlich stehen die beiden Fahrtstrecken F₁' und F₂' bzw. die hierüber gebildeten Geraden unter einem Winkel zueinander und laufen um die Containerreihen 12 herum. Um zügig ohne Anfahren von Z' bzw. S' zwischen S und Z zu verfahren, ohne hierfür die Geschwindigkeit allzu sehr zu reduzieren, wird die gesamte Fahrstrecke F' "verschliffen", was durch Integrieren einer Kreisabschnittsbahn K in die Fahrstrecke F' erfolgt, welche Kreisabschnittsbahn K die beiden Geradenfahrstrecken F₁' und F₂' verbindet. Über sie wird Z' bzw. S' übergangen. Man kürzt quasi den Fahrweg in diesem Bereich ab und schafft so eine stetige, mit relativ hoher Geschwindigkeit befahrbare Fahrstrecke, die ein deutlich geringeres Anheben des Containers erfordert. Das Befahren der Fahrstrecke F' erfolgt natürlich unter Beachtung etwaiger sonstiger Hindernisse wie Bordwände etc., die überfahren werden. Sämtliche Hindernisse sind der Leitrechnereinrichtung 11 bekannt, die entsprechenden x-, y- und z-Koordinaten werden entweder der Steuerungseinrichtung mitgeteilt, oder es wird eine einzunehmende Höhe für das Lastaufnahmemittel oder die Last in Form der z-Koordinate mitgeteilt, die während der Streckenfahrt einzunehmen ist. Das heißt, dass natürlich auch die Streckenfahrt unter Berücksichtigung der z-Koordinaten erfolgt und die Antriebe des Hubwerks entsprechend angesteuert werden, um die erforderliche Höhe einzunehmen.
Die Steuerungseinrichtung ist zur Ermittlung der Fahrstrecke F' einschließlich der zu integrierenden Kurvenabschnittsbahn ausgebildet, wozu sie, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, verschiedene separate Rechenmittel, bevorzugt in Form separater Prozessoren oder IC's aufweist, wobei eine solche Bauelementseparierung nicht unbedingt erforderlich ist, es ist auch ein einzelner großer leistungsfähiger Prozessor verwendbar, der die entsprechenden Softwaremodule aufweist.
Wie 3 darstellt, sind – ausgehend von 2 – jeder der beiden Geraden G₁ und G₂, denen 2 jeweils eine Fahrstrecke F₁' bzw. F₂' entspricht, entsprechende Toleranzintervalle in x- und y-Richtung zugeordnet. Zur Geraden G₁ ist das x-Toleranzintervall Δx₁ um den Punkt P₁ sowie das y-Intervall Δy₁ dargestellt. Entsprechend ist zur Geraden G₂ um den Punkt P₂ das x-Intervall Δx₂ und das y-Intervall Δy₂ dargestellt.
Beide Intervalle spannen jeweils ein Fenster auf, die in 3 mit F_G1 bzw. F_G2 benannt sind. Der jeweilige Toleranzbereich bzw. die jeweiligen Fenster gelten für jeden Punkt auf der jeweiligen Geraden G₁ und G₂. Zur Ermittlung der Kreisbahn betrachtet nun die Steuerungseinrichtung oder das entsprechende Rechenmittel die Lage der Fenster F_G1 und F_G2 im Verbindungspunkt V, der bezogen auf 2 dem Zielpunkt Z' zum ersten Fahrauftrag bzw. dem Startpunkt S' entspricht. 4 zeigt die beiden Fenster F_G1 und F_G2 im Verbindungspunkt V. Ersichtlich überlappen sich die Fenster und bilden ein Überlappungsfenster Ü. Dieses Überlappungsfenster Ü resultiert in seiner x-y-Ausdehnung aus den Toleranzbereichen Δx₁, Δy₁ und Δx₂, Δy₂.
Im nächsten Schritt wird anhand des ermittelten Überlappungsfensters Ü für die weitere Ermittlung der Start- und der Endpunkte der Kreisabschnittsbahn nun zunächst die Schnittpunkte SP₁ und SP₂ der beiden Geraden G₁ und G₂ mit dem Überlappungsfenster seitens der Steuerungseinrichtung, der die Koordinaten der Berandung des Überlappungsfensters bekannt sind, bestimmt. Dies ist in 5 gezeigt. Gleichzeitig bestimmt die Steuerungseinrichtung die Abstände l₁ und l₂ der jeweiligen Schnittpunkte Sp₁ und SP₂ vom Verbindungspunkt V. Sind diese gleichlang, wird die Kreisabschnittsbahn durch die beiden Schnittpunkte SP₁ und SP₂ gelegt, falls nicht wird, wie nachfolgend in 6 gezeigt, vorgegangen. Als Punkt auf der Geraden G₁ wird derjenige Punkt SP₁' bestimmt, dessen Abstand dem Abstand l₂ des Schnittpunkts SP₂ entspricht. Dieser Punkt liegt deutlich weiter innerhalb des Überlappungsfensters Ü als der originäre Schnittpunkt SP₁. Ware l₁ < l₂, so würde ein Punkt SP₂' bestimmt, der um l₁ von V beabstandet wäre, die Kreisbahn liefe dann durch SP₁ und SP₂.
Sind nun die beiden relevanten Punkte, durch die die Kreisabschnittsbahn zu legen ist, nämlich die Punkte SP₁' und SP₂ bestimmt, so wird, siehe 7, die Kreisabschnittsbahn K durch die beiden Punkte SP₁' und SP₂ sowie die beiden Gera densteigungen, die durch die jeweiligen Start- und Zielpunkte in 7 S, V und Z bestimmt sind, ermittelt.
In einem nächsten Schritt wird, siehe 8, das Umschaltfenster UF über die Steuerungseinrichtung ermittelt. Dieses rechteckige Fenster wird anhand der beiden Kreisabschnittsbahnpunkte SP₁' und SP₂ bestimmt, die zwei einander diagonal gegenüberliegende Eckpunkte definieren. Das Umschaltfenster UF dient dazu, den relevanten Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem zwischen zwei separaten Rechenmitteln oder Softwaremodulen, die für die Steuerung der Antriebe bei einer im Befahren der geraden Geradenabschnitte bzw. der Kurvenabschnittsbahn verantwortlich sind, umzuschalten. An dieser Stelle ist festzuhalten, dass die 3 bis 8 nicht maßstabsgerecht sind, sondern als Prinzipdarstellung nur der bildlichen Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte dienen.
Es kann nun in seltenen Fällen vorkommen, dass dann, wenn die Ist-Position relativ weit von der Ideallinie entfernt ist, aber noch innerhalb der lokal geltenden Toleranzintervalle liegt, die reale Strecke nicht in das in der oben beschriebenen Weise ermittelte, allseits begrenzte Umschaltfenster läuft, sondern daran vorbei führt. Es käme dann nicht zum Umschalten. Um dies zu vermeiden sieht ein alternatives Ermittlungsverfahren für ein Umschaltfenster vor, anhand der bestimmten Kreisabschnittsbahn den Kreisquadranten zu ermitteln, in dem die Kreisabschnittsbahn liegt. Anschließend wird bestimmt, in welcher Richtung die Kreisabschnittsbahn durchfahren wird. Nun werden anhand der bekannten Punkte oder Positionen, in denen die Kreisabschnittsbahn in den Geraden mündet, also beginnt und endet, diejenigen x- und y-Werte als Grenzwerte ermittelt, die die Position in der jeweiligen Richtungen definieren, in welcher die Umschaltung erfolgen muss. Diese Grenzwerte entsprechen Start- und Endpunkten der Kreisabschnittsbahn. Liegt wie in 7 bzw. 8 gezeigt die Kreisabschnittsbahn im rechten unteren Quadranten, also dem 4. Quadranten, und wird die Kreisabschnittsbahn wie beschrie ben von SP₁' nach SP₂ durchfahren, so wird dann umgeschalten, wenn der Ist-x-Wert größer als der x-Wert von SP₁' und der Ist-y-Wert größer als der y-Wert von SP₁' ist. Entsprechend wird wieder zurückgeschaltet, wenn beim Ausfahren der Ist-x-Wert größer als der x-Wert des Punktes SP₂ und der Ist-y-Wert größer als der y-Wert des Punktes SP₂ ist. Verglichen mit dem allseits begrenzten Umschaltfenster nach 8 wäre das bei dieser Ermittlungsmethode aufgespannte Fenster nur durch die Vertikale durch den Punkt SP1' und die Horizontale durch den Punkt SP2 nach oben und nach links begrenzt, nach unten und nach rechts wäre keine Grenze gegeben. Dies ist in 8 durch die gestrichelten Linien dargestellt. In entsprechender Weise kann die Umschaltfensterermittlung in den anderen Quadranten und die Steuerung durch Vergleich der Grenzwerte mit den jeweiligen Ist-x-Werten und Ist-y-Werten, die dann je nach betrachtetem Quadranten und Fahrrichtung längs der Kreisabschnittsbahn größer oder kleiner als der jeweilige Grenzwert für ein Umschalten sein müssen, erfolgen.
Der grundsätzliche Ablauf gestaltet sich nach Bestimmen der Kurvenabschnittsbahn K sowie des Umschaltfensters UF und damit der gesamten, aus 2 entnehmbaren Fahrstrecke F' wie folgt: Den Wegreglern, auf die nachfolgend noch eingegangen wird, der beiden Antriebsachsen x und y werden als Fahrauftragsinformationen zunächst zumindest die Startposition S sowie insbesondere die Zielposition Z' zum ersten vorliegenden Fahrauftrag (und sofern bereits vorhanden auch die Daten zum zweiten Fahrauftrag) gegeben. Hierfür werden die entsprechenden x- und y-Koordinaten dieser Position sowie der einzunehmenden Höhe in Form einer z-Koordinaten, die z. B. für die gesamte Fahrt gilt, gegeben. Hierüber ist die erste Gerade definiert. Zu dieser sind bereits die Toleranzintervalle bekannt, die entweder bereits von dem Leitrechner ermittelt und mitgeliefert wurden, oder die die Steuerungseinrichtung 10 selbst ermittelt, sofern ihr das konkrete Containerstapelprofil bekannt ist.
Während der Fahrt von S nach Z' erfolgt die Antriebssteuerung beispielsweise über ein separates Rechenmittel der Steuerungseinrichtung, das den Antriebsbetrieb so lange steuert, so lange auf einem Geradenabschnitt der jeweiligen Gerade gefahren wird. Kontinuierlich werden die Ist-Positionen der Katze stellvertretend für die Ist-Position der Last bestimmt sowie etwaige Abweichungen der Ist-Position, dargestellt durch Ist-x- und -y-Werte, von der vorgegebenen Gerade in x- und y-Richtung bestimmt und ausgegeben. Diese Abweichungen werden auf den am Ausgang der Wegregler ausgegebenen Drehzahlsollwert, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, gegebenenfalls mit einem bestimmten Faktor aufgeschaltet. Hierüber erfolgt also eine kontinuierliche Ausgleichsregelung etwaiger Abweichungen von der Idealstrecke, wobei Basis hierfür ist, dass die Ist-Position stets innerhalb des Toleranzbereichs liegen muss. Es ergibt sich eine zufrieden stellende Ausgleichsregelung, gegebenenfalls mit einem leichten "Schwinger" beim Anfahren und einer gewissen, geringen Regelabweichung von der Ideallinie, hervorgerufen durch konstruktive Umstände einer bekanntlich sehr groß dimensionierten Krananlage. Die Antriebe des Kranfahrwerks wie auch der Katze fahren durch die Ausgleichsregelung gemeinsam die vorgegebene Gerade G₁ ab.
In dem Moment, in dem der Ist-Positionswert das Umschaltfenster UF erreicht, wenn also auf die Kreisabschnittsbahn eingefahren wird, wird auf das Rechenmittel, das die Antriebe während des Befahrens der Kreisabschnittsbahn steuert, umgeschalten, wobei es sich hier um ein aktives Zuschalten handeln kann, wenn dies ein separates Hardware-Rechenmittel ist. Zuvor wurden, damit die Kreisabschnittsbahn berechnet werden konnte, vom Leitrechner 11 natürlich die entsprechenden Fahrauftragsdaten zum zweiten Fahrauftrag, definiert durch den Startpunkt S', der mit dem Ziel Z' des ersten Fahrauftrags zusammenfällt, und dem eigentlichen Zielpunkt Z an die Steuerungseinrichtung 10 gegeben. Während des Befahrens der Kreisabschnittsbahn, der – wie 7 zeigt – ebenfalls ein Toleranzintervall Δx_K und Δy_K zugeordnet ist, wird ebenfalls kontinuierlich die Ist-Position der Katze bestimmt und mit der idealen Bahnstrecke verglichen. Eine etwaige Abweichung wird ebenfalls auf den jeweiligen Reglerausgang aufgeschaltet. Diese Ist-Positionsbestimmung ist exemplarisch für die Kreisbahn – Entsprechendes gilt auch für die Geradenfahrt – in 7 gezeigt. Die Ist-Position I ist von dem zugehörigen Kreisbahnpunkt, der durch die Normale auf die Kreisbahn aus der Position I definiert ist, um die Abstände δx und δy entfernt. Diese Abstände werden über das Rechenmittel und den Wegregler nachgeregelt, um möglichst der Idealbahn entsprechend zu fahren.
Die Steuerungseinrichtung reduziert rechtzeitig vor dem Einfahren in die Kreisabschnittsbahn die Geschwindigkeit, so dass vermieden wird, dass mit zu hoher Geschwindigkeit eingefahren wird und es zu einem unzulässigen Auspendeln der Last kommt. Die Reduzierung der Geschwindigkeit kann dabei vom Radius der Kreisabschnittsbahn, der Last, also ihrem Gewicht oder ihrer Größe/Dimension, und/oder der Länge der Hubseile, die für den Grad der Auspendelung verantwortlich ist, abhängen. In jedem Fall ist die Geschwindigkeit so zu wählen, dass es nicht zu einem unzulässig weiten Auspendeln kommt. Dabei kann die Steuerungseinrichtung stufenweise von 100% Geschwindigkeit über die Drehzahlsteuerung der Antriebe auf dem geraden Geradenabschnitt auf beispielsweise 75%, 50% oder 25% beim Befahren der Kreisabschnittsbahn schalten, auch eine lineare Regelung ist möglich. In entsprechender Weise wird beim Ausfahren aus der Kreisabschnittsbahn wiederum beschleunigt. Die Beschleunigung setzt zu einem Zeitpunkt ein, in dem die Ist-Position entweder mit dem Schnittpunkt SP₂ im beschriebenen Ausführungsbeispiel zusammenfällt, wenn also das Umschaltfenster gerade verlassen wird, oder zu einer bestimm ten Zeit vorher, wobei dieser Zeitpunkt wiederum abhängig vom Bahnradius etc. gewählt werden kann.
9 zeigt eine Prinzipdarstellung der separaten Regelstrecken für die x-Achse und für die y-Achse. Die Regelstrecken für die beiden Achsen bestehen im Wesentlichen aus einer gewöhnlichen Wegeregelung mit Wurzelfunktion, kombiniert mit entsprechenden Ausgleichsregelungen und Vorsteuerwerten für die Geschwindigkeiten auf den Geradenabschnitten und der Kreisabschnittsbahn anhand der festgestellten Ist-Positionsabweichungen von der Fahrstrecke in Verbindung mit den Toleranzintervallen für die Geradenabschnitte sowie die Kreisabschnittsbahn. Für den Wegregler und den Hochlaufregler werden Standardbausteine verwendet, während die Elemente zur Steuerung der Antriebe längs der Gerade bzw. der Kurvenabschnittsbahn bzw. zur Ausgleichsregelung entsprechend den beschriebenen Verfahrensabläufen konzipiert bzw. programmiert sind. Jedem Wegregler ist eine "Vorsteuerung Gerade" und "Vorsteuerung Kreis" nachgeschaltet. Diese ermöglichen eine gezielte Änderung des vom Wegregler ausgegebenen Drehzahl-Sollwerts, um sofern nötig gezielt z. B. von der Einfahrt in die Kreisbahn zu bremsen oder beim Ausfahren gezielt zu beschleunigen. Je nach Bedarf wird zwischen den Vorsteuerungen gewählt. Beispielsweise wird zur Regelung der Geschwindigkeit bei Einfahren in die Kreisabschnittsbahn unter Verwendung von Vorsteuerwerten für diesen Bereich gebremst, oder es erfolgt bereits vor dem Einfahren, also noch auf der Geraden, unter Verwendung entsprechender Vorsteuerwerte ein Abbremsen auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit.
Gezeigt ist jeweils der Wegsollwert s, der einem Wegregler gegeben wird, der einen Drehzahlsollwert n-Soll ausgibt, der gegebenenfalls über die spezifischen, je nach befahrenem Abschnitt gewählten Vorsteuerwerte angepasst wird.
Während der Fahrt auf einem Geradenabschnitt erfolgt, wie durch den Block "Korrektur Gerade" angegeben ist, die ent sprechend beschriebene Antriebssteuerung unter Berücksichtigung der kontinuierlichen Ist-Position und den der Geraden zugeordneten Toleranzintervalle. Die erfassten Abweichungen der Ist-Position von der idealen Position, also den Soll-x- und -y-Werten, werden hierbei erfasst und den Vorsteuerbausteinen mit einem bestimmten Faktor auf den Drehzahlsollwert n-Soll aufgeschaltet. Ist die Ist-Position außerhalb des Toleranzbereichs, erfolgt z. B. ein Nothalt.
Mit Einfahren in das Umschaltfenster UF wird in beiden Fällen auch das den Fahrbetrieb während der Kurvenbahn fortsteuernde Rechenmittel umgeschalten, wie durch den Block "Korrektur Kurve" dargestellt ist, wobei über die gestrichelten Linien dargestellt ist, dass dann die Ausgleichsregelung über dieses Rechenmittel erfolgt. Auch hier erfolgt wie beschrieben kontinuierlich die Ist-Positionserfassung und ein Vergleich zur Soll-Position, wobei die Abweichung zweckmäßigerweise durch Ermitteln des Abstands der Normalen des die Ist-Position definierenden Punktes zur jeweiligen Bezugsstrecke, also der jeweiligen Geraden oder der Kreisabschnittsbahn, bestimmt wird, siehe 7.
10 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung die Steuerungseinrichtung 10, sowie die integrierten verschiedenen Rechenmittel oder entsprechenden Rechenmodule, sofern nur ein einziges Rechenmittel in Form eines leistungsfähigen Prozessors vorgesehen ist. Nicht gezeigt sind die diversen Ein- und Ausgänge zur Steuerungseinrichtung bzw. zu dem/den Rechenmittel(n), nachdem 10 lediglich eine Prinzipdarstellung ist.
Die Steuerungseinrichtung weist ein erstes Rechenmittel 14 auf, das die Antriebe beim Befahren längs eines Geradenabschnitts steuert. Ein weiteres Rechenmittel 15 steuert die Antriebe beim Befahren der Kurve, also der Kreisabschnittsbahn.
Ein drittes Rechenmittel 16 dient zum Bestimmen der Kreisabschnittsbahn. Es kann über entsprechende Untermodule verfügen, die zum Bestimmen des Überlappungsfensters, zum Bestimmen der Bahnpunkte, die den Beginn und das Ende der Kreisbahn definieren und die auf den beiden Geraden liegen, sowie zum Bestimmen der endgültigen Kreisbahn bzw. deren Radius dienen.
Ein viertes Rechenmittel 17 dient schließlich zum Bestimmen des Umschaltfensters sowie zum Schalten zwischen den beiden Rechenmitteln 14, 15, je nachdem, ob nun eine Gerade oder die Kurve befahren wird.
Selbstverständlich ist die Steuerungseinrichtung oder ist eines der Rechenmittel auch zum entsprechenden Schalten der Geschwindigkeit, sofern im Hinblick auf die Kreisabschnittsbahn erforderlich, ausgebildet etc. Ein näheres Eingehen hierauf ist nicht erforderlich, nachdem dies wie gesagt eine Grundfunktionalität der Steuerungseinrichtung 10 ist.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Krananlage, insbesondere eines Containerkrans, umfassend ein Krangestell, das mittels eines Kranantriebs in x-Richtung verfahrbar ist, und eine an einem gestellseitig vorgesehenen Ausleger angeordnete Katze mit einem Lastaufnahmemittel für eine Last, welche Katze mittels eines Katzantriebs längs des Auslegers in y-Richtung verfahrbar ist, wobei die jeweiligen Antriebe zum Bewegen des Lastaufnahmemittels in Abhängigkeit eines Fahrauftrags, der den Weg der Katze zwischen einer Startposition und einer Zielposition im x-y-Koordinatensystem definiert, über eine Steuerungseinrichtung gesteuert werden, wobei zum Abfahren zweier Fahraufträge, die den Weg der Katze in Form jeweils einer Geraden zwischen einer Start- und einer Zielposition definieren, welche Geraden unter einem Winkel zueinander verlaufen und in einem Verbindungspunkt unmittelbar aneinander anschließen, zu jeder Geraden wenigstens ein Toleranzintervall zur x- und zur y-Richtung definiert wird, wobei während des Abfahrens kontinuierlich die Ist-Position der Katze bestimmt und der Antriebsregelung zu Grunde gelegt wird, und dass anhand der den Geraden zugeordneten Toleranzintervalle im x-y-Koordinatensystem eine Kreisabschnittsbahn ermittelt wird, die die beiden Geraden unter Umgehung des Verbindungspunkts verbindet, wobei die Antriebe in Abhängigkeit der Kreisabschnittsbahnkoordinaten geregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisabschnittsbahn in Abhängigkeit des Überlappungsfensters der über die jeweiligen Intervalle aufgespannten Fenster der jeweiligen Geraden im Verbindungspunkt ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Kreisabschnittsbahn die Schnittpunkte der beiden Geraden mit dem Überlappungsfenster bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Geradenabschnitte vom jeweiligen Schnittpunkt zum Verbindungspunkt bestimmt wird, wonach auf dem längeren Geradenabschnitt der Punkt bestimmt wird, der um dieselbe Länge wie der Schnittpunkt der anderen Gerade vom Verbindungspunkt beabstandet ist, wobei die Kreisabschnittsbahn durch diesen Punkt und den Schnittpunkt der anderen Geraden gelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch zur Kreisabschnittsbahn ein Toleranzintervall zur x- und zur y-Richtung definiert wird, wobei während des Abfahrens der Kreisabschnittsbahn kontinuierlich die Ist-Position der Katze bestimmt und der Antriebsregelung zu Grunde gelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe zur Geschwindigkeitsregelung zumindest zeitweise in Abhängigkeit des Radius der Kreisabschnittsbahn und/oder des Gewichts der Last und/oder der Größe der Last und/oder der Länge der Hubseile geregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe in Abhängigkeit des Radius stufenweise oder linear geregelt werden.
Krananlage, insbesondere Containerkran, umfassend ein Krangestell, das mittels eines Kranantriebs in x-Richtung verfahrbar ist, und eine an einem gestellseitig vorgesehenen Ausleger angeordnete Katze mit einem Lastaufnahmemittel für eine Last, welche Katze mittels eines Katzantriebs längs des Auslegers in y-Richtung verfahrbar ist, wobei die jeweiligen Antriebe zum Bewegen des Lastaufnahmemittels in Abhängigkeit eines Fahrauftrags, der den Weg der Katze zwischen einer Startposition und einer Zielposition im x-y-Koordinatensystem definiert, über eine Steuerungseinrichtung gesteuert werden, wobei über die Steuerungseinrichtung (10) anhand von ihr gegebener, über Messelemente aufgenommener Positionssignale die Ist-Position der Katze (6) bestimmbar und unter Berücksichtigung wenigstens eines Toleranzintervalls (Δx₁, Δy₁, Δx₂, Δy₂) zur x- und zur y-Richtung, das der eine Startposition (S, S') und eine Zielposition (Z', Z) verbindenden abzufahrenden Geraden (G₁, G₂) zugeordnet ist, der Antriebsregelung zu Grunde gelegt wird, und dass die Steuerungseinrichtung (10) zur Ermittlung einer zwei Geraden (G₁, G₂), die über zwei separate Fahraufträge über die jeweiligen Start- und Zielpositionen (S, Z', S', Z) definiert sind und unmittelbar aneinander anschließen, unter Umgehung des Geradenverbindungspunkts (V) verbindenden Kreisabschnittsbahn (K) im x-y-Koordinatensystem anhand der den Geraden (G₁, G₂) zugeordneten Toleranzintervalle (Δx₁, Δy₁, Δx₂, Δy₂, Δx_k, Δy_k) und zur Steuerung der Antriebe in Abhängigkeit der Kreisabschnittsbahnkoordinaten ausgebildet ist.
Krananlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) ein Rechenmittel (16) aufweist, das der Ermittlung der Kreisabschnittsbahn (K) dient, und das zur Ermittlung der Kreisabschnittsbahn in Abhängigkeit des Überlappungsfensters (Ü) der über die jeweiligen Intervalle aufgespannten Fenster (F_G1, F_G2) der jeweiligen Geraden (G₁, G₂) im Verbindungspunkt (V) ausgebildet ist.
Krananlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmittel (16) zur Ermittlung der Schnittpunkte (SP₁, SP₂) der beiden Geraden (G₁, G₂) mit dem Überlappungsfenster (ÜF) und zur Bestimmung der Kreisabschnittsbahn (K) in Abhängigkeit der Schnittpunktpositionen ausgebildet ist.
Krananlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmittel (16) zur Bestimmung der Kreisabschnittsbahn (K) derart ausgebildet ist, dass es zunächst die Länge (l₁, l₂) der Geradenabschnitte vom jeweiligen Schnittpunkt (SP₁, SP₂) zum Verbindungspunkt (V) bestimmt, wonach es auf dem längeren Geradenabschnitt der Punkt (SP₁') bestimmt, der um dieselbe Länge wie der Schnittpunkt (SP₂) der anderen Gerade vom Verbindungspunkt (V) beabstandet ist, wobei die Kreisabschnittsbahn (K) durch diesen Punkt (SP₁') und den Schnittpunkt (SP₂) der anderen Geraden gelegt wird.
Krananlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) ein Rechenmittel (14) ausweist, das der Ermittlung der Ist-Position sowie der Abweichung der Ist-Position von der momentan abgefahrenen Geraden (G₁, G₂) dient, wobei anhand der ermittelten Abweichung die Antriebssteuerung erfolgt.
Krananlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) ein Rechenmittel (15) ausweist, das der Ermittlung der Ist-Position sowie der Abweichung der Ist-Position von der momentan abgefahrenen Kreisabschnittsbahn (K) dient, wobei anhand der ermittelten Abweichung die Antriebssteuerung erfolgt.
Krananlage nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) ein Rechenmittel (17) aufweist, das anhand der bestimmten Ist-Position und eines Umschaltfensters (UF), das anhand der Koordinaten der Endpunkte (SP₁', SP₂) der Kreisabschnittsbahn (K), die vorzugsweise zwei einander diagonal gegenüberliegende Eckpunkte des Fensters bilden, zum Bestimmen des Zeitpunkts des Einfahrens in das Umschaltfenster (UF) und zum Umschalten der die Antriebe steuernden Rechenmittel (14, 15) ausgebildet ist.
Krananlage nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel (14, 15, 16, 17) in Form separater Prozessorbausteine ausgebildet sind.
Krananlage nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) zur Variation der Bewegungsgeschwindigkeit zur Steuerung der Antriebe in Abhängigkeit des Radius der Kreisabschnittsbahn (K) und/oder des Gewichts der Last und/oder der Größe der Last und/oder der Länge der Hubseile ausgebildet ist.
Krananlage nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Monitor vorgesehen ist, an dem die ermittelte Fahrstrecke (F') und gegebenenfalls die kontinuierlich ermittelte Ist-Position darstellbar ist.