DE3714570C2

DE3714570C2 - Steuerung zur Lastpendeldämpfung für einen Hängekran

Info

Publication number: DE3714570C2
Application number: DE3714570A
Authority: DE
Inventors: Yasuhisa Abe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2007-05-01
Also published as: KR910008199B1; JPS62259986A; DE3714570A1; KR870011035A; FR2598141A1; JPH0742072B2; FR2598141B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung zur Lastpendeldämpfung für einen Hängekran, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Eine solche Steuerung ist aus der US 3 921 818 bekannt.

Als Modell eines Hänge- oder Laufkranes wird im folgenden ein einfaches Pendelmodell betrachtet, wie es in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist. In Fig. 1 sind eine Laufkatze 1 und eine an der Laufkatze 1 über ein Seil 3 aufgehängte Last 2 dargestellt. Bei einer Erdbeschleunigung g und bei einer angenommenen Beschleunigung α der Laufkatze 1 erfüllt der Schwingwinkel R der aufgehängten Last 2 die folgende Gleichung:

wobei

ist.

Wenn angenommen wird, daß die Beschleunigung α ein fester Wert α₀ und die Länge des Seils 3 ein fester Wert ℓ₀ ist, dann fällt in Gleichung 1 der zweite Ausdruck weg und die Bewegung des Pendels ist eine ungedämpfte Reaktion in einem Freiheitsgrad, die sich darstellen läßt als:

ℓ₀ + gR = -α₀ (2)

Das Ergebnis ist in der Phasenebene eine Kreisbahn mit einem Punkt (-α/g, 0) als Mittelpunkt und einem Radius α/g, wie es in Fig. 2a dargestellt ist, so daß die Schwingung während des Laufes der Laufkatze 1 mit konstanter Geschwindigkeit dadurch ausgeschaltet werden kann, daß die Beschleunigung beendet wird, wenn gerade eine Bahnrunde abgeschlossen ist.

Antischwingsteuervorrichtungen für einen Hängekran auf diesem Grundprinzip lassen sich grob in Steuervorrichtungen, wie sie in Fig. 3a, 3b und 3c dargestellt sind, bei denen die Laufkatze auf der Grundlage eines Zeitintervalls gleich eines ganzzahligen Vielfachen der Schwingungsperiode beschleunigt und verzögert wird, die durch die Länge eines Seiles bestimmt ist, an dem die Last aufgehängt ist, und Steuervorrichtungen einteilen, wie sie in Fig. 4a, 4b und 4c dargestellt sind, die aus dem Minimalzeitsteuerproblem abgeleitet sind, demzufolge eine maximale Laufkatzengeschwindigkeit zu erzielen und der Winkel der Schwingung der Last am Ende eines Beschleunigungsintervalls auf Null zu verringern ist, wobei nur dem Beschleunigungsintervall und dem Verzögerungsintervall für die Laufkatze Aufmerksamkeit geschenkt wird. Die in der eingangs genannten US 3 921 818 beschriebene Steuerung entspricht dem letzten Fall.

In den Fig. 3 und 4 sind mit V die Geschwindigkeit der Laufkatze, mit t die Zeit, mit α_max die maximale Beschleunigung der Laufkatze, mit α die Beschleunigung der Laufkatze und mit V_max die maximale Geschwindigkeit der Laufkatze bezeichnet.

Die Fig. 3a und 4a zeigen jeweils ein Geschwindigkeitsmuster der Laufkatze, die Fig. 3b und 4b zeigen jeweils eine Standardbeschleunigung der Laufkatze, und die Fig. 3c und 4c zeigen jeweils eine Laufbahn in einer Phasenebene der Schwingung der Last. Die Geschwindigkeit der Laufkatze, deren Beschleunigung und die Bahn in der Phasenebene der Schwingung der Last sind ausschließlich mit der Zeit als Berechnungs- oder Bewertungskriterium auf der Grundlage der Länge des Seiles, der maximal erlaubten Geschwindigkeit der Laufkatze, der maximal erlaubten Beschleunigung, der Laufstrecke u. ä. bestimmt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Steuervorrichtungen beschrieben. Bei der in Fig. 3 dargestellten Steuervorrichtung ist zunächst die Schwingungsperiode (T=2π√) der aufgehängten Last nur durch die Länge l des Seiles bestimmt, wobei die Vorrichtung einfach ist und die Beschleunigung wenig geändert wird, so daß die Belastung am Geschwindigkeitssteuersystem gering ist. Wenn die Laufkatze im Beschleunigungsintervall beschleunigt wird, beginnt die aufgehängte Last mit dem Mittelpunkt -α/g zu schwingen, wobei die Schwingung der Last nach s (ω = ist die Eigenfrequenz und n ist eine natürliche Zahl) auf Null reduziert ist. Im Intervall mit konstanter Geschwindigkeit ist dann die Beschleunigung gleich Null, was keinen Einfluß auf die Schwingung hat. Durch die Wahl der Verzögerungszeit gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Schwingungsperiode ist es daher möglich, die Schwingung der Last auf Null zu reduzieren, wenn die Laufkatze angehalten wird.

Bei der Antischwingsteuervorrichtung für einen Hängekran, die in Fig. 4 dargestellt ist, wird die Laufkatze wiederholt zu Schaltzeitpunkten beschleunigt und verzögert, die auf der Grundlage der Kranlaufverhältnisse wie beispielsweise der Länge des Seiles, der maximal erlaubten Beschleunigung und der maximal erlaubten Geschwindigkeit bestimmt sind, wodurch die Schwingung der Last auf Null reduziert wird und die Geschwindigkeit der Laufkatze am Ende des Beschleunigungsintervalls die maximale Geschwindigkeit erreicht. In Fig. 4 bezeichnen β/ω und δ/ω jeweils die Beschleunigungszeit für die Laufkatze im Beschleunigungsintervall und bezeichnet γ/ω eine Verzögerungszeit für die Laufkatze im Beschleunigungsintervall.

Wie es in Fig. 4c dargestellt ist, die die Bahn in der Phasenebene zeigt, verläuft die Bahn vom Ursprungspunkt Null zu einem Punkt A längs eines kreisförmigen Weges mit einem Mittelpunkt -α_max/g bei der ersten Beschleunigung und längs eines kreisförmigen Weges mit einem Mittelpunkt α_max/g zum Punkt B bei der anschließenden Verzögerung. Bei der zweiten Beschleunigung erreicht dann die Laufbahn den Ursprungspunkt Null der Phasenebene. Das hat zur Folge, daß die Schwingung der Last gleich Null ist, wenn die maximale Geschwindigkeit erreicht ist und daß im folgenden Intervall mit konstanter Geschwindigkeit die anliegende Beschleunigung gleich Null ist, so daß keine Schwingung hervorgerufen wird. Auch im Verzögerungsintervall kann die Schwingung der Last durch eine Steuerung auf Null reduziert werden, die ähnlich der im Beschleunigungsintervall ist.

Die herkömmlichen Antischwingsteuervorrichtungen für einen Hängekran sind jedoch nur unter der Annahme wirksam, daß die Länge des Seils konstant ist. Da diese Annahme nur sehr ungenau erfüllt ist, ist die Dämpfung entsprechend mangelhaft.

Im folgenden wird die Bewegung eines Pendels unter Berücksichtigung von Änderungen in der Seillänge betrachtet. Wenn die Laufkatze während des Aufwickelns mit konstanter Geschwindigkeit (=-C) mit einer Beschleunigung α beschleunigt wird, die einen festen Wert α₀ hat, dann ergibt sich aus Gleichung 1:

wobei l₀ die Anfangsseillänge ist.

Gleichung 3 gibt eine negativ gedämpfte Reaktionsbewegung in einem Freiheitsgrad wieder, deren Bahn in der Phasenebene eine auseinanderlaufende Spiralform hat, wie es in Fig. 2b dargestellt ist.

Aus der DE-AS 20 22 745 ist eine Steuerung bekannt, bei der die aktuelle Seillänge zur Berechnung der für eine Schwingungsperiode erforderlichen Zeit verwendet wird. Eine Steuerung, die laufend die tatsächliche Seillänge während des Dämpfungsvorganges erfaßt, ist jedoch wegen der dann zu berücksichtigenden komplizierten Bewegungsgleichungen sehr aufwendig und nicht für die rauhen Bedingungen beim Betrieb eines Kranes geeignet.

Aus der DE-AS 11 35 148 ist schließlich noch eine Steuerung zur Festlegung des Weges einer Last über Grund in Abhängigkeit von zwei unabhängigen Komponenten der Kranbewegung (horizontale Schwenkung und vertikales Wippen eines Kranauslegers) bekannt, wobei allerdings keine Maßnahme zur Lastpendeldämpfung vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so auszugestalten, daß bei einfachem Aufbau eine wirksame Lastpendeldämpfung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Erfindungsgemäß wird somit die tatsächliche Seillänge beim Betrieb des Kranes in der Form einer Liste von mittleren Seillängen berücksichtigt, und die entsprechenden Steuerungswerte werden einer vorab festgelegten Tabelle entnommen. Sowohl der Aufbau als auch die Arbeitsweise der Steuerung sind damit sehr einfach und doch wirkungsvoll, die Pendelungen der Last werden effektiv gedämpft.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Steuerung nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Schwingungen entgegenwirkenden Steuerung für einem Hängekran beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Lastschwingverhältnisse bei einem Hänge- oder Laufkran,

Fig. 2a und 2b in Kennkurven die Bahn in der Phasenebene in einem Beschleunigungsintervall mit konstanter Beschleunigung bzw. in einem Beschleunigungsintervall mit sich ändernder Beschleunigung,

Fig. 3a, 3b und 3c in Kennkurven jeweils ein Geschwindigkeitsmuster, die anliegende Standardbeschleunigung und die Bahn der Lastschwingung in der Phasenebene bei einer Antischwingsteuerung für einen Hängekran mit Beschleunigung und Verzögerung eines Laufwerks nach Maßgabe einer Schwingungsperiode, die durch die Länge des Seils für eine aufgehängte Last bestimmt ist,

Fig. 4a, 4b und 4c in Kennkurven ein Geschwindigkeitsmuster, eine anliegende Standardbeschleunigung und die Bahn der Lastschwingung in einer Phasenebene bei einer Antischwingsteuerung für einen Hängekran, bei der nur einem Beschleunigunsintervall und einem Verzögerungsintervall für ein Laufwerk Beachtung geschenkt wird, um eine maximale Geschwindigkeit des Laufwerkes zu erzielen und den Winkel der Lastschwingung auf Null am Ende des Beschleunigungsintervalls zu reduzieren,

Fig. 5 in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerung für einen Hängekran,

Fig. 6 das Grundprinzip des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuerung mit dem Grundgedanken, eine Antischwingsteuerung nach Maßgabe der mittleren Seillänge auszuführen,

Fig. 7 in einer Kennkurve die Bahn in der Phasenebene für den Fall, in dem eine feste Seillänge als Approximation der mittleren Seillänge bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel verwandt wird,

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Bewegungsbahn des Schwerpunktes eines Krankübels für den Fall, daß die in Fig. 5 dargestellte Steuerung bei einem Entladekran vorgesehen ist, und

Fig. 9 in einer schematischen Darstellung die Bewegungsbahn des Schwerpunktes eines Krankübels bei der in Fig. 5 dargestellten Steuerung.

Fig. 5 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Schwingungen entgegenwirkenden Steuerung für einen Hängekran. In Fig. 5 sind eine Laufkatze 1 als ein Beispiel für ein Laufwerk ein Kübel 2 als ein Beispiel für eine Last ein Hubseil 3, eine Hubtrommel 11, die in der Laufkatze 1 vorgesehen ist, um das Seil 3 auf- oder abzuwickeln, und ein Motor 12 zum Antreiben der Hubtrommel 11 über ein Untersetzungsgetriebe 13 dargestellt. Ein Tachometergenerator 14 ist direkt mit dem Motor 12 verbunden, ein Drehmeldegeber 15 ist auf eine Welle der Hubtrommel 11 angeordnet und eine Hubsteuerung 16 empfängt das Ausgangssignal des Tachometergenerators 14 als Rückkoppelsignal und gibt ein Antriebssignal für den Motor 12 aus. Ein Synchron-Digitalwandler 17 wandelt ein Synchronsignal vom Drehmeldegeber 15 in ein digitales Signal um. Eine Laufkatzentrommel 21 dient dazu, die Laufkatze 1 in einer bestimmten Richtung über ein Seil 21A zu bewegen, das schleifenförmig mit der Laufkatze 1 verbunden ist. Ein Motor 22 dient dazu, die Trommel 21 über ein Untersetzungsgetriebe 23 anzutreiben. Ein Tachometergenerator 24 ist direkt mit dem Motor 22 verbunden, und ein Drehmeldegeber 25 ist auf eine Welle der Trommel 21 gepaßt. Eine Laufwerksteuerung 26 empfängt das Ausgangssignal des Tachometergenerators 24 als Rückkoppelsignal und gibt ein Antriebssignal für den Motor 22 aus. Ein Synchron-Digitalwandler 27 dient dazu, das Synchronsignal vom Geber 25 in ein digitales Positionssignal umzuwandeln.

Eine programmierbare Steuerung 30, die mit einem Arbeitsbefehl S versorgt wird, empfängt ein Positionssignal für den Kübel 2 vom Synchron-Digitalwandler 17 und ein Positionssignal für die Laufkatze 1 vom Synchron- Digitalwandler 27 und arbeitet nach Maßgabe eines vorgegebenen Programms derart, daß sie Ein/Aus-Befehle der Hubsteuerung 16 und ein analoges Signal nach Maßgabe eines Arbeitsgeschwindigkeitsmusters der Laufwerksteuerung 26 liefert. Die programmierbare Steuerung 30 umfaßt die folgenden Bauteile: eine Befehlsschaltung 31, an der der Arbeitsbefehl S liegt und die die Befehle für die Endpositionen der Bewegung der Hubeinrichtung und der Einrichtung für die seitliche Bewegung liefert, Positions-Servofunktionsschaltungen 32 und 33, an denen ein Positionsbefehl von der Befehlsschaltung 31 liegt, die mit den jeweiligen Rückkopplungs-Positionssignalen von den Wandlern 17 und 27 versorgt werden und von denen jede eine Positions-Servofunktion erfüllt, eine Arbeitsschaltung für die mittlere Seillänge 34, die die mittlere Seillänge l_a unter Verwendung einer linearen Funktionsgleichung und Sollwerten berechnet, die vorher eingesetzt sind, um die mittlere Seillänge ℓ_a zu erhalten, und die mit einem Positionssignal vom Synchron-Digitalwandler 17 versorgt wird, um die mittlere Seillänge an einen Datentabellenteil 35, der später beschrieben wird, auf einen Befehl von der Befehlsschaltung 31 hin auszugeben, wobei im Datentabellenteil 35 vorher tabellierte Daten der Beziehung zwischen der mittleren Seillänge und den Schaltzeiten [β/ω und γ/ω in Fig. 4a] gespeichert sind, wie es später beschrieben wird, und eine ein Arbeitsmuster für die Laufkatze erzeugende Schaltung 36, an der eine Schaltzeit vom Datentabellenteil 35 liegt, die die Schaltzeit speichert, die mit einem Befehl für die Endposition der Bewegung von der Befehlsschaltung 31 versorgt und die ein analoges Signal nach Maßgabe des Laufkatzengeschwindigkeitsmusters (s. h. Fig. 4a) an die Laufwerksteuerung 26 ausgibt. Da das Arbeitsmuster der Hubsteuerung 16 konstant festliegt, sind die Ausgangssignale der Positions-Servofunktionsschaltung 33 nur Ein- und Ausschaltbefehle.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Antischwinggeschwindigkeitsmuster benutzt, das in Fig. 4a dargestellt ist. Fig. 6 zeigt eine Darstellung der Festlegung der Seillänge auf den Mittelwert ℓ_a zwischen der Seillänge ℓ₀ vor Beginn der Beschleunigung der Laufkatze 1 und der Seillänge ℓ₁ am Ende der Beschleunigung. Wenn in Fig. 6 die Anhebegeschwindigkeit des Seils 3 gleich C ist, dann ergibt sich die Beziehung ℓ= ℓ₀ -Ct. Das hat zur Folge, daß die Phasenebene die durch eine gestrichelte Linie in Fig. 7 dargestellte Form hat, wobei ersichtlich ist, daß die Laufbahn in der Phasenebene im wesentlichen zum Ursprung zurückkehrt.

Im folgenden wird ein Verfahren der Bestimmung der Schaltzeiten in einem Schwinggeschwindigkeitsmuster von Fig. 4a beschrieben. Wenn angenommen wird, daß die maximale Beschleunigung α_max der Laufkatze 1 im Beschleunigungsintervall von Fig. 4a konstant ist, dann sind die Schaltzeiten β/ω, γ/ω und δ/ω der optimalen Steuerlösung gemäß dem Aufsatz von Satoru Fujita et al. "Anti-Swing Control by Microprocessor", International Microcomputer Application Conference 1980, in der folgenden Weise gegeben:

β-δ = 2 (n-1) π (5)

β + δ-γ = ωtacc (6)

tacc = V_max/α_max (8)

wobei V_max die maximale Geschwindigkeit der Laufkatze 1 im Intervall mit konstanter Geschwindigkeit ist.

Obwohl in diesem Fall die Seillänge l konstant ist, gelten die obigen Gleichungen auch für den Fall, daß die Seillänge als auf einem mittleren Wert l_a festliegend betrachtet wird, der in der oben beschriebenen Weise berechnet wird. Mit n=1 und β=δ lassen sich darüber hinaus die Gleichungen 4 bis 8 in der folgenden Weise schreiben:

2β-γ = ωtacc (10)

tacc = V_max/α_max (12)

Da die Gleichungen 9 und 10 Bezugsausdrücke für β, γ und ℓ sind, liefert die Auflösung der Gleichungen 9 und 10 nach den γ-Ausdrücken den zusätzlichen Ausdruck für und l:

und ein Auflösen nach den β-Ausdrücken aus den Gleichungen 10 und 13 einen zusätzlichen Ausdruck für γ und l, nämlich:

wobei F(ℓ) eine Funktion von l als Variable ist.

Die Werte der Schaltzeiten β/ω und γ/ω für jeden Wert der Seillänge l werden vorher aus den Gleichungen 13 und 14 erhalten. Die in dieser Weise erhaltenen Werte werden vorab im Datentabellenteil 35 mit der mittleren Seillänge ℓ_a als Seillänge ℓ in Tabellenform (ℓ_a, , ) gespeichert.

Fig. 8 zeigt die Bahn des Schwerpunktes eines Kübels 2, wenn die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung bei einem Entladekran angewandt wird. In Fig. 8 sind der Kübel 2, ein Seil 3, die Ladeluke 40 und die Oberfläche von im Laderaum des Schiffes geladenem Erz dargestellt. Die Neigung des Weges des Kübels 2 ist durch die maximale Hubgeschwindigkeit C des Seiles 3 und die maximale Geschwindigkeit V_max der seitlichen Bewegung der Laufkatze 1 bestimmt. Die folgende Beschreibung gilt für den Fall, daß der Kübel 2 das Erz am Punkt R auf der Erzoberfläche 41 in Fig. 8 erfaßt und dann mit dem Anziehen des Seiles 3 begonnen wird, wobei die seitliche Bewegung an einem Punkt P₀ über dem Punkt R erfolgt. Da die Laufkatze 1 nach dem Geschwindigkeitsmuster von Fig. 4a beschleunigt wird, wird der Kübel seitlich entlang des Weges bewegt, der in Fig. 8 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, und es beträgt die seitliche Verschiebung zum Zeitpunkt des Endes der Beschleunigung (Punkt Q₀) V_max · Ta/2, wobei Ta die Zeit des Beschleunigungsintervalls ist. Die Verschiebung in Hubrichtung des Kübels 2 durch das Anziehen des Seiles 3 während dieses Zeitintervalls beträgt C · Ta. Der Weg, entlang dem der Kübel 2 tatsächlich bewegt werden soll, ist jedoch der kürzeste Weg, der durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist und der durch den Punkt Q₁ geht. Wenn somit die Stelle des Beginns der Beschleunigung vom Punkt P₀ auf den Punkt P₁ verschoben wird und der Kübel 2 entlang des Weges bewegt wird, der durch die strichpunktierte Linie in Fig. 8 dargestellt ist, dann wird der objektiv kürzeste Weg realisiert. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den Punkten P₀ und P₁ gleich C · Ta/2, was gleich der Hälfte der Strecke ist, über die der Kübel 2 in Hubrichtung während der Beschleunigung der seitlichen Bewegung bewegt wird. Der Punkt P₀ entspricht nämlich der mittleren Seillänge während der Beschleunigung der seitlichen Bewegung. Bei der Bestimmung des Weges des Kübels 2 über ein Modell wird grundsätzlich der geradlinige kürzeste Weg (Weg P₀-Q₁) gewählt, der durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist und der so beschaffen ist, daß der Kübel nicht an der festlandseitigen Ecke der Ladeluke des Schiffes anstößt. Dieser Weg wird durch einen linearen Funktionsausdruck wiedergegeben und kann leicht über ein Modell bestimmt werden, wenn die Positionen in Richtung der seitlichen Bewegung und in Hubrichtung erst einmal festgelegt sind. Die mittlere Seillänge l_a kann dadurch erhalten werden, daß die seitliche Position des Anhebeanfangspunktes in den Funktionsausdruck des Weges eingesetzt wird, der in dieser Weise bestimmt wird. Indem nämlich der Wert der Beschleunigungsstartposition (versuchsweise der Laufkatzenstartposition im linearen Funktionsausdruck) P₀ des Seiles 3 in den linearen Funktionsausdruck des Wertes eingesetzt wird, liefert P-Q₁ die mittlere Seillänge l_a. Diese Berechnung erfolgt durch die die mittlere Seillänge berechnende Arbeitsschaltung 34, nachdem die programmierbare Steuerung 30 den Arbeitsbefehl S empfangen hat.

Fig. 9 zeigt den Weg des Kübels 2, wobei weiterhin ein Trichter 42, der an Land vorgesehen ist, und eine Brücke 43 dargestellt sind, die an Land angeordnet ist, so daß die Laufkatze 1 auf einer bestimmten Gleisfläche läuft. Der Weg des Kübels ist R→P₁→P₂→P₃ →P₄→P₅→P₆→P₇, wobei die Punkte P₃ und P₄ der gleiche Punkt sind. Die mit WIND (a) und TROLLEY (a) bezeichneten Kurven geben jeweils die Hubgeschwindigkeit und die Laufkatzengeschwindigkeit bezüglich der Position während der Bewegung des Kübels 2 entlang des Weges R→P₁→P₂→P₃ wieder, wobei das Muster der seitlichen Bewegung dem Geschwindigkeitsmuster von Fig. 4a entspricht. Die Kurve WIND (b) und TROLLEY (b) zeigen jeweils die Absenkgeschwindigkeit und die Laufkatzengeschwindigkeit während des Rücklaufes des Kübels 2.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Wenn von der programmierbaren Steuerung 30 der Arbeitsbefehl S empfangen wird, berechnet die Arbeitsschaltung 34 die mittlere Seillänge ℓ_a in der oben beschriebenen Weise und gibt an die Schaltung 34 den berechneten Wert aus. Der Datentabellenteil 35 liefert der das Arbeitsmuster erzeugenden Schaltung 36 die Werte der tabellierten Schaltzeiten β/ω (= δ/ω) und γ/ω entsprechend dem berechneten Wert der mittleren Seillänge ℓ_a, und die Schaltung 36 speichert die gelieferten Werte.

Die programmierbare Steuerung 30 steuert danach die Hubsteuerung 16 derart, daß der Kübel 2 das Erz erfaßt und der Kübel 2 angehoben wird. Nachdem der Kübel 2 den Punkt P₁ erreicht hat, erfolgt eine Antischwingsteuerung nach dem Geschwindigkeitsmuster, das in Fig. 4a dargestellt ist. Auf den Empfang eines Befehls zum Beginn der Arbeit der Laufkatze von der Befehlsschaltung 31 über die Positionsservofunktionsschaltung 32 versorgt die das Arbeitsmuster erzeugende Schaltung 36 die Laufwerksteuerung 26 mit einem analogen Signal zum Beschleunigen der Laufkatze 1 mit einer Beschleunigung α_max für die Schaltzeit β/ω, die in der Schaltung 36 gespeichert ist. Das hat zur Folge, daß die Laufwerksteuerung 26 während des Anliegens eines Rückkoppelsignals vom Tachometergenerator 34 die Laufkatzentrommel 32 über den Motor 22 und das Untersetzungsgetriebe 23 dreht, um die Laufkatze 1 für die Schaltzeit β/ω zu beschleunigen.

Nach Ablauf der Schaltzeit liefert die das Arbeitsmuster erzeugende Schaltung 36 der Laufwerksteuerung 26 ein analoges Signal zum Verzögern der Laufkatze 1 mit einer Verzögerung von -α_max für die Schaltzeit γ/ω, die in der Schaltung 36 gespeichert ist. Das hat zur Folge, daß die Laufkatze 1 über die Schaltzeit γ/ω im Beschleunigungsintervall verzögert wird. Nach Ablauf der Schaltzeit γ/ω legt dann die Schaltung 36 ein analoges Signal zum erneuten Beschleunigen der Laufkatze 1 mit einer Beschleunigung α_max für die Schaltzeit δ/ω (=β/ω) an die Laufwerksteuerung 26. Das hat zur Folge, daß die Laufkatze 1 erneut für die Schaltzeit δ/ω (=β/ω) beschleunigt wird. Nach Ablauf der Schaltzeit δ/ω (=β/ω) befindet sich der Kübel 2 am Punkt Q₁ und es beginnt das Intervall mit konstanter Geschwindigkeit, wie es in Fig. 4a dargestellt ist. Die Schaltung 36 gibt daher ein analoges Signal zum Bewegen der Laufkatze mit konstanter Geschwindigkeit V_max aus. Wenn die Arbeitsweise des Hängekrans vom Beschleunigungsintervall auf das Intervall mit konstanter Geschwindigkeit übergeht, ist die Schwingung des Kübels 2 auf Null.

Auf ein Einschaltsignal von der Positions-Servofunktionsschaltung 33 ansprechend betätigt andererseits die Hubsteuerung 16, an der ein Rückkoppelsignal vom Tachometergenerator 14 liegt, die Hubtrommel 11 über den Motor 12 und das Untersetzungsgetriebe 13, um fortlaufend das Seil 3 mit konstanter Geschwindigkeit C anzuheben, und die Hubsteuerung 16 beendet den Anhebevorgang, wenn der Kübel 2 den Punkt P₂ im Intervall mit konstanter Geschwindigkeit erreicht hat. Die Arbeitsschaltung 34 zum Bilden der mittleren Seillänge, an der ein Positionssignal vom Drehmeldegeber 15 über den Synchrondigitalwandler 17 während des Hochziehens des Seiles 3 liegt, berechnet die mittlere Seillänge ℓ_a auf der Grundlage des Positionssignals unmittelbar nach dem Hochziehen des Seils. Die mittlere Seillänge ℓ_a, die in dieser Weise berechnet wird, wird dem Datentabellenteil 35 zugeführt, der die Schaltzeiten β/ω und γ/ω ausgibt. Die fortgeschriebenen Werte werden in der das Arbeitsmuster erzeugenden Schaltung 36 in der gleichen Weise gespeichert, wie es oben erwähnt wurde, um bei dem folgenden ähnlichen Arbeitsvorgang benutzt zu werden.

Bei der Ankunft der Laufkatze 1 an der Grenzposition zwischen dem Intervall mit konstanter Geschwindigkeit und dem Verzögerungsintervall wird das Positionssignal vom Drehmeldegeber 25 der das Arbeitsmuster erzeugenden Schaltung 36 über den Synchrondigitalwandler 37 und die Positionsservofunktionsschaltung 32 eingegeben, so daß der Kübel 2 durch die Schaltung 36 nach Maßgabe des Eingangssignals verzögert wird. In dieser Weise wird ein Arbeitsvorgang im Verzögerungsintervall ausgeführt, das in Fig. 4a dargestellt ist, der umgekehrt zu dem Arbeitsvorgang im Beschleunigungsintervall ist.

Am Ende der Verzögerung befindet sich der Kübel 2 am Punkt P3, wenn die Bewegung der Laufkatze durch das Eingreifen der Servo-Funktionsschaltung 32 beendet wird, und es wird das Erz im Kübel 2 in den Trichter 42 befördert. Anschließend wird die Laufkatze 1 in eine Richtung bewegt, die der bisherigen Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist, und es erfolgt ein Arbeitsvorgang der zu dem obigen Arbeitsvorgang umgekehrt ist. Der Kübel 2 wird dabei entlang des Weges P₃→P₄→P₅→P₆→P₇ bewegt, um die Erzoberfläche 41 zu erreichen. Die Geschwindigkeit des Kübels 2 in bezug auf seine Position auf diesem Wege ist jeweils durch die Kurven WIND (b) und TROLLEY (b) in Fig. 9 dargestellt. Der Kübel 2 wird über den Weg P₅→P₆→P₇ abgesenkt. Wenn die mittlere Seillänge sich für den vorliegenden Arbeitsablauf nicht ändert, und derselbe Arbeitsvorgang wiederholt wird, wie es oben erwähnt wurde, benutzt die das Arbeitsmuster erzeugende Schaltung 36 die Schaltzeiten β/ω und γ/ω, die vorher darin gespeichert sind. Wenn der anschließende Betrieb des Kranes unter Verwendung einer mittleren Seillänge durchgeführt wird, die von der mittleren Seillänge verschieden ist, die beim vorliegenden Arbeitsablauf benutzt wurde, wird die neue mittlere Seillänge durch die Arbeitsschaltung 34 unter Verwendung der linearen Funktion und ähnlichem in derselben Weise berechnet, wie es oben beschrieben wurde.

Es versteht sich, daß die mittlere Seillänge durch die Arbeitsschaltung 34 dadurch berechnet werden kann, daß ein geeigneter Einstell- oder Sollwert aus einer Vielzahl von Sollwerten, die zum Einsetzen in die lineare Funktion vorbereitet wurden, auf den Arbeitsbefehl S ansprechend gewählt wird oder daß eine angemessene lineare Funktion auf den Arbeitsbefehl S aus einer Vielzahl von vorbereiteten linearen Funktionen gewählt wird.

Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel das in Fig. 4a dargestellte Geschwindigkeitsmuster benutzt wurde, ist der oben beschriebene Arbeitsvorgang auf irgendein Geschwindigmuster anwendbar, bei dem die seitliche Versetzung während der Beschleunigung und der Verzögerung der seitlichen Bewegung ausgedrückt wird als V · Ta/2.

Claims

1. Steuerung zur Lastpendeldämpfung für einen Hängekran, mit

- einem beweglichen Laufwerk (1) zum Halten einer Last (2) an einem Hubseil (3),
- einer Hubeinrichtung (11, 12) am Laufwerk (1), um das Seil (3) hochzuziehen und abzusenken,
- einer Laufwerksteuerung (26) zum Steuern der Geschwindigkeit des Laufwerks (1) nach einem vorgegebenen Beschleunigungs- und Verzögerungsmuster in Abhängigkeit von der Seillänge derart, daß Lastpendelungen gedämpft sind, und mit
- einer Hubsteuerung (16) für die Hubeinrichtung (11, 12) zum Steuern des Anhebens und Absenkens der Last,

gekennzeichnet durch eine programmierbare Steuereinrichtung (30) zum Berechnen der mittleren Länge des Seils (3) auf der Grundlage einer vorgegebenen Funktion für den Weg und von Soll-Positionen (P₀, Q₁) der Last (2), wobei die Verzögerungen und Beschleunigungen des Laufwerks (1) entsprechend der jeweiligen mittleren Länge des Seils (3) berechnet werden, und wobei in der programmierbaren Steuereinrichtung (30) Beschleunigungsintervalle und Verzögerungsintervalle für das Laufwerk (1) für eine Anzahl von Werten für die mittlere Seillänge in Tabellenform gespeichert sind.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuereinrichtung (30) eine Befehlsschaltung (31) zum Aufnehmen von Arbeitsbefehlen (S) und zum Ausgeben von Positionssignalen, eine erste und eine zweite Positions-Servofunktionsschaltung (32, 33) zum Festlegen der jeweiligen Positionen des Laufwerks (1) und der Hubeinrichtung (11, 12 in Abhängigkeit von den Positionssignalen von der Befehlsschaltung (31), eine Arbeitsschaltung (34) zum Berechnen der mittleren Länge des Hubseiles (3) auf der Grundlage der Positionssignale von der Befehlsschaltung (31) und eines Detektorsignales, das die von der Hubeinrichtung (11, 12) erfaßte Länge des Hubseiles (3) angibt, einen Datentabellenteil (35) zum Ausgeben von Daten, die anhand vorher gespeicherter Daten von Schaltzeiten für das Laufwerk (1) und der mittleren Länge des Hubseiles (3) bestimmt werden, und eine ein Arbeitsmuster erzeugende Schaltung (36) umfaßt, die das Geschwindigkeitsmuster der Laufwerksteuerung (26) auf der Grundlage des Ausgangssignale vom Datentabellenteil (35) und des Positionssignales von der ersten Positions- Servofunktionsschaltung (32) ausgibt.

3. Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Positions-Servofunktionsschaltung (32) mit einem digitalen Signal versorgt wird, das dadurch erhalten wird, daß von einem Synchron-Digitalwandler (27) ein Synchronsignal von einem Drehmeldegeber (25) umgewandelt wird, der mit einem Untersetzungsgetriebe (23) verbunden ist, das an einer von der Laufwerksteuerung (26) gesteuerten Antriebseinrichtung (22) für das Laufwerk (1) angebracht ist, und ein Positionssignal zum Steuern des Laufwerks (1) auf der Grundlage dieses digitalen Signals an die das Arbeitsmuster erzeugende Schaltung (36) ausgibt.

4. Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Positions-Servofunktionsschaltung (33) mit einem digitalen Signal versorgt wird, das dadurch erhalten wird, daß von einem Synchron-Digitalwandler (17) ein Synchronsignal von einem Drehmeldegeber (15) umgewandelt wird, der mit einem Untersetzungsgetriebe (13) verbunden ist, das an der von der Hubsteuerung (16) gesteuerten Hubeinrichtung (11, 12) angeordnet ist, und ein Positionssignal zum Steuern der Hubeinrichtung (11, 12) an die Hubsteuerung (16) ausgibt.