EP2298688A2 - System zur automatischen Erfassung von Lastzyklen einer Maschine zum Umschlagen von Lasten - Google Patents

System zur automatischen Erfassung von Lastzyklen einer Maschine zum Umschlagen von Lasten Download PDF

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EP2298688A2
EP2298688A2 EP10008610A EP10008610A EP2298688A2 EP 2298688 A2 EP2298688 A2 EP 2298688A2 EP 10008610 A EP10008610 A EP 10008610A EP 10008610 A EP10008610 A EP 10008610A EP 2298688 A2 EP2298688 A2 EP 2298688A2
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EP
European Patent Office
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load
cycle
change
detection
weight
Prior art date
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EP10008610A
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English (en)
French (fr)
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EP2298688A3 (de
EP2298688B1 (de
Inventor
Klaus Schneider
Jürgen Sonderegger
Martin Amann
Mathias Schneller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Werk Nenzing GmbH
Original Assignee
Liebherr Werk Nenzing GmbH
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Publication date
Application filed by Liebherr Werk Nenzing GmbH filed Critical Liebherr Werk Nenzing GmbH
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Publication of EP2298688A3 publication Critical patent/EP2298688A3/de
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Publication of EP2298688B1 publication Critical patent/EP2298688B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/16—Applications of indicating, registering, or weighing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/40—Applications of devices for transmitting control pulses; Applications of remote control devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C15/00—Safety gear
    • B66C15/06—Arrangements or use of warning devices
    • B66C15/065—Arrangements or use of warning devices electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88—Safety gear
    • B66C23/90—Devices for indicating or limiting lifting moment
    • B66C23/905—Devices for indicating or limiting lifting moment electrical

Definitions

  • the present invention relates to a system for automatically detecting load cycles of a load handling machine, the machine comprising a lifting device for lifting the load and a transport device for moving the load horizontally.
  • the transport device may in particular be the slewing gear and / or the luffing gear of the crane.
  • the system comprises a load change detection for automatically detecting a load change based at least on the output signals of a Hubkraft-measuring device, a load position detection, which detects the position of the load in at least one horizontal direction, and a load cycle detection for automatically detecting a load cycle, wherein the load cycle detection at least Basis of the output signals of the load change detection and the load position detection takes place.
  • the known systems have a variety of problems, which are due in particular to the need for manual interaction by the crane operator.
  • the trigger threshold or the angle of rotation is often not set or at a wrong position, so that no or a corrupted recording takes place.
  • very high load thresholds are used to determine the start point and stop point of the cycle to avoid fault detection of load cycles.
  • the weight of the payload is often significantly less than the weight of the lifting device and the lifting means and order of magnitude smaller than the maximum load, a reliable detection of load cycles can not be guaranteed.
  • the measuring system must be designed very accurately.
  • the object of the present invention is therefore to provide a system for the automatic detection of load cycles of a machine for handling loads, which manages with less and as far as possible without any manual interaction and yet with great reliability load cycles and / or the weight of the lifting device recognizes.
  • the present invention includes a system for automatically detecting load cycles of a load handling machine, the machine a lifting device for lifting the load and a transport device for moving the load horizontally.
  • the inventive system can, for. B. be used in a crane.
  • it may then z. B. to the hoist of the crane, in the transport device z. B. act on the slewing and / or luffing of the crane.
  • the hoist By moving the hoist the load hanging on the crane rope can be raised and lowered.
  • the load By rotating and / or rocking up and down the boom of the crane, the load can be moved in at least one horizontal direction.
  • the system according to the invention can be used not only in a crane, but also in other handling machines, in particular in construction machines, transport equipment, vehicle conveyors, Reachstackers and / or wheel loaders. All of these devices have a lifting device, via which a load can be raised and lowered again, and a transport device for moving the load horizontally.
  • the inventive system comprises a load change detection for automatically detecting a load change based at least on the output signals of a Hubkraft-measuring device, a load position detection, which detects the position of the load at least in the horizontal direction, and a load cycle detection for automatically detecting a load cycle, wherein the load cycle detection at least Basis of the output signals of the load change detection and the load position detection takes place.
  • the load cycle detection detects the position of the load as a load receiving point when a positive load change has been detected. Such a positive load change is then evaluated as the beginning of a new load cycle based on a query as to whether the load has been moved a predetermined distance to the load pick-up point in the horizontal.
  • the system according to the invention advantageously detects a positive load change only as the beginning of a new load cycle when the load has been moved a predetermined distance to the load receiving point in the horizontal after detecting the positive load change. This avoids that when repeated raising and lowering of the load at the load receiving point, which can be done for example for better positioning of a load receiving device, each time a new load cycle is detected. This makes the system according to the invention much safer with regard to the detection of the load cycles. Furthermore, it is no longer necessary to manually specify a trigger threshold. Rather, by comparing the current position of the load with the stored load receiving point and the query whether the load has been moved a predetermined distance to the load pick-up point in the horizontal, a sure criterion for reliably detecting a new load cycle.
  • the trigger threshold for confirming a duty cycle is thus automatically generated in the present invention and in dependence on the respective load receiving point.
  • the predetermined distance to the load receiving point may be, for example, a fixed distance by which the load was moved away from the load receiving point. For example, this may be a distance of three meters. In particular, the distance should be greater than the usual Rangierweg used for accurate positioning of the load.
  • the load position detection can determine the position of the load, for example, based on the machine coordinates, in a crane, for example, based on the angle of rotation and the rocking angle of the boom.
  • the position and / or movement of the load or the load-receiving means is advantageously determined by the position and / or speed of the boom tip.
  • the position and / or movement of the load or of the load-receiving means (which is only required in the horizontal direction) corresponds to the position and / or speed of the jib tip.
  • the system according to the invention advantageously further comprises a load speed detection which detects the speed of the load at least in the horizontal direction, wherein the load cycle detection is further based on the output signals of the load speed detection.
  • the load speed detection can be carried out more advantageously on the basis of machine coordinates, in particular based on the rotation angle and / or the rocking angle or the rotational speed and the rocking speed of the crane.
  • the load cycle detection evaluates a positive load change based on a query whether the load speed during the positive load change has not exceeded a predetermined value, as the beginning of a new load cycle.
  • a positive load change is only considered as the beginning of a new load cycle if the load speed during the positive load change does not exceed the predetermined value.
  • Strong fluctuations in the output signals of the Hubkraft measuring device can occur, for example, by vibrations of the load during the horizontal movement of the load.
  • fluctuations are not considered by the system according to the invention as the beginning of a new load cycle, since the speed of the load in the horizontal direction at the time of this load fluctuation usually exceeds the predetermined value.
  • the load handler is usually not or only slightly moved in the horizontal direction, since it must be aligned with the load. The load speed thus offers a good criterion for sorting out load changes which do not correspond to the beginning of a new load cycle.
  • the load cycle detection determines the end of an active duty cycle based on a query as to whether a negative load change occurs.
  • the system according to the invention only evaluates a negative load change as the end of an active load cycle when the beginning of a new load cycle is subsequently detected.
  • a positive load change which is not considered to be the beginning of a new load cycle, is due to a negative load change, because the load speed exceeds a predetermined value during the positive load change, then the negative load change is likewise not considered to be the end of an active load cycle.
  • the load cycle detection takes place on the basis of a discrete state machine.
  • a discrete state machine allows a simple implementation of the load cycle detection according to the invention.
  • the discrete state machine has at least the following states: No load, positive load change detected, active load cycle confirmed.
  • the state machine is initially in a no load state. In this state, the measurement signal generated by the Hubkraft measuring device is used to determine the mass of the lifting device. If a positive load change is detected, the system switches to the state positive load change detected. At the same time the position of the load stored during the positive load change as a load acceptance point. If the load has now been moved after a positive load change by a predetermined distance to the load pick-up point in the horizontal, the state machine switches to the state active load cycle confirmed. This detects the beginning of a new load cycle. Confirmed in the active load cycle state, for example, the mass is determined based on the signals of the lifting force measuring device.
  • the state machine switches back to the no load state without an active load cycle being detected. Conversely, if the state machine is asserted in the active load cycle state and a negative load change occurs, the state machine switches to the no load state, thereby detecting the end of the active duty cycle.
  • the data on the completed load cycle is advantageously stored in a memory unit such as a memory unit. a database stored.
  • the state machine is modified as follows: The state machine switches from the state no load to the state positive load change detected if a positive load change occurs and the speed is below the predetermined value lies. If, on the other hand, a positive load change occurs at a load speed which is above the predetermined value, then the automaton does not switch from the state directly to the state active load cycle confirmed. If a negative load change is confirmed in the active load cycle state, the state machine switches to the no load state. However, this is only counted as the end of an active load cycle when the state machine then switches to the state of positive load changes detected. On the other hand, if the state machine switches directly to the active load cycle state, a continuous active load cycle is assumed. In order to evaluate when the beginning and when the end of an active load cycle is present, for example, a higher-level selection logic can be used.
  • the load cycle detection detects the load weight on the basis of the output signals of the Hubkraft measuring device, in particular by averaging over the active load cycle or a portion of the active load cycle. Automatic load cycle detection is used to determine the load weight for each active load cycle.
  • the system according to the invention also advantageously comprises a load receiving means detecting unit which automatically detects the weight of the load receiving means. This eliminates manual taring of the system.
  • the automatic detection of the weight of the lifting device is advantageously carried out on the basis of the discrete state machine. If a state machine is used, as has been described above, then the determination of the weight of the load receiving means advantageously takes place in the no load state.
  • the weight of the lifting device is advantageously formed by an averaging, wherein phases in which the output of the lifting force measuring device falls below a certain limit below the previously determined weight of the lifting device are not taken into account. As a result, it can be prevented that a drop in the output signal of the lifting force measuring device when fitting the receiving means to the load falsifies the determination of the weight of the load receiving means.
  • a positive load change is advantageously detected by the load change detection when the output signal of the lifting force measuring device exceeds the weight of the lifting device by a predetermined value.
  • a negative load change is advantageously detected when the output signal of the lifting force measuring device approaches the weight of the load receiving means again up to the predetermined value.
  • the present invention further includes a system for automatically detecting changes in the load handler in a load handling machine, the machine including a lifting device for lifting the load.
  • the system comprises a lifting force measuring device for measuring the lifting force and a load receiving means detecting unit which automatically detects a change of the load receiving means based at least on the output signals of the lifting force measuring device.
  • the present invention thus makes it possible to automatically detect and take into account a change of the load receiving means and thus a change in the weight of the load receiving means.
  • the system advantageously comprises a position detection, which detects the position of the load receiving means in at least one horizontal direction, wherein the load receiving means detecting unit automatically detects a change of the load receiving means based at least on the basis of the output signals of the lifting force measuring device and on the basis of the position detection.
  • the system further advantageously comprises a load change detection for automatically detecting a load change based at least on the output signals of the Hubkraft measuring device, wherein the load receiving means detecting unit detects a change of the load receiving means based on the detected by the load change detection load changes.
  • the load receiving means detecting unit stores the position of the load receiving means whenever a load change has taken place.
  • the determination of whether such a load change corresponds to a change of the load receiving means then takes place advantageously at least on the basis of a query of the distance of the load receiving means to this stored position in the horizontal direction.
  • the system further advantageously includes load cycle detection for automatically detecting a duty cycle, wherein the load receiving means detection unit operates based on the duty cycle detection.
  • the detection of a change of the load receiving means takes place on the basis of a load cycle detection, as has been shown above.
  • the system according to the invention for the automatic detection of changes of the load receiving means is obviously also independent of the system according to the invention for automatically detecting load cycles of great advantage.
  • a change of the load receiving means is detected using one or more discrete state machines. These make it possible to reliably detect the change of a lifting device, even if only the output of the Hubkraft measuring device and the machine coordinates are used.
  • the load receiving means detection takes place on the basis of a load cycle detection and stores the position of the load receiving means when a negative load change has occurred, while there is no active load cycle.
  • a negative load change while no active load cycle is detected, based on a query whether after the negative load change, the load receiving means has been moved a predetermined distance to the stored position in the horizontal, as a change to a lighter load-receiving means.
  • a negative load change in a state in which there is no active load cycle is thereby detected when the output of the Hubkraft measuring device falls by a predetermined amount below the previously detected weight of the lifting device.
  • the load receiving means or the machine for handling loads by a predetermined distance in the horizontal moves without the output of the Hubkraft measuring device has returned in the range of the previously detected weight of the lifting device or has exceeded this range, this is considered to be a change to a lighter load handling device. Thereafter, the detected weight of the lifting device is updated.
  • the load receiving means detection is realized via a state machine, it changes from the state no load to a state negative load changes detected when a negative load change occurs, that is, when the output of the Hubkraft measuring device by a certain value below the previously detected weight of the lifting device falls.
  • a state negative load changes detected when a negative load change occurs, that is, when the output of the Hubkraft measuring device by a certain value below the previously detected weight of the lifting device falls.
  • the load handling device or the machine are moved to turn the load in the horizontal direction. If this movement exceeds a certain predetermined value, for example six meters, this is considered to be a change to a lighter load handling device.
  • the state machine then switches back to the no load state, updating the detected weight of the load handler.
  • the state machine If, on the other hand, a positive load change is detected, then the state machine returns to the no load state without the detected weight of the load receiving means being updated. A positive load change is detected in this state when the output of the lifting force measuring device again rises above a predetermined value below the detected weight of the lifting device.
  • the invention provides that the load receiving means detection unit detects a change of the load receiving means based on several parallel running discrete state machine whose states are checked by a higher-level Kontrollogik.
  • the change to a heavy load handling device can be detected.
  • a first state machine confirms an active load cycle
  • a second state machine is started. This second state machine starts in the state no load and thus detects the correspondingly higher weight than the weight of the load handling device.
  • the higher-level control logic decides which of the parallel-running state machines actually detects the correct active load cycle and which of the state machines must be deleted again. In particular, this decides the control logic whenever one of the state machines detects the end of an active duty cycle.
  • a first state machine detects the end of an active load cycle
  • first a predetermined time is waited for, if more state machines recognize the end of an active duty cycle. If this is not the case, the first state machine is evaluated as the state machine, which indicates the correct duty cycle.
  • the decision is made on the basis of another criterion. For this purpose, the location at which the first state machine has detected the end of the active duty cycle is stored. It is then checked which weight is currently measured when the load-carrying means has moved away from this point in the horizontal direction by a predetermined distance, for example by three meters. Subsequently, the state machine is considered to be the correct state machine whose detected weight of the load handler corresponds to the currently determined load weight at that time.
  • the load cycle detection according to the invention stores load cycle data in a database for each detected load cycle, wherein the database enables a later evaluation of the data.
  • the system according to the invention enables a comprehensive and accurate evaluation of the workflows when handling the loads.
  • the load cycle data thereby include one or more of the following data: load weight, duration load cycle, start and stop position, start and stop time, weight of the load receiving means, minimum and maximum value of the load during the load cycle, travel distance, characteristics of the machine or the drives of Machine.
  • load weight load weight
  • duration load cycle duration load cycle
  • start and stop position start and stop position
  • start and stop time weight of the load receiving means
  • minimum and maximum value of the load during the load cycle travel distance
  • characteristics of the machine or the drives of Machine characteristics of the machine or the drives of Machine.
  • several of these data can be stored in the database.
  • the evaluation of the data includes determining one or more of the following data: energy / fuel consumption, total weight of cargo handled, average cargo handling, performance / performance indexes.
  • the evaluation of the data can be done directly in the system or alternatively by an additional device to which the data from the database are transferred.
  • the data of the load cycle detection according to the invention can be used to evenly load a ship.
  • the payload per hatch can be accurately determined by means of the load cycle detection according to the invention. As a result, an asymmetrical loading of the ship can be avoided.
  • the data of the load cycle detection can be used to prove a certain guaranteed turnover performance.
  • the present invention in addition to the system for automatically detecting load cycles and the system for automatically detecting the change of a Lifting device, as presented above, further an envelope machine with one or both systems.
  • the handling machine may be e.g. to act a crane, the lifting device corresponds to the hoist of the crane.
  • the lifting force measuring device is advantageously a device for measuring the cable force in the hoisting rope. If it is a slewing crane, then the transport device corresponds to the slewing gear and / or luffing mechanism of the crane.
  • the transfer machine it may be e.g. also, a reach stacker, a forklift, an excavator, a wheel loader or any other transport machine with a lifting device for lifting a load act.
  • the systems according to the invention can be used without problems, since the load cycle detection and the load receiving means detection is independent of the specific embodiment of the material handling machine based solely on the force measurement and the position determination.
  • the present invention further includes a method of detecting load cycles of a load handling machine, the machine comprising a lifting device for lifting the load and a transporting device for horizontally moving the load.
  • the method according to the invention comprises the steps of: determining the lifting force of the lifting device; Detecting a load change based at least on the determined lifting force; Detecting the position of the loads at least in the horizontal direction; automatic detection of a load cycle based at least on a detected load change and the position of the load.
  • the invention further provides the steps of detecting the position of the load as a load receiving point when a positive load change has been detected and positive load change values as the start of a new load cycle based on a query as to whether the load has been moved a predetermined distance to the load receiving point in the horizontal ,
  • FIG. 1 shows an embodiment of a machine according to the invention for handling loads, in which an embodiment of a system according to the invention for automatically detecting load cycles and an embodiment of a system according to the invention for detecting the change of a load receiving means is used.
  • the exemplary embodiment is a crane, in particular a mobile harbor crane.
  • the crane has an undercarriage 1 with a chassis 9. This allows the crane to be moved in the port. At the Hubort the crane can then be supported on support units 10.
  • a tower 2 is arranged rotatably about a vertical axis of rotation. At tower 2 is around a horizontal axis articulated a boom 5.
  • the boom 5 can be pivoted about the hydraulic cylinder 7 in the rocker plane up and down.
  • the crane has a hoist rope 4, which is guided around a deflection roller 11 at the tip of the boom.
  • a load-receiving means 12 is arranged, with which a load 3 can be accommodated.
  • the load-receiving means 12 and the load 3 are thereby raised or lowered by moving the hoisting rope 4.
  • the change of the position of the load receiving means 12 and the load 3 in the vertical direction is thus carried out by reducing or increasing the length I S of the hoisting rope 4.
  • a winch 13 is provided, which moves the hoist rope.
  • the winch 13 is arranged on the superstructure.
  • the hoist rope 4 is first guided by the winch 13 via a first deflection roller 6 at the top of the tower 2 to a deflection roller 14 at the top of the boom 5 and from there back to the tower 2, where it via a second guide roller 8 to a deflection roller 11 is guided on the jib tip, from where the hoist rope runs down to the load 3.
  • the load receiving means 12 and the load can be further moved by turning the tower 2 by the angle ⁇ D and by rocking up and down the boom 5 by the angle ⁇ A in the horizontal. Due to the arrangement of the winch 13 on the superstructure, the lifting and luffing of the jib 5 results in addition to the movement of the load in the radial direction, a lifting movement of the load 3. This must optionally be compensated by a corresponding control of the winch 13.
  • FIG. 2 Now a typical envelope situation for the inventive machine for handling loads is shown.
  • the load is thereby raised at point A, moved along the path 20 in the horizontal and then stored at point B again.
  • Such a cycle of lifting the load, moving the load in the horizontal direction and depositing the load describes a load cycle.
  • the crane operator manually set a trigger threshold 30.
  • this trigger threshold 30 with the load is exceeded, a new load cycle is counted and the currently measured load mass is stored for this load cycle. This resulted in a variety of problems, which have already been described in more detail above.
  • the automatic load cycle detection system at point A automatically recognizes that the load has been lifted.
  • the load cycle detection now saves the position of the load as load pickup point A. Subsequently, the current position of the load is continuously compared with this stored load pickup point. The picking up of the load is only counted as a new load cycle if, after being picked up, the load has been moved a predetermined distance d to the load pick-up point in the horizontal.
  • an automatically generated trigger threshold 40 is thus provided according to the present invention, which is automatically placed around the detected load acceptance point.
  • the trigger threshold 40 is thus automatically generated when a load is received as a function of the detected load acceptance point.
  • the load cycle detection is much more reliable and is also completely automatic and without interaction by the crane operator feasible.
  • the recording of a load is detected automatically by a load change detection.
  • the load change detection works on the basis of the output signals of a lifting force measuring device.
  • This lifting force measuring device can be arranged, for example, in the articulation of the winch 13 or in the articulation of the deflection roller 8. Alternatively, such a lifting force measuring device can also be arranged in the region of the load receiving means 12. However, the arrangement of the lifting force measuring device on the winch 13 or on the deflection roller 8 has the advantage that no additional wiring to the load receiving means must be provided.
  • the lifting force measuring device initially measures the force which is present in the hoisting rope 4 at the corresponding measuring position. The lifting force measuring device calculated from this cable force the mass of the lifting device 12 and the attached load. 3
  • the lifting force measuring device then outputs as output the currently measured load weight, which corresponds to the sum of the weight of the load receiving means 12 and the load 3.
  • the load cycle detection initially determines the weight of the load receiving means 12, as will be shown in more detail below.
  • the load change detection now detects a load change based on the weight of the load receiving means 12 and the currently measured load weight.
  • a positive load change is detected in the embodiment, when the currently measured load weight exceeds the previously detected weight of the load receiving means 12 by a certain value T.
  • T a value of 0.8 t can be selected as the value T.
  • a negative load change is detected when, after a positive load change, the load weight again falls below the limit value T above the previously determined weight of the load receiving means 12.
  • the signal of the lifting force measuring device differs depending on the type of stroke or on the type of load receiving means used 12.
  • Two typical curves of the output signal of the lifting force measuring device are in the FIGS. 3a and 3b shown.
  • FIG. 3a A typical load weight signal is shown when using a hook as the only load handler. The hook itself has a mass of about 4 t. At time 100, a load with a mass of about 6 t is attached to the hook and lifted, deposed at time 101, resumed at time 102 and finally discontinued at time 103. However, it is not possible to determine from this load signal alone whether a load cycle or two load cycles or even no load cycle actually took place here.
  • FIG. 3b A typical load weight signal curve is shown using a spreader with which containers can be picked up and dropped.
  • the spreader is attached to the hook of the crane and even has a mass of about 13 t, so that together with the load hook results in a load weight of the load handling device of about 17 t.
  • the spreader is placed on the container.
  • the currently measured load weight drops sharply down, since the container supports at least a portion of the weight of the spreader.
  • the load weight then increases to a value of about 33 t.
  • the container is dropped off again.
  • the multiple force peaks result from the fact that the container is raised and lowered several times to exactly z.
  • the load cycle detection according to the invention for the two in the FIGS. 3a and 3b shown situations is now in the FIGS. 4a and 4b shown schematically.
  • the load cycle detection initially detects the weight G of the load receiving means, while no load has been recorded. As soon as the currently measured load weight 113 exceeds the detected weight G of the load receiving means by a value T, a positive load change is detected. This is in both cases at time 110 the case.
  • the load change is detected, the position of the load or the lifting device is saved. However, the positive load change at the time 110 is only evaluated at time 111 as the beginning of a new load cycle.
  • the current position 114 of the load or the lifting device is compared with the load receiving point. Only after the load or the lifting device has been moved relative to the load receiving point by a distance d in the horizontal, the previous positive load change is considered as the beginning of the new load cycle.
  • the end of the load cycle is detected at time 112, at which a negative load change takes place, in which the currently measured load weight 113 falls below the threshold value T over the weight G of the load receiving means again.
  • the load changes 116 that also occur when the load is lowered are likewise not considered to be the start of a new active load cycle since the load was not moved by the distance d until the next negative load change was reached.
  • FIG. 6 a state machine is now shown, through which the cycle detection according to the invention has been realized.
  • the state machine initially has an initialization state 120 in which the system starts. Depending on whether a cycle end or cycle start is detected, the system then changes to states 121 and 122.
  • the actual state machine for load cycle detection is formed by the states 121 to 124:
  • the state machine assumes that there is no load on the hoist rope and thus that the load weight corresponds to the weight G of the load suspension device LSM (Load Suspension Means).
  • the load cycle detection determines the weight G of the load receiving means.
  • the weight G of the load-receiving means is determined at least each time the state machine changes from the end of the cycle 124 to the state 121 in which no load is attached to the load-handling device.
  • the weight G of the load receiving means may also be determined each time when changing to the state 121. As a result, manual taring of the system is no longer necessary. Rather, the system automatically detects the weight of the lifting device.
  • the determination of the load weight G of the load receiving means can take place via an average value filter.
  • the averaging is advantageously carried out only over those periods in which the current load weight L is in a certain range to the previously determined weight G of the load-lifting device. In particular, those values of the currently measured load weight L are not taken into account in the averaging, which are located in an area GT '. Otherwise, in load handling devices, which load weight signals as in FIGS. 3b and 4b shown to determine a too low weight G of the lifting device.
  • the lower limit value T ' can be selected, for example, equal to the limit value T for detecting a positive load change.
  • the load change detection constantly monitors the current load weight and compares this with the weight G of the load handler. As long as the current load weight does not exceed the weight G by a value T, d. H. as long as no positive load change is detected, the state machine remains in state 121.
  • the state machine switches to state 122. In this state, a positive load change has been detected, so that there may be an active cycle.
  • the position of the load or the load receiving means is simultaneously stored as a load receiving point LA.
  • the system now continuously compares the current position P of the load or the lifting device with the stored load pick-up point LA and determines therefrom the distance of the load from the load pick-up point in the horizontal direction [P-LA]. As long as this transverse distance [P-LA] is smaller than the minimum distance d, which is used as a trigger threshold, the remains State machine in state 122. In addition, the load weight L is continuously determined. If this falls below the value G + T, then the state machine returns to state 121.
  • the state machine changes to state 123. This confirms that there is an active cycle. The last positive load change is thus recognized as the start of an active cycle.
  • the weight GL of the load is determined.
  • the weight G of the load-carrying means is subtracted from the currently measured load weight L.
  • averaging can be provided via an average filter.
  • the average value filter is updated or restarted when the load weight increases significantly.
  • the state machine monitors the current load weight L and constantly compares this with the weight G of the load handling device. As soon as the current load weight falls below the value G + T again, the state machine changes from state 123 to state 124, thus detecting the end of the active cycle. In state 124, the data is stored for the active cycle just completed. This may in particular be the weight GL of the load as well as further data about the active cycle just ended. For example, while the load pick-up point and the time of lifting the load can be stored. In addition, the position and, if appropriate, the time at which the end of the cycle was detected can be stored. Furthermore or alternatively, the duration of the cycle, the distance traveled during the cycle, maximum and minimum values of the load weight and the like can be stored.
  • the state machine After storing the data, the state machine changes from state 124 back to state 121, which corresponds to a state without an attached load. Now again the weight G of the lifting device is determined.
  • FIG. 7 shows an example of such a load weight curve.
  • the load weight is shown as the solid line 133.
  • Positive load changes are shown as continuous vertical lines 134, negative load changes as dotted lines 135.
  • a positive load change is detected.
  • the load is then moved transversely, so that this positive load change is detected as the beginning of an active load cycle.
  • the load weight fluctuates very strongly due to dynamic processes, so that it briefly falls below the limit value G + T.
  • G + T the limit value
  • another criterion can be used to detect the beginning and end of an active duty cycle. For this purpose, when detecting a positive load change, not only the current position of the load or the load receiving means is stored, but also determines the speed of the load or the load-receiving means in the horizontal direction. Only if this speed v is below a certain limit r, this positive load change can correspond to the beginning of a new active load cycle. On the other hand, if the speed v is above the limit r, the system concludes that a dynamic failure has occurred and the previous active duty cycle continues.
  • FIG. 8 An extension of the in FIG. 6 State machine shown that takes into account this additional criterion, is in FIG. 8 shown.
  • the states 121 to 124 essentially work in the same way as with respect to FIG. 6 was presented.
  • the additional criterion now comes into play when in state 121 a positive load change was detected. If a transverse velocity v smaller than r is detected during the positive load change, then the state machine switches to state 122 as before. A cycle type 1 is stored in this case.
  • the state machine determines a transversal velocity v, which is greater than the limit r, during a positive load change in state 121, the state machine changes directly to state 123. Furthermore, a cycle type 2 is stored.
  • the state 124 d. H. the state switched from the state 123 during a negative load change, its data to a logic 125 on.
  • This logic 125 now waits, which is stored for a cycle type at the next change from state 121. If a cycle type 1 is stored, the logic evaluates the data for the previous cycle as data of a completed active cycle. If, on the other hand, a cycle type 2 is output, the logic 125 evaluates the data of the last cycle merely as a subcycle of the now active cycle.
  • the logic 125 is necessary because, with respect to the end of the cycle 124, no criterion regarding the speed of the lifting device or the load should be provided. It may well happen that when unloading the load, the load picking tool is moved further, z. B. when bulk material is distributed over a gripper over a longer distance. The state machine therefore switches from state 123, ie from an active cycle, to the end of the cycle whenever the load falls below the threshold G + T. Logic 125 then determines, based on the next transition from state 121 to either state 122 or directly to state 123, whether it has actually been at the end of an active duty cycle or whether the last active duty cycle is merely continuing.
  • the system determines a negative load change in state 121, in which no load attaches to the load-bearing means.
  • This negative load change from the state 121 is detected when the current load weight L falls by a value T 'below the previously detected weight G of the load receiving means.
  • the limit value T ' can be selected to be the same as the limit value T, z. B. 0.8 t.
  • the averaging is suspended for the weight G of the load receiving means, so that this initially remains constant at the last detected value.
  • the system evaluates this as a change of the load-carrying means and updates the weight G of the load-receiving means accordingly to the currently measured load weight L.
  • This automatic detection of the change to a lighter load handling device can be achieved by an extension of the in FIG. 8 state machine shown done.
  • the extension of the state machine is in FIG. 10 shown, for the sake of clarity, only state 121 from FIG. 8 is shown with.
  • the weight G is determined by averaging. However, only those periods are taken into account in which the current load weight L does not fall below a specific limit value T 'below the previously determined load weight G, ie as long as L is greater than GT'.
  • the system detects in state 126 that the load-bearing means has been moved a distance d 'away from the load-receiving point, it changes to state 127 and thus confirms the change to a lighter load-handling device. Then the weight G of the lifting device is updated to the now lower value. The system then returns to state 121 and continues to operate with the now updated weight G of the load handler.
  • FIG. 11a a flow is shown in which at time 1 a load is picked up. However, for example, the load is partially dragged for a while so that at time 3 the weight of the load increases significantly again. The load is then stored again at time 6.
  • FIG. 11b on the other hand, at time 1 there is a change from a first load-carrying means to a second, heavier load-carrying means. At time 3, a load is then raised with the second load handling device. This is deposited again at time 5, wherein the load-bearing means is briefly supported on the load and so the currently measured load weight falls further.
  • a new state machine is generated whenever a change from state 122 to state 123 occurs and an active duty cycle is acknowledged upon detection of a positive load change.
  • the maximum number of state machines which operate in parallel to one another can be limited to a predetermined value n max .
  • a new state machine is started at time 2 at which the active load cycle is confirmed.
  • the new state machine in turn starts in state 121 and therefore determines the higher load weight, which is measured after the positive load change at 1, as the weight G of the load receiving means.
  • the second state machine detects a positive load change, which is confirmed at time 4 respectively.
  • a third state machine is started, which in turn starts in the state 121 and sets the correspondingly higher load weight than the weight G of the load receiving means.
  • the second state machine SM2 now detects the end of the active cycle and changes to state 124. Initially, however, the system does not know whether this actually corresponds to the end of the actual load cycle. Therefore, the system waits a certain amount of time k after the first state machine detects the end of an active cycle. Notifies within this period k, which z. For example, if there is no additional state machine at the end of an active duty cycle, the system assumes that the state machine that reported the end of the duty cycle corresponds to the actual load cycle. Then all other state machines can be deleted again.
  • the first state machine SM1 also reports the end of its active duty cycle within the time period k. First, therefore, it can not be determined which of the two state machines represents the actual state of the system.
  • the position of the load handler or the load is determined. After the load-handling device has been moved in the transverse direction by the distance d "from this position, it can be decided which state machine represents the actual state by comparing the currently measured load weight with the weight G of the respective state machine the accessory.
  • the system determines the difference between the currently measured load weight L and the weights G of the load handler the individual state machines that have detected the end of a cycle.
  • the state machine at which this difference is least, is then judged to be the state machine, which corresponds to the actual state.
  • the state machine is selected whose value G for the load weight of the load-receiving means is closer to the currently measured load weight L.
  • this is the state machine SM2. This will now be the only state machine continue to operate while all other state machines are cleared.
  • the present invention thus makes it possible to automatically detect the change of the load receiving means without the need for sensors on the load receiving means would be necessary. Rather, the detection takes place solely on the basis of the signal of the lifting force measuring device and on the basis of the movements of the material handling machine. As a result, the changing weight of the load receiving means can be automatically taken into account when changing the load receiving means.
  • the cycle detection according to the invention enables extremely reliable and accurate detection of the load cycles.
  • the data stored by the cycle detection according to the invention thereby enable a variety of functions.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur automatischen Erfassung von Lastzyklen einer Maschine zum Umschlagen von Lasten, wobei die Maschine eine Hubvorrichtung zum Anheben der Last und eine Transportvorrichtung zum horizontalen Bewegen der Last umfasst, mit: einer Lastwechselerfassung zum automatischen Erfassen eines Lastwechsels zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale einer Hubkraft-Messvorrichtung, einer Lastpositionserfassung, welche die Position der Last in zumindest einer horizontalen Richtung erfaßt, und einer Lastzykluserfassung zum automatischen Erfassen eines Lastzyklus, wobei die Lastzykluserfassung zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Lastwechselerfassung und der Lastpositionserfassung erfolgt. Erfindungsgemäß speichert die die Lastzykluserfassung die Position der Last als Lastaufnahmepunkt, wenn ein positiver Lastwechsel erkannt wurde und wertet den positiven Lastwechsel auf Grundlage einer Abfrage, ob die Last eine vorbestimmte Distanz zum Lastaufnahmepunkt in der Horizontalen bewegt wurde, als Beginn eines neuen Lastzyklus.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur automatischen Erfassung von Lastzyklen einer Maschine zum Umschlagen von Lasten, wobei die Maschine eine Hubvorrichtung zum Anheben der Last und eine Transportvorrichtung zum horizontalen Bewegen der Last umfaßt. Bei der Transportvorrichtung kann es sich dabei insbesondere um das Drehwerk und/oder das Wippwerk des Kranes handeln.
  • Das System umfaßt dabei eine Lastwechselerfassung zum automatischen Erfassen eines Lastwechsel zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale einer Hubkraft-Messvorrichtung, eine Lastpositionserfassung, welche die Position der Last zumindest in einer horizontalen Richtung erfaßt, und eine Lastzykluserfassung zum automatischen Erfassen eine Lastzyklus, wobei die Lastzykluserfassung zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Lastwechselerfassung und der Lastpositionserfassung erfolgt.
  • Aus dem Stand der Technik sind dabei Systeme zur Erfassung der Lastzyklen von Umschlagkranen bekannt, bei welchen der Start und das Ende eines Zyklus bei dem Über- beziehungsweise Unterschreiten einer fixen Lastschwelle über einem tarierten Gewicht des Lastaufnahmemittels erfaßt wird. Weiterhin muß der Kranfahrer eine Triggerschwelle eingeben, bei deren Überfahren die Lastmasse erfaßt und als Lastgewicht des Lastzyklus definiert wird. Als Triggerschwelle wird dabei ein Drehwinkel des Kranes eingesetzt.
  • Die bekannten Systeme weisen dabei eine Vielzahl von Problemen auf, welche insbesondere in der Notwendigkeit einer manuellen Interaktion durch den Kranfahrer begründet liegen. So wird die Triggerschwelle beziehungsweise der Drehwinkel oft nicht oder an einer falschen Position gesetzt, so daß keine oder eine verfälschte Aufzeichnung erfolgt. Zudem werden für die Ermittlung des Startpunkts und des Stoppunkts des Zyklus sehr hohe Lastschwellen eingesetzt, um eine Fehlerfassung von Lastzyklen zu vermeiden. Da das Gewicht der Nutzlast jedoch oft deutlich geringer ist, als das Gewicht des Lastaufnahmemittels und der Anschlagmittel und um Größenordnung kleiner als die Maximallast, kann eine zuverlässige Erfassung von Lastzyklen so nicht gewährleistet werden. Zudem muß das Meßsystem sehr genau ausgelegt werden.
  • Weitere Probleme ergeben sich durch die manuelle Tarierung des Gewichtes von Lastaufnahmemittel und Anschlagmittel, welche gerade bei dem Wechsel des Lastaufnahmemittels eine häufige Fehlerquelle darstellt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein System zur automatischen Erfassung von Lastzyklen einer Maschine zum Umschlagen von Lasten zur Verfügung zu stellen, welches mit weniger und nach Möglichkeit ohne jede manuelle Interaktion auskommt und dennoch mit großer Zuverlässigkeit Lastzyklen und/oder das Gewicht des Lastaufnahmemittels erkennt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung umfaßt dabei ein System zur automatischen Erfassung von Lastzyklen einer Maschine zum Umschlagen von Lasten, wobei die Maschine eine Hubvorrichtung zum Anheben der Last und eine Transportvorrichtung zum horizontalen Bewegen der Last umfaßt.
  • Das erfindungsgemäße System kann z. B. bei einem Kran eingesetzt werden. Bei der Hubvorrichtung kann es sich dann z. B. um das Hubwerk des Kranes, bei der Transportvorrichtung z. B. um das Drehwerk und/oder das Wippwerk des Kranes handeln. Durch Bewegen des Hubwerkes kann die am Kranseil hängende Last angehoben und abgesenkt werden. Durch Drehen und/oder Auf- und Abwippen des Auslegers des Kranes kann die Last in zumindest einer horizontalen Richtung bewegt werden.
  • Das erfindungsgemäße System kann jedoch nicht nur bei einem Kran, sondern auch bei anderen Umschlagmaschinen eingesetzt werden, insbesondere bei Baumaschinen, Transportgeräten, Fuhrförderfahrzeugen, Reachstackern und/oder Radladern. Alle diese Geräte weisen eine Hubvorrichtung auf, über welche ein Last angehoben und wieder abgesenkt werden kann, sowie eine Transportvorrichtung zum horizontalen Bewegen der Last.
  • Das erfindungsgemäße System umfaßt dabei eine Lastwechselerfassung zum automatischen Erfassen eines Lastwechsels zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale einer Hubkraft-Messvorrichtung, einer Lastpositionserfassung, welche die Position der Last zumindest in horizontaler Richtung erfaßt, und eine Lastzykluserfassung zum automatischen Erfassen eines Lastzyklus, wobei die Lastzykluserfassung zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Lastwechselerfassung und der Lastpositionserfassung erfolgt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß die Lastzykluserfassung die Position der Last als Lastaufnahmepunkt erfaßt, wenn ein positiver Lastwechsel erkannt wurde. Ein solcher positiver Lastwechsel wird dann auf Grundlage einer Abfrage, ob die Last eine vorbestimmte Distanz zum Lastaufnahmepunkt in der Horizontalen bewegt wurde, als Beginn eines neuen Lastzyklus gewertet.
  • Das erfindungsgemäße System erfasst dabei vorteilhafterweise einen positiven Lastwechsel nur dann als den Beginn eines neuen Lastzyklus, wenn die Last nach Erfassen des positiven Lastwechsel eine vorbestimmte Distanz zum Lastaufnahmepunkt in der Horizontalen bewegt wurde. Hierdurch wird vermieden, daß beim mehrmaligen Anheben und Absenken der Last am Lastaufnahmepunkt, welche zum Beispiel zum besseren Positionieren einer Lastaufnahmevorrichtung erfolgen kann, jedes Mal ein neuer Lastzyklus erfaßt wird. Hierdurch wird das erfindungsgemäße System deutlich sicherer hinsichtlich der Erfassung der Lastzyklen. Weiterhin ist es nicht mehr notwendig, manuell eine Triggerschwelle vorzugeben. Vielmehr ist durch den Vergleich der aktuellen Position der Last mit dem gespeicherten Lastaufnahmepunkt und der Abfrage, ob die Last eine vorbestimmte Distanz zum Lastaufnahmepunkt in der Horizontalen bewegt wurde, ein sicheres Kriterium zum sicheren Erkennen eines neuen Lastzykluses.
  • Die Triggerschwelle zum bestätigen eines Lastzyklus wird damit in der vorliegenden Erfindung automatisch und in Abhängigkeit von dem jeweiligen Lastaufnahmepunkt erzeugt. Die vorbestimmte Distanz zum Lastaufnahmepunkt kann dabei zum Beispiel eine feste Distanz sein, um welche die Last vom Lastaufnahmepunkt wegbewegt wurde. Zum Beispiel kann es sich dabei um eine Distanz von drei Metern handeln. Insbesondere sollte die Distanz dabei größer sein als der üblicherweise zum genauen Positionieren der Last eingesetzte Rangierweg.
  • Die Lastpositionserfassung kann dabei die Position der Last zum Beispiel anhand der Maschinenkoordinaten bestimmen, bei einem Kran zum Beispiel anhand des Drehwinkels und des Wippwinkels des Auslegers. Die Position und/oder Bewegung der Last bzw. des Lastaufnahmemittels wird dabei vorteilhafterweise über die Position und/oder Geschwindigkeit der Auslegerspitze bestimmt. Insbesondere entspricht dabei die Position und/oder Bewegung der Last bzw. des Lastaufnahmemittels (welche nur in horizontaler Richtung benötigt wird) der Position und/oder Geschwindigkeit der Auslegerspitze.
  • Das erfindungsgemäße System weist weiterhin vorteilhafterweise eine Lastgeschwindigkeitserfassung auf, welche die Geschwindigkeit der Last zumindest in horizontaler Richtung erfaßt, wobei die Lastzykluserfassung weiterhin auf Grundlage der Ausgangssignale der Lastgeschwindigkeitserfassung erfolgt. Die Lastgeschwindigkeitserfassung kann dabei vorteilhafter wiederum auf Grundlage von Maschinenkoordinaten erfolgen, insbesondere auf Grundlage des Drehwinkels und/oder des Wippwinkels bzw. der Drehgeschwindigkeit und der Wippgeschwindigkeit des Kranes. Durch die Verwendung der Lastgeschwindigkeit zur Erfassung eines Lastzyklus wird das Erkennen eines Lastzyklus noch weiter verbessert. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, daß bei aufgrund der Dynamik des Lastsystems auftretenden Schwankungen im Ausgangssignal der Hubkraft-Messvorrichtung fälschlicherweise ein neuer Lastzyklus erkannt wird.
  • Vorteilhafterweise wertet die Lastzykluserfassung dabei einen positiven Lastwechsel auf Grundlage einer Abfrage, ob die Lastgeschwindigkeit während des positiven Lastwechsels einen vorbestimmten Wert nicht überschritten hat, als Beginn eines neuen Lastzyklus. Vorteilhafterweise wird dabei ein positiver Lastwechsel nur dann als Beginn eines neuen Lastzyklus gewertet, wenn die Lastgeschwindigkeit während des positiven Lastwechsels den vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
  • Starke Schwankungen in den Ausgangssignalen der Hubkraft-Messvorrichtung können dabei zum Beispiel durch Schwingungen der Last während der horizontalen Bewegung der Last auftreten. Solche Schwankungen werden durch das erfindungsgemäße System jedoch nicht als Beginn eines neuen Lastzyklus gewertet, da die Geschwindigkeit der Last in horizontaler Richtung zum Zeitpunkt dieser Lastschwankung den vorbestimmten Wert üblicherweise überschreitet. Zu Beginn eines echten Lastzyklus wird das Lastaufnahmemittel dagegen üblicherweise nicht oder nur kaum in horizontaler Richtung bewegt, da es gegenüber der Last ausgerichtet werden muß. Die Lastgeschwindigkeit bietet damit ein gutes Kriterium, um Lastwechsel, welche nicht den Beginn eines neuen Lastzyklus entsprechen, auszusortieren.
  • Weiterhin vorteilhafterweise ist bei dem erfindungsgemäßen System vorgesehen, daß die Lastzykluserfassung das Ende eines aktiven Lastzyklus auf Grundlage einer Abfrage, ob ein negativer Lastwechsel erfolgt, bestimmt. Vorteilhafterweise wertet das erfindungsgemäße System einen negativen Lastwechsel nur dann als Ende eines aktiven Lastzyklus, wenn daraufhin der Beginn eines neuen Lastzyklus erkannt wird. Folgt dagegen auf einen negativen Lastwechsel ein positiver Lastwechsel, welcher nicht als Beginn eines neuen Lastzyklus gewertet wird, weil die Lastgeschwindigkeit während des positiven Lastwechsel einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der negative Lastwechsel ebenfalls nicht als Ende eines aktiven Lastzyklus gewertet.
  • Hierdurch kann verhindert werden, daß Lastschwankungen während der Bewegung der Last fälschlicherweise als das Ende eines aktiven Lastzyklus gewertet werden. Da es jedoch durchaus möglich ist, daß das Lastaufnahmemittel während des Abladens der Last noch bewegt wird, zum Beispiel wenn ein Schüttgut mittels eines Greifers über eine gewisse Strecke verteilt wird, ist für einen negativen Lastwechsel kein Kriterium hinsichtlich der Geschwindigkeit der Last vorgesehen. Ob ein negativer Lastwechsel als Ende eines aktiven Lastzyklus gewertet wird, hängt damit allein davon ab, wie der darauf folgende positive Lastwechsel gewertet wird.
  • Im erfindungsgemäßen System ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Lastzykluserfassung auf Grundlage eines diskreten Zustandsautomaten erfolgt. Ein solcher diskreter Zustandsautomat ermöglicht eine einfache Umsetzung der erfindungsgemäßen Lastzykluserfassung.
  • Vorteilhafterweise weist der erfindungsgemäße diskrete Zustandsautomat dabei mindestens folgende Zustände auf: Keine Last, positiver Lastwechsel erkannt, aktiver Lastzyklus bestätigt. Der Zustandsautomat befindet sich dabei zunächst im Zustand keine Last. In diesem Zustand wird das von der Hubkraft-Messvorrichtung erzeugte Messsignal zur Bestimmung der Masse des Lastaufnahmemittels herangezogen. Wird nun ein positiver Lastwechsel erkannt, so schaltet das System in den Zustand positiver Lastwechsel erkannt. Gleichzeitig wird die Position der Last beim positiven Lastwechsel als Lastaufnahmepunkt gespeichert. Wurde die Last nun nach dem positiven Lastwechsel um eine vorbestimmte Distanz zum Lastaufnahmepunkt in der Horizontalen bewegt, so schaltet der Zustandsautomat in den Zustand aktiver Lastzyklus bestätigt. Damit wird der Beginn eines neuen Lastzyklus erkannt. Im Zustand aktiver Lastzyklus bestätigt wird nun zum Beispiel die Masse auf Grundlage der Signale der Hubkraft-Messvorrichtung bestimmt.
  • Befindet sich der Zustandsautomat dagegen im Zustand positiver Lastwechsel erkannt und folgt ein negativer Lastwechsel, so wechselt der Zustandsautomat wieder zurück in den Zustand keine Last, ohne daß ein aktiver Lastzyklus erfaßt würde. Befindet sich der Zustandsautomat dagegen im Zustand aktiver Lastzyklus bestätigt und erfolgt ein negativer Lastwechsel, so schaltet der Zustandsautomat in den Zustand keine Last, wodurch das Ende des aktiven Lastzyklus erfaßt wird. Dabei werden die Daten zu dem beendeten Lastzyklus vorteilhafterweise in einer Speichereinheit wie z.B. einer Datenbank abgespeichert.
  • Wird zudem abgefragt, ob die Lastgeschwindigkeit beim Erkennen eines positiven Lastwechsels unter einem vorbestimmten Wert liegt, so wird der Zustandsautomat wie folgt modifiziert: Der Zustandsautomat schaltet vom Zustand keine Last in den Zustand positiver Lastwechsel erkannt, wenn ein positiver Lastwechsel erfolgt und die Geschwindigkeit unterhalb des vorbestimmen Wertes liegt. Erfolgt dagegen ein positiver Lastwechsel bei einer Lastgeschwindigkeit, welche oberhalb des vorbestimmen Wertes liegt, so schaltet der Automat vom Zustand keine Last direkt in den Zustand aktiver Lastzyklus bestätigt. Erfolgt nun im Zustand aktiver Lastzyklus bestätigt ein negativer Lastwechsel, so schaltet der Zustandsautomat in den Zustand keine Last. Dies wird jedoch nur dann als Ende eines aktiven Lastzyklus gewertet, wenn der Zustandsautomat daraufhin in den Zustand positiver Lastwechsel erkannt schaltet. Schaltet der Zustandsautomat dagegen direkt in den Zustand aktiver Lastzyklus bestätigt, so wird von einem fortdauernden aktiven Lastzyklus ausgegangen. Zur Bewertung, wann der Anfang und wann das Ende eines aktiven Lastzyklus vorliegt, kann dabei zum Beispiel eine übergeordnete Auswahl-Logik eingesetzt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen System ist weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Lastzykluserfassung das Lastgewicht auf Grundlage der Ausgangssignale der Hubkraft-Messvorrichtung erfaßt, insbesondere durch eine Mittelwertbildung über den aktiven Lastzyklus oder einen Teilbereich des aktiven Lastzyklus. Die Automatische Lastzykluserkennung wird damit dazu herangezogen, das Lastgewicht für jeden aktiven Lastzyklus zu bestimmen.
  • Das erfindungsgemäße System umfaßt weiterhin vorteilhafterweise eine Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit, welche automatisch das Gewicht des Lastaufnahmemittels erfaßt. Hierdurch kann eine manuelle Tarierung des Systems entfallen. Die automatische Erfassung des Gewichts des Lastaufnahmemittels erfolgt dabei vorteilhafterweise auf Grundlage des diskreten Zustandsautomaten. Wird ein Zustandsautomat eingesetzt, wie er oben beschrieben wurde, so erfolgt die Bestimmung des Gewichts des Lastaufnahmemittels vorteilhafterweise im Zustand keine Last.
  • Das Gewicht des Lastaufnahmemittels wird dabei vorteilhafterweise durch eine Mittelwertbildung gebildet, wobei Phasen, in welchen das Ausgangssignal der Hubkraft-Messvorrichtung unter einen gewissen Grenzwert unter das bisher festgestellten Gewicht des Lastaufnahmemittels fällt, nicht berücksichtig werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass ein Abfallen des Ausgangssignals der Hubkraft-Messvorrichtung beim Aufsetzen des Aufnahmemittels auf die Last die Bestimmung des Gewichts des Lastaufnahmemittels verfälscht.
  • Ein positiver Lastwechsel wird dabei vorteilhafterweise durch die Lastwechselerfassung erfasst, wenn das Ausgangssignal der Hubkraft-Messvorrichtung das Gewicht des Lastaufnahmemittels um einen vorgegebenen Wert übersteigt. Ein negativer Lastwechsel wird dagegen vorteilhafterweise erkannt, wenn sich das Ausgangssignal der Hubkraft-Messvorrichtung wieder bis auf den vorgegebenen Wert an das Gewicht des Lastaufnahmemittels annähert.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein System zur automatischen Erfassung von Wechseln des Lastaufnahmemittels bei einer Maschine zum Umschlagen von Lasten, wobei die Maschine eine Hubvorrichtung zum Anheben der Last umfasst. Das System umfasst dabei eine Hubkraft-Messvorrichtung zum Messen der Hubkraft und eine Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit, welche einen Wechsel des Lastaufnahmemittels zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Hubkraft-Messvorrichtung automatisch erkennt.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es damit, einen Wechsel des Lastaufnahmemittels und damit eine Änderung des Gewichtes des Lastaufnahmemittels automatisch zu erkennen und zu berücksichtigen. Dabei kann auf separate Signalgeber am Lastaufnahmemittel verzichtet werden, da die Erfassung zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Hubkraft-Messvorrichtung erfolgt.
  • Das System umfasst dabei vorteilhafterweise eine Positionserfassung, welche die Position des Lastaufnahmemittels in zumindest einer horizontalen Richtung erfaßt, wobei die Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit einen Wechsel des Lastaufnahmemittels zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Hubkraft-Messvorrichtung und auf Grundlage der Positionserfassung automatisch erkennt.
  • Das System umfasst weiterhin vorteilhafterweise eine Lastwechselerfassung zum automatischen Erfassen eines Lastwechsels zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Hubkraft-Messvorrichtung, wobei die Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit einen Wechsel des Lastaufnahmemittels auf Grundlage der durch die Lastwechselerfassung erfassten Lastwechsel erkennt.
  • Vorteilhafterweise speichert die Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit dabei die Position des Lastaufnahmemittels immer dann, wenn ein Lastwechsel erfolgt ist. Die Bestimmung, ob ein solcher Lastwechsel einem Wechsel des Lastaufnahmemittels entspricht, erfolgt dann vorteilhafterweise zumindest auf Grundlage einer Abfrage der Distanz des Lastaufnahmemittels zu dieser gespeicherten Position in horizontaler Richtung.
  • Das System umfasst weiterhin vorteilhafterweise eine Lastzykluserfassung zum automatischen Erfassen eines Lastzyklus, wobei die Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit auf Grundlage der Lastzykluserfassung arbeitet.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die Erfassung eines Wechsels des Lastaufnahmemittels dabei auf Grundlage einer Lastzykluserfassung, wie sie oben dargestellt wurde. Das erfindungsgemäße System zum automatischen Erfassung von Wechseln des Lastaufnahmemittels ist aber offensichtlich auch unabhängig von dem erfindungsgemäßen System zum automatischen Erfassen von Lastzyklen von großem Vorteil.
  • Vorteilhafterweise wird dabei ein Wechsel des Lastaufnahmemittels anhand eines oder mehrerer diskreter Zustandsautomaten erfaßt. Diese ermöglichen dabei, den Wechsel eines Lastaufnahmemittels sicher zu erkennen, auch wenn allein das Ausgangssignal der Hubkraft-Messvorrichtung und die Maschinenkoordinaten herangezogen werden.
  • Weiterhin vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Lastaufnahmemittelerfassung auf Grundlage einer Lastzykluserfassung erfolgt und die Position des Lastaufnahmemittels speichert, wenn ein negativer Lastwechsel erfolgt ist, während kein aktiver Lastzyklus vorliegt. Dabei wird ein solcher negativer Lastwechsel, während kein aktiver Lastzyklus erfaßt ist, auf Grundlage einer Abfrage, ob nach dem negativen Lastwechsel das Lastaufnahmemittel eine vorbestimmte Distanz zur gespeicherten Position in der Horizontalen bewegt wurde, als ein Wechsel zu einem leichteren Lastaufnahmemittel gewertet. Ein negativer Lastwechsel in einem Zustand, in welchem kein aktiver Lastzyklus vorliegt, wird dabei dann erkannt, wenn das Ausgangssignal der Hubkraft-Messvorrichtung um einen vorbestimmten Betrag unter das bisher erfaßte Gewicht des Lastaufnahmemittels fällt.
  • Wird also nach einem negativen Lastwechsel das Lastaufnahmemittel beziehungsweise die Maschine zum Umschlagen von Lasten um eine vorbestimmte Distanz in der Horizontalen bewegt, ohne daß das Ausgangssignal der Hubkraft-Messvorrichtung wieder im Bereich des bisher erfaßten Gewichts des Lastaufnahmemittels zurückgekehrt ist beziehungsweise diesen Bereich überstiegen hat, so wird dies als Wechsel zu einem leichteren Lastaufnahmemittel gewertet. Daraufhin wird das erfaßte Gewicht des Lastaufnahmemittels aktualisiert.
  • Wird die Lastaufnahmemittelerfassung über einen Zustandsautomaten realisiert, so wechselt dieser aus dem Zustand keine Last in einen Zustand negativer Lastwechsel erfaßt, wenn ein negativer Lastwechsel erfolgt, das heißt, wenn das Ausgangssignal der Hubkraft-Messvorrichtung um einen bestimmten Wert unter das bisher erfaßte Gewicht des Lastaufnahmemittels fällt. In diesem Zustand wird überprüft, ob das Lastaufnahmemittel beziehungsweise die Maschine zum Umschlagen der Last in horizontaler Richtung bewegt werden. Überschreitet diese Bewegung einen gewissen vorbestimmten Wert, zum Beispiel sechs Meter, wird dies als Wechsel zu einem leichteren Lastaufnahmemittel gewertet. Der Zustandsautomat schaltet dann wieder zurück in den Zustand keine Last, wobei das erfaßte Gewicht des Lastaufnahmemittels aktualisiert wird.
  • Wird dagegen ein positiver Lastwechsel erfaßt, so wechselt der Zustandsautomat wieder in den Zustand keine Last, ohne daß das erfaßte Gewicht des Lastaufnahmemittels aktualisiert würde. Ein positiver Lastwechsel wird dabei in diesem Zustand dann erkannt, wenn das Ausgangssignal der Hubkraft-Messvorrichtung wieder über einen vorbestimmten Wert unterhalb des erfaßten Gewichts des Lastaufnahmemittels steigt.
  • Weiterhin vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Lastaufnahmemittelerfassungseinheit einen Wechsel des Lastaufnahmemittels auf Grundlage mehrer parallel laufender diskreter Zustandsautomaten erfaßt, deren Zustände von einer übergeordneten Kontrollogik überprüft werden. Insbesondere kann so der Wechsel zu einem schweren Lastaufnahmemittel erkannt werden. Vorteilhafterweise wird dabei immer dann, wenn ein erster Zustandsautomat einen aktiven Lastzyklus bestätigt, ein zweiter Zustandsautomat gestartet. Dieser zweite Zustandsautomat startet dabei im Zustand keine Last und erfaßt damit das entsprechend höhere Gewicht als Gewicht des Lastaufnahmemittels.
  • Die übergeordnete Kontrollogik entscheidet dabei, welcher der parallel laufenden Zustandsautomaten tatsächlich den richtigen aktiven Lastzyklus erfaßt und welcher der Zustandsautomaten wieder gelöscht werden muß. Insbesondere entscheidet dies die Kontrollogik immer dann, wenn einer der Zustandsautomaten das Ende eines aktiven Lastzyklus erkennt.
  • Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, daß für den Fall, daß ein erster Zustandsautomaten das Ende eines aktiven Lastzyklus erkennt, zunächst eine vorbestimmte Zeit abgewartet wird, ob weitere Zustandsautomaten das Ende eines aktiven Lastzyklus erkennen. Ist dies nicht der Fall, so wird der erste Zustandautomat als der Zustandsautomat gewertet, welcher den korrekten Lastzyklus angibt.
  • Signalisieren dagegen weitere Zustandsautomaten, das sein aktiver Lastzyklus beendet wurde, so erfolgt die Entscheidung über ein weiteres Kriterium. Hierfür wird der Ort, an welchem der erste Zustandsautomat das Ende des aktiven Lastzyklus erkannt hat, gespeichert. Daraufhin wird überprüft, welches Gewicht aktuell gemessen wird, wenn sich das Lastaufnahmemittel um eine vorbestimmte Distanz von diesem Punkt in horizontaler Richtung entfernt hat, zum Beispiel um drei Meter. Daraufhin wird der Zustandsautomat als der korrekte Zustandsautomat betrachtet, dessen erfaßtes Gewicht des Lastaufnahmemittels dem zu diesem Zeitpunkt aktuell bestimmten Lastgewicht entspricht.
  • Weiterhin vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die erfindungsgemäße Lastzykluserfassung zu jedem erfaßten Lastzyklus Lastzyklusdaten in einer Datenbank abspeichert, wobei die Datenbank eine spätere Auswertung der Daten ermöglicht. Hierdurch ermöglicht das erfindungsgemäße System eine umfassende und genaue Auswertung der Arbeitsabläufe beim Umschlag der Lasten.
  • Vorteilhafterweise umfassen die Lastzyklusdaten dabei eine oder mehrere der folgenden Daten: Lastgewicht, Dauer Lastzyklus, Start- und Stopposition, Start- und Stoppzeit, Gewicht des Lastaufnahmemittels, Minimal- und Maximalwert der Last während des Lastzyklus, Fahrstrecke, Kennzahlen der Maschine oder der Antriebe der Maschine. Insbesondere können dabei mehrere dieser Daten in der Datenbank abgespeichert werden.
  • Vorteilhafterweise umfaßt die Auswertung der Daten eine Bestimmung einer oder mehrerer der folgenden Daten: Energie/Kraftstoffverbrauch, Gesamtgewicht der umgeschlagenen Last, Durchschnittliche Umschlagleistung, Leistung/Performance-Indices. Die Auswertung der Daten kann direkt im System erfolgen oder alternativ durch ein Zusatzgerät, auf welches die Daten aus der Datenbank überspielt werden.
  • Hierdurch sind vielfältige Funktionalitäten möglich. So kann zum Beispiel eine Abrechnung des Gesamtumschlags mittels des erfindungsgemäßen Systems erfolgen. Der Kunde hat so die Möglichkeit, zum Beispiel bei dem Umschlagen von Schüttgut allein anhand der Daten aus der erfindungsgemäßen Lastzykluserkennung den Gesamtumschlag zu bestimmen.
  • Weiterhin können die Daten der erfindungsgemäßen Lastzykluserkennung dazu herangezogen werden, ein Schiff gleichmäßig zu beladen. Bei der Verladung von Schüttgut auf ein Schiff kann dabei die Zuladung pro Luke mittels der erfindungsgemäßen Lastzykluserkennung genau bestimmt werden. Hierdurch kann eine unsymmetrische Beladung des Schiffes vermieden werden.
  • Weiterhin können die Daten der Lastzykluserkennung herangezogen werden, um eine bestimmte garantierte Umschlagsleistung nachzuweisen. Zudem ergibt sich die Möglichkeit der Erstellung von Perfomance-Indices z.B. für einzelne Kranführer.
  • Die vorliegende Erfindung umfaßt neben dem System zum automatischen Erfassen von Lastzyklen und dem System zum automatischen Erfassen des Wechsels eines Lastaufnahmemittels, wie sie oben dargestellt wurden, weiterhin eine Umschlagmaschine mit einem oder beiden Systemen.
  • Bei der Umschlagmaschine kann es sich dabei z.B. um einen Kran handeln, wobei die Hubvorrichtung dem Hubwerk des Kranes entspricht. Die Hubkraft-Meßvorrichtung ist dabei vorteilhafterweise eine Vorrichtung zur Messung der Seilkraft im Hubseil. Handelt es sich um einen Drehkran, so entspricht die Transportvorrichtung dem Drehwerk und/oder Wippwerk des Kranes.
  • Bei der Umschlagmaschine kann es sich jedoch z.B. auch um einen Reachstacker, einen Gabelstapler, einen Bagger, einen Radlader oder eine beliebige andere Transportmaschine mit einer Hubvorrichtung zum Anheben einer Last handeln. Auch bei diesen Maschinen können die erfindungsgemäßen Systeme problemlos eingesetzt werden, da die Lastzyklus-Erfassung und die Lastaufnahmemittel-Erfassung unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Umschlagmaschine allein auf Grundlage der Kraftmessung und der Positionsbestimmung erfolgt.
  • Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Erfassung von Lastzyklen einer Maschine zum Umschlagen von Lasten, wobei die Maschine eine Hubvorrichtung zum Anheben der Last und eine Transportvorrichtung zu horizontalen Bewegen der Last umfaßt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt dabei die Schritte: Bestimmen der Hubkraft der Hubvorrichtung; Erfassen eines Lastwechsel zumindest auf Grundlage der bestimmten Hubkraft; Erfassen der Position der Lasten zumindest in horizontaler Richtung; automatisches Erfassen eines Lastzyklus zumindest auf Grundlage eines erfaßten Lastwechsels und der Position der Last. Dabei sind erfindungsgemäß weiterhin die Schritte vorgesehen: Erfassen der Position der Last als Lastaufnahmepunkt, wenn ein positiver Lastwechsel erkannt wurde und Werten des positiven Lastwechsels als Beginn eines neuen Lastzyklus auf Grundlage einer Abfrage, ob die Last eine vorbestimmte Distanz zum Lastaufnahmepunkt in der horizontalen bewegt wurde.
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren haben die gleichen Vorteile, welche bereits oben bezüglich der erfindungsgemäßen Systeme näher dargestellt wurden. Weiterhin verlaufen die Verfahren dabei vorteilhafterweise so, wie dies ebenfalls weiter oben in Bezug auf die Systeme dargestellt wurde. Insbesondere erfolgen die Verfahren dabei vorteilhafterweise mittels der Systeme, wie sie oben dargestellt wurden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand des Ausführungsbeispiels sowie Zeichnungen näher dargestellt. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Maschine zum Um- schlagen von Lasten,
    Fig. 2
    eine Darstellung eines Lastzyklus aus der Vogelperspektive,
    Fig. 3a und 3b
    das Lastgewicht-Signal über einen Lastzyklus bei Verwen- dung eines Lasthakens und eines Spreaders,
    Fig. 4a und 4b
    das Lastgewicht-Signal und der transversale Weg der Last über einen Lastzyklus bei Verwendung eines Lasthackens und eines Spreaders,
    Fig. 5a und 5b
    das Lastgewicht-Signal und der transversale Weg der Last über einen Lastzyklus bei Verwendung eines Lasthackens und eines Spreaders, wobei die Last beim Aufnehmen und Ablegen mehrmals auf und ab bewegt wird,
    Fig. 6
    ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zustandsau- tomaten,
    Fig. 7
    das Lastgewicht-Signal über einen Lastzyklus, bei welchem eine dyna- mische Störung auftritt,
    Fig. 8
    ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zustandsau- tomaten,
    Fig. 9
    das Lastgewicht-Signal und der transversale Weg bei einem Wechsel zu einem leichteren Lastaufnahmemittel,
    Fig. 10
    eine Erweiterung eines Zustandsautomaten gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 11a und 11b
    das Lastgewicht-Signal und der transversale Weg bei einem Lastanstieg während des aktiven Zyklus und bei einem Wech- sel zu einem schwereren Lastaufnahmemittel,
    Fig. 12
    eine Erweiterung der erfindungsgemäßen Zustandsautomaten zur Erfas- sung von Wechseln des Lastaufnahmemittels und
    Fig. 13
    eine Übersicht über die Entscheidungslogik zur Erfassung von Wechseln des Lastaufnahmemittels.
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Maschine zum Umschlagen von Lasten, bei welcher ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zum automatischen Erfassen von Lastzyklen und ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zum Erfassen des Wechsels eines Lastaufnahmemittels eingesetzt wird. Bei der Maschine zum Umschlagen von Lasten handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Kran, insbesondere um einen Hafenmobilkran. Der Kran weist dabei einen Unterwagen 1 mit einem Fahrgestell 9 auf. Hierdurch kann der Kran im Hafen verfahren werden. Am Hubort kann der Kran dann über Abstützeinheiten 10 abgestützt werden. Auf dem Unterwagen 1 ist um eine vertikale Drehachse drehbar ein Turm 2 angeordnet. Am Turm 2 ist um eine horizontale Achse ein Ausleger 5 angelenkt. Der Ausleger 5 kann dabei über den Hydraulikzylinder 7 in der Wippebene nach oben und nach unten verschwenkt werden.
  • Der Kran weist dabei ein Hubseil 4 auf, welches um eine Umlenkrolle 11 an der Spitze des Auslegers geführt ist. Am Ende des Hubseils 4 ist ein Lastaufnahmemittel 12 angeordnet, mit welchem eine Last 3 aufgenommen werden kann. Das Lastaufnahmemittel 12 bzw. die Last 3 werden dabei durch Bewegen des Hubseils 4 angehoben bzw. abgesenkt. Die Veränderung der Position des Lastaufnahmemittels 12 bzw. der Last 3 in vertikaler Richtung erfolgt damit durch Verkleinern bzw. Vergrößern der Länge IS des Hubseils 4. Hierfür ist eine Winde 13 vorgesehen, welche das Hubseil bewegt. Die Winde 13 ist dabei am Oberwagen angeordnet. Weiterhin ist das Hubseil 4 zunächst von der Winde 13 über eine erste Umlenkrolle 6 an der Spitze des Turmes 2 zu einer Umlenkrolle 14 an der Spitze des Auslegers 5 und von dort zurück zum Turm 2 geführt, wo es über eine zweite Umlenkrolle 8 zu einer Umlenkrolle 11 an der Auslegerspitze geführt ist, von wo aus das Hubseil nach unten zur Last 3 verläuft.
  • Das Lastaufnahmemittel 12 bzw. die Last können weiterhin durch Drehen des Turmes 2 um den Winkel ϕD und durch Auf- und Abwippen des Auslegers 5 um den Winkel ϕA in der Horizontalen bewegt werden. Durch die Anordnung der Winde 13 am Oberwagen ergibt sich beim Auf- und Abwippen des Auslegers 5 zusätzlich zu der Bewegung der Last in radialer Richtung eine Hubbewegung der Last 3. Diese muss gegebenenfalls durch ein entsprechendes Ansteuern der Winde 13 ausgeglichen werden.
  • In Figur 2 ist nunmehr eine typische Umschlagsituation für die erfindungsgemäße Maschine zum Umschlagen von Lasten gezeigt. Die Last wird dabei am Punkt A angehoben, entlang des Weges 20 in der Horizontalen bewegt und dann am Punkt B wieder abgelegt. Ein solcher Zyklus aus Anheben der Last, Bewegen der Last in horizontaler Richtung und Ablegen der Last beschreibt dabei einen Lastzyklus. Zum Erkennen eines solchen Lastzyklus gemäß dem Stand der Technik muss der Kranführer manuell eine Triggerschwelle 30 vorgeben. Bei Überschreiten dieser Triggerschwelle 30 mit der Last wird dann ein neuer Lastzyklus gezählt und die aktuell gemessene Lastmasse für diesen Lastzyklus abgespeichert. Hierdurch ergab sich eine Vielzahl von Problemen, welche bereits eingangs näher beschrieben wurden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, dass das System zur automatischen Erfassung von Lastzyklen am Punkt A automatisch erkennt, dass die Last angehoben wurde. Die Lastzykluserfassung speichert nun die Position der Last als Lastaufnahmepunkt A. Daraufhin wird fortlaufend die aktuelle Position der Last mit diesem abgespeicherten Lastaufnahmepunkt verglichen. Das Aufnehmen der Last wird nur dann als ein neuer Lastzyklus gewertet, wenn die Last nach dem Aufnehmen eine vorbestimmte Distanz d zum Lastaufnahmepunkt in der Horizontalen bewegt wurde. Anstelle der manuellen Triggerschwelle 30 ist damit gemäß der vorliegenden Erfindung somit eine automatisch generierte Triggerschwelle 40 vorgesehen, welche automatisch um den erfaßten Lastaufnahmepunkt gelegt wird.
  • Die Triggerschwelle 40 wird damit automatisch bei Aufnahme einer Last in Abhängigkeit von dem erfaßten Lastaufnahmepunkt generiert. Hierdurch wird die Lastzykluserfassung erheblich zuverlässiger und ist zudem vollkommen automatisch und ohne eine Interaktion durch den Kranführer durchführbar.
  • Das Aufnehmen einer Last wird dabei durch eine Lastwechselerfassung automatisch erfaßt. Die Lastwechselerfassung arbeitet auf der Grundlage der Ausgangssignale einer Hubkraft-Messvorrichtung. Diese Hubkraft-Messvorrichtung kann zum Beispiel in der Anlenkung der Winde 13 angeordnet sein oder in der Anlenkung der Umlenkrolle 8. Alternativ kann eine solche Hubkraft-Messvorrichtung auch im Bereich des Lastaufnahmemittels 12 angeordnet sein. Die Anordnung der Hubkraft-Messvorrichtung an der Winde 13 bzw. an der Umlenkrolle 8 hat jedoch den Vorteil, dass keine zusätzliche Verkabelung zum Lastaufnahmemittel vorgesehen werden muss. Die Hubkraft-Messvorrichtung misst dabei zunächst die Kraft, welche im Hubseil 4 an der entsprechenden Messposition vorliegt. Die Hubkraft-Messvorrichtung berechnet aus dieser Seilkraft die Masse des Lastaufnahmemittels 12 und der angehängten Last 3.
  • Dabei kann eine Kompensation für das Gewicht des Hubseils 4 sowie für die Reibungsverluste an den Umlenkrollen erfolgen. Zudem können dynamische Effekte, welche durch die Beschleunigung der Last bzw. durch Schwingungen entstehen, bei der Bestimmung der Masse des Lastaufnahmemittels 12 und der Last 3 berücksichtigt werden. Die Hubkraft-Messvorrichtung gibt dann als Ausgangssignal das aktuell gemessene Lastgewicht aus, welches der Summe des Gewichts des Lastaufnahmemittels 12 und der Last 3 entspricht.
  • Die Lastzykluserfassung bestimmt zunächst das Gewicht des Lastaufnahmemittels 12, wie dies weiter unten noch ausführlicher dargestellt wird. Die Lastwechselerfassung erfaßt nun einen Lastwechsel auf Grundlage des Gewichts des Lastaufnahmemittels 12 und des aktuell gemessenen Lastgewichts. Ein positiver Lastwechsel wird dabei im Ausführungsbeispiel erkannt, wenn das aktuell gemessen Lastgewicht das zuvor erfaßte Gewicht des Lastaufnahmemittels 12 um einen bestimmten Wert T übersteigt. Als Wert T kann dabei zum Beispiel ein Wert von 0,8 t gewählt werden. Ein negativer Lastwechsel wird dagegen erkannt, wenn nach einem positiven Lastwechsel das Lastgewicht wiederum den Grenzwert T oberhalb des zuvor bestimmten Gewichts des Lastaufnahmemittels 12 unterschreitet. Allein aufgrund der Signale der Lastwechselerfassung ist eine automatische Lastzykluserfassung jedoch nicht zuverlässig zu betreiben, da solche Lastwechsel zum Beispiel auch beim Absetzen der Last erfolgen können, wenn die Last zum genauen Positionieren am Zielort abgesenkt und mehrmals wieder angehoben werden muss, wie dies z.B. oftmals dann der Fall ist, wenn Container aufeinander gestapelt werden müssen.
  • Zudem unterscheidet sich das Signal der Hubkraft-Messvorrichtung je nach der Art des Hubes bzw. nach der Art des eingesetzten Lastaufnahmemittels 12. Zwei typische Verläufe des Ausgangssignals der Hubkraft-Messvorrichtung sind dabei in den Figuren 3a und 3b gezeigt. In Figur 3a ist ein typisches Lastgewichtsignal beim Einsatz eines Hakens als einzigem Lastaufnahmemittel gezeigt. Der Haken selbst hat dabei eine Masse von ca. 4 t. Zum Zeitpunkt 100 wird eine Last mit einer Masse von ca. 6 t an den Haken angehängt und angehoben, zum Zeitpunkt 101 wieder abgesetzt, zum Zeitpunkt 102 wieder aufgenommen und zum Zeitpunkt 103 endgültig abgesetzt. Allein anhand dieses Lastsignals lässt sich jedoch nicht erkennen, ob hier tatsächlich ein Lastzyklus oder zwei Lastzyklen oder gar kein Lastzyklus stattgefunden hat.
  • In Figur 3b ist eine typische Kurve eines Lastgewichtssignals beim Einsatz eines Spreaders gezeigt, mit welchem Container aufgenommen und abgesetzt werden können. Der Spreader ist dabei am Haken des Krans angehängt und weist selbst eine Masse von ca. 13 t auf, so dass sich zusammen mit dem Lasthaken ein Lastgewicht des Lastaufnahmemittels von ca. 17 t ergibt. Zum Aufnahmen eines Containers zum Zeitpunkt 104 wird der Spreader auf dem Container aufgesetzt. Hierdurch sinkt das aktuell gemessene Lastgewicht stark nach unten, da der Container zumindest einen Teil des Gewichts des Spreaders abstützt. Beim darauffolgenden Anheben des Containers steigt das Lastgewicht dann auf einen Wert von ca. 33 t. Am Zielort wird der Container wieder abgesetzt. Die mehreren Kraftspitzen ergeben sich dadurch, dass der Container mehrmals angehoben und wieder abgesenkt wird, um genau z. B. auf einem weiteren Container positioniert zu werden. Zum Beispiel wird dabei zum Zeitpunkt 105 der Container zunächst abgesetzt und dann wieder angehoben. Erst zum Zeitpunkt 106 wird der Container endgültig abgesetzt. Beim Absetzen sinkt das Lastgewicht dabei wieder unter das Gewicht des Aufnahmemittels, da sich dieses auf dem Container abstützt. Ein ähnliches Bild wie in Figur 3b entsteht auch dann, wenn als Lastaufnahme ein Greifer eingesetzt wird, welcher beim Aufnehmen von Schüttgut zunächst auf dem Schüttgut aufliegt.
  • Die erfindungsgemäße Lastzykluserfassung für die beiden in den Figuren 3a und 3b gezeigten Situationen ist nun in den Figuren 4a und 4b schematisch dargestellt. Die Lastzykluserfassung erfaßt dabei zunächst das Gewicht G des Lastaufnahmemittels, während noch keine Last aufgenommen wurde. Sobald das aktuell gemessene Lastgewicht 113 das erfaßte Gewicht G des Lastaufnahmemittels um einen Wert T übersteigt, wird ein positiver Lastwechsel erfaßt. Dies ist in beiden Fällen zum Zeitpunkt 110 der Fall. Bei Erfassen des Lastwechsels wird die Position der Last bzw. des Lastaufnahmemittels gespeichert. Der positive Lastwechsel zum Zeitpunkt 110 wird jedoch erst zum Zeitpunkt 111 als der Beginn eines neuen Lastzyklus gewertet. Hierfür wird die aktuelle Position 114 der Last bzw. des Lastaufnahmemittels mit dem Lastaufnahmepunkt verglichen. Erst nachdem die Last bzw. das Lastaufnahmemittel gegenüber dem Lastaufnahmepunkt um eine Distanz d in der Horizontalen bewegt wurde, wird der zuvorige positive Lastwechsel als Beginn des neuen Lastzyklus gewertet.
  • Das Ende des Lastzyklus wird zum Zeitpunkt 112 erkannt, zu welchem ein negativer Lastwechsel stattfindet, bei welchem das aktuell gemessene Lastgewicht 113 den Grenzwert T über dem Gewicht G des Lastaufnahmemittels wieder unterschreitet.
  • Anhand der Figuren 5a und 5b ist nun ersichtlich, warum diese automatisch generierte Triggerschwelle für die horizontale bzw. transversale Bewegung vom Lastaufnahmepunkt weg die Genauigkeit der Lastzykluserfassung erhöht und es verhindert, dass Lastwechsel beim Anheben und beim Absetzen der Last fälschlicherweise als neue Lastzyklen erkannt werden.
  • Dabei wurde in Fig. 5a und 5b beim Aufnehmen der Last die Last zunächst einmal angehoben und dann wieder abgesenkt. Hierdurch entstehen im Lastgewichtsignal 113 Lastspitzen 115, welche den Wert T oberhalb des Gewichts G des Lastaufnahmemittels überschreiten. Hierbei werden jeweils positive Lastwechsel erkannt und die aktuelle Position der Last als Lastaufnahmepunkt gespeichert. Wie jedoch aus der Positionskurve 114 hervorgeht, wird die Last nach dem ersten positiven Lastwechsel zunächst nur geringfügig in der Horizontalen bewegt, so dass sie die Distanz d vom gespeicherten Lastaufnahmepunkt nicht zurücklegt. Da nach dem ersten positiven Lastwechsel ein negativer Lastwechsel erfolgt, ohne dass die Last in der Horizontalen die Triggerschwelle überschritten hat, wird dieser erste Lastwechsel nicht weiter berücksichtigt.
  • Erst der positive Lastwechsel bei erneutem Überschreiten der Lastschwelle zum Zeitpunkt 110 wird als der Beginn eines aktiven Lastzyklus gewertet, da zum Zeitpunkt 111 die Last in der Horizontalen die Distanz d zu dem dabei gespeicherten Lastaufnahmepunkt zurückgelegt hat. Das Ende dieses aktiven Lastzyklus wird dann zum Zeitpunkt 112 erkannt, wenn ein negativer Lastwechsel erfolgt.
  • Die beim Absenken der Last ebenfalls auftretenden Lastwechsel 116 werden ebenfalls nicht als Beginn eines neuen aktiven Lastzyklus gewertet, da die Last bis zum Erreichen des nächsten negativen Lastwechsels nicht um die Distanz d bewegt wurde.
  • In den Zeichnungen ist zur einfacheren Darstellung der Position im unteren Diagramm jeweils der transversale Weg der Last nach dem letzten (positiven oder negativen) Lastwechsel aufgetragen.
  • In Figur 6 ist nun ein Zustandsautomat gezeigt, durch welchen die erfindungsgemäße Zykluserfassung realisiert wurde. Der Zustandsautomat weist zunächst einen Initialisierungszustand 120 auf, in welchem das System startet. Je nach dem, ob ein Zyklusende oder ein Zyklusbeginn erkannt wird, wechselt das System dann in die Zustände 121 und 122.
  • Der eigentliche Zustandsautomat zur Lastzykluserfassung wird durch die Zustände 121 bis 124 gebildet:
  • Im Zustand 121 geht der Zustandsautomat davon aus, dass keine Last am Hubseil hängt und damit das Lastgewicht dem Gewicht G des Lastaufnahmemittels LSM (Load Suspension Means) entspricht. In diesem Zustand bestimmt die Lastzykluserfassung das Gewicht G des Lastaufnahmemittels. Dabei wird das Gewicht G des Lastaufnahmemittel zumindest jedesmal dann bestimmt, wenn der Zustandsautomat vom Zyklusende 124 in den Zustand 121, in welchem keine Last am Lastaufnahmemittel angehängt ist, wechselt. Das Gewicht G des Lastaufnahmemittels kann auch jedesmal bestimmt werden, wenn in den Zustand 121 gewechselt wird. Hierdurch ist keine manuelle Tarierung des Systems mehr notwendig. Vielmehr erfaßt das System automatisch das Gewicht des Lastaufnahmemittels.
  • Die Bestimmung des Lastgewichts G des Lastaufnahmemittels kann dabei über einen Mittelwertfilter erfolgen. Die Mittelwertbildung erfolgt dabei vorteilhafterweise nur über solche Zeiträume, in welchen sich das aktuelle Lastgewicht L in einem gewissen Bereich um das bisher bestimme Gewicht G des Lastaufnahmemittels befindet. Insbesondere werden solche Werte des aktuell gemessenen Lastgewichts L bei der Mittelwertbildung nicht berücksichtigt, welche sich in einem Bereich G-T' befinden. Andernfalls würde bei Lastaufnahmemitteln, welche Lastgewichtsignale wie in den Figuren 3b und 4b gezeigt erzeugen, ein zu niedriges Gewicht G des Lastaufnahmemittels bestimmt. Der untere Grenzwert T' kann dabei zum Beispiel gleich dem Grenzwert T zum Erkennen eines positiven Lastwechsels gewählt werden.
  • Die Lastwechselerfassung überwacht dabei ständig das aktuelle Lastgewicht und vergleicht dieses mit dem Gewicht G des Lastaufnahmemittels. Solange das aktuelle Lastgewicht das Gewicht G nicht um einen Wert T überschreitet, d. h. solange kein positiver Lastwechsel erfaßt wird, verbleibt der Zustandsautomat im Zustand 121.
  • Wird ein positiver Lastwechsel erfaßt, dann schaltet der Zustandsautomat in den Zustand 122. In diesem Zustand wurde ein positiver Lastwechsel erkannt, so dass möglicherweise ein aktiver Zyklus vorliegt. Beim Wechsel zwischen dem Zustand 121 und dem Zustand 122, d. h. beim Erfassen eines positiven Lastwechsels, wird gleichzeitig die Position der Last bzw. des Lastaufnahmemittels als Lastaufnahmepunkt LA gespeichert. Das System vergleicht nun fortlaufend die aktuelle Position P der Last bzw. des Lastaufnahmemittels mit dem gespeicherten Lastaufnahmepunkt LA und bestimmt daraus den Abstand der Last vom Lastaufnahmepunkt in horizontaler Richtung [P-LA]. Solange dieser transversale Abstand [P-LA] kleiner ist als der Mindestabstand d, welcher als Triggerschwelle herangezogen wird, verbleibt der Zustandsautomat im Zustand 122. Zudem wird laufend das Lastgewicht L bestimmt. Fällt dieses unter den Wert G+T, so wechselt der Zustandsautomat zurück in den Zustand 121.
  • Überschreitet dagegen der transversale Abstand [P-LA] den Mindestabstand d, während der Zustandsautomat im Zustand 122 ist, so wechselt der Zustandsautomat in den Zustand 123. Hierdurch wird bestätigt, dass ein aktiver Zyklus vorliegt. Der zuletzt erfolgte positive Lastwechsel wird damit als Beginn eines aktiven Zyklus erkannt. Während der Zustandsautomat im Zustand 123 ist, wird das Gewicht GL der Last bestimmt. Hierzu wird vom aktuell gemessenen Lastgewicht L das Gewicht G des Lastaufnahmemittels abgezogen. Dabei kann hinsichtlich des Lastgewichts L eine Mittelwertbildung über einen Mittelwertfilter vorgesehen sein. Zudem kann vorgesehen sein, dass bei einem starken Ansteigen des Lastgewichts der Mittelwertfilter aktualisiert bzw. neu gestartet wird.
  • Der Zustandsautomat überwacht dabei das aktuelle Lastgewicht L und vergleicht dieses ständig mit dem Gewicht G des Lastaufnahmemittels. Sobald das aktuelle Lastgewicht wieder unter den Wert G+T fällt, wechselt der Zustandsautomat vom Zustand 123 in den Zustand 124, womit das Ende des aktiven Zyklus erfaßt wird. Im Zustand 124 werden die Daten für den gerade beendeten aktiven Zyklus abgespeichert. Dabei kann es sich insbesondere um das Gewicht GL der Last handeln sowie um weitere Daten zum gerade beendeten aktiven Zyklus. Zum Beispiel kann dabei der Lastaufnahmepunkt und der Zeitpunkt der Lastaufnahme abgespeichert werden. Zudem kann die Position und gegebenenfalls der Zeitpunkt, zu welchem das Zyklusende erkannt wurde, abgespeichert werden. Weiterhin oder alternativ kann die Dauer des Zyklus, die zurückgelegte Entfernung währen des Zyklus, Maximal- und Minimalwerte des Lastgewichts und ähnliches abgespeichert werden.
  • Nach dem Speichern der Daten wechselt der Zustandsautomat vom Zustand 124 wieder zurück in den Zustand 121, welcher einem Zustand ohne angehängte Last entspricht. Nun wird wiederum das Gewicht G des Lastaufnahmemittels bestimmt.
  • Ein Problem bei der eben dargestellten Lastzykluserfassung sind Lastwechsel aufgrund von dynamischen Bewegungen der Last, welche erfolgen, während die Last am Kranseil hängt und transportiert wird. Solche Lastwechsel können zum Beispiel aufgrund von Schwingungen der Last entstehen. Figur 7 zeigt dabei ein Beispiel für eine solche Lastgewichtskurve. Das Lastgewicht ist dabei als die durchgehende Linie 133 eingezeichnet. Positive Lastwechsel sind als durchgehende Vertikallinien 134, negative Lastwechsel als gepunktete Linien 135 eingezeichnet. Zum Zeitpunkt 130 wird dabei ein positiver Lastwechsel erkannt. Die Last wird daraufhin transversal bewegt, so dass dieser positive Lastwechsel als Beginn eines aktiven Lastzyklus erkannt wird. Zum Zeitpunkt 131 schwankt das Lastgewicht aufgrund von dynamischen Vorgängen sehr stark, so dass es den Grenzwert G+T kurzzeitig unterschreitet. Hier wird also zunächst ein negativer Lastwechsel und gleich darauf ein positiver Lastwechsel erkannt.
  • Bei dem in Figur 6 gezeigten Zustandsautomaten führt dies dazu, dass beim negativen Lastwechsel ein Zyklusende erkannt wird. Da die Last nach dem gleich darauf folgenden positiven Lastwechsel weiter in transversaler Richtung bewegt wird, wird dieser positive Lastwechsel auch als Beginn eines neuen aktiven Lastzyklus erfaßt. Der in Figur 6 gezeigte Zustandsautomat würde daher den in Figur 7 gezeigten Lastzyklus aufgrund der dynamischen Lastwechsel zum Zeitpunkt 131 fälschlicherweise als zwei separate Lastzyklen werten.
  • Um solche Fehler zu vermeiden, kann ein weiteres Kriterium eingesetzt werden, um den Beginn und das Ende eines aktiven Lastzyklus zu erfassen. Hierfür wird beim Erfassen eines positiven Lastwechsels nicht nur die aktuelle Position der Last bzw. des Lastaufnahmemittels gespeichert, sondern auch die Geschwindigkeit der Last bzw. des Lastaufnahmemittels in horizontaler Richtung bestimmt. Nur wenn diese Geschwindigkeit v unterhalb eines gewissen Grenzwertes r liegt, kann dieser positive Lastwechsel dem Beginn eines neuen aktiven Lastzyklus entsprechen. Liegt die Geschwindigkeit v dagegen oberhalb des Grenzwertes r, so schließt das System darauf, dass eine dynamische Störung vorlag und der vorherige aktive Lastzyklus fortgesetzt wird.
  • Eine Erweitung des in Figur 6 gezeigten Zustandsautomaten, welche dieses zusätzliche Kriterium berücksichtigt, ist dabei in Figur 8 dargestellt. Die Zustände 121 bis 124 arbeiten dabei im Wesentlichen so, wie dies bezüglich Figur 6 dargestellt wurde. Das zusätzliche Kriterium kommt nun zum Tragen, wenn im Zustand 121 ein positiver Lastwechsel erkannt wurde. Wird während des positiven Lastwechsels eine transversale Geschwindigkeit v kleiner als r festgestellt, so wechselt der Zustandsautomat wie vorher in den Zustand 122. Dabei wird ein Zyklustyp 1 abgespeichert.
  • Stellt der Zustandsautomat dagegen bei einem positiven Lastwechsel im Zustand 121 eine transversale Geschwindigkeit v fest, welche größer als der Grenzwert r ist, so wechselt der Zustandsautomat direkt in den Zustand 123. Weiterhin wird ein Zyklustyp 2 abgespeichert.
  • Durch das Abspeichern des jeweiligen Zyklustyp kann festgestellt werden, ob hier tatsächlich der Beginn eines neuen aktiven Lastzyklus vorliegt, oder ob ein bereits aktiver Zyklus lediglich fortgesetzt wird. Hierfür gibt der Zustand 124, d. h. der bei einem negativen Lastwechsel aus dem Zustand 123 geschaltete Zustand, seine Daten an eine Logik 125 weiter. Diese Logik 125 wartet nun ab, was für ein Zyklustyp beim nächsten Wechsel aus dem Zustand 121 abgespeichert wird. Wird ein Zyklustyp 1 abgespeichert, so wertet die Logik die Daten zu dem vorausgegangen Zyklus als Daten eines abgeschlossenen aktiven Zyklus. Wird dagegen ein Zyklustyp 2 ausgegeben, so wertet die Logik 125 die Daten des letzten Zyklus lediglich als einen Teilzyklus des nun aktiven Zyklus.
  • Die Logik 125 ist notwendig, da hinsichtlich des Zyklusende 124 kein Kriterium bezüglich der Geschwindigkeit des Lastaufnahmemittels bzw. der Last vorgesehen werden soll. Es kann nämlich durchaus passieren, dass beim Abladen der Last das Lastaufnahmewerkzeug weiter bewegt wird, z. B. wenn Schüttgut über einen Greifer über eine längere Strecke verteilt wird. Der Zustandsautomat schaltet daher vom Zustand 123, d. h. von einem aktiven Zyklus, immer zum Zyklusende, wenn die Last unter den Schwellenwert G+T fällt. Die Logik 125 ermittelt dann auf Grundlage des nächsten Übergangs von Zustand 121 entweder in Zustand 122 oder direkt in den Zustand 123, ob es sich tatsächlich um das Ende eines aktiven Lastzyklus gehandelt hat oder ob der letzte aktive Lastzyklus lediglich fortgesetzt wird.
  • Bisher wurde davon ausgegangen, dass der Zustandsautomat zunächst weiß, wann er sich im Zustand 121 befindet und so das Gewicht G des Lastaufnahmemittels automatisch bestimmen kann. Im Folgenden soll nun dargestellt werden, wie ein Ausführungsbeispiel eins erfindungsgemäßen System zum automatischen Erfassen eines Wechsels des Lastaufnahmemittels arbeitet. Der einfachste Fall, bei welchem von einem schwereren Lastaufnahmemittel zu einem leichteren Lastaufnahmemittel gewechselt wird, wird nun anhand von Figur 9 näher dargestellt.
  • Oben in Figur 9 ist dabei das Lastgewichtsignal L sowie das Gewicht G, von welchem das System ausgeht, aufgetragen. Unten ist der transversale Weg, welchen das Lastaufnahmemittel bzw. die Last nach jedem Lastwechsel zurücklegt, aufgetragen. Der Wechsel des Lastaufnahmemittels findet dabei zum Zeitpunkt 140 statt. Bis zu diesem Zeitpunkt stimmt daher das Gewicht G, welches das System für das Lastaufnahmemittel bestimmt hat, mit dem aktuell gemessenen Lastgewicht L überein.
  • Nun stellt das System einen negativen Lastwechsel im Zustand 121, in welchem keine Last am lastaufnahmemittel anhängt, fest. Dieser negativer Lastwechsel aus dem Zustand 121 wird dabei erfaßt, wenn das aktuelle Lastgewicht L um einen Wert T' unter das bisher erfaßte Gewicht G des Lastaufnahmemittels fällt. Der Grenzwert T' kann dabei genauso groß gewählt werden wie der Grenzwert T, z. B. 0,8 t. Zu diesem Zeitpunkt wird die Mittelwertbildung für das Gewicht G des Lastaufnahmemittels ausgesetzt, so dass dieses zunächst konstant auf dem zuletzt festgestellten Wert bleibt.
  • Die Feststellung, ob nun tatsächlich ein Wechsel des Lastaufnahmemittels erfolgt ist, oder ob dieses z. B. nur aufgesetzt wurde, erfolgt nun wiederum über die Betrachtung des transversalen Weges, welches das Lastaufnahmemittel seit dem Erfassen des negativen Lastwechsels zurückgelegt hat. Hierfür wird beim Erfassen eines negativen Lastwechsels aus dem Zustand 121 die Position des Lastaufnahmemittels als Lastaufnahmemittelablageort gespeichert. Das System überprüft nun, ob das Lastaufnahmemittel in horizontaler Richtung eine Distanz von mehr als d' gegenüber dem Lastaufannahmemittelablageort zurücklegt. Legt das Lastaufnahmemittel eine solche Distanz zurück, ohne dass zwischendurch ein positiver Lastwechsel erfolgt ist, so wertet dies das System als einen Wechsel des Lastaufnahmemittels und aktualisiert das Gewicht G des Lastaufnahmemittels entsprechend auf das aktuell gemessene Lastgewicht L.
  • Dies erfolgt in Figur 9 zum Zeitpunkt 141, bei welchem der unten angezeigte transversale Weg vom Ort des negativen Lastwechsels zum Zeitpunkt 140 aus größer als der Grenzwert d' ist. Als Grenzwert d' wird dabei vorteilhafterweise ein Wert größer als d gewählt, z. B. das Doppelte von d. Ab dem Zeitpunkt 141 arbeitet der Zustandsautomat nun mit dem neuen niedrigeren Gewicht G des Lastaufnahmemittels. Dementsprechend wird zum Zeitpunkt 142 ein positiver Lastwechsel erkannt, da das aktuelle Lastgewicht den nun aktualisierten Wert G+T übersteigt. Dieser neue Zyklus wird dann wie üblich aufgrund der transversalen Bewegung als aktiver Zyklus bestätigt, wobei das Ende dieses aktiven Zyklus 143 aufgrund des negativen Lastwechsels erkannt wird.
  • Wäre das aktuelle Lastgewichtsignal dagegen nach dem negativen Lastwechsel im Zustand 121 wieder über G-T' gestiegen, ohne dass eine transversale Bewegung größer d' erfolgt wäre, so hätte das System den negativen Lastwechsel verworfen und mit dem bisher erfaßten Gewicht G des Lastaufnahmemittels weitergearbeitet.
  • Diese automatische Erkennung des Wechsels zu einem leichteren Lastaufnahmemittel kann dabei durch eine Erweiterung des in Figur 8 dargestellten Zustandsautomaten erfolgen. Die Erweiterung des Zustandsautomaten ist dabei in Figur 10 dargestellt, wobei der Übersicht halber lediglich Zustand 121 aus Figur 8 mit dargestellt ist. Im Zustand 121 wird dabei das Gewicht G durch Mittelwertbildung bestimmt. Dabei werden jedoch nur solche Zeiträume berücksichtigt, in welchen das aktuelle Lastgewicht L einen bestimmten Grenzwert T' unterhalb des bisher festgestellten Lastgewichts G nicht unterschreitet, d. h. solange L größer als G-T' ist.
  • Fällt das aktuell gemessene Lastgewicht dagegen unter G-T', so wird ein negativer Lastwechsel aus dem Zustand 121 festgestellt. Das System wechselt dann in den Zustand 126. Bei diesem Übergang wird die Position des Lastaufnahmemittels zum Zeitpunkt des negativen Lastwechsels als Lastaufnahmemittelablagepunkt LMA bestimmt. Im Zustand 126 wird nun überwacht, ob das Lastaufnahmemittel gegenüber dem Lastaufnahmemittelablagepunkt LMA über eine Distanz von mehr als d' transversal bewegt wurde.
  • Solange der Abstand des Lastaufnahmemittels zum Lastaufnahmemittelablagepunkt [P-LMA] kleiner als d' ist, verbleibt das System im Zustand 126. Dabei wird weiterhin überwacht, ob das aktuelle Lastgewicht wieder über die Schwelle G-T' steigt. Steigt das Lastgewicht L wieder über G-T', so wird ein positiver Lastwechsel festgestellt und der Zustandsautomat wechselt wieder in den Zustand 121. Dort wird mit dem vorher bestimmten Gewicht G des Lastaufnahmemittels weitergearbeitet und die Mittelwertbildung fortgesetzt.
  • Erkennt das System dagegen im Zustand 126, dass das Lastaufnahmemittel um eine Distanz d' vom Lastaufnahmemittelablagepunkt weg bewegt wurde, so wechselt es in den Zustand 127 und bestätigt damit den Wechsel zu einem leichteren Lastaufnahmemittel. Hierauf wird das Gewicht G des Lastaufnahmemittels auf den nun vorliegenden niedrigeren Wert aktualisiert. Das System wechselt dann wieder in den Zustand 121 und arbeitet mit dem nun aktualisierten Gewicht G des Lastaufnahmemittels weiter.
  • Die in Figur 10 gezeigte Erweiterung des Zustandsautomaten erlaubt jedoch nur die automatische Erfassung eines Wechsels zu einem leichteren Lastaufnahmemittel. Die Grundproblematik eines Wechsels zu einem schweren Lastaufnahmemittel soll dabei anhand der Figuren 11a und 11b näher erläutert werden. In Figur 11a ist ein Ablauf gezeigt, bei welchem zum Zeitpunkt 1 eine Last aufgenommen wird. Die Last wird jedoch zum Beispiel noch eine Zeit teilweise geschleift, so dass sich zum Zeitpunkt 3 das Lastgewicht noch einmal deutlich erhöht. Die Last wird dann zum Zeitpunkt 6 wieder abgelegt.
  • In Figur 11b erfolgt dagegen zum Zeitpunkt 1 ein Wechsel von einem ersten Lastaufnahmemittel zu einem zweiten, schwereren Lastaufnahmemittel. Zum Zeitpunkt 3 wird dann mit dem zweiten Lastaufnahmemittel eine Last angehoben. Diese wird zum Zeitpunkt 5 wieder abgelegt, wobei sich das Lastaufnahmemittel kurzzeitig auf der Last abstützt und so das aktuell gemessene Lastgewicht weiter fällt.
  • Bis zum Zeitpunkt 6 kann daher nicht zwischen der in Figur 11a erfolgten schrittweisen Erhöhung des Lastgewichts und dem in Figur 11b gezeigten Wechsel des Lastaufnahmemittels unterschieden werden, da der Verlauf des Lastgewichtsignals im Wesentlichen identisch ist. Um die beiden Situationen dennoch auseinander halten zu können und einen Wechsel zu einem schwereren Lastaufnahmemittel sicher zu detektieren, werden erfindungsgemäß mehrere parallel laufende Zustandsautomaten eingesetzt. Die einzelnen Zustandsautomaten arbeiten dabei jeweils wie in Figur 8 oder Figur 10 dargestellt.
  • Wie in Fig. 12 gezeigt, wird immer dann ein neuer Zustandsautomat generiert, wenn ein Wechsel aus dem Zustand 122 in den Zustand 123 erfolgt und nach dem Erkennen eines positiven Lastwechsels ein aktiver Lastzyklus bestätigt wird. Dabei kann die maximale Anzahl von Zustandsautomaten, welche parallel zueinander arbeiten, auf einen vorgegebenen Wert nmax beschränkt werden. In den Figuren 11a und 11b wird daher jeweils zum Zeitpunkt 2, zu welchem der aktive Lastzyklus bestätigt wird, ein neuer Zustandsautomat gestartet. Der neue Zustandsautomat startet dabei seinerseits im Zustand 121 und bestimmt daher das höhere Lastgewicht, welches nach dem positiven Lastwechsel bei 1 gemessen wird, als das Gewicht G des Lastaufnahmemittels. Zum Zeitpunkt 3 erfasst der zweite Zustandsautomat einen positiven Lastwechsel, welcher jeweils zum Zeitpunkt 4 bestätigt wird. Daraufhin wird ein dritter Zustandsautomat gestartet, welcher wiederum im Zustand 121 startet und das entsprechend höhere Lastgewicht als das Gewicht G des Lastaufnahmemittels festsetzt.
  • Zum Zeitpunkt 5 erfasst der zweite Zustandsautomat SM2 nun das Ende des aktiven Zyklus und wechselt in den Zustand 124. Zunächst weiß das System jedoch nicht, ob dies tatsächlich dem Ende des tatsächlich vorliegenden Lastzyklus entspricht. Das System wartet daher eine gewisse Zeitspanne k ab, nachdem der erste Zustandsautomat das Ende eines aktiven Zyklus erfaßt. Meldet innerhalb dieser Zeitspanne k, welche z. B. 2,5 s betragen kann, kein weiterer Zustandsautomat das Ende eines aktiven Lastzyklus, so geht das System davon aus, dass der Zustandsautomat, welcher das Ende des Lastzyklus gemeldet hat, dem tatsächlich vorliegenden Lastzyklus entspricht. Daraufhin können alle anderen Zustandsautomaten wieder gelöscht werden.
  • Im vorliegenden Fall meldet dagegen der erste Zustandsautomat SM1 innerhalb der Zeitspanne k ebenfalls das Ende seines aktiven Lastzyklus. Zunächst kann daher nicht festgestellt werden, welcher der beiden Zustandsautomaten den tatsächlichen Zustand des Systems wiedergibt.
  • Daher wird zu dem Zeitpunkt, zu dem zuerst ein Ende eines aktiven Lastzyklus angezeigt wird, die Position des Lastaufnahmemittels bzw. der Last bestimmt. Nachdem das Lastaufnahmemittel zum Zeitpunkt 7 in transversaler Richtung um die Strecke d" gegenüber dieser Position bewegt wurde, kann entschieden werden, welcher Zustandsautomat den tatsächlichen Zustand wiedergibt. Dies erfolgt durch einen Vergleich des aktuell gemessenen Lastgewichts mit dem von den jeweiligen Zustandsautomaten erfassten Gewicht G des Lastaufnahmemittels.
  • Wenn das Lastaufnahmemittel daher nach Erkennen des ersten Zyklusendes um eine Distanz d" bewegt wurde, bestimmt das System die Differenz zwischen dem aktuell gemessenen Lastgewicht L und den Werten G für das Gewicht des Lastaufnahmemittels der einzelnen Zustandsautomaten, welche das Ende eines Zyklus erfaßt haben. Der Zustandsautomat, bei welchem diese Differenz am geringsten ist, wird dann als der Zustandsautomat gewertet, welcher dem tatsächlichen Zustand entspricht.
  • Im Fall von Fig. 11a ist dies der erste Zustandsautomat SM1, im Fall von Fig. 11b der zweite Zustandsautomat SM2.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass dann, wenn ein erster Zustandsautomat das Gewicht G des Lastaufnahmemittels auf einen niedrigeren Wert korrigiert, welcher dem Gewicht G eines anderen Zustandsautomaten entspricht, das System erkennt, dass dieser erste Zustandsautomat die tatsächlich Situation nicht wiedergegeben hat. Dieser Zustandsautomat wird dann gelöscht. Zwei Werte G für das Lastgewicht entsprechen sich dabei, wenn ihre Differenz z.B. nicht größer als T ist.
  • Das Vorgehen bei der Erfassung eines Wechsels zu einem schwereren Lastaufnahmemittel soll nun noch mal anhand von Figur 13 näher erläutert werden, welche die Situation in Figur 11b wiedergibt. Zum Zeitpunkt 5, bei welchem der Zustandsautomat SM2 die Beendigung seines aktiven Zyklus angibt, wird zunächst ein Timer gestartet und gleichzeitig die Position des Lastaufnahmemittels zum Zeitpunkt 5 bestimmt. Da innerhalb des Zeitraums k auch der erste Zustandsautomat 1 das Ende seines aktiven Zyklus signalisiert, kann einen Entscheidung erst erfolgen, nachdem das System eine Wegstrecke d" zurückgelegt hat. Die Strecke d" kann dabei der Strecke d entsprechen. Dabei kann die Strecke d" kleiner sein als die Strecke d'. Hat das Lastaufnahmemittel diese Triggerschwelle d" seit dem Signalisieren des ersten Endes eines aktiven Lastzyklus zurückgelegt, so entscheidet die Entscheidungslogik 140, welcher der Zustandsautomaten den tatsächlichen Zustand wiedergibt.
  • Dabei wird der Zustandsautomat gewählt, dessen Wert G für das Lastgewicht des Lastaufnahmemittels näher am aktuell gemessenen Lastgewicht L ist. Im Fall von Figur 11b ist dies der Zustandsautomat SM2. Dieser wird nun als einziger Zustandsautomat weiter betrieben, während alle anderen Zustandsautomaten gelöscht werden.
  • Im Falle des Verlaufs in Figur 11a wäre dagegen zum Zeitpunkt 7 der Wert G des ersten Zustandsautomaten SM1 näher am aktuell gemessenen Lastgewicht, so dass die Entscheidungslogik 150 den ersten Zustandsautomaten als den Zustandsautomaten erkennen würde, welcher den tatsächlichen Zustand wiedergibt, und nur diesen weiter betreiben.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es somit, den Wechsel des Lastaufnahmemittels automatisch zu erkennen, ohne dass hierfür Sensoren am Lastaufnahmemittel notwendig wären. Vielmehr erfolgt die Erkennung allein auf Grundlage des Signals der Hubkraft-Messvorrichtung sowie auf Grundlage der Bewegungen der Umschlagmaschine. Hierdurch kann bei einem Wechsel des Lastaufnahmemittels automatisch das sich ändernde Gewicht des Lastaufnahmemittels berücksichtigt werden.
  • Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Zykluserkennung eine äußerst zuverlässige und genaue Erfassung der Lastzyklen. Die durch die erfindungsgemäße Zykluserkennung gespeicherten Daten ermöglichen dabei eine Vielfalt von Funktionen.

Claims (15)

  1. System zur automatischen Erfassung von Lastzyklen einer Maschine zum Umschlagen von Lasten, wobei die Maschine eine Hubvorrichtung zum Anheben der Last und eine Transportvorrichtung zum horizontalen Bewegen der Last umfasst, mit:
    einer Lastwechselerfassung zum automatischen Erfassen eines Lastwechsels zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale einer Hubkraft-Messvorrichtung,
    einer Lastpositionserfassung, welche die Position der Last in zumindest einer horizontalen Richtung erfaßt, und
    einer Lastzykluserfassung zum automatischen Erfassen eines Lastzyklus, wobei die Lastzykluserfassung zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Lastwechselerfassung und der Lastpositionserfassung erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lastzykluserfassung die Position der Last als Lastaufnahmepunkt erfasst, wenn ein positiver Lastwechsel erkannt wurde und
    den positiven Lastwechsel auf Grundlage einer Abfrage, ob die Last eine vorbestimmte Distanz zum Lastaufnahmepunkt in der Horizontalen bewegt wurde, als Beginn eines neuen Lastzyklus wertet.
  2. System nach Anspruch 1, mit einer Lastgeschwindigkeitserfassung, welche die Geschwindigkeit der Last in zumindest einer horizontalen Richtung erfasst, wobei die Lastzykluserfassung weiterhin auf Grundlage der Ausgangssignale der Lastgeschwindigkeitserfassung erfolgt, wobei vorteilhafterweise die Lastzykluserfassung einen positiven Lastwechsel auf Grundlage einer Abfrage, ob die Lastgeschwindigkeit während des positiven Lastwechsels einen vorbestimmten Wert nicht überschritten hat, als Beginn eines neuen Lastzyklus wertet.
  3. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lastzykluserfassung das Ende eines aktiven Lastzyklus auf Grundlage einer Abfrage, ob ein negativer Lastwechsel erfolgt ist, bestimmt.
  4. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lastzykluserfassung auf Grundlage eines diskreten Zustandsautomaten erfolgt, welcher mindestens folgende Zustände aufweist: keine Last, positiver Lastwechsel erkannt, aktiver Lastzyklus bestätigt.
  5. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lastzykluserfassung das Lastgewicht auf Grundlage der Ausgangssignale der Hubkraft-Messvorrichtung erfasst, insbesondere durch eine Mittelwertbildung über den aktiven Lastzyklus oder einen Teilbereich des aktiven Lastzyklus.
  6. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit, welche automatisch das Gewicht des Lastaufnahmemittels erfasst.
  7. System zur automatischen Erfassung von Wechseln des Lastaufnahmemittels bei einer Maschine zum Umschlagen von Lasten, wobei die Maschine eine Hubvorrichtung zum Anheben der Last umfaßt, mit:
    einer Hubkraft-Messvorrichtung zum Messen der Hubkraft und
    einer Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit, welche einen Wechsel des Lastaufnahmemittels zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Hubkraft-Messvorrichtung automatisch erkennt.
  8. System nach Anspruch 7, mit einer Positionserfassung, welche die Position des Lastaufnahmemittels in zumindest einer horizontalen Richtung erfaßt, wobei die Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit einen Wechsel des Lastaufnahmemittels zumindest auf Grundlage der Ausgangssignale der Hubkraft-Messvorrichtung und auf Grundlage der Positionserfassung automatisch erkennt.
  9. System nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Lastaufnahmemittel-Erfassung auf Grundlage einer Lastzykluserfassung erfolgt, insbesondere auf Grundalge eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei vorteilhafterweise die Lastaufnahmemittel-Erfassung die Position des Lastaufnahmemittels erfasst, wenn ein negativer Lastwechsel erfolgt ist, während kein aktiver Lastzyklus vorliegt, wobei der negative Lastwechsel auf Grundlage einer Abfrage, ob nach dem negativen Lastwechsel das Lastaufnahmemittel eine vorbestimmte Distanz zur erfaßten Position in der Horizontalen bewegt wurde, als ein Wechsel zu einem leichteren Lastaufnahmemittel gewertet wird.
  10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Lastaufnahmemittel-Erfassungseinheit einen Wechsel des Lastaufnahmemittels auf Grundlage mehrerer parallel laufender diskreter Zustandsautomaten erfasst, deren Zustände von einer übergeordneten Kontroll-Logik überprüft werden.
  11. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lastzykluserfassung zu jedem erfassten Lastzyklus Lastzyklusdaten in einer Datenbank abspeichert, wobei die Datenbank eine spätere Auswertung der Daten ermöglicht.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die Lastzyklusdaten ein oder mehrere der folgenden Daten umfassen: Lastgewicht, Dauer Lastzyklus, Start- und Stoppposition, Start- und Stoppzeit, Gewicht Lastaufnahmemittel, Minimal-und Maximalwerte der Last während des Lastzyklus, Fahrstrecke, Kennzahlen der Maschine oder der Antriebe der Maschine.
  13. System nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Auswertung der Daten eine Bestimmung einer oder mehrerer der folgenden Daten umfasst: Energie/Kraftstoffverbrauch, Gesamtgewicht der umgeschlagenen Last, Durchschnitts-Umschlagleistung, Leistungs/Performance-Indices.
  14. Umschlagmaschine, mit einem System zur automatischen Erfassung von Lastzyklen nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
  15. Verfahren zum Betrieb eines der Systeme gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
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