NO318899B1 - System for dirigering av en innretning, så som en kranbro, som beveger seg på hjul langs skinner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et system for dirigering av en innretning, så som en kranbro, som beveger seg på hjul langs skinner, hvilken innretning omfatter en spesifisert drivanordning på begge sider av en kjørebane som er definert ved skinner, og hvor systemet omfatter minst to suksessive detektorer i innretningen på minst én side av kjørebanen og i retning av skinnen, for måling av en sideveis avstand fra skinnen av en spesiell del av en kant av innretningen som skal drives, og en styresløyfe som styrer drivanordningene, idet en regulator for sløyfen er i stand til å dirigere detektorenes avstandsmålinger til ønskede verdier, slik at innretningen som skal drives, vil bevege seg rett frem.

I en situasjon hvor innretninger som er langstrakte i tverretningen i forhold til skinner, drives langs skinner på en avstand fra hverandre, slik som ved drift av kranbroer, opprettholdes hjulene på den innretning som skal drives, på midten av skinnene ved hjelp av mekaniske lederuller. Lederullene tilveiebringer en viss handlingsfrihet for at den mekaniske elastisitet og avbøyninger av den innretning som skal drives, skal kunne mestres. Spesielt for kraner, hvor broens spennlengde er lang, og drivhastigheten er høy, er imidlertid slitasjen av mekaniske lederuller eller andre slike konstruksjonsdeler et vesentlig problem.

Når brodrift utføres med to eller flere motordrivanordninger med en nøyaktig hastighetskontroll, er det ofte nødvendig å kompensere hastighetene spesielt for hver motordrivanordning fordi det vanligvis er så mange forskjeller i hastighetsret-ningene og den virkelige hastighet av drivanordningene at kranbroen har en tendens til å drives på skrå. Hastighetsforskjellene mellom endene av broen skyldes både mekaniske faktorer (f.eks. forskjeller i hjuldimensjoner på grunn av for eksempel slitasje) og elekt-riske faktorer (små forskjeller i hastighetsretninger på grunn av for eksempel komponenttoleranser og signalveier).

Disse problemer forsøkes løst ved hjelp av de styresystemer for jevn drift av en kranbro som er vist og beskrevet i f.eks. GB-A-2 112 548, DE-A-2 528 293 og DE-A-2 835 688, hvor avstanden av broens ende fra skinnen måles med to separate detektorer. Styreenheten/regulatoren dirigerer forskjellen mellom detektorenes avstandsmålinger til en ønsket verdi på en slik måte at kranbroen vil bevege seg rett frem.

Regulatorene i de tidligere kjente styresystemer er imidlertid ikke i stand til å drive endene av kranbroen langs for eksempel en ønsket bane, men endene vil frem-deles typisk bli drevet på lederuller, enten innenfor eller utenfor broen.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å fjerne den ovenfor omtalte ulempe og således eliminere den mekaniske slitasje av en innretning som drives på skinner. Dette vil bli oppnådd med et styresystem ifølge oppfinnelsen som er kjenne-tegnet ved at systemet også omfatter en andre, ytre styresløyfe hvis regulator er i stand til å dirigere referanseverdien til regulatoren for den førstnevnte, indre styresløyfe på en slik måte at middelverdien av avstandsmålingene som tilveiebringes av detektorene, oppnår den ønskede referanseverdi, slik at hjulene til innretningen som skal drives, vil bevege seg midt på skinnene.

Den grunnleggende ide ved oppfinnelsen er således å supplere styresystemet i tillegg til den tidligere kjente, indre sløyfe med en ytre styresløyfe hvis regulator forsøker å dirigere og dreie innretningen som skal drives på en slik måte at dens ender, dvs. hjulene, alltid vil bevege seg på midten av skinnene, av hvilken grunn den ovennevnte mekaniske slitasje, som er fullstendig unødvendig, men betydelig, kan stoppes i sin helhet.

1 det følgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere i forbindelse med kranbrodrift under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser den grunnleggende konstruksjon av en kranbro og komponenter som benyttes ved drift av denne,

fig. 2 viser et blokkskjema av grunnprinsippet for jevn drift av en kranbro, og

fig. 3 viser et blokkskjema av styresystemet ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et grunnriss av en kranbro 1 som kan beveges på hjul 2 langs to rettlinjede skinner 3 som er beliggende på en avstand fra hverandre. En løpekatt som skal beveges i tverretningen langs broen 1, er betegnet med henvisningstallet 4.1 dette eksempel er det ved endene ejog e2av broen 1 anordnet to hjul (eller to boggier) 2 til hvert av hvilke det er tilordnet en spesifikk motor m(, m2, ni3 og nxj, dvs. det finnes to motorer ved begge ender ei og e2av broen 1. En spesifisert, hastighetsstyrt motordrivanordning k| og k2 er anordnet for motorene mi, m2, m3 og nu ved begge ender e! og e2. Motorene mi, m2, m3og mt og motordrivanordningene k\og k2 danner på denne måte spesifiserte drivanordninger på begge sider av kjørebanen som er definert ved skinnene 3. Da broens 1 spennlengde i kraner av denne type vanligvis er ganske stor, dvs. skinnene 3 er beliggende på en avstand fra hverandre og avstanden mellom broens skinner således er betydelig større enn broens "hjulavstand", har broen lett en tendens til å drives på skrå dersom motordrivanordningenes ki og k2hastighetsretninger ikke korrigeres på passende måte. For dette formål er det anordnet en korreksjonsenhet 5, typisk en PLC, som i dette eksempel styrer motordrivanordningene ki og k2 på grunnlag av måleresultatene til detektorer d| og d2 som er anordnet på front- og baksidene ved den ene ende av broen 1. Disse måleresultater representerer den sideveis avstand av en bestemt del (dvs. detektorens beliggenhet) av endene av broen 1 fra skinnen 3, og de kan for eksempel informere direkte angående i hvilken grad midtlinjen av hjulet 2 befinner seg på den ene side av skinnens 3 midtlinje. Henvisningstallet 6 betegner lederullpar på front- og baksiden av broens ende, og som sikrer at broen 1 vil forbli på skinnene. Disse lederuller 6, liksom detektorene dj og d2, er ikke nødvendigvis nødvendige på noe sted

bortsett fra ved broens ene ende, slik det er vist i dette eksempel.

Prinsippet for jevn drift av broen 1 er her at avstanden fra skinnene 3 av den ende av broen 1 som er forsynt med lederullene 6, måles med de nevnte to detektorer d| og d2som for eksempel kan være induktive detektorer, og på grunnlag av den oppnådde målingsinformasjon forsynes motordrivanordningene k]og k2for broen 1 med en hastighetsretningskorreksjon, dvs. hastighetene av motorene mi, m2, m3og mt korrigeres på en slik måte at den ende ejsom er forsynt med detektorene d[og d2og således hele broen, vil bevege seg rettlinjet og på midten av skinnene 3. Dette prinsipp for jevn drift fremgår av blokkskjemaet på fig. 2. Symbolene på fig. 2 har følgende betydning:

Vief = referanseverdi av drivhastighet på broen gitt av brukeren

11= avstandsmålingsinformasjon gitt av detektoren d]

12= avstandsmålingsinformasjon gitt av detektoren d2

Vi = den virkelige hastighet ved den første ende ej

v2= den virkelige hastighet ved den andre ende e2

fref= hastighetsretning for drivanordningene kj og k2(frekvensretning i prinsipp direkte via korreksjonsenheten 5)

fi = korreksjonssignaler for drivanordningen ki

f2= korreksjonssignaler for drivanordningen k2

Fig. 3 viser det egentlige styresystem og driften av dette i blokkskjemaer. Dette styresystem omfatter hovedsakelig den nevnte korreksjonsenhet 5 som har en ytre styresløyfe CU med sine ytre regulatorer Cu, og en indre styresløyfe CS med sine indre regulatorer Cs. Den indre sløyfes regulator Cs dirigerer differansen mellom avstandsmålingsinformasjonen 1| og 12fra detektorene d( og d2til en ønsket verdi. Dersom bare den indre sløyfes regulator Cs benyttes, betyr dette at regulatoren Cs forsøker å drive hver avstandsmålingsinformasjon li og 12til den samme verdi. Broen 1 forsøker med andre ord å bevege seg rett frem på basis av målingene.

Forskjellen mellom avstandsmålingsinformasjonene 1| og 12beregnes for den indre sløyfes styreenhet Cs i en blokk Fs. En skaleringskoeffisient adderes fortrinns-vis til beregningen for å gjøre testing og implementering lettere, i hvilket tilfelle tilbakekopling for den indre sløyfes regulator Cs er ri<*>(l]-l2). ;Den indre sløyfes regulator Cs kan ikke alene drive enden e^ e2av broen 1 til midten av skinnen 3, men enden ei, e2drives typisk på lederuller 6. For at enden ej, e2skal forbli på midten av skinnen 3, er systemet supplert med en ytre sløyfe CU hvis regulator Cu dirigerer referanseverdien av den indre sløyfes regulator Cs, idet den forsøker å dreie broen 1 på en slik måte at middelverdien av avstandsmålingsinformasjonen lj og 12oppnår den ønskede referanseverdi W ;Middelverdien av avstandsmålingsinformasjonen 1]og 12beregnes for den ytre sløyfes regulator Cu som et tilbakekoplingssignal i en blokk FU5 i hvilket tilfelle tilbakekopling for den ytre sløyfes regulator Cu er 0,5<*>(li+l2). Den ytre sløyfes regulator Cu forsøker således å holde middelverdien av avstandsmålingsinformasjonen li og 12på referanseverdien lref.

En rask regulator Cs må benyttes i den indre sløyfe CS. Det er tilrådelig å velge en P-regulator hvis forsterkning er så høy som mulig, men så lav at regulatoren ikke vil vibrere eller svinge. En langsommere regulator Cu bør benyttes i den ytre sløyfe CU, og dersom det tilsiktes at regulatoren i den balanserte tilstand forsøker å fjerne en permanent reguleringsfeil, må et integrasjonsledd, dvs. en PI-regulator benyttes i tillegg til en P-regulator.

Utgangssignalet u fra styre- eller reguleringssystemet kan benyttes som sådant for broens motordrivanordninger k]og k2som et korreksjonsledd på en slik måte at korreksjonsleddet vil bli subtrahert fra hastighetsretningen av den ene av broens I ender ejog e2, og på tilsvarende måte adderes det samme ledd til den andre hastighetsretning. Med andre ord akselereres den ene ende av broen 1, mens den andre ende retarderes. Drivretningen har selvsagt en virkning på hvilken ende hastigheten vil bli øket, og på hvilken den vil bli redusert.

I stedet for å overføre korreksjonsleddet som sådant til motordrivanordningene ki og k2, er det ofte å foretrekke å skalere eller avveie korreksjonsleddet i overensstemmelse med den virkelige drivhastighetV]og v2ved endene ei og e2. Dessuten er det i praksis fordelaktig å filtrere korreksjonsleddet for å unngå dreiemomentslag (torque strikes). Disse operasjoner utføres i en blokk G. Skalering finner sted slik at hastighetskorreksjonene av endene ei og e2på små drivhastigheter er små, og når drivhastigheten øker, vil hastighetskorreksjonene på tilsvarende måte også vokse når det er nødvendig. En lettvint måte er å skalere korreksjonsleddet lineært som funksjon av den virkelige drivhastighet. En annen enkel måte er å tabulere skalering i overensstemmelse med drivhastigheten.

Det skal dessuten bemerkes at korreksjonsleddet ikke må passere gjennom rampegeneratoren for motordrivanordningen ki og k2, men korreksjonsleddet må knyttes til den hastighetsretning som overføres til hastighetsregulatorene for motordrivanordningene ki og k2. Dersom korreksjonen adderes før rampegeneratoren, vil regulatoren Cs eller Cu ikke ha noen virkning under akselerasjon og retardasjon.

Fortegnet for korreksjonsleddet som overføres til motordrivanordningene ki og k2, avhenger av drivretningen. Når drivretningen for broen 1 skifter, vil fortegnet for korreksjonsleddet også skifte. På liknende måte avhenger fortegnet for utgangssignalet fra den ytre sløyfe CU av broens 1 drivretning. Utgangssignalet fra den ytre sløyfe CU, dvs. korreksjonsreferanseverdien, vil skifte når drivretningen for broen 1 varierer på en slik måte at regulatoren Cu forsøker å drive broen 1 på forskjellig måte på skrå når drivretningen skifter, slik at enden ei og e2kan føres til midten av skinnen 3.

Da en rimelig hastighet er nødvendig for den indre sløyfes regulator Cs, kan målinger ikke filtreres altfor raskt. Altfor kraftig filtrering vil lett få regulatoren Cs til å svinge. På den annen side vil den ytre sløyfes regulator Cu som filtreres for å være langsommere, tolerere mer filtrering av målinger. Det kan ofte være fornuftig å filtrere målingene til den ytre sløyfes regulator Cu sterkere enn målingene til den indre sløyfes regulator Cs, i hvilket tilfelle den ytre sløyfe CU vil virke på en mer uforstyrret måte.

Andre regulatorer, så som en PI-regulator, kan også benyttes som den indre sløyfes regulator Cs i stedet for en P-regulator. På liknende måte kan den ytre sløyfes regulator C„ være en annen enn en PI-regulator. Ved å endre parametrene for reguleringssystemet, kan videre bare den indre sløyfes regulator Cs velges for å være aktiv, i hvilket tilfelle systemet forsøker å kjøre differansen mellom målingene til null, slik det ble angitt tidligere. På nøyaktig samme måte ved utvelgelsen av parametere, kan bare den ytre sløyfes regulator Cu gjøres aktiv, slik at reguleringssystemet forsøker å kjøre middelverdien av målingene til referanseverdien uten hensyn til hvorvidt broen 1 vil bevege seg rett frem. Det avhenger av anvendelsen hvilket av disse alternativer som i praksis vil frembringe det beste resultat.

Den foregående beskrivelse av oppfinnelsen er bare ment å illustrere denne. Oppfinnelsen kan med hensyn til detaljer varieres vesentlig innenfor rammen av de ledsagende krav. Det skal også bemerkes at oppfinnelsen kan anvendes ikke bare i forbindelse med kranbroer, men også i forbindelse med andre innretninger som drives på skinner.

Claims (6)

1. System for dirigering av en innretning, så som en kranbro, som beveger seg på hjul langs skinner, idet innretningen omfatter en spesifisert drivanordning på begge sider av en kjørebane som er definert ved skinner, og hvor systemet omfatter minst to suksessive detektorer i innretningen på minst én side av kjørebanen og i retning av skinnen, for måling av en sideveis avstand fra skinnen av en spesiell del av en kant av innretningen som skal drives, og en styresløyfe som styrer drivanordningene, idet en regulator for sløyfen er i stand til å dirigere detektorenes avstandsmålinger til ønskede verdier, slik at innretningen som skal drives, vil bevege seg rett frem, karakterisert vedat systemet også omfatter en andre, ytre styresløyfe hvis regulator er i stand til å dirigere referanseverdien til regulatoren for den førstnevnte, indre styresløyfe på en slik måte at middelverdien av avstandsmålingene som tilveiebringes av detektorene, oppnår den ønskede referanseverdi, slik at hjulene til innretningen som skal drives, vil bevege seg midt på skinnene.

2. System ifølge krav 1,karakterisert vedat begge styresløyfer er aktive.

3. System ifølge krav 1,karakterisert vedat den ene av styresløyfene er valgt for å være passiv ved å endre systemets parametere på passende måte, i hvilket tilfelle systemet, når den indre sløyfe er aktiv, forsøker å kjøre differansen mellom målingene til null, og når den ytre sløyfe er aktiv, forsøker å kjøre middelverdien av målingene til referanseverdien.

4. System ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat den indre sløyfes regulator er raskere enn den ytre sløyfes regulator.

5. System ifølge krav 1,karakterisert vedat regulatorene er P- og/eller PI-regulatorer.

6. System ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat det omfatter en skaleringsblokk for skalering av et hastighetskorreksjonsledd som er gitt for drivanordningene i overensstemmelse med den virkelige drivhastighet, slik at korrek-sjonene er små ved lave drivhastigheter og større ved høyere drivhastigheter.