WO2004016539A1 - Krananlage, insbesondere containerkran - Google Patents

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WO2004016539A1
WO2004016539A1 PCT/DE2003/002448 DE0302448W WO2004016539A1 WO 2004016539 A1 WO2004016539 A1 WO 2004016539A1 DE 0302448 W DE0302448 W DE 0302448W WO 2004016539 A1 WO2004016539 A1 WO 2004016539A1
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control device
control
crane system
signals
safety
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PCT/DE2003/002448
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Ernst Sparenborg
Jörg Meyer
Uwe Meyer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/48—Automatic control of crane drives for producing a single or repeated working cycle; Programme control
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    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2667—Crane

Definitions

  • crane systems are used for handling goods, whereby container crane systems are used to move large containers, usually between 20 'and 45' (feet) in size.
  • Container crane systems of this type are used, for example, for loading and unloading ships or railway wagons, etc.
  • Such a crane generally has a horizontally movable trolley on which a load suspension device, for example a container spreader, hangs, via which the load to be moved is gripped.
  • a load suspension device for example a container spreader
  • safety-related devices are provided on the crane system, which enable a programmable logic controller that controls the crane system to carry out a safety-related shutdown if necessary.
  • safety-related shutdowns such as emergency stop, emergency stop, emergency limit switch monitoring, pre-limit switch monitoring or overload or overspeed monitoring.
  • the object of the invention is to provide a crane system which is further improved in this regard.
  • a crane system in particular a container crane, is provided for moving a load, in particular a container,
  • a first programmable control device which, if necessary, becomes a safety-relevant Control access to one or more electrical or electromechanical operating elements leading signals are given, and - with a second programmable logic control device, which is used for at least partial monitoring of the
  • Control operation of the first control device is designed on the basis of its given safety-relevant signals in such a way that, if necessary, the first control device provides its own control access to one or more operating elements if there is insufficient safety-related control access.
  • the entire control of the crane takes place via the first programmable logic controller.
  • This is also designed for safety-relevant control interventions, that is to say, for example, for carrying out an emergency stop or the like, if such an operation is necessary on the basis of the signals given by it.
  • a second programmable control device is additionally provided according to the invention, which monitors the first control device with regard to its control access in the event of a safety-related shutdown. The second control device thus checks whether the first control device reacts correctly in the event of a safety-related shutdown case recognized by the second control device and controls the required shutdown. If this is not the case, the second control device intervenes in order to switch off the operating element or elements concerned.
  • the case in which the first control device does not react can be given, for example, if the first control device is given no or wrong signals for whatever reason, there is an error on the part of the first control device itself, etc.
  • the second control device only safety-relevant signals are expediently read in, which are used for the detection and, if necessary, implementation of the safety-related control access to one or more operating elements in the respective safety case are relevant, since the second control device is not used for general control of the crane system, but is only provided for safety and monitoring purposes of the first control device.
  • the monitoring implemented according to the invention offers the highest degree of security, since this ensures control access in any case if necessary.
  • the first and / or the second control device is expediently designed for a delayed possible control access.
  • this is expedient because sometimes the two control devices work with different clock cycles.
  • the second control device works with a cycle of e.g. B. 6ms, it works on detection of a safety-relevant shutdown case of the first control device compared to leading. This means that it would recognize a lack of control access by the first control device, which is not yet possible due to the longer cycle of this control device. Control access would then take place via the second control device, but this is not desirable. This is avoided by the delay by delaying until the first control device can intervene in a controlling manner.
  • this delay - especially if one is provided with respect to both control devices - is expedient to the extent that operationally relevant states of the operating element to be actuated or other operating elements interacting therewith can still be changed or blocked, for example pulses from the converter or the like.
  • the first control device is designed to carry out a plausibility check of the signals given to the second control device on the basis of the signals available to it.
  • the second control device in addition to the monitoring of the first control device by the second control device, the second control device is also monitored by the first.
  • the second control device consequently becomes active and carries out safety-related control access to an operating element, which is actually not necessary, however, since there is no dangerous situation this embodiment of the invention a mutual monitoring and control option, which ensures a high level of plant security.
  • the first and second control devices are in a bidirectional communication connection with one another, that is to say there is a direct data exchange possible.
  • the first control device can periodically query the required data or signals from the second control device.
  • unidirectional data exchange from the second to the first control device is also possible, in which case the second control device continuously and cyclically transmits the required data to the first control device without a direct request.
  • the first control device is expediently designed for a cyclical plausibility check, the cycle being based on the general working cycle of the first control device.
  • Appropriate cycle times are between 10 ms and 80 ms, in particular between 30 ms and 50 ms, and specifically z. B. at 40 ms.
  • the first and the second control device are used to process at least partially different signals, which lead to the same security-relevant control access if necessary.
  • any safety-relevant case is determined in the first and in the second control device at least in part on the basis of different signals.
  • the second control device is given the switch signals themselves, that is, there there are "real" hardware signals. If, for example, the pre-limit switch is defective and it already gives a signal before the cat has run over it, the second control device recognizes this faulty signal, which would then lead to control access. However, on the basis of the plausibility check, the first control device in turn recognizes that the given pre-limit switch signal is not plausible and does not match the travel pulse given to it, and consequently blocks the second control device.
  • the first control device can be designed as part of the plausibility check for the parallel functional test of an operating element delivering a safety-relevant signal to the second control device and for the output of an error message that may be necessary.
  • a tolerance range is advantageously placed around the signaling point, within which the signal must be present. Since the first control device knows from the reference to when, for example, the pre-limit switch was overrun, the pre-limit switch signal must be applied to the second control device within the tolerance range.
  • the first and / or the second control device for simulating a control access on the part of the second and / or the signals triggering the first control device and for checking the reaction of the second and / or the first control device as a function test when the crane system is switched on. This makes it possible to detect any defects in one or both control devices. One quasi simulates an emergency and checks whether the respective control device would have switched. If so, normal control operation continues.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a crane system according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic diagram to illustrate the working methods of the control devices.
  • FIG. 1 shows a crane system 1 according to the invention in the form of a container crane which, in the exemplary embodiment, is designed for loading and unloading a ship 2.
  • the container crane can be moved along a quay wall 3.
  • a jib 5 is provided on the crane frame 4, on which a cat 6 can be moved, see double arrow A.
  • On the cat 6 is suitable
  • Lifting ropes 7 arranged a container spreader 8, which can be moved vertically, see double arrow B, and via which a container 9 can be loaded onto the ship 2 or from the ship 2.
  • the operation of the crane system as a whole is controlled by a first programmable control device 10.
  • the control device 10 issues corresponding control commands to corresponding operating elements of the crane, for example to the trolley of the trolley 6, to the hoist, etc., and it receives corresponding signals from operating elements or other signaling system elements, depending on speed which the control takes place, this bidirectional communication is represented by the double arrow C.
  • a second programmable control device 11 which in the example shown communicates bidirectionally with the first control device 10 (see double arrow D), and which is used to monitor the first control device 10 and to carry out security-related control access to one or more operating elements is provided if the control device 10 does not do this and fails.
  • the second control device is given safety-relevant signals from operating elements or other signal-generating elements of the crane.
  • the second control device 11 is in turn able to send corresponding control signals to an operating element that is to be switched off or otherwise controlled, as shown by the double arrow E.
  • Fig. 2 shows in the form of a schematic diagram the interaction of the control devices according to the invention.
  • this pre-limit switch is passed to the water side, the speed must be reduced by a predetermined amount via the first control device 10, for example to a predetermined speed which is 70% of the maximum speed.
  • a travel sensor with an angle encoder 12 is provided on the cat, which continuously sends a travel signal Si to the first control device 10.
  • the first control device 10 can detect the actual position of the cat 6 on the boom 5 and, after it knows the actual position of the pre-limit switch on the boom 5, can recognize when the cat 6 will drive over it. If it determines this, it controls, for example, a converter 13 via which a motor 14 of the trolley is operated so that the speed is reduced.
  • the second control device 11 monitors the first control device 10, as indicated by the double arrow D. In this way, it can recognize whether the first control device 10 is working correctly, since, in the normal case, the second control device 11 has also recognized that the pre-limit switch has been overrun and knows that the speed must be reduced.
  • the second control device can recognize the overrun of the limit switch, it is given the actual pre-limit switch signal E. If the signal E is present, the cat 6 is still in front of the limit switch, if this opens and if the signal E is no longer present, the pre-limit switch 15 has been overrun. In addition, it is given the path signal S 2 of a pulse generator 16, by means of which the second control device can determine the speed of the cat by forming the time derivative ds / dt. The second control device 11 can therefore check whether the first control device has correctly regulated the speed when the pre-limit switch 15 is passed or not.
  • the first control device 10 be used for whatever reason - be it that, for example, the angle encoder 12 is defective or supply wrong signals, or that there is an error in the first control device 10 itself is present - do not reduce the speed, which can be attributed to the fact that it does not recognize, for example, the overrun of the pre-limit switch 15, then this error is recognized by the second control device 11, which then - as shown by the dashed arrow - on the converter 13 accesses.
  • the first control device 10 In order to avoid that the monitoring function of the second control device 11 is faulty or based on faulty input data, namely the pre-limit switch signal E and the travel signal S 2 , the first control device 10 in turn monitors the second control device 11 to determine whether the signals present are plausible are and correspond to the detection result on the part of the first control device 10.
  • the signals E and S 2 are transmitted from the second control device 11 to the first control device, which can be done either automatically and cyclically or on request from the first control device 10.
  • a bidirectional data exchange is implemented here.
  • the working and thus the monitoring cycles of both control devices can be the same or different.
  • the first control device 10 is used for the overall control of the crane system, it is generally used for longer cycles of e.g. B. have 40ms, while the second control device 11, which only monitors the first is used for the control device 10 and for the control intervention which may be required, and which only signals which are relevant to safety, ie not all signals such as the first control device 10, are given, for example, operates with a cycle of 6 ms.
  • the second control device 11 detects an excessive speed when the pre-limit switch is passed over, the drive is switched off immediately via a second actuator (here, for example, a contactor while the control device 10 controls the converter / converter).
  • a second actuator here, for example, a contactor while the control device 10 controls
  • the first control device 10 can detect whether there is a defect. If, for example, the pre-limit switch signal E drops significantly in front of the pre-limit switch in a delivery area, this is recognized as part of the continuous plausibility check, detected as an error of the pre-limit switch 15 and, for example, output as an error message.
  • the two control devices not only access one operating element, such as the converter 13 here, but several if several operating elements have to be actuated depending on the security case identified in each case. This is useful in order to avoid that a fault in the operating element leads to problems.
  • the control device 10 can access the converter or converter
  • the control device 11 can access the converter or converter. assigned contactor. If the converter or converter now has an internal error, it cannot follow this despite the correct functioning of the control device 10 (e.g. reduction of a setpoint value, etc.).
  • the safety shutdown can be carried out via the contactor via the second control device.

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Abstract

Krananlage (1), insbesondere Containerkran, zum Bewegen einer Last, insbesondere eines Containers (9), mit einer ersten speicherprogrammierbaren Steuerungseinrichtung (10), der im Bedarfsfall zu einem sicherheitsrelevanten Steuerungszugriff auf ein oder mehrere elektrische oder elektromechanische Betriebselemente (13) führende Signale (5) gegeben werden, und mit einer zweiten speicherprogrammierbaren Steuerungseinrichtung (11), die zum zumindest teilweisen Überwachen des Steuerungsbetriebs der ersten Steuerungseinrichtung auf Basis ihr gegebener sicherheitsrelevanter Signale derart ausgebildet ist, wobei über sie im Bedarfsfall bei unzureichendem sicherheitsrelevantem Steuerungszugriff seitens der ersten Steuerungseinrichtung ein eigener Steuerungszugriff auf ein Betriebselement erfolgt.

Description

Beschreibung
Krananlage, insbesondere Containerkran
Krananlagen dienen bekanntermaßen zum Umschlagen von Gütern, wobei Containerkrananlagen zum Bewegen großer, in der Regel zwischen 20' und 45' (Fuß) großen Containern dienen. Solche Containerkrananlagen kommen beispielsweise zum Be- und Entladen von Schiffen oder Eisenbahnwagons etc. zum Einsatz. Eine solche Kranlage weist in der Regel eine horizontal verfahrbare Katze auf, an der ein Lastaufnahmemittel, also beispielsweise ein Container-Spreader hängt, über welches die zu bewegende Last gegriffen wird. Mit dem Betrieb der Krananlage bzw. dem Bewegen der Last, die vornehmlich bei Containern ei- nerseits sehr große Abmessungen, zum anderen bis zu mehreren Tonnen schwer sein kann, ist ein Gefährdungspotential sowohl für die Krananlage bedienende oder dort arbeitende Personen als auch für die Umgebung gegeben. Infolgedessen sind eine Reihe sicherheitstechnischer Einrichtungen an der Krananlage vorgesehen, die es einer speicherprogrammierbaren Steuerungseinrichtung, die die Krananlage steuert, ermöglichen eine sicherheitsrelevante Abschaltung im Bedarfsfall durchzuführen. Zu nennen sind beispielsweise sicherheitsrelevante Abschaltungen wie Not-Aus, Not-Halt, die Not-Endschalterüberwachung, die Vorendschalteüberwachung oder aber Überlast- oder Überdrehzahlüberwachungen .
Wenngleich bei bekannten Krananlagen hierdurch ein beachtliches Maß an Betriebssicherheit gewährleistet ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Krananlage anzugeben, die diesbezüglich noch weiter verbessert ist.
Zur Lösung dieses Problems ist eine Kranlage, insbesondere ein Containerkran, zum Bewegen einer Last, insbesondere eines Containers vorgesehen,
- mit einer ersten speicherprogram ierbaren Steuerungseinrichtung, der im Bedarfsfall zu einem sicherheitsrelevan- ten Steuerungszugriff auf ein oder mehrere elektrische o- der elektromechanische Betriebselemente führende Signale gegeben werden, und - mit einer zweiten speicherprogrammierbaren Steuerungsein- richtung, die zum zumindest teilweisen Überwachen des
Steuerungsbetriebs der ersten Steuerungseinrichtung auf Basis ihr gegebener sicherheitsrelevanter Signale derart ausgebildet ist, dass über sie im Bedarfsfall bei unzureichendem sicherheitsrelevantem Steuerungszugriff seitens der ersten Steuerungseinrichtung ein eigener Steuerungszugriff auf ein oder mehrere Betriebselemente erfolgt.
Bei der erfindungsgemäßen Krananlage erfolgt die gesamte Steuerung des Krans über die erste speicherprogrammierbare Steuerungseinrichtung. Diese ist auch für sicherheitsrelevante Steuerungseingriffe, also beispielsweise zur Durchführung eines Not-Halts oder dergleichen ausgebildet, wenn ein solcher auf Basis ihr gegebener Signale nötig ist. Für sicherheitsrelevante Abschaltungen ist zusätzlich erfindungsgemäß eine zweite speicherprogrammierbare Steuerungseinrichtung vorgesehen, die die erste Steuerungseinrichtung im Hinblick auf deren Steuerungszugriff im Falle einer sicherheitsrelevanten Abschaltung überwacht. Die zweite Steuerungseinrichtung kontrolliert also, ob die erste Steuerungseinrichtung bei einem seitens der zweiten Steuerungseinrichtung erkannten sicherheitsrelevanten Abschaltfall richtig reagiert und die erforderliche Abschaltung ansteuert. Falls dem nicht so ist greift die zweite Steuerungseinrichtung ein, um die Abschaltung des oder der betroffenen Betriebselemente vorzunehmen. Der Fall, dass die erste Steuerungseinrichtung nicht reagiert, kann beispielsweise dann gegeben sein, wenn der ersten Steuerungseinrichtung aus welchem Grund auch immer keine oder falsche Signale gegeben werden, ein Fehler seitens der ersten Steuerungseinrichtung selbst vorliegt etc.
In der zweiten Steuerungseinrichtung werden zweckmäßigerweise lediglich sicherheitsrelevante Signale eingelesen, die für das Erkennen und gegebenenfalls Durchführen des sicherheitsrelevanten Steuerungszugriffs auf ein oder mehrere Betriebselemente im jeweiligen Sicherheitsfall relevant sind, da die zweite Steuerungseinrichtung nicht zum allgemeinen Steuern der Krananlage dient, sondern lediglich zu Sicherheits- und Überwachungszwecken der ersten Steuerungseinrichtung vorgesehen ist.
Insgesamt bietet die erfindungsgemäß realisierte Überwachung ein Höchstmaß an Sicherheit, da hierdurch in jedem Fall ein Steuerungszugriff im Bedarfsfall gewährleistet ist.
Zweckmäßigerweise ist die erste und/oder die zweite Steuerungseinrichtung für einen verzögerten möglichen Steuerungs- zugriff ausgebildet. Dies ist zum einen deshalb zweckmäßig, als mitunter die beiden Steuerungseinrichtungen mit unterschiedlichen Taktzyklen arbeiten. Während beispielsweise seitens der ersten Steuerungseinrichtung die Signalauswertung in einem Zyklus von 40ms erfolgt und erst anschließend eine Re- aktion möglich ist, arbeitet die zweite Steuerungseinrichtung mit einem Zyklus von z. B. 6ms, sie arbeitet bei Erkennen eines sicherheitsrelevanten Abschaltfalles der ersten Steuerungseinrichtung gegenüber also vorauseilend. Das heißt, sie würde einen fehlenden Steuerungszugriff der ersten Steue- rungseinrichtung erkennen, der aber aufgrund des längeren Zyklus dieser Steuerungseinrichtung noch gar nicht möglich ist. Es würde dann ein Steuerungszugriff über die zweite Steuerungseinrichtung erfolgen, was aber nicht wünschenswert ist. Durch die Verzögerung wird dies vermieden, indem eben so lange verzögert wird, bis die erste Steuerungseinrichtung ü- berhaupt steuernd eingreifen kann. Zum anderen ist diese Verzögerung - vor allem wenn eine solche bezüglich beider Steuerungseinrichtungen vorgesehen ist - dahingehend zweckmäßig, als betriebsrelevante Zustände des zu betätigenden Betriebs- elements oder anderer damit zusammenwirkender Betriebselemente noch geändert oder gesperrt werden können, so beispielsweise Impulse der Stromrichter oder dergleichen. Nach einer besonders zweckmäßigen Erfindungsausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die erste Steuerungseinrichtung zur Durchführung einer Plausibilitätsprüfung der der zweiten Steuerungseinrichtung gegebenen Signale auf Basis der ihr vorliegenden Signale ausgebildet ist. Nach dieser Erfindungsausgestaltung erfolgt neben der Überwachung der ersten Steuerungseinrichtung durch die zweite Steuerungseinrichtung auch eine Überwachung der zweiten Steuerungseinrichtung durch die erste. Es erfolgt quasi eine Gegenkontrolle dahingehend, ob der zweiten Steuerungseinrichtung sicherheitsrelevante Signale gegeben werden, die plausibel und kongruent mit der ersten Steuerungseinrichtung gegebenen Signalen sind, auf Basis welcher die erste Steuerungseinrichtung eine etwaige Sicher- heitsabschaltung erkennen würde. Das heißt, es wird hierdurch kontinuierlich überprüft, ob die zweite Steuerungseinrichtung überhaupt im Stande ist, eine Sicherheitsabschaltung korrekt zu erkennen. Denn es kann der Fall auftreten, dass auch der zweiten Steuerungseinrichtung fehlerhafte sicherheitsrelevan- te Signale gegeben werden und so folglich eine tatsächlich nicht vorhandene Sicherheitsabschaltung erkannt wird. Wenn seitens der ersten Steuerungseinrichtung, an der die „korrekten" Signale anliegen, keine Sicherheitsabschaltung erkannt wird, wird folglich die zweite Steuerungseinrichtung aktiv und führt einen sicherheitsrelevanten Steuerungszugriff auf ein Betriebselement durch, der tatsächlich jedoch nicht erforderlich ist, da kein Gefahrenfall vorliegt. Insgesamt bietet diese erfindungsgemäße Ausgestaltung eine gegenseitige Überwachungs- und Kontrollmöglichkeit, wodurch ein hohes Maß an Anlagensicherheit gewährleistet ist.
Um die gegenseitige Kontrollmöglichkeit bzw. insbesondere die beschriebene Plausibilitätsprüfung hinsichtlich der der zweiten Steuerungseinrichtung gegebenen Signale zu gewährleisten ist es zweckmäßig, wenn die erste und die zweite Steuerungseinrichtung miteinander in bidirektionaler Kommunikationsverbindung stehen, das heißt es ist ein direkter Datenaustausch möglich. Beispielsweise kann im Rahmen der Plausibilitätsprü- fung die erste Steuerungseinrichtung die benötigten Daten o- der Signale von der zweiten Steuerungseinrichtung zyklisch abfragen. Jedoch ist auch ein unidirektionaler Datenaustausch von der zweiten zur ersten Steuerungseinrichtung möglich, wobei hier die zweite Steuerungseinrichtung kontinuierlich und zyklisch ohne direkter Anfrage die benötigten Daten an die erste Steuerungseinrichtung überträgt.
Wie beschrieben ist die erste Steuerungseinrichtung zweckmäßigerweise zur zyklischen Plausibilitätsprüfung ausgebildet, wobei sich der Zyklus nach dem allgemeinen Arbeitszyklus der ersten Steuerungseinrichtung richtet. Zweckmäßige Zykluszeiten liegen zwischen 10 ms und 80 ms, insbesondere zwischen 30 ms und 50 ms, und konkret z. B. bei 40 ms.
Um zu vermeiden, dass ein sicherheitsrelevanter Steuerungszugriff deshalb erfolgt, weil an beiden Steuerungseinrichtungen fehlerhafte Signale vorliegen, die eine sicherheitsrele- vante Gefahrensituation anzeigen, obwohl eine solche tatsächlich nicht vorliegt, ist es zweckmäßig, wenn die erste und die zweite Steuerungseinrichtung zum Verarbeiten von zumindest teilweise unterschiedlichen Signalen, die im Bedarfsfall zum gleichen sicherheitsrelevanten Steuerungszugriff führen, ausgebildet sind. Das heißt, die Ermittlung eines etwaigen sicherheitsrelevanten Falles erfolgt in der ersten und in der zweiten Steuerungseinrichtung zumindest teilweise auf Basis unterschiedlicher Signale. Beispielsweise ist es denkbar, zur Erfassung des Vorendschaltersignals und des Notendschalter- Signals der ersten Steuerungseinrichtung Wegimpulse der am Ausleger entlang fahrenden Katze zu geben, wobei die erste ■ Steuerungseinrichtung den Vorend- und den Notendschalter über den über die Wegimpulse gegebenen Weg softwaremäßig abbildet. Das heißt, dort wird anhand der Wegimpulse errechnet, wo die Katze ist und ob beispielsweise gerade der Vorendschalter ü- berfahren wurde. Der zweiten Steuerungseinrichtung werden hingegen die Schaltersignale selbst gegeben, das heißt dort liegen „echte" Hardware-Signale an. Ist nun beispielsweise der Vorendschalter defekt und gibt er bereits ein Signal, bevor die Katze ihn überfahren hat, so erkennt die zweite Steuerungseinrichtung zwar dieses fehlerhafte Signal, was gegebe- nenfalls dann zu einem Steuerungszugriff führen würde. Aufgrund der Plausibilitätsprüfung jedoch erkennt die erste Steuerungseinrichtung ihrerseits, dass das gegebene Vorendschaltersignal nicht plausibel ist und mit dem ihr gegebenen Wegimpuls nicht übereinstimmt und sperrt infolgedessen die zweite Steuerungseinrichtung.
Dabei kann die erste Steuerungseinrichtung im Rahmen der Plausibilitätsprüfung zur parallelen Funktionsprüfung eines ein sicherheitsrelevantes Signal an die zweite Steuerungsein- richtung liefernden Betriebselements und zur gegebenenfalls nötigen Ausgabe einer Fehlermeldung ausgebildet sein. Im Rahmen der Überwachung der zweiten Steuerungseinrichtung durch die erste Steuerungseinrichtung wird beispielsweise um den Signalgabepunkt vorteilhaft ein Toleranzbereich gelegt, in- nerhalb welchem das Signal anliegen muss. Da die erste Steuerungseinrichtung aufgrund des Wegbezugs weiß, wann beispielsweise der Vorendschalter überfahren wurde, muss das Vorendschaltersignal innerhalb des Toleranzbereichs an der zweiten Steuerungseinrichtung anliegen. Falls dem nicht so ist wird dies als Fehler des Vorendschalters erkannt, unabhängig davon, ob überhaupt ein Sicherheitsfall vorliegt, da das Vorendschaltersignal aufgrund des möglichen Schalterdefekts entweder nicht oder viel zu spät gegeben wird, verglichen mit der in der ersten Steuerungseinrichtung erkannten Ist- Position bzw. der Lage des Schalters. Der erfasste Fehler wird beispielsweise dem Kranführer angezeigt.
Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit im Hinblick darauf, ob eine oder die beiden Steuerungseinrichtungen überhaupt funk- tionstüchtig sind, kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Steuerungseinrichtung zum Simulieren eines einen Steuerungszugriff seitens der zweiten und/oder der ersten Steuerungseinrichtung auslösender Signale und zum Prüfen der Reaktion der zweiten und/oder der ersten Steuerungseinrichtung als Funktionstest beim Einschalten der Krananlage ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, etwaige Defekte in einer oder beiden Steuerungseinrichtungen zu erkennen. Man simuliert quasi einen Notfall und prüft, ob die jeweilige Steuerungseinrichtung geschaltet hätte. Falls dem so ist wird der normale Steuerungsbetrieb fortgesetzt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Kranan- läge, und
Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Arbeitsweisen der Steuerungseinrichtungen.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Krananlage 1 in Form eines Containerkrans, der im Ausführungsbeispiel zum Be- und Entladen eines Schiffs 2 ausgebildet ist. Der Containerkran ist entlang einer Kaimauer 3 verfahrbar. Am Krangestell 4 ist ein Ausleger 5 vorgesehen, an dem eine Katze 6 verfahrbar ist, siehe Doppelpfeil A. An der Katze 6 ist über geeignete
Hubseile 7 ein Container-Spreader 8 angeordnet, der vertikal bewegt werden kann, siehe Doppelpfeil B, und über den ein Container 9 auf das Schiff 2 oder vom Schiff 2 geladen werden kann.
Der Betrieb der Krananlage insgesamt wird über eine erste speicherprogrammierbare Steuerungseinrichtung 10 gesteuert. Hierzu gibt die Steuerungseinrichtung 10 entsprechende Steuerbefehle an entsprechende Betriebselemente des Krans, bei- spielsweise an das Fahrwerk der Katze 6, an das Hubwerk etc., und sie empfängt entsprechende Signale von Betriebselementen oder sonstigen signalgebenden Anlagenelementen, in Abhängig- keit welcher die Steuerung erfolgt, wobei diese bidirektionale Kommunikation durch den Doppelpfeil C dargestellt ist.
Weiterhin ist eine zweite speicherprogrammierbare Steuerungs- einrichtung 11 vorgesehen, die im gezeigten Beispiel bidirektional mit der ersten Steuerungseinrichtung 10 kommuniziert (s. Doppelpfeil D) , und die zum Überwachen der ersten Steuerungseinrichtung 10 und zur Durchführung eines sicherheitsrelevanten Steuerungszugriffs auf ein oder mehrere Betriebsele- mente dann vorgesehen ist, wenn die Steuerungseinrichtung 10 dies nicht vornimmt und ausfällt. Hierzu werden der zweiten Steuerungseinrichtung sicherheitsrelevante Signale von Betriebselementen oder sonstigen signalgebenden Elementen des Krans gegeben. Die zweite Steuerungseinrichtung 11 ist ihrer- seits in der Lage entsprechende Steuerungssignale an ein abzuschaltendes oder sonst wie zu steuerndes Betriebselement zu geben, wie durch den Doppelpfeil E dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt in Form einer Prinzipskizze das erfindungsgemäße Zusammenwirken der Steuerungseinrichtungen. Beschrieben wird das Beispiel der Überwachung eines Vorendschalters, der an einer endseitigen Position am freien Ende des Auslegers 5 vorgesehen ist. Beim Überfahren dieses Vorendschalters zur Wasserseite hin muss über die erste Steuerungseinrichtung 10 die Geschwindigkeit um ein vorbestimmtes Maß heruntergeregelt werden, beispielsweise auf eine vorgegebene Geschwindigkeit die 70% der maximalen Geschwindigkeit beträgt.
Zum Erkennen, wann die Katze 6 den Vorendschalter überfährt, ist an der Katze ein Wegsensor mit einem Winkelcodierer 12 vorgesehen, der kontinuierlich ein Wegsignal Si an die erste Steuerungseinrichtung 10 gibt. Hierüber kann die erste Steuerungseinrichtung 10 die Ist-Position der Katze 6 am Ausleger 5 erfassen und, nachdem ihr die Ist-Position des Vorendschal- ters am Ausleger 5 bekannt ist, erkennen, wann dieser von der Katze 6 überfahren wird. Stellt sie dies fest so steuert sie beispielsweise einen Stromrichter 13 an, über den ein Motor 14 des Katzfahrwerks betrieben wird, so dass die Geschwindigkeit heruntergeregelt wird.
Die zweite Steuerungseinrichtung 11 überwacht die erste Steu- erungseinrichtung 10, wie durch den Doppelpfeil D angedeutet ist. Sie kann so erkennen, ob die erste Steuerungseinrichtung 10 korrekt arbeitet, da im Normalfall auch die zweite Steuerungseinrichtung 11 das Überfahren des Vorendschalters erkannt hat und weiß, dass die Geschwindigkeit heruntergeregelt werden muss.
Damit die zweite Steuerungseinrichtung das Überfahren des Endschalters erkennen kann wird ihr zum einen das eigentliche Vorendschalter-Signal E gegeben. Liegt das Signal E an, so befindet sich die Katze 6 noch vor dem Endschalter, öffnet dieser und liegt das Signal E nicht mehr an, so wurde der Vorendschalter 15 überfahren. Zusätzlich wird ihr das Wegsignal S2 eines Impulsgebers 16 gegeben, anhand welchem die zweite Steuerungseinrichtung durch Bildung der Zeitableitung ds/dt die Geschwindigkeit der Katze ermitteln kann. Die zweite Steuerungseinrichtung 11 kann also überprüfen, ob die erste Steuerungseinrichtung die Geschwindigkeit korrekt bei Ü- berfahren des Vorendschalters 15 heruntergeregelt hat oder nicht.
Sofern dem so ist erfolgt kein Steuerungseingriff seitens der zweiten Steuerungseinrichtung 11 am Stromrichter 13. Sollte jedoch die erste Steuerungseinrichtung 10 aus welchen Gründen auch immer - sei es dass beispielsweise der Winkelcodierer 12 defekt ist oder falsche Signale liefert, oder dass ein Fehler in der ersten Steuerungseinrichtung 10 selbst vorliegt - die Geschwindigkeit nicht reduzieren, was darauf zurückzuführen ist, dass sie beispielsweise das Überfahren des Vorendschalters 15 nicht erkennt, so wird dieser Fehler von der zweiten Steuerungseinrichtung 11 erkannt, die dann - wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist - auf den Stromrichter 13 zugreift . Um zu vermeiden, dass die Überwachungsfunktion der zweiten Steuerungseinrichtung 11 fehlerhaft ist bzw. auf fehlerhaften Eingangsdaten, nämlich dem Vorendschalter-Signal E und dem Wegsignal S2 beruht, überwacht nun die erste Steuerungseinrichtung 10 ihrerseits die zweite Steuerungseinrichtung 11 dahingehend, ob die anliegenden Signale plausibel sind und mit dem Erfassungsergebnis seitens der ersten Steuerungseinrichtung 10 korrespondieren.
Im Rahmen dieser Plausibilitätsprüfung überprüft die erste Steuerungseinrichtung zunächst, ob das Signal Si angibt, dass der Vorendschalter 15 tatsächlich überfahren wurde. Wenn dem so ist wird überprüft, ob das Vorendschalter-Signal E = 0 ist, das heißt, dass dieses also nicht mehr an der zweiten Steuerungseinrichtung 11 anliegt und der Vorendschalter tatsächlich geöffnet hat. Ferner wird überprüft, ob das an der zweiten Steuerungseinrichtung 11 anliegende Wegsignal S2 dem an der ersten Steuerungseinrichtung 10 anliegenden Wegsignal Sx oder der momentanen Ist-Geschwindigkeit entspricht oder damit korrespondiert. Wenn dem so ist erkennt die erste Steuerungseinrichtung 10, dass der zweiten Steuerungseinrichtung 11 korrekte Signale gegeben werden und mithin an beiden Steuerungseinrichtungen quasi die gleiche Ausgangsbasis zur Ent- scheidung vorhanden ist.
Wie Fig. 2 zeigt werden hierzu von der zweiten Steuerungseinrichtung 11 die Signale E und S2 an die erste Steuerungseinrichtung übertragen, was entweder automatisch und zyklisch oder auf Anfrage von der ersten Steuerungseinrichtung 10 erfolgen kann. Es ist hier ein bidirektionaler Datenaustausch realisiert. Die Arbeits- und damit die Überwachungszyklen beider Steuerungseinrichtungen können gleich oder unterschiedlich sein. Da die erste Steuerungseinrichtung 10 der gesamten Steuerung der Krananlage dient wird sie in der Regel längere Zyklen von z. B. 40ms haben, während die zweite Steuerungseinrichtung 11, die lediglich der Überwachung der ers- ten Steuerungseinrichtung 10 und zum gegebenenfalls erforderlichen Steuerungseingriff dient, und der ausschließlich sicherheitsrelevante Signale, also nicht sämtliche Signale wie der ersten Steuerungseinrichtung 10 gegeben werden, bei- spielsweise mit einem Zyklus von 6ms arbeitet. Wird beim Ü- berfahren des Vorendschalters eine zu hohe Geschwindigkeit durch die zweite Steuerungseinrichtung 11 festgestellt, so wird unverzüglich über ein zweites Stellglied (hier z. B. ein Schütz während die Steuerungseinrichtung 10 den Umrich- ter/Stromrichter steuert) der Antrieb abgeschaltet.
Auf der anderen Seite kann die erste Steuerungseinrichtung 10 durch die kontinuierliche Überwachung der der zweiten Steuerungseinrichtung 11 gegebenen, in der Regel von den eigentli- chen Sensoren etc. abgenommenen Signale erfassen, ob dort ein Defekt vorliegt. Fällt beispielsweise das Vorendschalter- Signal E in einem Auslegebereich deutlich vor dem Vorendschalter ab, so wird dies im Rahmen der kontinuierlichen Plausibilitätsprüfung erkannt, als Fehler des Vorendschalters 15 erfasst und beispielsweise als Fehlermeldung ausgegeben.
Fig. 2 beschreibt lediglich ein Ausführungsbeispiel. Weitere sicherheitsrelevante Abschaltungen sind z. B. Not-Aus, Not- Halt, die Notendschalterüberwachung, die Überlast- und Schlaffseilüberwachung der Hubwerke, die Überlast- und
Schlaffseilüberwachung der Einziehwerke, die Überdrehzahlüberwachung der Hub- und Einziehwerke, der Kollisionsschutz zwischen Katze bzw. Last- und Drittgegenständen, sowie der Personenschutz. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, dass die beiden Steuerungseinrichtungen nicht nur auf ein Betriebselement, wie hier den Umrichter 13 zugreifen, sondern auf mehrere, wenn mehrere Betriebselemente abhängig vom jeweils erkannten Sicherheitsfall zu betätigen sind. Dies ist zweckmäßig um zu vermeiden, dass ein Fehler im Betriebsele- ment zu Problemen führt. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung 10 so auf den Um- oder Stromrichter zugreifen, die Steuerungseinrichtung 11 auf ein dem Um- oder Stromrich- ter zugeordneten Schütz. Hat nun der Um- oder Stromrichter einen internen Fehler, so kann er trotz korrekter Funktion der Steuerungseinrichtung 10 (z. B. Reduktion eines Sollwerts etc.) dem nicht folgen. Bei Erkennung des Fehlers kann über die zweite Steuerungseinrichtung der Sicherheitsabschaltung über das Schütz erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Krananlage, insbesondere Containerkran, zum Bewegen einer Last, insbesondere eines Containers, - mit einer ersten speicherprogrammierbaren Steuerungseinrichtung (10) , der im Bedarfsfall zu einem sicherheitsrelevanten Steuerungszugriff auf ein oder mehrere elektrische o- der elektromechanische Betriebselemente (13) führende Signale (SI) gegeben werden, und - mit einer zweiten speicherprogrammierbaren Steuerungseinrichtung (11) , die zum zumindest teilweisen Überwachen des Steuerungsbetriebs der ersten Steuerungseinrichtung (10) auf Basis ihr gegebener sicherheitsrelevanter Signale (E, S2) derart ausgebildet ist, dass über sie im Bedarfsfall bei un- zureichendem sicherheitsrelevantem Steuerungszugriff seitens der ersten Steuerungseinrichtung (10) ein eigener Steuerungszugriff auf ein Betriebselement (13) erfolgt.
2. Krananlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass die erste und/oder die zweite Steuerungseinrichtung (10, 11) für einen verzögerten möglichen Steuerungszugriff ausgebildet ist.
3. Krananlage nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Steuerungseinrichtung (10) zur Durchführung einer Plausibilitätsprüfung der der zweiten Steuerungseinrichtung (11) gegebenen Signale (E, S2) auf Basis der ihr vorliegenden Signale ausgebildet ist .
4. Krananlage nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste und die zweite Steuerungseinrichtung (10, 11) miteinander in bidirektionaler Kommunikationsverbindung stehen.
5. Krananlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste und die zweite Steuerungseinrichtung (10, 11) zum Verarbeiten von zumindest teilweise unterschiedlichen Signalen (SI, S2, E) , die im Bedarfsfall zum gleichen sicherheitsrelevanten Steuerungszugriff führen, ausgebildet sind.
6. Krananlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Steuerungseinrichtung (10) im Rahmen der Plausibilitätsprüfung zur parallelen Funktionsprüfung eines ein sicher- heitsrelevantes Signal (S2, E) an die zweite Steuerungseinrichtung (11) liefernden Betriebselements (15, 16) und zur gegebenenfalls nötigen Ausgabe einer Fehlermeldung ausgebildet ist.
7. Krananlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Steuerungseinrichtung (10) zur zyklischen Plausibilitätsprüfung ausgebildet ist.
8. Krananlage nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zykluszeit zwischen 10 ms und 80 ms, insbesondere zwischen 30 ms und 50 ms beträgt.
9. Krananlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste und/oder die zweite Steuerungseinrichtung (10,, 11) zum Simulieren eines einen Steuerungszugriff seitens der zweiten und/oder der ersten Steuerungseinrichtung (11, 10) auslösender Signale und zum Prüfen der Reaktion der zweiten und/oder der ersten Steuerungseinrichtung (11, 10) als Funktionstest beim Einschalten der Krananlage (1) ausgebildet ist.
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