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Kransteuerung - Dokument DE3835522A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3835522A1 03.05.1990
Titel Kransteuerung
Anmelder MAN GHH Krantechnik GmbH, 7100 Heilbronn, DE
Erfinder Fischer, Christoph, Dipl.-Ing., 7121 Cleebronn, DE
Vertreter Weickmann, H., Dipl.-Ing.; Fincke, K., Dipl.-Phys. Dr.; Weickmann, F., Dipl.-Ing.; Huber, B., Dipl.-Chem.; Liska, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Prechtel, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 19.10.1988
DE-Aktenzeichen 3835522
Offenlegungstag 03.05.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.1990
IPC-Hauptklasse B66C 13/18
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kransteuerung. Die Kransteuerung nimmt alle Steuerungsfunktionen erfindungsgemäß mit nur einer zentralen speicherprogrammierbaren Steuerung 1 vor, an welche alle peripheren Funktionen 2 bis 16 angeschlossen sind. Über Ein- und Ausgangskarten werden diese Meßgeber direkt an die speicherprogrammierbare Steuerung angepaßt. Durch die erfindungsgemäße Kransteuerung wird der Geräteaufwand minimiert und gleichzeitig durch selbsttätige Überwachung der Steuerung 1 die Fehlersicherheit (Sicherheitsklasse 3) gewährleistet. Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung liegen insbesondere auf dem Gebiet der Dreh- und Turmkrane.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kransteuerung, bei der Steuer- und Sicherheitsfunktionen sowie Überwachungsfunktionen und Begrenzungsfunktionen elektronisch erfaßt und ausgewertet werden.

Bei Kransteuerungen ist es bekannt, periphere Daten, wie beispielsweise die Last, die Ausladung, den Drehwinkel etc. durch Meßgeber zu erfassen und jeden dieser Befehle an ein separates Gerät zur Auswertung weiterzuleiten. Durch eine solche Steuerung sind viele Geräte erforderlich und die Fehlersicherheit und die Verhinderung von Manipulationen sind nicht im gewünschten Umfang sichergestellt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kransteuerung vom Geräteaufwand her zu vereinfachen und zugleich ihre Fehlersicherheit zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sämtliche Meßgeber, sämtliche Steuersignale aus einem Führerhaus, Prüfsignale, ein Schlüsselschalter, ein Eingabesignal, ein Meßverstärker, ein Referenzsignal, ein Einschaltkreis, eine Anzeigekonsole sowie Antriebe für ein Katzfahrwerk, ein Drehwerk und ein Hubwerk an eine zentrale speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) angeschlossen sind, daß alle diese Funktionen über Ein- und Ausgangskarten direkt an die speicherprogrammierbare Steuerung angepaßt sind, und daß durch die Selbstüberwachung der einkanalig ausgeführten SPS in Verbindung mit peripheren Schaltungsmaßnahmen und zusätzlichen Überwachungsprogrammen die geforderte Sicherheit erreicht wird.

Durch den Anschluß aller peripheren Meßgeber an nur eine speicherprogrammierbare Steuerung wird eine wesentliche Vereinfachung in gerätetechnischer Hinsicht erreicht. Zugleich wird die Fehlersicherheit wesentlich erhöht und es wird die geforderte Sicherheitsklasse 3 erreicht, da die Meßgeber nicht an einzelne im Inselbetrieb arbeitende Geräte angeschlossen sind, sondern die Steuerung alle Signale der peripheren Meßgeber verarbeitet und unter den Werten der Meßgeber eine Korrespondenz hergestellt wird.

Ein Blockschaltbild als Beispiel für eine erfindungsgemäße Steuerung ist zeichnerisch dargestellt.

Alle peripheren Geräte 2 bis 16 sind an eine speicherprogrammierbare Steuerung 1 angeschlossen. Zu den peripheren Geräten zählen:

2 Steuersignale aus dem Führerhaus

3 Prüfsignale

4 Schlüsselschalter für Montage und Einstellarbeiten

5 Eingabesignale für die jeweilige Krankonfiguration

6 Meßgeber für die Ausladung

7 Meßgeber für den Drehwinkel

8 Meßgeber für die Hakentiefe

9 Lastmeßachse

10 Meßverstärker

11 Referenzsignal für den A/D-Wandler

12 Antrieb Katzfahrwerk

13 Antrieb Drehwerk

14 Antrieb Hubwerk

15 Einschaltkreis für Sicherheitsabschaltung

16 Anzeigekonsole im Führerhaus

Die im Prinzip einkanalige speicherprogrammierbare Steuerung, forthin SPS genannt, faßt sämtliche Steuer- und Sicherheitsfunktionen, Überwachungsfunktionen und Begrenzungsfunktionen des Krans in einem Gerät zusammen.

Die Kransteuerung kann folgende Funktionen ausführen:

  • -Erfassung von Steuerbefehlen

    Meldesignalen

    Gewicht der Last

    der Ausladung

    des Drehwinkels

    der Hakentiefe
  • - Auswertung sämtlicher Daten
  • - logische Steuerung des Krans
  • - Berechnung der Lastmomente mit entsprechender Abschaltung
  • - Überwachung der einzelnen Getriebestufen und der maximal zulässigen Last mit Abschaltung einschließlich dynamischer Prüfung
  • - Berechnung des erlaubten Drehbereiches entsprechend der Ausladung und der Hakentiefe mit Abschaltung
  • - automatisches Anfahren auf eingegebene Fixpunkte
  • - Erkennung von Fehlerzuständen im Kran
  • - Ansteuerung einer Mehrfunktions-Anzeige zur Ausgabe von aktuellen Daten, Grenzwerten und Fehlermeldungen


Nachfolgend werden die Funktionen der Steuerung im Detail beschrieben.

Fehlersicherheit der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS)

Die eingesetzte handelsübliche SPS erreicht die ausreichende Fehlersicherheit durch die nachfolgenden Punkte:

  • 1. Fehler im Rechenwerk werden durch zyklische Selbsttests (Bit-Rotationen und arithmetische Operationen) mit ausreichender Wahrscheinlichkeit erkannt.
  • 2. Fehler im Programmspeicher werden durch zyklische Prüfsummenbildung und dem Vergleich mit der abgespeicherten Prüfsumme mit ausreichender Wahrscheinlichkeit erkannt.
  • 3. Verfälschungen wichtiger Daten (Überlast-, Meß-, Rechen- und Grenzwerte sowie Abschalt-Fehlermerker) im Variablenspeicher werden durch doppeltes Ablegen in verschiedenen Speicher-IC&min;s (Merker invertiert) und durch Vergleichsprogramme mit ausreichender Wahrscheinlichkeit erkannt.
  • 4. Fehler, die zu einer Verlängerung der Programm-Zykluszeit von ca. 13 ms auf mehr als 20 ms führen (z. B. Endlos- Schleifen) werden durch den Watch-Dog in der SPS erkannt und führen sofort zu Gesamtabschaltung der SPS.
  • 5. Zufällige logische Programmlauffehler (z. B. Sprünge durch Störsignale, die zu einer Verkürzung der Programm- Zykluszeit führen) werden durch einen Softwarezähler mit ausreichender Wahrscheinlichkeit erkannt und führen zur Abschaltung.

Schnittstellen der SPS

Die Peripherie mit den Geräten und Meßgebern 2 bis 16 wird über entsprechende Ein- und Ausgangskarten direkt an die SPS angepaßt (DC 24 Volt, AC 110 V, Analogsignale 4-20 mA).

  • 1. Die digitalen sicherheitsrelevanten Eingangssignale werden doppelt geführt (teilweise invertiert) und im Programm geprüft.
  • 2. Die Bitmuster von Winkelkodierern für Drehwinkel- und Ausladungsfassung 7, 6 werden im Programm durch Plausibilitätsprüfungen geprüft und somit Ausfälle der Geber erkannt.
  • 3. Die Lasterfassung und die Hubposition werden Analog erfaßt und die Werte durch einen A/D-Wandler gewandelt. Die Fehlersicherheit der Lasterfassungskette wird durch einen 2-Kanal-Verstärker und durch 2 komplementäre Referenzströme für den A/D-Wandler erreicht.
  • 4. Die sicherheitsrelevanten Ausgänge der SPS werden durch rückgeführte Kontakte der angesteuerten Schütze geprüft.

Überwachung der einzelnen Getriebestufen und der maximalen Last

Das mit dem Meßgeber 9 einer Lastmeßachse in einer Umlenkrolle erfaßte Lastsignal wird mit einem 2kanaligen Meßverstärker 10 verstärkt (4-20 mA) und in einer Analog-Eingangskarte der SPS in digitale Werte gewandelt. In Verbindung mit zwei Referenzströmen 11 für den A/D-Wandler und einer entsprechenden Prüfung der Meßwerte im Programm ist eine fehlersichere Erfassung der Last gegeben.

Nach erfolgter Mittelwertrechnung werden die Lastwerte mit den abgespeicherten Grenzwerten im Programm verglichen und das Hubwerk 14 mit den entsprechenden Lastgetriebekupplungen gesperrt. Nach Erreichen der Maximallast sind nur noch Senkbewegungen möglich.

In der Lasterfassung ist zusätzlich eine dynamische Prüfung enthalten, welche beim Einhaken der Unterflasche oder beim Versuch des Losreißens der Last das Hubwerk 14 abschaltet.

Überwachung auf Überlastmoment

Zur Berechnung des Lastmomentes wird zusätzlich die Ausladung mit einem digitalen Geber 6 erfaßt. Die Signale werden im Programm derart gewandelt und überprüft, so daß eine fehlersichere Wegerfassung gegeben ist.

Da ein Turmkran einen Horizontalausleger besitzt, kann er als einfacher Hebelarm betrachtet werden, an dem verschiedene Kräfte wirken. Das aktuelle Lastmoment erhält man aus dem Produkt Last × Ausladung. Um das absolute Lastmoment zu erhalten wird, zuvor der Lastwert um folgende Faktoren korrigiert:

  • - Gewicht einer Unterflasche und einer Oberflasche
  • - Eigengewicht eines Hubseiles
  • - Gewicht einer Laufkatze


Das erhaltene Produkt wird mit der nach dem eingestellten Eingabesignal 5 für die Auslegerlänge bestimmten Momentenkonstante im Programm verglichen und momentvergrößernde Bewegungen eines Hubwerks 14 und eines Katzfahrwerks 12 gesperrt. Die Eingabe der jeweiligen Auslegerlänge ist nur mit Hilfe des Montageschalters 4 möglich.

Begrenzung des Katzweges

Die Endschalter- und Vorendschalterwerte zur Begrenzung der Katze werden entsprechend der eingestellten Auslegerlänge durch das Eingabesignal 5 berechnet. Während des Betriebes werden diese Grenzwerte mit der aktuellen Ausladung - durch den digitalen Geber 6 erfaßt - verglichen und die Bewegungen des Katzfahrwerkes 12 entsprechend eingeschränkt und gesperrt.

Überwachung auf gültigen Drehbereich

Neben der Erfassung der Ausladung durch den Meßgeber 6 wird der Drehwinkel und die Hakentiefe durch die Meßgeber 7 und 8 erfaßt. Die Eingabe der jeweiligen Grenzwerte kann nur bei geschaltetem Schlüsselschalter 4 erfolgen. Dabei werden die einzelnen Grenzpositionen angefahren und durch Drücken einer Speichertaste eingegeben. Im Programm wird dadurch ein Abbild der gesperrten Bereiche berechnet und in einem Datenspeicher nullspannungssicher abgelegt.

Während des Betriebes wird die jeweilige Position der Hakenflasche (Hakentiefe, Drehwinkel, Ausladung) mit den gesperrten Bereichen verglichen und die entsprechenden Bewegungsrichtungen von Katzfahrwerk 12, Drehwerk 13 und Hubwerk 14 begrenzt.

Automatisches Fahren auf programmierbare Fixpunkte

Werden während des Betriebes verschiedene Positionen mehrmals angefahren, so kann der Kranführer diese mit Hilfe einer Setztaste abspeichern. Wird während des Betriebes ein Fixpunkt angefahren, so wird dieser vom Kranführer angewählt. Durch Auslenken der Meisterschalter oder durch Drücken der Totmanntaste wird die Unterflasche mit Hilfe von Hub-, Dreh- und Katzfahrwerk direkt auf Position gebracht.


Anspruch[de]
  1. Kransteuerung, bei der Steuer- und Sicherheitsfunktionen sowie Überwachungsfunktionen und Begrenzungsfunktionen elektronisch erfaßt und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Meßgeber (6) bis (9), sämtliche Steuersignale (2) aus einem Führerhaus, Prüfsignale (3), ein Schlüsselschalter (4), ein Eingabesignal (5), ein Meßverstärker (10), ein Referenzsignal (11), ein Einschaltkreis (15), eine Anzeigekonsole (16) sowie Antriebe für ein Katzfahrwerk (12), ein Drehwerk (13) und ein Hubwerk (14) an eine zentrale speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) (1) angeschlossen sind, daß alle diese Funktionen (2) bis (16) über Ein- und Ausgangskarten direkt an die speicherprogrammierbare Steuerung (1) angepaßt sind, und daß durch die Selbstüberwachung der einkanalig ausgeführten SPS in Verbindung mit peripheren Schaltungsmaßnahmen und zusätzlichen Überwachungsprogrammen die geforderte Sicherheit erreicht wird.






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