DE69112790T2

DE69112790T2 - Verfahren zur Erstellung der Geschwindigkeitsreferenz für einen Kranmotor.

Info

Publication number: DE69112790T2
Application number: DE69112790T
Authority: DE
Inventors: Tapani Kiiski
Original assignee: KCI Konecranes International Oy
Current assignee: Konecranes PLC
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2011-11-30
Also published as: EP0491201B1; NO304303B1; ATE127637T1; US5323097A; DE69112790D1; EP0491201A3; CA2057753A1; AU651157B2; NO914967D0; NO914967L; ES2077145T3; JP3051536B2; JPH04298490A; AU8971191A; CA2057753C; EP0491201A2; FI88015B; FI906228L; DK0491201T3; FI88015C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden des Drehzahlsollwertes für einen Kranmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Weg zur Steuerung der Hebe- und Traversbewegungen eines Kranes ist die Verwendung von Druckknopfsteuerungen zur Abgabe der Steuerbefehle. Wenn der Antriebsmotor für den Kran über einen Wandler gespeist wird, werden die Druckknopfsteuerungen verwendet, um dem Wandler einen Drehzahlsollwert vorzugeben, auf dessen Basis der Wandler die Motordrehzahl auf den gewünschten Wert einstellt. Ein bislang bekanntes System zur Steuerung der Motordrehzahl über Druckknopfsteuerungen ist in der Veröffentlichung GB-A-2 171 863 (internationale Klasse H02P 7/42) gezeigt. Dieses System sieht für jede Bewegungsrichtung einen Zweipositions-Druckknopf vor, um sowohl die Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung als auch dessen Änderungen fest zulegen. Die erste Druckknopfposition bestimmt die Rotationsrichtung des Motors und die Beschleunigung auf die Kriechgeschwindigkeit oder die Erhaltung der bereits erzielten Geschwindigkeit, während die zweite Position bewirkt, daß der Motor beschleunigt, bis die maximal erlaubte Geschwindigkeit erreicht ist. Wenn der Knopf losgelassen wird, wird die Motordrehzahl mit einer konstanten Bremsrate reduziert.
Wenn dieser Typ von Zweipositions-Druckknopfsteuerung in Verbindung mit einem Traversmotor verwendet wird, wird dessen Rotationsgeschwindigkeit in ungefähr 3 sec auf Maximaldrehzahl beschleunigt. Dies ist in der Regel ausreichend für den Operator, um die Motordrehzahl durch Zurückführen des Knopfes auf die erste Position derart einzustellen, daß die erreichte Geschwindigkeit beibehalten wird. Im Falle von Hebebewegungen jedoch sind die Beschleunigungs- und Bremszeiten kürzer, üblicherweise im Bereich von 0,5 bis 1,5 sec. Es ist somit in der Praxis schwierig, die Geschwindigkeit einzustellen, weil diese auf der Basis einer kurzen Druckknopfbetätigung festgelegt wird. Im Falle der kürzesten Beschleunigungszeit von 0,5 sec bedeutet dies, daß, wenn der Motor z.B. auf ein Drittel seiner Maximalgeschwindigkeit beschleunigt werden soll, der Druckknopf in der zweiten Position für ungefähr 0,2 sec gehalten werden muß und dann auf die erste Position zurückgelassen wird. Somit kann der Operator kein direktes Gefühl für den Geschwindigkeitssollwert entwickeln im Gegensatz zur sogenannten Joy- Stick-Steuerung, wo die Position des Joysticks proportional zum Drehzahlsollwert ist.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren zur Bildung des Drehzahlsollwertes für einen Motor zu schaffen, das es einem Kranoperator erlaubt, die gewünschte Geschwindigkeit auszuwählen. Dies wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Andere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung ermöglicht es, die Drehzahl des Motors auf einfache Weise einzustellen, wobei ein gutes Gefühl für die absolute Geschwindigkeitssteuerung, d.h. die Hebe- oder Absenkgeschwindigkeit der Last beibehalten wird. Die von dem Operator verwendete Einrichtung zur Steuerung der Kranbewegungen kann im wesentlichen einfach bleiben und erfordert keine Änderungen der früheren Konstruktion. So kann die Erfindung in ökonomisch vorteilhafter Weise implementiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung detailliert anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
Fig. 1 ein Drehzahlsteuerungssystem unter Verwendung einer Druckknopfsteuerung wie es für die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 ein zeitliches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Das Diagramm in Fig. 1 zeigt einen Kranmotorantrieb, bei welchem die Hebevorrichtung 1 durch einen Motor 2 angetrieben ist, der durch einen Wandler 3 gesteuert wird. Soweit die Erfindung betroffen ist, ist die Ausführungsform der Motorsteuerung irrelevant. Es ist möglich, andere Typen von Motoren oder Steuerungsausrüstung zu verwenden, bei welchen ein Drehzahlsollwert verwendet wird, um die Motordrehzahl auf einen geeigneten Wert einzustellen. Der Wandler wird durch eine Steuerung 4 gesteuert, welche auf der Basis externer Befehle und interner Programmdaten die Steuergrößen generiert. Die Steuerung 4 hat drei Steuerungseingänge, von denen die Eingänge 5 und 6 verwendet werden, um die Richtung der Hebebewegung zu bestimmen und Eingang 7, um eine positive Änderung des Drehzahlsollwertes zu bestimmen, d.h. die Beschleunigung. Die Steuerungssignale werden mittels einer Zweipositions-Druckknopfsteuerung 8 eingegeben, die mit separaten Druckknöpfen 9 und 10 für die Aufwärts- und Abwärtsrichtungen versehen ist. Die Druckknöpfe sind gegenseitig so gesperrt, daß sie nicht gleichzeitig gedrückt werden können.
Das Arbeitsprinzip der Steuerungsvorrichtung ist wie folgt: Um die Hebevorrichtung 1 zu steuern, drückt der Operator den Knopf 9 oder 10 in seine erste Position. Dies produziert ein Steuerungssignal an dem Steuerungseingang 5 oder 6, der die Bewegungsrichtung der Hebevorrichtung festlegt. In der ersten Position des Druckknopfes findet eine anfängliche Beschleunigung statt, d.h. der Motor wird auf eine bestimmte minimale Geschwindigkeit beschleunigt. Das Drücken des Druckknopfes in seine zweite Position produziert ein Signal am Eingang 7, welches die Steuerung dazu veranlaßt, den Motor zu beschleunigen, d.h. die zeitliche Ableitung des Drehzahlsollwertes in einer durch die Software festgelegten Weise zu ändern. Somit kann kein Beschleunigungsbefehl abgegeben werden, sofern nicht momentan ein Richtungsbefehl anliegt. Die Motordrehzahl steigt solange an, wie der Druckknopf in der zweiten Position gehalten wird, bis eine vorbestimmte maximale Drehzahl erreicht wird.
Wenn der Druckknopf in die erste Position zurückkehrt, behält das Steuerungssystem die erreichte Geschwindigkeit bei. Wenn der Druckknopf komplett losgelassen wird, bewirkt die Steuerung 4, daß der Motorantrieb in einer vorbestimmten Weise abbremst, bis er zum Stillstand kommt, soweit nicht andere Steuerungsbefehle abgegeben werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren trifft das Flußdiagramm in Fig. 2 zu. Wenn einer der Druckknöpfe sich in seiner ersten Position befindet und die Richtung somit festgelegt ist, generiert das Drücken des Knopfes in seine zweite Position am entsprechenden Steuerungseingang ein Signal zur Änderung des Drehzahlsollwertes als Funktion der Zeit. Wenn der Drehzahlsollwert geringer als eine bestimmte Grenzgeschwindigkeit Vth ist, wird die Geschwindigkeit geändert, so daß die zeitliche Ableitung der Geschwindigkeit gleich a&sub1; ist, wofür ein Wert gewählt worden ist, der ausreichend gering ist, um dem Operator genug Zeit zu geben, auf die Geschwindigkeitsänderung zu reagieren und die Beschleunigung der Bewegung an einem gewünschten Punkt zu stoppen. Wenn der Drehzahlsollwert sich aufgrund früherer Steuerungsimpulse über dem Grenzwert befindet oder während des gegenwärtigen Steuerungsablaufs diesen Wert überschreitet, wird die Beschleunigung stufenweise auf einen höheren Wert a&sub2; erhöht. Die Beschleunigung bleibt nun auf dem gleichen Wert, solange der Knopf sich in der Position 2 befindet.
Der Bremsvorgang kann in gleicher Weise gesteuert werden. Für die Drehzahlen über der Grenzgeschwindigkeit Vth ist die Bremswirkung höher und für Geschwindigkeiten darunter ist die Abbremsung geringer. Die Abbremswerte in unterschiedlichen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereichen können entweder die gleichen Größen oder unterschiedliche Größen haben, die mit den Beschleunigungswerten korrespondieren.
Fig. 3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens. Die Kurven (a) bis (c) zeigen die Steuerungssignale, die aufgrund der Druckknopfpositionen generiert werden. Die Kurve (d) zeigt die Änderung der Drehzahl als Funktion der Zeit.
Zum Zeitpunkt t&sub0; ist der Aufwärtsknopf in seine Position 1 gedrückt, was das System dazu veranlaßt, eine anfängliche Beschleunigung zu vollziehen. Im Zeitintervall t&sub1; bis t&sub2; wird der Motor mit der Beschleunigung a&sub1; beschleunigt, für welche in diesem Fall ein Wert gleich der anfänglichen Beschleunigung gewählt worden ist. In dem Zeitintervall t&sub2; bis t&sub3; befindet sich der Druckknopf wiederum in Position 1, so daß die Drehzahl unverändert bleibt. Während der nächsten Beschleunigungsphase erreicht die Drehzahl zuerst den Wert Vth mit einer Beschleunigung a&sub1;, worauf die Beschleunigung auf a&sub2; sich ändert und auf diesem Wert verbleibt, bis die Maximaldrehzahl erreicht wird. Wenn der Druckknopflosgelassen wird, reduziert die Steuerung die Motordrehzahl in einer entsprechenden Weise, bis der Stillstand erreicht ist. In der anderen Bewegungsrichtung ist die Drehzahlsteuerung nach dem gleichen Prinzip ausgeführt. In dem Zeitintervall t&sub8; bis t&sub9; läuft der Motor mit einer Minimaldrehzahl, weil lediglich ein Richtungsbefehl anliegt. Zum Zeitpunkt t&sub1;&sub2; wird die Bewegungsrichtung umgekehrt durch ein geeignetes Steuerungssignal, was die Steuerung veranlaßt, zuerst den Motor in Übereinstimmung mit dem normalen Bremsprogramm bis zum Stillstand abzubremsen.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Beschleunigung und Abbremsung stufenweise geändert und bleiben zwischen diesen Schritten konstant. Jedoch kann die Geschwindigkeit der Beschleunigung und der Abbremsung ebenfalls auf andere Weise implementiert werden, z.B. als geeignete Funktion der Drehzahl. Die Änderung kann ebenfalls als Funktion der Zeit implementiert werden, in welchem Fall der Beginn der Zeit in geeigneter Weise von dem Zeitpunkt an beginnt, wenn der Druckknopf in die Position 2 gedrückt wird bzw. aus dieser Position losgelassen wird, d.h. von dem Beginn des Beschleunigens oder der Abbremsens an. Die Realisierung einer Steuerung, die die charakteristischen Eigenschaften des Verfahrens erzielt, gehört zum normalen Wissen des Fachmanns und ist nachfolgend nicht näher beschrieben.
Vorab ist die Erfindung mit Bezug auf einige Ausführungsbeispiele beschrieben worden. Jedoch soll diese Darstellung nicht als beschränkend für die Erfindung verstanden werden, sondern die Ausführungsformen der Erfindung können innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche variieren.

Claims

1. Verfahren zum Generieren des Drehzahlsollwertes für einen Kranmotor, wenn der Wandler (4) zum Speisen des Motors (2) durch zumindest eine Steuerung (8) gesteuert wird, welche zum Ermöglichen einer Drehzahlsollwertänderung eine Steuerungsposition hat, in welcher der Drehzahlsollwert als Funktion der Zeit geändert wird, wobei die Beschleunigungsphase eine anfängliche Beschleunigung und eine darauffolgende Steuerungsphase aufweist, die der anfänglichen Beschleunigung nachfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß während der Steuerungsphase oberhalb eines Drehzahlsollwertes Vth die zeitliche Ableitung (a&sub1;, a&sub2;) des Drehzahlsollwertes des Motors geändert wird, wobei Vmin < Vth < Vmax.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

bei dem, wenn die Steuerungen (8) sich in einer unbetätigten Position befinden, der Drehzahlsollwert für den Motor (2) auf Null reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Ableitung (a&sub1;, a&sub2;) des Drehzahlsollwertes während des Abbremsens des Motors geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine geringe Geschwindigkeit eine zeitliche Ableitung (a&sub1;, a&sub2;) des Drehzahlsollwertes mit einem geringeren absoluten Wert verwendet wird als für eine hohe Geschwindigkeit, und daß bei einer gegebenen Grenzdrehzahl der Absolutwert der zeitlichen Ableitung (a&sub1;, a&sub2;) stufenweise geändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Ableitung (a&sub1;, a&sub2;) des Drehzahlsollwertes als Funktion der Motorgeschwindigkeit geändert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Ableitung (a&sub1;, a&sub2;) des Drehzahlsollwertes als Funktion der Zeit geändert wird, beginnend mit dem Start einer gegebenen Beschleunigungs- oder Abbremsphase.