DE9010967U1 - Stacking crane with controlled drives, a control station and an automation system - Google Patents
Stacking crane with controlled drives, a control station and an automation systemInfo
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Description
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Stapelkran mit geregelten Antrieben, einem Steuerstand und einem AutomatisierungssystemStacking crane with controlled drives, a control station and an automation system
Die Erfindung betrifft sinen Stapelkran, insbesondere Container. Stapelkran, mit geregelten Antrieben, eines Steuerstand und einem mit dem Steuerstand verbundenen Automat!»! zungsäystem.The invention relates to a stacking crane, in particular a container. Stacking crane, with controlled drives, a control station and an automatic control system connected to the control station.
Ein derartiger Stapelkran ist aus der AEG-Broschüre Nr. A812 V2.7 13/0589 EN, "La Spt/.ia C--~tainsi- Ti-rmina,. - Advancp* Automation System For economic Fr '^ht Handling" bekannt. Bei dem dort besc^-iebener. Stspelkran ist nachteilig, daß die AutomaSuch a stacking crane is known from the AEG brochure no. A812 V2.7 13/0589 EN, "La Spt/.ia C--~tainsi- Ti-rmina,. - Advanced Automation System For economic Fre '^ht Handling". The disadvantage of the stacking crane described there is that the automation tisierungseinrichfcung sowohl den L-t ^verkshr abwickelt als auch die Kranpositionierung überwacht. Die Automatisierungseinrichtung ist etaher überfordert, wenn sie gleichzeitig umfangreiche Datensätze; ein- bzw. ausgeben und den Kran schnell positionleren soll. Infolge der beschränkten Kommunikationskapa-automation device handles both the transport and monitors the crane positioning. The automation device is overwhelmed if it is simultaneously required to input and output large data sets and position the crane quickly. Due to the limited communication capacity, z'-H1-. der Automatisierungseinrichtung ist darüber hinaus nur eine relativ kleine Anzahl von Uberwachungs- und Kcntuilaufgaben realisierbar.z'-H 1 -. Furthermore, only a relatively small number of monitoring and control tasks can be implemented using the automation system.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stapelkran mit einem Automatisierungssystem zu versehen, das ein deutlich größeres Aufkommen an Ein- bzw. Ausgaben bewältigen kann und gleichzeitig den Automatisierungsgrad des Stapelkrans, insbesondere auch die Kranüberwachung, erhöht. Öle Kosten für die Automatisierungseinheit sollen dabei niedrig gehalten werden. 30The object of the present invention is to provide a stacker crane with an automation system that can handle a significantly larger volume of inputs and outputs and at the same time increases the level of automation of the stacker crane, in particular the crane monitoring. The costs for the automation unit should be kept low. 30
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Automatisierungssystem aus einer Recheneinheit mit Speichereinheiten und einer Kransteuereinrichtung besteht, wobei die Recheneinheit zur Übermittlung von Sollwerten mit der Kransteuereinrichtung über einen Datenbus verbunden ist und die Kransteuereinrichtung zur Weiter-The task is solved by the automation system consisting of a computing unit with storage units and a crane control device, whereby the computing unit is connected to the crane control device via a data bus for transmitting setpoint values and the crane control device is connected to the crane control device for further
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gäbe von Sollwerten über einen Reglerbus mit den Antriebsregelungen verbunden ist, wobei die Recheneinheit Kommunikationsprozessoren zum Datenverkehr mit dem Steuerstand und einer Stapelanlageverwaltungseinheit aufweist. 5of setpoints is connected to the drive controls via a controller bus, whereby the computing unit has communication processors for data exchange with the control station and a stacking system management unit. 5
Dadurch *»irci ermöglicht, typisch &idiagr;&eegr;&Iacgr; wis 500 Überwachungsfunktionen während des automatischen Betriebs des Stapelkrans zu reej.isieren bei gleichzeitiger Erweiterung der Regel- und Ein-/ Ausgabekapazität des Automatisierungssystems.This makes it possible to realize typically up to 500 monitoring functions during the automatic operation of the stacker crane while simultaneously expanding the control and input/output capacity of the automation system.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kransteuereinrichtung Baugruppen zur Datenübertragung, insbesondere für Multiplexbetrieb, von den Antrieben zugeordneten Meldern, z.B. Temperaturwächtern, zur Kransteuereinrichtung auf.In an advantageous embodiment of the invention, the crane control device has modules for data transmission, in particular for multiplex operation, from the sensors assigned to the drives, e.g. temperature monitors, to the crane control device.
Dadurch wird die Zahl der an die Automatisierungseinrichtung anzuschließenden Leitungen drastisch verringert, was sowohl den Verdrahtungsaufwand erheblich verringert als auch die Wahrscheinlichkeit von Fehlverdrahtungen drastisch reduziert.This drastically reduces the number of cables that need to be connected to the automation device, which significantly reduces the wiring effort and also drastically reduces the likelihood of incorrect wiring.
Wenn der Kran Detektoren zum Erkennen von am Boden angebrachten Wegmarkierungen aufweist, ist es möglich, die Absolutposition des Krans ohne menschliche Kontrolle zu bestimmen. Die Automatisierungseinrichtung kann also etwaige Meß- oder Rechenfehler bei der Bestimmung der Verfahrposition bemerken undIf the crane is equipped with detectors for detecting path markers on the ground, it is possible to determine the absolute position of the crane without human control. The automation device can therefore detect any measurement or calculation errors in determining the travel position and korrigieren bzw. oen Wegregler für das Fahrwerk selbständig eichen.correct or calibrate the travel controller for the chassis independently.
Mit Vorteil .1st mindestens eine der Verbindungsleitungen zum Steuerstand ein Lichtwellenleiter, da im Lichtwellenleiter übertragene Signale gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen extrem unempfindlich sind. Ferner besitzt ein Lichtwellenleitei eine viel größere Übertragungskapazität als z.B. ein Koaxialkabel und ist darüber hinaus mechanisch unempfindlicher.It is advantageous if at least one of the connecting cables to the control station is a fiber optic cable, since signals transmitted in the fiber optic cable are extremely insensitive to electromagnetic interference. Furthermore, a fiber optic cable has a much greater transmission capacity than, for example, a coaxial cable and is also less mechanically sensitive.
Der Datenverkehr mit der Stapelanlageverwaltungseinheit findet mit Vorteil über eine Einrichtung zur drahtlosen Signalübertra-The data traffic with the stack system management unit is preferably carried out via a device for wireless signal transmission.
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gung statt, die mit dem entsprechenden Kommunikationsprozessor der Recheneinheit des Automatisierungssystems verbunden ist. Dadurch entfällt z.B. das aufwendige Verlegen von Induktionsschleifen entlang des Kranfahrweges.which is connected to the corresponding communication processor of the processing unit of the automation system. This eliminates the need for the time-consuming laying of induction loops along the crane travel path.
Vorzugsweise sind die Baugruppen der Recheneinheit, z.B. die Kommunikationsprozessoren und die Speichereinheiten, in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Durch diese Maßnahme werdenPreferably, the components of the computing unit, e.g. the communication processors and the memory units, are arranged in a common housing. This measure
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pen kurzgehalten, sondern es wird auch ein einfacher Schutzpen short, but it also provides simple protection gegen mechanische und/oder elektrische Störeinflüsse ermöglicht.against mechanical and/or electrical interference.
Mit Vorteil ist die Recheneinheit eine modular aufgebaute speic'ierprogrammierbare Steuerung, da dann pleiche Systemkomponenten für Kransteuerung und Recheneinheit verwendbar sind. Dies bietet zum einen Vorteile der Datenkompatibilität und vereinfccht darüber hinaus die Wartung und reduziert den eventuellen Reparaturaufwand .The advantage of the computing unit is a modular, programmable controller, as the same system components can then be used for the crane control and computing unit. This offers the advantage of data compatibility and also simplifies maintenance and reduces any repair work that may be required.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand derFurther advantages and details emerge from the following description of an embodiment, based on which
-»_!_! . ._J <_ u..kl.J,..> _;i- -1—^. u_ti-ao«n llnfoTOncrM-r.rhon-»_!_! . ._J <_ u..kl.J,..>_;i--1—^. u _ti-ao«n llnfoTOncrM-r.rhon
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FIG 2 das Automatisierungssystem eines Stapelkrans und FIG 3 das Prinzip der Absolutwegüberwachung.FIG 2 the automation system of a stacker crane and FIG 3 the principle of absolute position monitoring.
Gemäß FIG 1 besteht ein Containerstapelplatz aus mindestens einem Kaikran 1, der zum Be- und Entladen eines Schiffes 2According to FIG 1, a container stacking area consists of at least one quay crane 1, which is used for loading and unloading a ship 2 dient, und mindestens einem Stapelkran 3, der zum Ein- bzw. Ausstapeln von Containern 12 in die bzw. aus der Stapelanlage dient. Beide Krane 1, 3 weisen Steuerstände 4, 5 auf, die der Bewegung der Laufkatzen 6, 7 folgen. Weiterhin weisen beide Krane 1, 3 Automatisierungssysteme 8, 9 auf, die mittels Ein-and at least one stacking crane 3, which serves to stack or unstack containers 12 in or out of the stacking system. Both cranes 1, 3 have control stations 4, 5, which follow the movement of the trolleys 6, 7. Furthermore, both cranes 1, 3 have automation systems 8, 9, which are controlled by means of
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richtungen 37, 38, 39 zur drahtlosen Datenübertragung über Funk, vorzugsweise Richtfunk mit Frequenzen im GHz-Bereich, von der Stapelanlagenverwaltungseinheit 10 Befehle erhalten und Quittierungs- bzw. Störungsmaldungen an die Stapelanlagenverwaltungseinheit 10 zurücksenden. Die Krane 1, 3 sind mittels geregelter Antriebe, die der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind, in der Richtung senkrecht zur Darstellungsebene von FIG 1 verfanrbar.Devices 37, 38, 39 for wireless data transmission via radio, preferably radio link with frequencies in the GHz range, receive commands from the stacking system management unit 10 and send acknowledgement or fault messages back to the stacking system management unit 10. The cranes 1, 3 can be moved in the direction perpendicular to the plane of the illustration in FIG. 1 by means of controlled drives, which are not shown for the sake of clarity.
Im folgenden wird der vollautomatische Betrieb des Stapelkrans 3 beschrieben. Das Für den Stapelkran 3 Gesagte ist auf den Kaikran 1 übertragbar, falls das Schiff 2 keine unbestimmten Bewegungen relativ zum Kaikran 1 ausführt.The fully automatic operation of the stacking crane 3 is described below. What has been said for the stacking crane 3 is transferable to the quay crane 1 if the ship 2 does not perform any indeterminate movements relative to the quay crane 1.
Gemäß FIG 2 weist das Automatisierungssystem 9 eine Recheneinheit 11 auf, die von der in FIG 2 nicht dargestellten, übergeordneten Stapelanlagenverwaltungseinheit 10 Anweisungen zum Umstapeln von Containern 12 erhält. Die übermittelten Daten werden zunächst im Kommunikationsprozessor 13 zwischengespeichert und die ordnungsgemäße Übermittlung der Daten quittiert. Vom Prozessor 13 werden nur die Nutzdaten an die Zentraleinheit 14 weitergeleitet. Die Nutzdaten bestehen z.ü. aus einer Mehrzahl von Stapelaufträgen. Die Stapelaufträge werden auf dem Monitor 23 angezeigt. Der Kranführer wählt nun über die Tastatur 25 den Auftrag aus, der zuerst ausgeführt werden soll. Der ausgewählte Auftrag wird an die Verwaltungseinheit 10 gemeldet, die u.a. überprüft, ob der selektierte Container direkt zugänglich ist oder ob zuvor andere Container 12 urngestapelt werden müssen. Die Verwaltungseinheit 10 übermittelt in der Folge entweder Um- stapelauftrage oder sie gibt den Direkttransport des selektierten Containers frei. According to FIG 2, the automation system 9 has a computing unit 11 which receives instructions for restacking containers 12 from the higher-level stacking system management unit 10 (not shown in FIG 2). The transmitted data is initially temporarily stored in the communications processor 13 and the correct transmission of the data is acknowledged. Only the user data is forwarded by the processor 13 to the central unit 14. The user data consists of a plurality of stacking orders. The stacking orders are displayed on the monitor 23. The crane operator then selects the order to be carried out first using the keyboard 25. The selected order is reported to the management unit 10, which checks, among other things, whether the selected container is directly accessible or whether other containers 12 must be restacked first . The management unit 10 then either transmits restacking orders or authorizes direct transport of the selected container .
Die Zentraleinheit 14 speichert die Daten ab und übermittelt Sollwerte für Fahrwerk und Katzfahrwerk, u. U. auch für das Hubwerk des Krans 3, über den Datenbus 16 weiter an die Kran-The central unit 14 stores the data and transmits target values for the chassis and trolley chassis, and possibly also for the hoist of the crane 3, via the data bus 16 to the crane.
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Steuereinrichtung 15, vorzugsweise eine speicherprogrammierbar Steuerung. Die Kransteuereinrichtung 15 berechnet aus den übermittelter, Sollwerten, die z.B. aus einer Containerstellpiatznumrner bestehen können, antriebsbezogene Sollwerte und überträgt diese über den Reglerbus 17 weiter an die einzelnen Antrieben M zugeordneten Regler 18. Die Regler i8, von denen der Übersichtlichkeit halber nur einer dargestellt ist, sind üblicherweise Drehzahlregler mit unterlagerten Stromreglern, die Strcmstellereinheitsn 1? ansteuern: Die benötigten Istwerte für Strom. Dreh-Control device 15, preferably a programmable logic controller. The crane control device 15 calculates drive-related setpoints from the transmitted setpoints, which can consist of a container parking space number, for example, and transmits these via the controller bus 17 to the controllers 18 assigned to the individual drives M. The controllers 18, of which only one is shown for the sake of clarity, are usually speed controllers with subordinate current controllers that control the current control units 1?: The required actual values for current. Speed- zahl und Weg erhalten die Regler 18 von Stromwandlern 20, Tachogeneratoren T sowie gegebenenfalls die Istwege über nicht dargestellte Impulsgeber, aus deren Impulszahl auf die zurückgelegten Wege der entsprechenden Antriebe M zurückgeschlossen werden kann.The controllers 18 receive the number and distance from current transformers 20, tachogenerators T and, if necessary, the actual distances via pulse generators (not shown), from whose number of pulses the distances covered by the corresponding drives M can be deduced.
Im Regelfall sind Fahrwerk und Katzfahrwerk vollautomatisiert, d.h. weggeregelt, und das Hubwerk teilautomatisiert, d.h. drehzahlgeregelt. Es ist aber auch möglich, das Hubwerk in die Automatisierung mit einzubeziehen.As a rule, the chassis and trolley are fully automated, i.e. path-controlled, and the hoist is partially automated, i.e. speed-controlled. However, it is also possible to include the hoist in the automation.
Die gemessenen bzw. bestimmten Istwerte werden von den Reglern IS zurück an dis Kransteuereinrichtung 15 übertragen, die die Istwerte in anlagenspezifische Werte zurückrechnet und weiter an die Zentraleinheit 14 überträgt. Die Zentraleinheit 14 überThe measured or determined actual values are transmitted from the IS controllers back to the crane control unit 15, which converts the actual values into system-specific values and transmits them to the central unit 14. The central unit 14 via gibt die Daten weiter an den Kommunikationsprozessor 21, der die Daten "menschengerecht11 aufbereitet. Der Kommunikationsprozessor 21 ist über Verbindungsleitungen 28 mit dem Steuerstand 5 verbunden. Die Verbindungsleitung zum Monitor 23 ist vorzugsweise ein Glasfaserkabel. Dies hat den Vorteil, daß trotz derpasses the data on to the communication processor 21, which processes the data in a human-friendly manner 11. The communication processor 21 is connected to the control station 5 via connecting lines 28. The connecting line to the monitor 23 is preferably a fiber optic cable. This has the advantage that despite the langen Wege vom Automatisierungssystem 9 zum Steuerstand 5 eine Beeinflussung der übertragenen Signale durch elektromagnetische Störungen praktisch ausgeschlossen ist. Im Steuerstand 5 werden die übermittelten Daten auf einem Datensichtgerät 23 angezeigt, über die Tastatur 25 hat der Kranführer die Möglichkeit, neuelong distances from the automation system 9 to the control station 5, the transmitted signals are practically excluded from being influenced by electromagnetic interference. In the control station 5, the transmitted data is displayed on a data display unit 23, and the crane operator can use the keyboard 25 to enter new
Stapelaufträge auszuwählen bzw. von Hand vorzugeben. Bei sinsm kompletten Ausfall der Recheneinheit 11 hat der Kranführer immer noch die Möglichkeit, über Meisterschalter 36, die direkt auf die Regler 18 wirken, den Kran 3 von Hand zu steuern.Select batch orders or specify them manually. If the computing unit 11 fails completely, the crane operator still has the option of controlling the crane 3 manually using the master switch 36, which acts directly on the controller 18.
Die Zentraleinheit IA, die Kommunikationsprozessoren 13, 21, die Speichereinheiten der Recheneinheit 11 sowie gegebenenfalls weitere, nicht dargestellte Baugruppen sind vorzugsweise als Baugruppen sinsr modular sufgebauten speicherprcgremmierbsren Steuerung, z.B. einer Siemens Simatic-55, aufgebaut und in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Recheneinheit 11 ist dabei ebenso wie die Kransteuerung 15 und die Antriebsregelungen 18 in der Nähe der Stromstellereinheiten 19 angeordnet.The central unit IA, the communication processors 13, 21, the memory units of the computing unit 11 and possibly other modules not shown are preferably constructed as modules in a modular memory-programmable controller, e.g. a Siemens Simatic-55, and arranged in a common housing. The computing unit 11, like the crane controller 15 and the drive controls 18, is arranged near the current controller units 19.
Moderne Krane sind nicht nur automatisiert, sondern überwachen sich auch in immer stärkerem Maße selbst. An jedem Antrieb sind beispielsweise Meßfühler 29 für Motortemperatur oder Kohlebürstenabnutzung angeordnet, deren Signale über Baugruppen 30 im Multiplexbetrieb, vorzugsweise im Zeitmultiplexbetrieb, an dieModern cranes are not only automated, but also increasingly monitor themselves. For example, sensors 29 for motor temperature or carbon brush wear are arranged on each drive, the signals of which are transmitted via modules 30 in multiplex mode, preferably in time-division multiplex mode, to the
dabei vorzugsweise binäre Geber, die nur Signal geben, wenn eine bestimmte, vör6xriyc5tcj.j.tc Temperatur ubsrschrittsn wird bzw. ein voreingestellter Abnutzungsgrad der Kohlebürsten erreicht ist. Auch der Regler 18 wird überwacht und z.B. ein Versorgungs-Preferably binary sensors that only give a signal when a certain temperature is exceeded or a preset degree of wear of the carbon brushes is reached. The controller 18 is also monitored and, for example, a supply Spannungseinbruch über die Leitung 40 bemerkt. Auch diese Daten werden über den Bus 16 und die Zentraleinheit 14 an den Steuerstand 5 weitergeleitet. Die Zentraleinheit 14 c:dt gegebenenfalls für die Übermittlung von Störungsmeldungen an die Stapelanlagenverwaltungseinheit 10, so daß nötige Wartungs- bzw. Re-Voltage drop is detected via line 40. This data is also forwarded to control station 5 via bus 16 and central unit 14. Central unit 14 c: d t, if necessary, for transmitting fault reports to stacking system management unit 10 so that necessary maintenance or repairs can be carried out. paraturarbeiten automatisch angefordert werden können.repair work can be requested automatically.
An de &Ggr;&igr; Kommunikationprozessor 22 sind ein Datensichtgerät 24, ein Drucker 27 und eine Tastatur 26 anschließbar, so daß Störungsmeldungen jederzeit mit protokolliert werden können. 35A data display device 24, a printer 27 and a keyboard 26 can be connected to the communication processor 22 so that fault messages can be logged at any time. 35
.. 90 S 3 2 7 8 0£.. 90S 3 2 7 8 0£
Zur Bestimmung der korrekten Wegsollwerte für das Verfahren des Krans weisen gemäß FIG 3 die Stützen 32 des Stapelkrans 3 Detektoren 33 auf. Entlang des Fahrwegs des Krans 3, der durch die Schiene 34 festgelegt ist, sind in regelmäßigen Abständen, z.B.In order to determine the correct setpoint travel values for the movement of the crane, the supports 32 of the stacking crane 3 have detectors 33 as shown in FIG. 3. Along the travel path of the crane 3, which is defined by the rail 34, detectors 33 are provided at regular intervals, e.g.
alle drei Meter, Markierungen 35, z.B. Magnetcodierungen, angeordnet, die beim Passieren der Stütze 32 von einem Detektor 33 gelesen werden und über eine Verbindungsleitung 31 an die Kransteuereinrichtung 15 weitergegeben werden. Von den Markierungen 35 ist beispielsweise jede zehnte als Absolutmarkierung ausgeführt, aus deren Code die absolute Position des Krans 3 bestimmt werden kann. Durch die Relativmarkierungen zwischen zwei Absolutmarkierungen kann dafür gesorgt werden, daß der Kran 3 genau mittig über den Containern 12 zum Stehen kommt.every three meters, markings 35, e.g. magnetic codes, are arranged, which are read by a detector 33 when passing the support 32 and are passed on to the crane control device 15 via a connecting line 31. Of the markings 35, for example, every tenth is designed as an absolute marking, from whose code the absolute position of the crane 3 can be determined. The relative markings between two absolute markings can ensure that the crane 3 comes to a stop exactly in the middle above the containers 12.
Claims (8)
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1990
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