JP5435952B2 - Crane apparatus and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、クレーン装置及びその制御方法に係り、特にエンジン発電機と蓄電装置を動力源としてハイブリッド制御するエンジン発電機駆動型港湾荷役クレーン装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a crane apparatus and a control method thereof, and more particularly, to an engine generator-driven harbor cargo handling crane apparatus that performs hybrid control using an engine generator and a power storage device as a power source and a control method thereof.
従来のエンジン発電機と蓄電装置をハイブリッド制御する荷役機械は、蓄電装置の充電状態に応じてエンジン発電機の出力を制御している（例えば、特許文献１参照）。
図８において、１０５はエンジン、１０６は発電機、１２４はインバータ、１０７はバッテリー、１２６はエンジンコントローラであり、エンジン発電機からバッテリーへ充電する際には、バッテリー１０７の蓄電状態を監視してその状態に応じてエンジンコントローラ１２６を制御して、エンジン１０５を燃費効率の良い回転数で運転し、発電機１０６を駆動し、インバータ１２４を介してバッテリー１０７へ充電するように動作させる。負荷の回生電力をバッテリーへ充電する際には、破線矢印による負荷の回生電力をインバータ１２４を介してバッテリー１０７へ充電するように動作させる。負荷を電動する際には、バッテリー１０７の蓄電状態を監視してその状態に応じてエンジンコントローラ１２６を制御して、エンジン１０５を燃費効率の良い回転数で運転し、発電機１０６を駆動し、インバータ１２４を介して実線矢印の方向に電力を供給し、かつ、バッテリー１０７よりインバータ１２４を介して実線矢印の方向に電力を供給する方法でエンジン発電機とバッテリーをハイブリッド制御する。
このように、従来のエンジン発電機と蓄電装置をハイブリッド制御する荷役装置は、エンジン発電機を蓄電装置の充電状態に応じて制御していた。
In FIG. 8, 105 is an engine, 106 is a generator, 124 is an inverter, 107 is a battery, and 126 is an engine controller. When charging the battery from the engine generator to the battery, the storage state of the battery 107 is monitored. The engine controller 126 is controlled according to the state so that the engine 105 is operated at a speed with good fuel efficiency, the generator 106 is driven, and the battery 107 is charged via the inverter 124. When charging the regenerative power of the load to the battery, the operation is performed so that the regenerative power of the load indicated by the broken line arrow is charged to the battery 107 via the inverter 124. When the load is electrically driven, the state of charge of the battery 107 is monitored, the engine controller 126 is controlled according to the state, the engine 105 is operated at a speed with good fuel efficiency, the generator 106 is driven, The engine generator and the battery are hybrid controlled by a method in which power is supplied in the direction of the solid line arrow through the inverter 124 and power is supplied from the battery 107 in the direction of the solid line arrow through the inverter 124.
Thus, the conventional cargo handling device that hybrid-controls the engine generator and the power storage device controls the engine generator according to the state of charge of the power storage device.
従来のエンジン発電機と蓄電装置のハイブリッド制御する荷役装置では、蓄電装置の蓄電状態に応じてエンジン発電機の出力を制御するので、蓄電装置の蓄電量が低い場合には負荷の電動エネルギーをエンジン発電機が供給しなければならない。このため、エンジン発電機のみでも負荷の電動エネルギーを供給できる容量のエンジン発電機を選定しなければならないという問題があった。また、負荷に対して小容量のエンジン発電機を選定した場合には、負荷の状態に依存するが、荷役動作する前に蓄電装置の蓄電量が既定値未満であると、エンジン発電機から蓄電装置へ充電しなければならず、充電のための待ち時間が生じるという問題もあった。さらに、エンジンを燃費効率の良い回転数で運転しようとすると汎用性を有したエンジン発電機を使用することができなくなり、エンジン発電機が特殊なものになるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、蓄電装置と小容量化されたエンジン発電機をハイブリッド制御して、従来通りの操作性を提供するとともに省エネルギー化、低公害化を計り、蓄電装置の寿命診断や容易にメンテナンスできるクレーン装置及びその制御方法を提供することを目的とする。In a conventional cargo handling device that performs hybrid control of an engine generator and a power storage device, the output of the engine generator is controlled in accordance with the power storage state of the power storage device. The generator must supply. For this reason, there has been a problem that an engine generator having a capacity capable of supplying the electric energy of the load only by the engine generator has to be selected. Also, when a small-capacity engine generator is selected for the load, depending on the state of the load, if the amount of power stored in the power storage device is less than the predetermined value before the cargo handling operation, the engine generator There was also a problem that the device had to be charged and a waiting time for charging occurred. Furthermore, if the engine is operated at a rotational speed with good fuel efficiency, a general-purpose engine generator cannot be used, and the engine generator becomes special.
The present invention has been made in view of such problems. Hybrid control of a power storage device and a small-capacity engine generator provides the same operability as before and saves energy and reduces pollution. It is an object of the present invention to provide a crane device that can measure and diagnose the life of a power storage device and that can be easily maintained, and a control method thereof.
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、電力を発生させるエンジン発電機と、蓄電装置の充放電を制御する充放電装置と、吊荷を巻上げまたは巻下げる巻上機用モータと、前記巻上機用モータを駆動するインバータと、前記エンジン発電機の出力電力を検出する手段と、前記インバータ及び前記充放電装置の入力部の直流電圧を検出する手段と、前記蓄電装置の電圧を検出する手段と、前記吊荷の高さを検出する手段と、前記吊荷の重量を検出する手段と、を備え、所定の複数の条件下でそれぞれ異なる制御方法に切替えて動作するクレーン装置の制御方法において、前記吊荷の巻上動作加速中の条件では、前記エンジン発電機による出力電力が前記インバータによる出力電力全体に占める割合αを用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定する第１の制御方法に切替え、前記巻上動作一定速中、かつロック中の条件では、少なくとも前記吊荷の高さ及び重量を用いて巻上げに必要とするエネルギーＥ ｒｅｑ を演算し、前記蓄電装置が前記インバータに供給できるエネルギーＥ ｓｃ を演算し、前記エネルギーＥ ｒｅｑ 、前記エネルギーＥ ｓｃ 及び巻上げに要する時間ｔ ｒｅｑ を用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定する第２の制御方法に切替え、上記以外の巻上動作中の条件では、前記充放電装置の前記直流電圧指令と前記検出した直流電圧が一致するように制御して前記蓄電装置の電流指令を決定する第３の制御方法に切替え、前記各制御方法で決定した前記蓄電装置の電流指令を用いて、前記インバータの出力電力を前記エンジン発電機と前記蓄電装置とで制御することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、電力を発生させるエンジン発電機と、蓄電装置の充放電を制御する充放電装置と、吊荷を巻上げまたは巻下げる巻上機用モータと、前記巻上機用モータを駆動するインバータと、前記エンジン発電機の出力電力を検出する手段と、前記インバータ及び前記充放電装置の入力部の直流電圧を検出する手段と、前記蓄電装置の電圧を検出する手段と、前記吊荷の高さを検出する手段と、前記吊荷の重量を検出する手段と、所定の複数の条件下でそれぞれ異なる制御方法に切替えるクレーンコントローラを備えたクレーン装置において、前記クレーンコントローラは、前記吊荷の巻上動作加速中の条件では、前記エンジン発電機による出力電力が前記インバータによる出力電力全体に占める割合αを用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定する第１の制御方法に切替え、前記巻上動作一定速中、かつロック中の条件では、少なくとも前記吊荷の高さ及び重量を用いて巻上げに必要とするエネルギーＥ ｒｅｑ を演算し、前記蓄電装置が前記インバータに供給できるエネルギーＥ ｓｃ を演算し、前記エネルギーＥ ｒｅｑ 、前記エネルギーＥ ｓｃ 及び巻上げに要する時間ｔ ｒｅｑ を用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定する第２の制御方法に切替え、上記以外の巻上動作中の条件では、前記充放電装置の前記直流電圧指令と前記検出した直流電圧が一致するように制御して前記蓄電装置の電流指令を決定する第３の制御方法に切替え、前記各制御方法で決定した前記蓄電装置の電流指令を用いて、前記インバータの出力電力を前記エンジン発電機と前記蓄電装置とで制御することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、電力を発生させるエンジン発電機と、蓄電装置の充放電を制御する充放電装置と、吊荷を巻上げまたは巻下げる巻上機用モータと、前記巻上機用モータを駆動するインバータと、前記エンジン発電機の出力電力を検出する手段と、前記インバータ及び前記充放電装置の入力部の直流電圧を検出する手段と、前記蓄電装置の電圧を検出する手段と、前記吊荷の高さを検出する手段と、前記吊荷の重量を検出する手段と、を備え、所定の複数の条件下でそれぞれ異なる制御方法に切替えて動作するクレーン装置の制御方法において、前記巻上動作一定速中、かつロック中の条件では、少なくとも前記吊荷の高さ及び重量を用いて巻上げに必要とするエネルギーＥ ｒｅｑ を演算し、前記蓄電装置が前記インバータに供給できるエネルギーＥ ｓｃ を演算し、前記エネルギーＥ ｒｅｑ 、前記エネルギーＥ ｓｃ 及び巻上げに要する時間ｔ ｒｅｑ を用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定し、該電流指令を用いて、前記インバータの出力電力を前記エンジン発電機と前記蓄電装置とで制御することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、電力を発生させるエンジン発電機と、蓄電装置の充放電を制御する充放電装置と、吊荷を巻上げまたは巻下げる巻上機用モータと、前記巻上機用モータを駆動するインバータと、前記エンジン発電機の出力電力を検出する手段と、前記インバータ及び前記充放電装置の入力部の直流電圧を検出する手段と、前記蓄電装置の電圧を検出する手段と、前記吊荷の高さを検出する手段と、前記吊荷の重量を検出する手段と、所定の複数の条件下でそれぞれ異なる制御方法に切替えるクレーンコントローラを備えたクレーン装置において、前記クレーンコントローラは、前記巻上動作一定速中、かつロック中の条件では、少なくとも前記吊荷の高さ及び重量を用いて巻上げに必要とするエネルギーＥ ｒｅｑ を演算し、前記蓄電装置が前記インバータに供給できるエネルギーＥ ｓｃ を演算し、前記エネルギーＥ ｒｅｑ 、前記エネルギーＥ ｓｃ 及び巻上げに要する時間ｔ ｒｅｑ を用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定し、該電流指令を用いて、前記インバータの出力電力を前記エンジン発電機と前記蓄電装置とで制御することを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, the present invention is as follows.
The invention according to claim 1 is an engine generator that generates electric power, a charging / discharging device that controls charging / discharging of a power storage device, a motor for a hoisting machine that winds or unwinds a suspended load, and the hoisting machine An inverter for driving a motor; means for detecting output power of the engine generator; means for detecting a DC voltage of an input part of the inverter and the charge / discharge device; means for detecting a voltage of the power storage device; In a control method of a crane apparatus, comprising: means for detecting the height of the suspended load; and means for detecting the weight of the suspended load, wherein the crane device operates by switching to a different control method under a plurality of predetermined conditions. Under the condition during acceleration of the hoisting operation of the suspended load, the power command of the engine generator is calculated using the ratio α of the output power of the engine generator to the total output power of the inverter, and the power Switching to the first control method for determining the current command of the power storage device so that the output power of the engine generator coincides with that of the engine generator. The energy E req required for winding is calculated using the height and weight of the battery, the energy E sc that the power storage device can supply to the inverter is calculated, and the energy E req , the energy E sc and the time required for winding are calculated. t req is used to calculate a power command for the engine generator, and the control is switched to a second control method for determining a current command for the power storage device so that the power command matches the output power of the engine generator, In other conditions during the hoisting operation, the current of the power storage device is controlled by controlling the DC voltage command of the charge / discharge device and the detected DC voltage to coincide with each other. Switching to a third control method for determining a command, and using the current command of the power storage device determined by each control method, the output power of the inverter is controlled by the engine generator and the power storage device. It is what.
The invention described in claim 2 is an engine generator that generates electric power, a charge / discharge device that controls charging / discharging of a power storage device, a motor for a hoisting machine that winds or unwinds a suspended load, and the hoisting machine An inverter for driving a motor; means for detecting output power of the engine generator; means for detecting a DC voltage of an input part of the inverter and the charge / discharge device; means for detecting a voltage of the power storage device; In a crane apparatus comprising a means for detecting the height of the suspended load, a means for detecting the weight of the suspended load, and a crane controller that switches to a different control method under a plurality of predetermined conditions, the crane controller includes: Under the condition during acceleration of the hoisting operation of the suspended load, the engine power is generated using the ratio α of the output power by the engine generator to the total output power by the inverter. Switch to a first control method for determining the current command of the power storage device so that the power command and the output power of the engine generator coincide with each other, and during the constant hoisting operation, Under the condition of locking, the energy E req required for hoisting is calculated using at least the height and weight of the suspended load, the energy E sc that the power storage device can supply to the inverter is calculated, and the energy E req The power command of the engine generator is calculated using the energy E sc and the time t req required for winding, and the current command of the power storage device is determined so that the power command matches the output power of the engine generator. In the condition during the hoisting operation other than the above, the DC voltage command of the charging / discharging device matches the detected DC voltage. And switching to a third control method for determining the current command of the power storage device, and using the current command of the power storage device determined by each control method, the output power of the inverter and the engine generator It is controlled by the power storage device.
According to a third aspect of the present invention, there is provided an engine generator that generates electric power, a charge / discharge device that controls charge / discharge of a power storage device, a motor for a hoisting machine that winds or unwinds a suspended load, and the hoisting machine An inverter for driving a motor; means for detecting output power of the engine generator; means for detecting a DC voltage of an input part of the inverter and the charge / discharge device; means for detecting a voltage of the power storage device; In a control method of a crane apparatus, comprising: means for detecting the height of the suspended load; and means for detecting the weight of the suspended load, wherein the crane device operates by switching to a different control method under a plurality of predetermined conditions. Under the condition that the hoisting operation is at a constant speed and locked, the energy E req required for hoisting is calculated using at least the height and weight of the suspended load, and the power storage device is supplied to the inverter. Energy E sc is calculated , the power command of the engine generator is calculated using the energy E req , the energy E sc and the time t req required for winding, and the power command and the output power of the engine generator are The current command of the power storage device is determined so as to match, and the output power of the inverter is controlled by the engine generator and the power storage device using the current command.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an engine generator that generates electric power, a charging / discharging device that controls charging / discharging of a power storage device, a motor for a hoisting machine that hoists or unwinds a suspended load, and the hoisting machine An inverter for driving a motor; means for detecting output power of the engine generator; means for detecting a DC voltage of an input part of the inverter and the charge / discharge device; means for detecting a voltage of the power storage device; In a crane apparatus comprising a means for detecting the height of the suspended load, a means for detecting the weight of the suspended load, and a crane controller that switches to a different control method under a plurality of predetermined conditions, the crane controller includes: Under the condition of constant speed during the hoisting operation and locking, the energy E req required for hoisting is calculated using at least the height and weight of the suspended load, and the storage An electric device calculates an energy E sc that can be supplied to the inverter, calculates an electric power command of the engine generator using the energy E req , the energy E sc and a time t req required for winding, and the electric power command and the electric power command A current command for the power storage device is determined so that output power of the engine generator matches, and the output power of the inverter is controlled by the engine generator and the power storage device using the current command. To do.
本発明によると、エンジン発電機と蓄電装置をハイブリッド制御することで、従来と同じ運転を従来よりも小容量のエンジン発電機を用いても実施でき、エンジン発電機の出力は従来よりも減少させることができるため、エンジン発電機の燃料を削減できる。
さらに、請求項３に記載の発明によると、巻上加速時において、エンジン発電機から供給する電力を滑らかに立ち上げるようにできるため、従来急峻な負荷変動によって生じるエンジン燃料の不完全燃焼に伴う黒煙排出量を減少できる。
According to the present invention, by performing hybrid control of the engine generator and the power storage device, the same operation as before can be performed using an engine generator having a smaller capacity than before, and the output of the engine generator is reduced compared to the conventional one. Therefore, the fuel for the engine generator can be reduced.
Furthermore, according to the third aspect of the present invention, since the electric power supplied from the engine generator can be smoothly raised during hoisting acceleration, it is accompanied by incomplete combustion of engine fuel that has conventionally been caused by sudden load fluctuations. Black smoke emissions can be reduced.
また、請求項５に記載の発明によると、巻下動作後の巻上運転を待機時間無しで行え、さらに、制動抵抗器で消費させる回生電力量を削減できる。
According to the fifth aspect of the present invention, the hoisting operation after the hoisting operation can be performed without waiting time, and the amount of regenerative power consumed by the braking resistor can be reduced.
また、請求項７に記載の発明によると、減速時に発生する制動エネルギーを有効利用するために蓄電することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to store electricity in order to effectively use the braking energy generated during deceleration.
また、請求項９に記載の発明によると、次回の運転動作に備えた蓄電装置の充電や、メンテナンス動作、つまり、経年変化による蓄電装置（電気二重層コンデンサ）の静電容量の低下の確認、及び緊急時の充電エネルギーの放出に対応可能である。
Further, according to the invention described in claim 9 , charging of the power storage device in preparation for the next driving operation and maintenance operation, that is, confirmation of a decrease in the capacitance of the power storage device (electric double layer capacitor) due to secular change, In addition, it is possible to cope with the release of charging energy in an emergency.
１ エンジン発電機
５ 整流器
１０ 巻上機用インバータ
１１ 走行機用インバータ
１２ 横行機用インバータ
１５ 制動ユニット
１８ 充放電装置
２０ 巻上機用モータ
２１ 走行機用モータ
２２ 横行機用モータ
２５ 制動抵抗器
２８ 蓄電装置
３０ 巻上機
３１ 走行機
３２ 横行機
４０ クレーンコントローラ
４８ 充放電装置コントローラ
５０ クレーン操作器具
５１ ハイブリッド操作器具
６０ 電力検出器
１０５ エンジン
１０６ 発電機
１０７ バッテリー
１０８ 走行用電動機
１０９ トランスミッション
１１０ 車輪（左前、右前）
１１１ 車輪（左後、右後）
１１２ アクスル
１１３ アクスル
１１４ ブーム起状シリンダ
１１５ ブーム伸縮シリンダ
１１６ ブーム用電動機
１１７ ブーム用油圧ポンプ
１１８ 旋回用電動機
１１９ 減速機
１２０ 三巻ウインチ用電動機
１２１ 補巻ウインチ用電動機
１２２ 減速機
１２３ 減速機
１２４ インバータ
１２４ａ クレーン操作器具
１２５ コントローラ
１２６ エンジンコントローラ
Ａ 上部旋回体（クレーン系）
Ｂ 下部走行体（走行系）DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine generator 5 Rectifier 10 Hoisting machine inverter 11 Traveling machine inverter 12 Traversing machine inverter 15 Braking unit 18 Charging / discharging device 20 Hoisting machine motor 21 Running machine motor 22 Traversing machine motor 25 Braking resistor 28 Power storage device 30 Hoisting machine 31 Traveling machine 32 Traverse machine 40 Crane controller 48 Charge / discharge device controller 50 Crane operating tool 51 Hybrid operating tool 60 Electric power detector 105 Engine 106 Generator 107 Battery 108 Electric motor for driving 109 Transmission 110 Wheel (front left, Right front)
111 wheels (left rear, right rear)
112 Axle 113 Axle 114 Boom raising cylinder 115 Boom telescopic cylinder 116 Boom motor 117 Boom hydraulic pump 118 Swivel motor 119 Reducer 120 Three-wind winch motor 121 Supplementary winch motor 122 Reducer 123 Reducer 124 Inverter 124a Crane operating tool 125 Controller 126 Engine controller A Upper swing body (crane system)
B Lower traveling body (traveling system)
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。 Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の方法を実施するエンジン発電機駆動型港湾荷役クレーン装置の構成を示すシステム構成図である。ここでは、トランスファークレーン（又はＲＴＧＣ）と呼ばれるコンテナを荷役する門型クレーンを例にして実施例を説明する。
図において実線は電力系統に関する電気的な接続を示しており、破線は指令やフィードバックの信号に関する電気的な流れを示している。
エンジン発電機１により発生した交流電圧は、整流器５を介して直流電圧に変換されて、前記整流器２の出力側に巻上機用インバータ１０、走行機用インバータ１１、横行機用インバータ１２、制動ユニット１５、及び充放電装置２８がつながれている。
また、クレーン操作器具５０によるクレーンの操作信号は、クレーンコントローラ４０を介して巻上機用インバータ１０、走行機用インバータ１１、横行機用インバータ１２へ動作速度の指令として伝送され、巻上機用インバータ１０が巻上機用モータ２０の速度を制御して巻上機３０を駆動し、走行機用インバータ１１が走行機用モータ２１の速度を制御して走行機３１を駆動し、横行機用インバータ１２が横行機用モータ２２の速度を制御して横行機３２を駆動する。
制動ユニット１５はつながれた直流電圧値に応じて、制動抵抗器２５へ電力を供給したり、停止したりすることができる。
ハイブリッド操作器具５１は、充放電及び充放電制御方法をクレーンの状態に応じて自動切替する方法と、クレーンの状態に無関係に、操作器具（スイッチやボタン）を使用して手動切替する方法とを切替える。この切換え信号は、クレーンコントローラ４０を介して充放電装置コントローラ４８に伝送され、充放電装置１８の制御方法を切替える。
充放電装置１８には、例えば、昇降圧チョッパ回路により充電電流、放電電流を制御できるＤＣ／ＤＣコンバータを採用する。蓄電装置２８には例えば、高速に充放電が可能な電気二重層コンデンサを採用する。蓄電装置２８は充放電装置１８の制御によって、電気的エネルギーの充電及び放電動作を行うことができる。
巻上機３０及び、走行機３１及び、横行機３２が、電動動作によりエネルギーを必要とする場合には、エンジン発電機１と蓄電装置２８を充放電装置１８がハイブリッド制御してクレーンを動作させ、回生動作によりエネルギーが回生される場合には、エンジン発電機１と回生動作によるエネルギーを充放電装置１８がハイブリッド制御して蓄電装置２８へ充電する。なお、充放電装置１８は、エンジン発電機の出力可能な電力範囲でエンジン発電機の出力電力を制御する（間接的にエンジン発電機を制御する）ものである。FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of an engine generator-driven harbor cargo handling crane apparatus for carrying out the method of the present invention. Here, an embodiment will be described by taking as an example a portal crane that handles containers called a transfer crane (or RTGC).
In the figure, solid lines indicate electrical connections related to the power system, and broken lines indicate electrical flows related to commands and feedback signals.
The AC voltage generated by the engine generator 1 is converted to a DC voltage via the rectifier 5, and the hoisting machine inverter 10, the traveling machine inverter 11, the traversing machine inverter 12, the braking are provided on the output side of the rectifier 2. The unit 15 and the charging / discharging device 28 are connected.
Further, the crane operation signal from the crane operating tool 50 is transmitted as an operation speed command to the hoisting machine inverter 10, the traveling machine inverter 11, and the traverse machine inverter 12 via the crane controller 40. The inverter 10 controls the speed of the hoisting machine motor 20 to drive the hoisting machine 30, and the traveling machine inverter 11 controls the speed of the traveling machine motor 21 to drive the traveling machine 31, The inverter 12 drives the traversing machine 32 by controlling the speed of the traversing machine motor 22.
The braking unit 15 can supply electric power to the braking resistor 25 or stop it according to the connected DC voltage value.
The hybrid operating instrument 51 includes a method of automatically switching charging / discharging and a charging / discharging control method according to the state of the crane, and a method of manually switching using an operating instrument (switch or button) regardless of the state of the crane. Switch. This switching signal is transmitted to the charging / discharging device controller 48 via the crane controller 40 to switch the control method of the charging / discharging device 18.
For the charging / discharging device 18, for example, a DC / DC converter capable of controlling a charging current and a discharging current by a step-up / down chopper circuit is employed. For example, an electric double layer capacitor that can be charged and discharged at high speed is adopted as the power storage device 28. The power storage device 28 can perform electric energy charging and discharging operations under the control of the charging / discharging device 18.
When the hoisting machine 30, the traveling machine 31, and the traversing machine 32 require energy by electric operation, the charge / discharge device 18 performs hybrid control of the engine generator 1 and the power storage device 28 to operate the crane. When energy is regenerated by the regenerative operation, the charging / discharging device 18 hybrid-controls the energy from the engine generator 1 and the regenerative operation to charge the power storage device 28. The charging / discharging device 18 controls the output power of the engine generator within the power range that the engine generator can output (indirectly controls the engine generator).
図２はエンジン発電機駆動型港湾荷役クレーン装置での巻上中に制御方法を切替える処理手順を示すフローチャートである。これらの処理はクレーンコントローラ４０で行われる。
はじめに、ステップ1で巻上動作かどうか判断して巻上動作の場合に次のステップに進む。ステップ２で加速中かどうか判断し、加速中である場合に制御方法１を選択して加速中でない場合に次のステップへ進む。
次に、ステップ３で一定速中かどうか判断し、一定速中である場合に次のステップへ進む。ステップ４でロックかどうか判断し、ロックである場合に制御方法２を選択する。
ステップ３において一定速中でない場合、もしくはステップ４でロックではない場合に制御方法３を選択する。
なお、ロックとは吊具がコンテナを吊っている状態を示している。ちなみに、吊具がコンテナを吊っていない状態はアンロックと称される。FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure for switching the control method during hoisting by the engine generator-driven harbor cargo handling crane apparatus. These processes are performed by the crane controller 40.
First, in step 1, it is determined whether or not the hoisting operation is performed, and in the case of the hoisting operation, the process proceeds to the next step. In step 2, it is determined whether or not the vehicle is accelerating. When the vehicle is accelerating, the control method 1 is selected, and when the vehicle is not accelerating, the process proceeds to the next step.
Next, in step 3, it is determined whether or not the vehicle is at a constant speed. In step 4, it is determined whether or not it is locked, and if it is locked, control method 2 is selected.
If it is not at a constant speed in step 3, or if it is not locked in step 4, control method 3 is selected.
In addition, the lock | rock has shown the state which has suspended the container. By the way, the state in which the hanging tool does not hang the container is called unlocking.
図３は前記制御方法１を説明する制御ブロック図であり、クレーンコントローラ４０は、エンジン発電機電力がエンジン発電機指令値に追従するようにＤＣ／ＤＣコンバータに流す電流値を制御する。制御方法は、例えばエンジン発電機電力とエンジン発電機指令値の偏差をＰＩ（比例・積分）制御し、蓄電装置電流指令を決定する。この蓄電装置電流指令を用いて蓄電装置の電流を制御する。このようにしてエンジン発電機電力を制御する。
ここで、制御ブロック内において、Ｐｇｅｎ＿ｒｅｆはエンジン発電機電力指令、Ｐｇｅｎはエンジン発電機電力、Ｖｓｃは蓄電装置の電圧、Ｋｇｅｎはエンジン発電機特性定数、τｇｅｎはエンジン発電機時定数、Ｐｓｃ＿ｒｅｆは蓄電装置電力指令、Ｐｌｏａｄは負荷電力、Ｐ＊ ｇｅｎ＿ｒｅｆはエンジン発電機電力指令、Ｉｓｃ＿ｒｅｆは蓄電装置電流指令（ＤＣ／ＤＣコンバータ指令電流・制御入力）、ＰＩはＰＩ制御部を示している。FIG. 3 is a control block diagram for explaining the control method 1. The crane controller 40 controls the current value that flows through the DC / DC converter so that the engine generator power follows the engine generator command value. In the control method, for example, PI (proportional / integral) control is performed on the deviation between the engine generator power and the engine generator command value to determine the power storage device current command. Using this power storage device current command, the current of the power storage device is controlled. In this way, the engine generator power is controlled.
Here, in the control block, P gen_ref is the engine generator power command, P gen is the engine generator power, V sc is the voltage of the power storage device, K gen is the engine generator characteristic constant, and τ gen is the engine generator time constant. , P sc_ref is the power storage device power command, P load is the load power, P * gen_ref is the engine generator power command, I sc_ref is the power storage device current command (DC / DC converter command current / control input), and PI is the PI control unit Show.
制御方法１において、エンジン発電機電力指令は、巻上機用インバータのトルク指令値
Ｔｒｅｆと巻上機用モータの回転速度ωｆｂから数式１を用いて演算できる。
数式１において、ηｍは巻上機インバータから負荷への電力伝達過程における伝導効率を示しており、０．９ぐらいとなる。αは巻上機用インバータの出力電力に対してどれだけをエンジン発電機が供給するかという割合を示したものである。前記のように、エンジン発電機は小容量のエンジン発電機が選択されているので、αは１よりも小さい値としなければならない。すなわち、例えばαを０．８とした場合には、エンジン発電機が巻上機用インバータの出力電力の８０％を供給し、残りの２０％を蓄電装置が供給してハイブリッド制御する。In the control method 1, the engine generator power command can be calculated using Equation 1 from the torque command value T ref of the hoisting machine inverter and the rotational speed ω fb of the hoisting motor.
In Equation 1, η m indicates the conduction efficiency in the power transmission process from the hoisting machine inverter to the load, and is about 0.9. α indicates the ratio of how much the engine generator supplies to the output power of the hoisting machine inverter. As described above, since an engine generator having a small capacity is selected as the engine generator, α must be a value smaller than 1. That is, for example, when α is set to 0.8, the engine generator supplies 80% of the output power of the hoisting machine inverter, and the power storage device supplies the remaining 20% to perform hybrid control.
制御方法２は、図３と同様の制御ブロック図において、エンジン発電機への電力指令のみを変更して実施する。
制御方法２において、エンジン発電機電力指令は次のように求めることができる。
まず、現在の巻上高さｈ０から巻上最大高さｈｍａｘまで現在の重量Ｍを巻上するために必要なエネルギーＥｒｅｑは数式２のように演算する。
次に、現在の蓄電装置の電圧Ｖ０から設定する蓄電装置の最低電圧Ｖｍｉｎまでに蓄電装置が巻上機に供給できるエネルギーＥｓｃは数式３のように演算する。
数式３において、Ｃｓｃは蓄電装置（電気二重層コンデンサ）の静電容量、ηｓｃは蓄電装置から巻上機へエネルギーを供給した場合の電気的な効率であり、例えば０．７ぐらいとなる。
また、現在の速度ｖ０で現在の巻上高さｈ０から巻上最大高さｈｍａｘまで巻上した場合に要する時間ｔｒｅｑは数式４のように演算する。
ここで、現在の巻上高さｈ０から巻上最大高さｈｍａｘまで現在の重量Ｍを巻上するために必要なエネルギーＥｒｅｑは蓄電装置が巻上機に供給できるエネルギーＥｓｃとエンジン発電機の電力指令Ｐｇｅｎ＿ｒｅｆから数式５のように演算する。
したがって、数式５に数式２、数式３、数式４を代入して制御方法２におけるエンジン発電機電力指令を数式６のように演算する。
In the control method 2, the engine generator power command can be obtained as follows.
First, the energy E req necessary for winding the current weight M from the current hoisting height h 0 to the hoisting maximum height h max is calculated as in Equation 2.
Next, the energy E sc that the power storage device can supply to the hoisting machine from the current voltage V 0 of the power storage device to the minimum voltage V min of the power storage device to be set is calculated as in Expression 3.
In Equation 3, C sc is the capacitance of the power storage device (electric double layer capacitor), and η sc is the electrical efficiency when energy is supplied from the power storage device to the hoisting machine, for example, about 0.7. .
Further, the time t req required for winding from the current hoisting height h 0 to the hoisting maximum height h max at the current speed v 0 is calculated as in Equation 4.
Here, the energy E req necessary for winding the current weight M from the current hoisting height h 0 to the hoisting maximum height h max is the energy E sc that the power storage device can supply to the hoist and the engine It calculates like Formula 5 from the electric power command Pgen_ref of a generator.
Therefore, by substituting Equation 2, Equation 3, and Equation 4 into Equation 5, the engine generator power command in the control method 2 is calculated as Equation 6.
図４は前記制御方法３を説明する制御ブロック図であり、クレーンコントローラ４０は、インバータ及び充放電装置の入力部の直流電圧がインバータ及び充放電装置の入力部の直流電圧の指令値に追従するようにＤＣ／ＤＣコンバータに流す電流値を制御する。制御方法は、例えば、インバータ及び充放電装置の入力部の直流電圧とその指令値との偏差をＰＩ（比例・積分）制御して蓄電装置電流指令を決定する。このようにしてインバータ及び充放電装置の入力部の直流電圧を制御する。
本発明のようなハイブリッド設備を有していないクレーン装置では、巻上機が巻上動作を行うと、インバータ及び充放電装置の直流電圧は低下する。このような場合には、前記直流電圧の低下分を見込んでその直流電圧指令値を決定し、直流電圧部分に蓄電装置から充放電装置を介してエネルギーを供給するようにすれば、蓄電装置に蓄えられたエネルギーを巻上動作に用いるようにできる。
ここで、直流電圧に変換される整流器の出力部からインバータの入力部にかけてはＤＣリンクと称される。このため、制御ブロック内において、Ｖｄｃ＿ｒｅｆはＤＣリンク電圧指令、ＶｄｃはＤＣリンク電圧、ＩｄｃはＤＣリンク電流、ＣｄｃはＤＣリンクキャパシタンス、ＰｄｃはＤＣリンク電力という名称でそれらを示している。FIG. 4 is a control block diagram for explaining the control method 3. In the crane controller 40, the DC voltage of the input part of the inverter and the charge / discharge device follows the command value of the DC voltage of the input part of the inverter and the charge / discharge device. In this manner, the value of the current flowing through the DC / DC converter is controlled. In the control method, for example, PI (proportional / integral) control of the deviation between the DC voltage of the input unit of the inverter and the charge / discharge device and the command value thereof is performed to determine the power storage device current command. In this way, the DC voltage of the inverter and the input part of the charging / discharging device is controlled.
In the crane apparatus which does not have the hybrid equipment as in the present invention, when the hoisting machine performs the hoisting operation, the DC voltage of the inverter and the charging / discharging device is lowered. In such a case, if the DC voltage command value is determined in anticipation of the decrease in the DC voltage and energy is supplied to the DC voltage portion from the power storage device via the charging / discharging device, the power storage device The stored energy can be used for the hoisting operation.
Here, it is called a DC link from the output part of the rectifier which is converted into a DC voltage to the input part of the inverter. Therefore, in the control block, V dc_ref is a DC link voltage command, V dc is a DC link voltage, I dc is a DC link current, C dc is a DC link capacitance, and P dc is a DC link power. Yes.
このように、巻上中にクレーンの状態に応じて制御方法を切替えてクレーンの状態に適した制御方法を自動的に採用するので、巻上加速中のように大きな負荷電力が必要な場合には制御方法１で、巻上一定速中のように常に必要な電力値がほとんど一定になる場合には制御方法２で、巻上減速中のように小さな負荷電力が必要な場合には制御方法３で、エンジン発電機が小容量であっても、エンジン発電機と蓄電装置の電力供給状態をハイブリッド制御することができ、操作性においても従来通りの巻上操作ができるのである。 In this way, the control method is switched automatically according to the crane state during hoisting and the control method suitable for the crane state is automatically adopted, so when large load power is required, such as during hoisting acceleration. Is the control method 1 when the required power value is almost constant, such as during constant winding speed, and the control method 2 when small load power is required, such as during winding deceleration. 3, even if the engine generator has a small capacity, the power supply state of the engine generator and the power storage device can be hybrid-controlled, and the conventional hoisting operation can be performed in terms of operability.
図５はエンジン発電機駆動型港湾荷役クレーン装置での巻下中に制御方法を切替える処理手順を示すフローチャートである。これらの処理はクレーンコントローラ４０で行われる。
はじめに、ステップ５で巻下動作かどうか判断し、巻下動作の場合には次のステップに進む。ステップ６で加速中かどうか判断し、加速中でない場合に次のステップへ進む。ステップ７で減速中かどうか判断し、減速中でない場合（巻下げ動作が一定速の場合）に次のステップへ進む。ステップ８で蓄電装置の充電電圧が判定値以上かどうか判断し、判定値以上でない場合に制御方法４を選択する。ステップ６において加速中である場合、もしくはステップ７において減速中である場合、もしくはステップ８において蓄電装置の充電電圧が判定値以上である場合に制御方法５を選択する。FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure for switching the control method during unwinding in the engine generator-driven harbor cargo handling crane apparatus. These processes are performed by the crane controller 40.
First, in step 5, it is determined whether or not the lowering operation is performed, and in the case of the lowering operation, the process proceeds to the next step. In step 6, it is determined whether or not the vehicle is accelerating. If not, the process proceeds to the next step. In step 7, it is determined whether or not the vehicle is decelerating. When the vehicle is not decelerating (when the lowering operation is a constant speed), the process proceeds to the next step. In step 8, it is determined whether or not the charging voltage of the power storage device is equal to or higher than a determination value, and if it is not equal to or higher than the determination value, the control method 4 is selected. Control method 5 is selected when accelerating in step 6, decelerating in step 7, or when the charging voltage of the power storage device is greater than or equal to the determination value in step 8.
ステップ８における蓄電装置の充電電圧の判定値は次のように演算することができる。
まず、現在の巻上高さｈ０から巻上最大高さｈｍａｘまで現在の重量Ｍを巻上するために必要なエネルギーＥｒｅｑは数式２と同様に演算する。次にエンジン発電機を最大の出力電力Ｐｇｅｎ＿ｒｅｆ＿ｍａｘで現在の重量Ｍもしくは現在がアンロック状態であれば予測できる最大の重量を巻上するために必要な時間ｔｈｏｉｓｔにエンジン発電機が供給可能なエネルギーＥａｖａｉｌ＿ＥＧは数式７のように演算する。
また、ある蓄電装置の電圧Ｖｒｅｑから設定する蓄電装置の最低電圧Ｖｍｉｎまでに蓄電装置が巻上機に供給できるエネルギーＥａｖａｉｌ＿ｓｃは数式８のように演算する。
ここで、現在の巻上高さｈ０から巻上最大高さｈｍａｘまで現在の重量Ｍもしくは現在がアンロック状態であれば、予測できる最大の重量を巻上するために必要なエネルギーＥｒｅｑは蓄電装置が巻上機に供給できるエネルギーＥａｖａｉｌ＿ｓｃとエンジン発電機の供給できるエネルギーＥａｖａｉｌ＿ＥＧから数式９のように演算する。
したがって、数式９に数式２、数式７、数式８を代入してステップ７における蓄電装置の充電電圧の判定値を数式１０のように演算する。
First, the energy E req necessary for winding the current weight M from the current hoisting height h 0 to the hoisting maximum height h max is calculated in the same manner as Equation 2. Next, the engine generator can be supplied at the time t hoist required to roll up the maximum weight that can be predicted if the engine generator is at the current weight M or the current output is unlocked with the maximum output power P gen_ref_max. The energy E avail — EG is calculated as in Equation 7.
Further, the energy E avail_sc that can be supplied from the power storage device to the hoisting machine from the voltage V req of the power storage device to the minimum voltage V min of the power storage device that is set is calculated as in Expression 8.
Here, if the current weight M from the current hoisting height h 0 to the hoisting maximum height h max or the present is unlocked, the energy E req necessary for hoisting the maximum weight that can be predicted. Is calculated from the energy E avail_sc that the power storage device can supply to the hoist and the energy E avail_EG that can be supplied from the engine generator as shown in Equation 9.
Therefore, Formula 2, Formula 7, and Formula 8 are substituted into Formula 9, and the determination value of the charging voltage of the power storage device in Step 7 is calculated as Formula 10.
制御方法４は、図３と同様の制御ブロック図において、エンジン発電機の電力指令のみを変更して実施する。
巻下動作時には、クレーンの次回の巻上動作運転ができるように事前に考慮されていなければならない。つまり、巻下動作による回生エネルギーが小さいと、この回生エネルギーを蓄電装置へ充電していても次回の巻上動作のための蓄電エネルギーとしては不十分な場合がある。このとき、巻下動作による回生エネルギーに加え、エンジン発電機によりエネルギーを充電する。エンジン発電機の指令値は、エンジン発電機の出力可能な範囲内に設定され、エネルギーは充放電装置を介して蓄電装置へ充電される。エンジン発電機の指令値を大きくすればするほど、蓄電装置への急速な充電が可能となる。The control method 4 is implemented by changing only the power command of the engine generator in the same control block diagram as FIG.
During the unwinding operation, consideration must be given in advance so that the next hoisting operation of the crane can be performed. That is, if the regenerative energy due to the lowering operation is small, even if the regenerative energy is charged to the power storage device, the energy may not be sufficient for the next hoisting operation. At this time, energy is charged by the engine generator in addition to the regenerative energy by the lowering operation. The command value of the engine generator is set within a range in which the engine generator can output, and the energy is charged into the power storage device via the charge / discharge device. The larger the command value of the engine generator, the faster the power storage device can be charged.
制御方法５は、図４と同様の制御ブロック図において、インバータ及び充放電装置の入力部の直流電圧の指令値のみ変更して実施する。
本発明のようなハイブリッド設備を有していないクレーン装置では、巻上機が巻下動作を行うと、インバータ及び充放電装置の直流電圧は上昇し、所定の電圧値以上になると、接続された制動ユニットが動作し、回生エネルギーを制動抵抗器で消費してしまう。そこで、インバータ及び充放電装置の直流電圧が、制動ユニットが動作する電圧値以下になるようにその指令値を決定し、直流電圧部分から蓄電装置へ充放電装置を介してエネルギーを供給するようにすれば、巻下動作によって生じる回生エネルギーを有効に蓄電装置に蓄えることができる。インバータ及び充放電装置の直流電圧の指令値は、巻上機が巻下動作を行った場合に、直流電圧が上昇して制動ユニットが動作するよりも小さくかつ、クレーンが動作しない状態でのインバータ及び充放電装置の直流電圧値よりも大きな値とすればよい。
尚、クレーンが動作しない状態でのインバータ及び充放電装置の直流電圧値よりも小さな指令値を与えてしまった場合には、エンジン発電機が動作して、巻下動作による回生エネルギーとエンジン発電機の発電エネルギーを蓄電装置へ充電することになる。The control method 5 is implemented by changing only the command value of the DC voltage at the input part of the inverter and the charge / discharge device in the same control block diagram as FIG.
In the crane apparatus that does not have the hybrid equipment as in the present invention, when the hoisting machine performs the lowering operation, the DC voltage of the inverter and the charging / discharging device rises and is connected when the voltage exceeds a predetermined voltage value. The braking unit operates and regenerative energy is consumed by the braking resistor. Therefore, the command value is determined so that the DC voltage of the inverter and the charging / discharging device is equal to or lower than the voltage value at which the braking unit operates, and energy is supplied from the DC voltage portion to the power storage device via the charging / discharging device. Then, the regenerative energy generated by the lowering operation can be effectively stored in the power storage device. The direct current voltage command value of the inverter and charging / discharging device is smaller than the direct current voltage increases and the braking unit operates when the hoisting machine performs the lowering operation, and the inverter is in a state where the crane is not operated. And what is necessary is just to set it as a bigger value than the direct-current voltage value of a charging / discharging apparatus.
If a command value smaller than the DC voltage value of the inverter and charging / discharging device when the crane is not operating is given, the engine generator operates and the regenerative energy and engine generator generated by the lowering operation The power generation energy is charged to the power storage device.
以上のようにして、巻下中にクレーンの状態に応じて制御方法を切替えてクレーンの状態に適した制御方法を自動的に採用するので、蓄電装置の蓄電量が少ない場合には制御方法４が選択され、エンジン発電機の発電エネルギーと巻下回生動作による回生エネルギーの両方を蓄電装置へ蓄電できる。また、蓄電装置の蓄電量が十分な場合には制御方法５が選択され、巻下回生動作による回生エネルギーのみを蓄電装置へ蓄電することができる。
このように、エンジン発電機が小容量であっても、次回の巻上操作に備えてエンジン発電機と蓄電装置のハイブリッド制御により巻上操作が可能となるように蓄電装置へエネルギーを充電することができ、操作性においても従来通りの巻下操作ができるのである。As described above, the control method is automatically adopted according to the crane state by switching the control method according to the state of the crane during unwinding, and therefore the control method 4 when the power storage amount of the power storage device is small. Is selected, and both the power generated by the engine generator and the regenerative energy generated by the rewinding operation can be stored in the power storage device. Further, when the amount of power stored in the power storage device is sufficient, the control method 5 is selected, and only the regenerative energy generated by the rewinding regenerative operation can be stored in the power storage device.
In this way, even when the engine generator has a small capacity, the energy storage device is charged with energy so that the hoisting operation can be performed by hybrid control of the engine generator and the power storage device in preparation for the next hoisting operation. Therefore, a conventional lowering operation can be performed in terms of operability.
図６は、エンジン発電機駆動型港湾荷役クレーン装置での走行中に制御方法を切替える処理手順を示すフローチャートである。これらの処理はクレーンコントローラ４０で行われる。
はじめに、ステップ９で、走行動作かどうか判断して走行動作の場合に次のステップに進む。ステップ１０でＤＣリンクの電圧が判定値以上かどうか判断し、ＤＣリンクの電圧が判定値以上でない場合に次のステップへ進む。ステップ１１で蓄電装置の電圧が判定値以上かどうか判断し、蓄電装置の電圧が判定値以上である場合に次のステップに進む。ステップ１２でエンジン発電機の電力が判定値以上かどうか判断し、エンジン発電機の電力が判定値以上である場合に制御方法６を選択する。
ステップ１０で、ＤＣリンクの電圧が判定値以上でない場合で、ステップ１１で蓄電装置の電圧が判定値以上でない場合に次のステップに進む。ステップ１３でエンジン発電機の電力が判定値以上かどうか判断し、エンジン発電機の電力が判定値以上である場合に制御方法７を選択する。
ステップ１０で、ＤＣリンクの電圧が判定値以上の場合に制御方法８を選択する。
また、ステップ１２で、エンジン発電機の電力が判定値以上でない場合、もしくはステップ１３でエンジン発電機の電力が判定値以上でない場合にはどの制御方法も選択しない。
ステップ１１における蓄電装置の充電電圧の判定値は任意に決定することができる。FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure for switching the control method during traveling in the engine generator-driven harbor cargo handling crane apparatus. These processes are performed by the crane controller 40.
First, in step 9, it is determined whether or not it is a traveling operation. In step 10, it is determined whether or not the DC link voltage is equal to or higher than the determination value. If the DC link voltage is not equal to or higher than the determination value, the process proceeds to the next step. In step 11, it is determined whether or not the voltage of the power storage device is equal to or higher than a determination value. If the voltage of the power storage device is equal to or higher than the determination value, the process proceeds to the next step. In step 12, it is determined whether or not the power of the engine generator is greater than or equal to a determination value. If the power of the engine generator is greater than or equal to the determination value, the control method 6 is selected.
If the DC link voltage is not equal to or higher than the determination value in step 10 and the voltage of the power storage device is not equal to or higher than the determination value in step 11, the process proceeds to the next step. In step 13, it is determined whether the power of the engine generator is equal to or greater than a determination value. If the power of the engine generator is equal to or greater than the determination value, the control method 7 is selected.
In step 10, if the voltage of the DC link is equal to or higher than the determination value, the control method 8 is selected.
Further, when the power of the engine generator is not greater than or equal to the determination value at step 12, or when the power of the engine generator is not equal to or greater than the determination value at step 13, no control method is selected.
The determination value of the charging voltage of the power storage device in step 11 can be arbitrarily determined.
制御方法６は、図３と同様の制御ブロック図において、エンジン発電機の電力指令値のみを変更して実施する。
走行運転が力行状態であれば、走行のためのエネルギーが必要であり、エンジン発電機から前記エネルギーは供給される。エンジン発電機の出力電力がその電力指令値を超えないように制御されるが、電力指令値を超えようとする分を蓄電装置が充放電装置を介して放電し供給する。そのため、エンジン発電機の電力指令値はエンジン発電機が出力可能な範囲内の値とすることができる。特に制御方法６の場合、蓄電装置の電圧が判定値以上の値であるので、エンジン発電機の電力指令値に小さな値を選定すれば、蓄電装置に蓄えられたエネルギーを多く使用するようにでき、エンジン発電機が供給するエネルギー量を軽減できる。The control method 6 is implemented by changing only the power command value of the engine generator in the same control block diagram as FIG.
If the traveling operation is in a power running state, energy for traveling is required, and the energy is supplied from the engine generator. Control is performed so that the output power of the engine generator does not exceed the power command value, but the power storage device discharges and supplies the power that exceeds the power command value via the charge / discharge device. Therefore, the power command value of the engine generator can be set to a value within a range that can be output by the engine generator. In particular, in the case of the control method 6, since the voltage of the power storage device is equal to or higher than the determination value, if a small value is selected for the power command value of the engine generator, a large amount of energy stored in the power storage device can be used. The amount of energy supplied by the engine generator can be reduced.
制御方法７は、図３と同様の制御ブロック図において、エンジン発電機の電力指令値のみを変更して実施する。
制御方法６ではエンジン発電機の出力電力が指令値を超えないように電力値を一定に制御して、エンジン発電機が供給するエネルギー量を軽減させることができる。制御方法７では、走行動作はどれくらい続くのか判断できず、蓄電装置の電圧が判定値以上ではない。そのため、蓄電装置に蓄えられたエネルギーは十分でないとし、前記エンジン発電機の電力指令値に制御方法６で選定した値よりも大きな値を選定して、蓄電装置に蓄えられたエネルギーを僅かだけ使用するようにすると、エンジン発電機が供給するエネルギー量を軽減できる。The control method 7 is implemented by changing only the power command value of the engine generator in the same control block diagram as FIG.
In the control method 6, the amount of energy supplied by the engine generator can be reduced by controlling the power value to be constant so that the output power of the engine generator does not exceed the command value. In the control method 7, it cannot be determined how long the traveling operation will continue, and the voltage of the power storage device is not equal to or higher than the determination value. Therefore, it is assumed that the energy stored in the power storage device is not sufficient, and a value larger than the value selected in the control method 6 is selected for the power command value of the engine generator, and only a small amount of energy stored in the power storage device is used. By doing so, the amount of energy supplied by the engine generator can be reduced.
制御方法８は、図４と同様の制御ブロック図において、インバータ及び充放電装置の入力部の直流電圧の指令値のみを変更して実施する。
本発明のようなハイブリッド設備を有していないクレーン装置では、走行機が回生状態になると、インバータ及び充放電装置の直流電圧は上昇して所定値以上になると、接続された制動ユニットが動作し、回生エネルギーを制動抵抗器で消費させる。走行動作においても、インバータ及び充放電装置の直流電圧が、制動ユニットが動作する電圧値以下になるようにその指令値を決定し、直流電圧部分から蓄電装置へ充放電装置を介してエネルギーを供給するようにすれば、走行機の回生動作によって生じる回生エネルギーを蓄電装置に蓄えることができる。The control method 8 is implemented by changing only the command value of the DC voltage of the input unit of the inverter and the charge / discharge device in the same control block diagram as FIG.
In a crane apparatus that does not have hybrid equipment as in the present invention, when the traveling machine enters a regenerative state, the connected braking unit operates when the DC voltage of the inverter and the charging / discharging device rises above a predetermined value. The regenerative energy is consumed by the braking resistor. Even during running operation, the command value is determined so that the DC voltage of the inverter and charging / discharging device is equal to or lower than the voltage value at which the braking unit operates, and energy is supplied from the DC voltage part to the power storage device via the charging / discharging device. By doing so, the regenerative energy generated by the regenerative operation of the traveling machine can be stored in the power storage device.
以上のようにして、走行中にクレーンの状態に応じて制御方法を切替えてクレーンの状態に適した制御方法を自動的に採用するので、蓄電装置の蓄電量が多い場合には制御方法６が選択され、走行時に多くのエネルギーを蓄電装置から供給する。蓄電装置に蓄えられたエネルギーが少ない場合には制御方法７が選択され、走行時に小容量化されたエンジン発電機のみでは供給できないエネルギー分を蓄電装置から供給し、走行時に回生動作となる場合には制御方法８が選択され、蓄電装置に回生エネルギーを蓄電することができる。
このように、エンジン発電機が小容量であっても、エンジン発電機と蓄電装置の電力供給状態をハイブリッド制御することで、操作性においても従来通りの走行操作ができるのである。As described above, the control method is switched automatically according to the state of the crane during traveling, and the control method suitable for the state of the crane is automatically adopted. Therefore, when the power storage amount of the power storage device is large, the control method 6 is A large amount of energy is supplied from the power storage device when traveling. When the energy stored in the power storage device is small, the control method 7 is selected, and when the energy that cannot be supplied only by the engine generator reduced in capacity during travel is supplied from the power storage device, the regenerative operation is performed during travel. The control method 8 is selected, and regenerative energy can be stored in the power storage device.
Thus, even if the engine generator has a small capacity, the conventional running operation can be performed in terms of operability by hybrid-controlling the power supply state of the engine generator and the power storage device.
図７はエンジン発電機駆動型港湾荷役クレーン装置でのクレーン非動作中に制御方法を切替える処理手順を示すフローチャートである。これらの処理はクレーンコントローラ４０で行われる。
はじめにステップ１４でクレーンが非動作かどうか判断してクレーンが非動作の場合に次のステップに進む。ステップ１５では、設置されるスイッチ（ハイブリッド操作器具５１のスイッチ）により充放電が自動的に行われるかどうか選択し、充放電が自動的に行われるように選択されている場合に次のステップへ進む。ステップ１６で蓄電装置の電圧が判定値以上かどうか判断し、蓄電装置の電圧が判定値以上でない場合に制御方法９を選択する。ステップ１５で充放電が自動的に行われるように選択されていない場合に次のステップへ進む。ステップ１７では、設置されるスイッチ（ハイブリッド操作器具５１のスイッチ）により手動で充電が行われるように選択されているかどうか選択し、手動で充電が行われるように選択されている場合に制御方法１０を選択する。ステップ１７で手動で充電が行われるように選択されていない場合に次のステップへ進む。ステップ１８では、設置されるスイッチ（ハイブリッド操作器具５１のスイッチ）により手動で放電が行われるように選択されているかどうか選択し、手動で放電が行われるように選択されている場合に制御方法１１を選択する。また、ステップ１６で蓄電装置の電圧が判定値以上である場合、もしくはステップ１８で手動で放電が行われるように選択されていない場合にはどの制御方法も選択しない。
ステップ１６における蓄電装置の充電電圧の判定値は数式１０により演算することができる。FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure for switching the control method while the crane is not operating in the engine generator-driven harbor cargo handling crane apparatus. These processes are performed by the crane controller 40.
First, in step 14, it is determined whether or not the crane is not operating. If the crane is not operating, the process proceeds to the next step. In step 15, it is selected whether charging / discharging is automatically performed by a switch to be installed (switch of the hybrid operation instrument 51), and when it is selected that charging / discharging is performed automatically, the process proceeds to the next step. move on. In step 16, it is determined whether or not the voltage of the power storage device is equal to or higher than a determination value. If the voltage of the power storage device is not equal to or higher than the determination value, the control method 9 is selected. If it is not selected in step 15 that charging / discharging is automatically performed, the process proceeds to the next step. In step 17, it is selected whether or not the charging is manually performed by the switch to be installed (the switch of the hybrid operation instrument 51), and the control method 10 is selected when the charging is manually performed. Select. If it is not selected in step 17 to be charged manually, the process proceeds to the next step. In step 18, it is selected whether or not the manual discharge is selected by the switch to be installed (the switch of the hybrid operating instrument 51), and the control method 11 is selected when the manual discharge is selected. Select. Further, when the voltage of the power storage device is equal to or higher than the determination value at step 16 or when it is not selected to be manually discharged at step 18, no control method is selected.
The determination value of the charging voltage of the power storage device in step 16 can be calculated by Equation 10.
制御方法９は、図３と同様の制御ブロック図において、エンジン発電機の電力指令値のみを変更して実施する。
本発明によると、クレーンが待機中に次回の巻上動作運転ができるように事前に考慮されていなければならない。蓄電装置の蓄電電圧が判定値以下であり、蓄電装置に蓄えられている蓄電エネルギーが十分でない場合、エンジン発電機が発電したエネルギーを蓄電装置へ充電する必要が有る。エンジン発電機が出力可能な任意の指令値で動作させ、充放電装置を介して蓄電装置へ充電するようにする。エンジン発電機の指令値はエンジン発電機の出力可能な範囲内に設定すれば、エネルギーは充放電装置を介して蓄電装置へ充電される。エンジン発電機の指令値を大きくするほど、蓄電装置への急速な充電が可能となる。The control method 9 is implemented by changing only the power command value of the engine generator in the same control block diagram as FIG.
According to the present invention, consideration must be given in advance so that the next hoisting operation can be performed while the crane is on standby. When the power storage voltage of the power storage device is equal to or lower than the determination value and the power storage energy stored in the power storage device is not sufficient, it is necessary to charge the power storage device with the energy generated by the engine generator. The engine generator is operated at an arbitrary command value that can be output, and the power storage device is charged via the charging / discharging device. If the command value of the engine generator is set within a range in which the engine generator can output, energy is charged to the power storage device via the charge / discharge device. The larger the command value of the engine generator, the faster the power storage device can be charged.
制御方法１０は、充放電装置の電流を直接制御することで蓄電装置へ充電する。
本発明によるとクレーンが待機中に蓄電装置に流れる電流を一定に制御することで、数式１１の関係から蓄電装置の静電容量を算出することができる。
ここで、Ｃｓｃは静電容量、ｉは蓄電装置に流す電流値、ｖは蓄電装置に流した電流値により上昇した電圧値を示す。
この場合の電流指令値は充放電装置の許容電流値内であれば任意に設定することができる。The control method 10 charges the power storage device by directly controlling the current of the charge / discharge device.
According to the present invention, the capacitance of the power storage device can be calculated from the relationship of Equation 11 by controlling the current flowing through the power storage device to be constant while the crane is on standby.
Here, Csc is a capacitance, i is a current value that flows through the power storage device, and v is a voltage value that increases due to the current value that flows through the power storage device.
The current command value in this case can be arbitrarily set as long as it is within the allowable current value of the charge / discharge device.
制御方法１１は、図４と同様の制御ブロック図において、インバータ及び充放電装置の入力部の直流電圧の指令値のみを変更して実施する。
本発明によるとクレーンが待機中に蓄電装置の蓄電エネルギーを放出したい場合に、インバータ及び充放電装置の直流電圧の指令値を前記制動ユニットが動作する電圧値以上に設定する。これにより、エネルギーを制動抵抗器で消費させ、インバータ及び充放電装置の直流電圧を前記指令値になるように、蓄電装置から充放電装置を介して放電させ、蓄電装置に蓄えられたエネルギーを放出する。The control method 11 is implemented by changing only the command value of the DC voltage at the input part of the inverter and the charge / discharge device in the same control block diagram as FIG.
According to the present invention, when the crane wants to release the stored energy of the power storage device during standby, the command value of the DC voltage of the inverter and the charge / discharge device is set to be equal to or higher than the voltage value at which the braking unit operates. As a result, the energy is consumed by the braking resistor, and the DC voltage of the inverter and the charging / discharging device is discharged from the power storage device via the charging / discharging device so as to become the command value, and the energy stored in the power storage device is released. To do.
このように、クレーンが非動作中にスイッチの選択状態に応じて制御方法を切替えて、エンジン発電機と蓄電装置をハイブリッド制御するので、制御方法９では待機中に次回の動作に必要なエネルギーを常に蓄電装置へ蓄電しておくことができ、制御方法１０では定電流で充電することにより、経年変化により低下する蓄電装置（電気二重層コンデンサ）の静電容量を演算することができ、制御方法１１ではメンテナンスなど緊急で蓄電装置に蓄えられたエネルギーを放出したい場合に速やかにエネルギーを放出することができる。 Thus, since the engine generator and the power storage device are hybrid controlled by switching the control method according to the selected state of the switch while the crane is not in operation, the control method 9 supplies energy necessary for the next operation during standby. In the control method 10, the capacitance of the power storage device (electric double layer capacitor), which decreases with time, can be calculated by charging with a constant current. 11 can quickly release energy when it is urgent to release energy stored in the power storage device such as maintenance.
本発明は、電動機の回生動作によりエネルギーの回生が生じ得るすべての電動機駆動用のインバータ制御装置とその運転方法に適用可能である。 The present invention can be applied to all motor-driven inverter control devices and their operating methods in which energy regeneration can occur due to the regenerative operation of the motor.
Claims (4)
前記吊荷の巻上動作加速中の条件では、In the condition during acceleration of the hoisting operation of the suspended load,
前記エンジン発電機による出力電力が前記インバータによる出力電力全体に占める割合αを用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、The power command of the engine generator is calculated using the ratio α of the output power by the engine generator to the total output power by the inverter,
該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定する第１の制御方法に切替え、Switching to the first control method for determining the current command of the power storage device so that the power command and the output power of the engine generator match,
前記巻上動作一定速中、かつロック中の条件では、In the condition that the winding operation is at a constant speed and locked,
少なくとも前記吊荷の高さ及び重量を用いて巻上げに必要とするエネルギーＥEnergy E required for winding using at least the height and weight of the suspended load ｒｅｑreq を演算し、And
前記蓄電装置が前記インバータに供給できるエネルギーＥEnergy E that the power storage device can supply to the inverter ｓｃsc を演算し、And
前記エネルギーＥEnergy E ｒｅｑreq 、前記エネルギーＥ, The energy E ｓｃsc 及び巻上げに要する時間ｔAnd time t required for winding ｒｅｑreq を用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、The power command of the engine generator is calculated using
該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定する第２の制御方法に切替え、Switching to the second control method for determining the current command of the power storage device so that the power command and the output power of the engine generator match,
上記以外の巻上動作中の条件では、In conditions other than the above during winding operation,
前記充放電装置の前記直流電圧指令と前記検出した直流電圧が一致するように制御して前記蓄電装置の電流指令を決定する第３の制御方法に切替え、Switching to a third control method for determining the current command of the power storage device by controlling the DC voltage command of the charging / discharging device and the detected DC voltage to coincide,
前記各制御方法で決定した前記蓄電装置の電流指令を用いて、前記インバータの出力電力を前記エンジン発電機と前記蓄電装置とで制御することを特徴とするクレーン装置の制御方法。A control method for a crane device, wherein the output power of the inverter is controlled by the engine generator and the power storage device using a current command of the power storage device determined by each control method.
前記クレーンコントローラは、前記吊荷の巻上動作加速中の条件では、The crane controller is in a condition during acceleration of hoisting operation of the suspended load,
前記エンジン発電機による出力電力が前記インバータによる出力電力全体に占める割合αを用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、The power command of the engine generator is calculated using the ratio α of the output power by the engine generator to the total output power by the inverter,
該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定する第１の制御方法に切替え、Switching to the first control method for determining the current command of the power storage device so that the power command and the output power of the engine generator match,
前記巻上動作一定速中、かつロック中の条件では、In the condition that the winding operation is at a constant speed and locked,
少なくとも前記吊荷の高さ及び重量を用いて巻上げに必要とするエネルギーＥEnergy E required for winding using at least the height and weight of the suspended load ｒｅｑreq を演算し、And
前記蓄電装置が前記インバータに供給できるエネルギーＥEnergy E that the power storage device can supply to the inverter ｓｃsc を演算し、And
前記エネルギーＥEnergy E ｒｅｑreq 、前記エネルギーＥ, The energy E ｓｃsc 及び巻上げに要する時間ｔAnd time t required for winding ｒｅｑreq を用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、The power command of the engine generator is calculated using
該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定する第２の制御方法に切替え、Switching to the second control method for determining the current command of the power storage device so that the power command and the output power of the engine generator match,
上記以外の巻上動作中の条件では、In conditions other than the above during winding operation,
前記充放電装置の前記直流電圧指令と前記検出した直流電圧が一致するように制御して前記蓄電装置の電流指令を決定する第３の制御方法に切替え、Switching to a third control method for determining the current command of the power storage device by controlling the DC voltage command of the charging / discharging device and the detected DC voltage to coincide,
前記各制御方法で決定した前記蓄電装置の電流指令を用いて、前記インバータの出力電力を前記エンジン発電機と前記蓄電装置とで制御することを特徴とするクレーン装置。A crane apparatus, wherein the output power of the inverter is controlled by the engine generator and the power storage device using a current command of the power storage device determined by the control methods.
前記巻上動作一定速中、かつロック中の条件では、In the condition that the winding operation is at a constant speed and locked,
少なくとも前記吊荷の高さ及び重量を用いて巻上げに必要とするエネルギーＥEnergy E required for winding using at least the height and weight of the suspended load ｒｅｑreq を演算し、And
前記蓄電装置が前記インバータに供給できるエネルギーＥEnergy E that the power storage device can supply to the inverter ｓｃsc を演算し、And
前記エネルギーＥEnergy E ｒｅｑreq 、前記エネルギーＥ, The energy E ｓｃsc 及び巻上げに要する時間ｔAnd time t required for winding ｒｅｑreq を用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、The power command of the engine generator is calculated using
該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定し、Determine the current command of the power storage device so that the power command and the output power of the engine generator match,
該電流指令を用いて、前記インバータの出力電力を前記エンジン発電機と前記蓄電装置とで制御することを特徴とするクレーン装置の制御方法。A control method of a crane device, wherein the output power of the inverter is controlled by the engine generator and the power storage device using the current command.
前記クレーンコントローラは、前記巻上動作一定速中、かつロック中の条件では、The crane controller is in the condition that the hoisting operation is at a constant speed and locked.
少なくとも前記吊荷の高さ及び重量を用いて巻上げに必要とするエネルギーＥEnergy E required for winding using at least the height and weight of the suspended load ｒｅｑreq を演算し、And
前記蓄電装置が前記インバータに供給できるエネルギーＥEnergy E that the power storage device can supply to the inverter ｓｃsc を演算し、And
前記エネルギーＥEnergy E ｒｅｑreq 、前記エネルギーＥ, The energy E ｓｃsc 及び巻上げに要する時間ｔAnd time t required for winding ｒｅｑreq を用いて前記エンジン発電機の電力指令を演算し、The power command of the engine generator is calculated using
該電力指令と前記エンジン発電機の出力電力が一致するように前記蓄電装置の電流指令を決定し、Determine the current command of the power storage device so that the power command and the output power of the engine generator match,
該電流指令を用いて、前記インバータの出力電力を前記エンジン発電機と前記蓄電装置とで制御することを特徴とするクレーン装置。A crane apparatus, wherein the output power of the inverter is controlled by the engine generator and the power storage device using the current command.
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