Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherungs- und Steuerungsverfahren für das Heben und/oder Transportieren einer gemeinsamen Last mit einer Mehrzahl von Kranen. Bisher wurde ein solcher Hub- oder Transportvorgang für große, schwere oder komplexe Lasten, bei welcher mehrere Krane verwendet werden müssen, üblicherweise über einen Einweiser durchgeführt. Dabei wird jeder der beteiligten Krane von einem Kranfahrer gesteuert, wobei der Einweiser alle beteiligten Kranfahrer koordiniert. Dies ergibt natürlicher Weise eine Menge an Fehlerpotentialen, nicht zuletzt auch, weil die einzelnen Kranfahrer keinen Überblick über die Gesamtlage haben und Verständigungs- und Kommunikationsprobleme zu Fehlern führen können. Auch ist ein solches Vorgehen wenig effektiv, da die nötige Koordination über den Einweiser nur ein sehr langsames Arbeiten zuläßt.
Unabhängig von den Problemen durch Mißverständnisse ergibt sich aber das weitere Problem, daß die Sicherheitssysteme der einzelnen Krane bei einem solchen gemeinsamen Hub oder Transport einer Last nicht ausreichen. Dies beruht in erster Linie auf der Tatsache, daß Schadensereignisse an einem Kran, wie z. B. eine Überlast oder eine Kollision nicht nur durch die Bewegung des Kranes selbst, sondern auch durch die Bewegung der anderen Krane hervorgerufen werden können.
Die bekannten Überlastsicherungen der einzelnen Krane, welche lediglich Bewegungen jedes einzelnen Kranes verhindern, die diesen Kran schädigen würden, können dabei Schadensereignisse an anderen Kranen nicht mitberücksichtigen. Ebenso verhält es sich mit Antikollisionssystemen, welche ebenfalls nur die Bewegungen des Kranes selbst berücksichtigen und allenfalls statische Störobjekte zulassen. Auch sind die Bewegungsabläufe bei mehreren Kranen ungleich komplexer als bei nur einem Kran.
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das Heben und/oder Transportieren einer gemeinsamen Last mit einer Mehrzahl von Kranen sicherer und effektiver durchführen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe von einem Sicherungsverfahren für das Heben und/oder Transportieren einer gemeinsamen Last mit einer Mehrzahl von Kranen gemäß Anspruch 1 erfüllt. Dieses Verfahren umfaßt das Ermitteln von möglichen Schadensereignissen für Bewegungsvektoren der Krane sowie das Aktivieren einer Warnfunktion, wenn vorgegebene Bewegungsvektoren zu Schadensereignissen führen und/oder das Beschränken der zur Ansteuerung der Krane verwendeten Bewegungsvektoren auf solche Bewegungsvektoren, welche bei keinem der Krane zu Schadensereignissen führen.
Durch das erfindungsgemäße Sicherungsverfahren ergeben sich damit im Wesentlichen zwei Möglichkeiten der Ansteuerung der Krane. Einerseits können die einzelnen Krane weiterhin von jeweils einem Kranfahrer bedient werden, wobei jedoch die von den Kranfahrern vorgegebenen Bewegungsvektoren von dem Sicherungsverfahren der vorliegenden Erfindung daraufhin überprüft werden, ob sie zu Schadensereignissen führen. Führt ein von den Kranfahrern vorgegebener Bewegungsvektor zu einem Schadensereignis bei irgendeinem der Krane, wird entweder eine Warnfunktion aktiviert, welche die Kranfahrer vor dem bevorstehenden Schadensereignis bei Durchführung der Bewegung warnt. Es kann aber auch eine automatische Beschränkung der zur Ansteuerung der Krane verwendeten Bewegungsvektoren durchgeführt werden, so daß Bewegungen, welche zu Schadensereignissen führen würden, erst gar nicht ausgeführt werden.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Sicherungsverfahren auch innerhalb eines Steuerungsverfahrens für die Krane eingesetzt werden. Durch das erfindungsgemäße Ermitteln von möglichen Schadensereignissen für die Bewegungsvektoren der Krane wird so automatisch von dem Steuerungsverfahren festgestellt, welche Bewegungsvektoren zur sicheren Ansteuerung der Krane zur Verfügung stehen. Das Steuerungssystem kann das aus diesen Bewegungsvektoren die zur erreichen der gewünschten Bewegung am besten geeigneten auswählen.
Ein Bewegungsvektor der Krane stellt dabei einen Datensatz dar, welcher Informationen zur Ansteuerung aller Krane enthält. Es werden also die Bewegungen aller beteiligten Krane auf mögliche Schadensereignisse aller beteiligten Krane hin überprüft. Hierdurch wird durch das erfindungsgemäße Sicherungsverfahren während des laufenden Betriebs automatisch sichergestellt, daß die Bewegung eines einzelnen Kranes nicht nur nicht zu Schäden an diesem Kran selber, sondern auch nicht zu Schäden an den anderen Kranen führt.
Vorteilhafterweise umfassen die Schadensereignisse, welche bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren ermittelt werden, mindestens eine Überlast der Krane. So ist sichergestellt, daß keine Bewegungen der Krane ausgeführt werden, welche zu einer Überlast eines der Krane führen würde. Im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem die einzelnen Lastmomentbegrenzungen der Krane jeweils nur feststellen konnten, ob eine Bewegung zu einer Überlast am eigenen Kran führt, ist durch das erfindungsgemäße Sicherheitssystem sichergestellt, daß es bei einer Bewegung eines Kranes auch bei keinem anderen Kran zu Überlasten kommt.
Vorteilhafterweise können dabei mögliche Überlasten über die den jeweiligen Kran zugeordneten Lastmomentbegrenzungen ermittelt werden. Es kann also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchaus auf bestehende Lastmomentbegrenzungen zurückgegriffen werden. Es wird allerdings nicht nur die Bewegung eines einzelnen Kranes von seiner eigenen Lastmomentbegrenzung überprüft, sondern es wird der Bewegungsvektor aller Krane von den Lastmomentbegrenzungen aller Krane überprüft. So kann einerseits auf bereits bestehende Technologie zurückgegriffen werden, andererseits aber die Sicherheit des gemeinsamen Hubs oder Transportes durch eine Mehrzahl von Kranen erheblich besser abgesichert werden. Dabei müssen die bestehenden Lastmomentbegrenzungen nicht notwendigerweise weiterhin bei den einzelnen Kranen angeordnet sein. Vielmehr ist auch eine zentrale Recheneinheit denkbar, in welcher die den einzelnen Kranen zugeordneten Lastmomentbegrenzungen implementiert sind.
Vorteilhafterweise werden bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren die zulässigen Bewegungsvektoren durch eine vorausschauende Berechnung ermittelt. Damit wird nicht nur überprüft, ob eine aktuelle Bewegung direkt zu einem Schadensereignis führt, sondern auch, ob durch eine aktuelle Bewegung ein zukünftiges Schadensereignis provoziert werden könnte. Insbesondere wird dabei vorteilhafterweise berücksichtigt, daß nur solche Bewegungsvektoren zulässig sind, bei welchen ein Bewegungsablauf zur Verfügung steht, welcher nicht zu Schadensereignissen führt. Eine solche vorausschauende Berechnung ist insbesondere deshalb wichtig, da bei einem gemeinsamen Hub oder Transport durch mehrere Krane es zu Situationen kommen kann, in welchen alle Bewegungen der Krane zu einem Schadensereignis bei zumindest einem der beteiligten Krane führen würden. Solche Situationen, aus denen das Gesamtsystem nicht mehr sicher herausmanövriert werden kann, werden dagegen durch die vorausschauende Berechnung des erfindungsgemäßen Sicherungsverfahrens verhindert. Auch bei anderen Schadensereignissen als einer Überlast kann eine solche vorausschauende Berechnung von großer Wichtigkeit sein, da hierdurch z. B. Kollisionen verhindert werden können, indem berücksichtigt wird, daß das System nach jeder durchgeführten Bewegung noch zum Stillstand kommen können muß, ohne daß es zu einer Kollision käme.
Vorteilhafterweise werden die zulässigen Bewegungsvektoren durch ein iteratives Verfahren bestimmt. Hierdurch kann sicher und zuverlässig ermittelt werden, ob ein erster Bewegungsvektor spätere Bewegungsvektoren zuläßt, welche frei von Schadensereignissen sind. Damit kann sichergestellt werden, daß immer ein schadensfreier Bewegungsablauf zur Verfügung steht. Bei einem solchen iterativen Verfahren kann rechnerisch zuerst die Ansteuerung der Krane mit einem ersten Bewegungsvektor simuliert werden, und aus der sich daraus ergebenden neuen Situation eine weitere Bewegung mit einem neuen Bewegungsvektor simuliert werden und so fort, so daß sich eine Kette aus zulässigen Bewegungsvektoren ergibt.
Ebenso kann aber schon in den Einzelschritten ein iteratives Verfahren angewendet werden, so daß zur Ermittlung zulässiger Bewegungsvektoren zuerst die Sicherheit bei einem ersten Kran überprüft wird, woraufhin für die dort zulässigen Vektoren die Zulässigkeit beim nächsten Kran geprüft wird und so fort.
In weiterhin vorteilhafter Weise umfassen bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren die möglichen Schadensereignisse eine Kollision der Krane untereinander. So kann durch das erfindungsgemäße Sicherheitssystem sichergestellt werden, daß die mehreren Krane, welche ja im gleichen Bereich agieren, nicht miteinander kollidieren. Hierbei wird wiederum der Einfluß der Bewegungen aller Krane aufeinander berücksichtigt, so daß sich die Sicherheit gegenüber bekannten Antikollisionssystemen, bei welchen lediglich die Bewegung eines einzelnen Kranes berücksichtigt werden kann, massiv erhöht.
In weiterhin vorteilhafter Weise umfassen die möglichen Schadensereignisse eine Kollision der Krane mit der Last. Dies stellt sicher, daß auch bei dem Hub oder Transport komplexer Lasten durch mehrere Krane die Krane nicht mit der Last kollidieren. Auch hier ist die erfindungsgemäße Berücksichtigung der Bewegung aller Krane notwendig, da die Bewegung eines Kranes die Last so verschieben kann, daß sie mit einem anderen Kran kollidiert, ohne daß dieser sich bewegt hätte.
In vorteilhafter Weise beruht das Ermitteln der möglichen Kollisionen dabei bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren zumindest auf einem geometrischen Modell der Krane und gegebenenfalls der Last. Ein solches geometrisches Modell umfaßt z. B. Daten über die Krane wie die Auslegerlänge, die Höhe, etc und kann diese Krandaten zusammen mit Stellungsdaten wie dem Drehwinkel und Wippwinkel vorteilhafterweise zu einem dreidimensionalen Modell der Krane und der Last zusammenfügen, so daß in dem geometrischen Modell die tatsächliche Hubsituation realistisch simuliert werden kann. Hierdurch sind keine starren Bereichszuordnungen mehr nötig, da die Antikollisionseinrichtung durch das geometrische Modell dynamisch auf unterschiedliche Situationen reagieren kann.
Vorteilhafterweise können bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren Geometriedaten der Last eingegeben und/oder ermittelt werden. So kann auch ein zuverlässiges geometrisches Modell der Last erstellt werden, womit die Antikollisionsprüfung des erfindungsgemäßen Sicherungsverfahrens noch zuverlässiger wird. Hierbei kann die Position und/oder Ausdehnung der Last vorteilhafterweise über die Positionen der Lastaufnahmen der Krane bestimmt werden.
In weiterhin vorteilhafter Weise können bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren Geometriedaten möglicher Störobjekte eingegeben werden und mögliche Kollisionen der Krane und/oder der Last mit den Störobjekten berechnet werden. Auf diese Art und Weise können realistische Szenarien des Hubes oder Transportes erstellt werden, bei denen auch Störobjekte wie z. B. Gebäude berücksichtigt werden können.
Vorteilhafterweis beruht dabei die Berechnung der möglichen Kollisionen auf einem geometrischen Modell der Krane, der Last und/oder der Störobjekte. Dieses geometrische Modell stellt damit ein Szenario in drei Dimensionen dar, in welchen mögliche Kollisionen der Krane, der Last und/oder der Störobjekte ermittelt werden.
In weiterhin vorteilhafter Weise umfassen die möglichen Schadensereignisse Limitüberschreitungen der Momentensumme der Krane. Insbesondere wenn die Krane fest auf einem Objekt wie z. B. einem Schiff oder einer Plattform montiert sind, können sich die Momente der Krane so aufaddieren, daß es zu gefährlichen Situationen wie Überlasten an der Plattform oder einer übermäßigen Krängung des Schiffes kommt. Nachdem bei dem erfindungsgemäßen System auch überprüft wird, ob Bewegungsvektoren der Krane zu Limitüberschreitungen der Momentensumme der Krane führen, können solche Probleme vermieden werden.
In weiterhin vorteilhafter Weise umfassen die möglichen Schadensereignisse Limitüberschreitungen bei externen Beschränkungen wie z. B. einer maximal zulässigen Krängung eines Schiffes, einem maximal zulässigen Bodendruck oder einem maximal zulässigen Moment einer Plattform. Auch diese externen Beschränkungen, welche nicht nur von einem einzigen Kran, sondern von allen Kranen gemeinsam eingehalten werden müssen, können so durch das erfindungsgemäße Sicherungsverfahren sicher eingehalten werden.
Vorteilhafterweise werden in dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren mögliche Schadensereignisse in einer vorausschauenden Berechnung erkannt, wobei deren mögliche Verhinderung berücksichtigt wird. So wird bei jedem Bewegungsvektor in einer vorausschauenden Berechnung überprüft, ob mit diesem Bewegungsvektor ein weiterer Bewegungsablauf möglich ist, welcher frei von Schadensereignissen ist. Es werden also nur solche Bewegungen durchgeführt, bei denen feststeht, daß die Möglichkeit gegeben ist, Schadensereignisse abzuwenden. Zum Beispiel können dabei bei der vorausschauenden Berechnung Bewegungsabläufe bis zum Stillstand durchgeprüft werden.
Vorteilhafterweise werden bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren die vorausschauenden Berechnungen auf Grundlage der dynamischen Eigenschaften der Krane, insbesondere der maximal möglichen Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen der Kranantriebe getätigt. Die Berücksichtigung der dynamischen Eigenschaften der Krane ist von großer Bedeutung, da natürlich nur solche Bewegungsabläufe auch tatsächlich realistisch schadensfrei bleiben, welche von den Kranen auch tatsächlich durchgeführt werden können. Hierzu ist es wichtig, daß die bei der Berechnung verwendeten Bewegungsvektoren der Krane nur solche Bewegungsvektoren umfassen, welche innerhalb der maximal möglichen Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen der Kranantriebe liegen. Ein Bewegungsvektor der Krane umfaßt dabei vorteilhafterweise Daten zu den Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen jedes einzelnen Kranantriebs aller Krane, so daß eine Beschränkung der Bewegungsvektoren auf die tatsächlich auch durchführbaren Bewegungsvektoren leicht durchführbar ist. Um den Rechenaufwand zu verringern, kann ein Bewegungsvektor der Krane allerdings auch Daten auf höherer Ebene enthalten, wie z. B. die Bewegung und/oder Beschleunigung der Auslegerspitze, welche erst in Bewegungen und/oder Beschleunigungen der Kranantriebe übersetzt werden müssen. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, daß solche Daten auf höherer Ebene wie z. B. eine gewisse Geschwindigkeit und Beschleunigung der Kranauslegerspitze durch unterschiedliche Bewegungen der Kranantriebe möglich sein können, so daß diesen Bewegungsvektoren auf höherer Ebene eine Vielzahl an Bewegungsvektoren auf unterster Ebene entsprechen kann.
In weiterhin vorteilhafter Weise wird bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren die Verformung der Krane berücksichtigt. So läßt sich der tatsächliche Bewegungsablauf realistischer im System darstellen, was die Sicherheit erhöht.
Vorteilhafterweise umfaßt bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren die Warnfunktion eine automatische Abschaltung der Krane. Insbesondere wenn alle Krane von ihrem eigenen Kranführer gesteuert werden, wird so automatisch sichergestellt, daß keine Bewegungen durchgeführt werden, welche zu einem Schadensereignis führen würden. Alternativ können die Bewegungen auch nur in die Richtung beschränkt werden, welche zu einem Schadensereignis führen würde.
In weiterhin vorteilhafter Weise können bei dem erfindungsgemäßen Sicherungssystem Sicherheitsabstände zu den möglichen Schadensereignissen gewählt werden. So kann die Sicherheit des Systems weiter erhöht werden, indem sichergestellt wird, daß die Bewegungsvektoren, welche zur Ansteuerung der Krane verwendet werden, nur zur Situation führen, welche einen gewissen Sicherheitsabstand zu Schadensereignissen haben. Bei der Antikollisionsprüfung kann ein solcher Sicherheitsabstand ein räumlicher Abstand zwischen den Kranen untereinander bzw. der Last oder Störobjekten sein, welcher nicht zu unterschreiten ist. Bei anderen Schadensereignissen wie z. B. Überlasten wird so sichergestellt, daß alle Krane in einem Bereich bewegt werden, in welchem sie noch einen gewissen Sicherheitsabstand von ihren jeweiligen Überlasten haben.
In weiterhin vorteilhafter Weise werden bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren Daten an externe Systeme wie z. B. die Balastierungssteuerung eines Schiffes weitergeleitet, insbesondere um diese anzusteuern, und/oder es werden mit diesem externen System Daten ausgetauscht. Da die Sicherheit eines gemeinsamen Hubes oder Transportes oft nicht nur von den Kranen selbst, sondern auch von äußeren Einflüssen abhängt, kann ein solcher Datenaustausch und eine eventuelle Steuerung von externen Systemen die Sicherheit weiter erhöhen. Insbesondere wenn die Krane fest auf einem Schiff montiert sind, kann hier zur Verhinderung von übermäßigen Krängungen die Balastierungsanlage des Schiffes von der Kransteuerung mit angesteuert werden. Alternativ ist auch denkbar, daß das Sicherungssystem der Krane Daten von der Balastierungssteuerung oder anderen externen Systemen erhält, so daß gegebenenfalls die Limits für gewisse Beschränkungen angepaßt werden können.
In weiterhin vorteilhafter Weise sind bei dem erfindungsgemäßen Sicherungsverfahren die Krane verfahrbar, wobei sie Mittel zur Bestimmung ihrer Position, insbesondere GPS-Geräte aufweisen. Das erfindungsgemäße Sicherungsverfahren ist damit für eine Vielzahl von Kranen wie z. B. Mobilkrane, Raupenkrane oder andere verfahrbare Krane einsetzbar. Die Mittel zur Bestimmung der Position der einzelnen Krane stellen dann sicher, daß das Sicherungssystem die einzelnen Positionen der Krane kennt und so Schadensereignisse sicher ermitteln kann.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Sicherungssystem für den Betrieb einer Mehrzahl von Kranen nach einem der oben beschriebenen Sicherungsverfahren. Ein solches Sicherungssystem, bei welchem die oben genannten Sicherungsverfahren implementiert sind, hat die gleichen Vorteile wie die oben beschriebenen Verfahren. Ein solches Sicherungssystem umfaßt dabei üblicherweise eine Recheneinheit, auf welcher das Sicherungsverfahren automatisch, insbesondere während des Betriebs der Krane, also während des Hubes oder Transportes der gemeinsamen Last durch die mehreren Krane, durchgeführt wird. Ein solches automatisiertes Sicherungssystem hat den großen Vorteil, daß es die Bewegungen aller Krane überprüft und in die Berechnung mit einbezieht, wobei auch erst während des tatsächlichen Kraneinsatzes auftretende Einflüsse von dem erfindungsgemäßen Sicherungssystem berücksichtigt werden können.
Die vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht nur auf ein reines Sicherungssystem beschränkt. Vielmehr kann sie auch in einem Steuerungssystem für mehrere Krane implementiert werden.
Die vorliegende Erfindung umfaßt deshalb auch ein Steuerungssystem für das Heben und/oder Transportieren einer gemeinsamen Last mit einer Mehrzahl von Kranen, mit Eingabemitteln zur Vorgabe einer gewünschten Bewegung der Last oder der Krane und mindestens einer Recheneinheit zum Ermitteln von möglichen Schadensereignissen für Bewegungsvektoren der Krane, wobei die zur Ansteuerung der Krane verwendeten Bewegungsvektoren auf solche Bewegungsvektoren beschränkt werden, welche bei keinem der Krane zu Schadensereignissen führen. Ein solches Steuerungssystem hat die gleichen Vorteile wie die oben beschriebenen Sicherungssysteme, wobei hier das Steuerungssystem die Sicherung automatisch übernimmt. Insbesondere kann das Steuerungssystem damit auch alle der oben beschriebenen weiteren Merkmale der Sicherungssysteme umfassen.
Dabei ist es weiterhin möglich, daß alle Krane einzeln entweder von einem eigenen Kranfahrer oder jeweils einzeln aber zentral angesteuert werden, wobei das erfindungsgemäße Steuerungssystem lediglich sicherstellt, daß die einzelnen Krane nicht so bewegt werden, daß es zu Schadensereignissen kommen könnte.
Vorteilhafterweise wird dabei eine einzige Quelle zur Vorgabe der gewünschten Bewegung der Last oder der Krane verwendet. So können alle Krane zentral angesteuert werden. Vorteilhafterweise wird dabei von der einzigen Quelle die Bewegung der Last vorgegeben, so daß der Kranführer sich ganz auf die Bewegung der Last konzentrieren kann, während das Steuerungssystem die Ansteuerung der einzelnen Krane übernimmt.
Vorteilhafterweise werden dabei vom Steuerungssystem mögliche Bewegungsvektoren der Krane oder der Last auf Grundlage der dynamischen Eigenschaften der Krane, insbesondere der maximal möglichen Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen der Kranantriebe bestimmt. Es werden also vorteilhafterweise nur solche Bewegungsvektoren zur Steuerung zugelassen, welche von den entsprechenden Kranantrieben auch tatsächlich durchführbar sind. Insbesondere ist dies bei der Vorgabe der gewünschten Bewegung der Last von großer Bedeutung. So wird sichergestellt, daß der Kranführer nur solche Bewegungen der Last vorgeben kann, die auch durchführbar sind.
Vorteilhafterweise umfaßt die Vorgabe der gewünschten Lastbewegung dabei die gewünschte Lastposition, die gewünschte Bewegungsrichtung und/oder die gewünschte Ausrichtung der Last. Es wird vom Kranfahrer damit üblicherweise eine Richtung, eine Position oder eine Rotation der Lastbewegung eingegeben. Der Bewegungsvektor der Last hat aber üblicherweise erheblich weniger Freiheitsgrade als der Bewegungsvektor der Krane, da eine Mehrzahl von Kranen vorhanden ist und diese über eine Vielzahl von Antrieben verfügen. Zwar müssen auch Randbedingungen, wie z. B. eine gewisse Stellung der Anlenkpunkte zur Last und damit eine gewisse Stellung der Anlenkpunkte der Krane zueinander eingehalten werden, ebenso wie die vom Sicherungssystem vorgegebenen Randbedingungen, allerdings ergeben sich so dennoch oft mehrere Möglichkeiten, zum Beispiel eine bestimmte Bewegungsrichtung der Last durch Bewegungen der Krane umzusetzen.
Das erfindungsgemäße Steuerungssystem kann deshalb aus den möglichen und zulässigen Bewegungsvektoren die tatsächlich zur Ansteuerung der Krane verwendeten Bewegungsvektoren durch gewisse Strategien auswählen.
Vorteilhafterweise werden dabei die zur Ansteuerung der Krane verwendeten Bewegungsvektoren durch wählbare, gewichtbare und/oder vorgegebene Strategien gewählt. Sind Strategien vorgegeben, kann der Kranführer je nach Situation zwischen den einzelnen Strategien wählen oder diese gegebenenfalls auch untereinander gewichten.
Vorteilhafterweise umfassen die Strategien dabei eine geringste Abweichung von den Vorgaben für die gewünschte Bewegung. Wird also vom Kranfahrer eine gewisse Bewegung der Krane oder der Last vorgegeben, wird durch diese Strategie sichergestellt, daß aus den zulässigen Bewegungsvektoren derjenige zum Ansteuern der Kranantriebe herangezogen wird, welcher eine nur minimale Abweichung der tatsächlichen Bewegung der Last und/oder der Krane von der gewünschten erzeugt.
In weiterhin vorteilhafter Weise können die Strategien mindestens eine der folgenden Vorgaben umfassen: Eine Vergrößerung der Sicherheitsabstände aus dem Sicherheitssystem, das Blockieren eines Werkes oder die Zuordnung von Prioritäten zu einzelnen Werken. Werden die Sicherheitsabstände aus dem Sicherheitssystem vergrößert, führt dies zu einem besonders sicheren Hub oder Transport der Last. Durch das Blockieren einzelner Werke oder die Zuordnung von Prioritäten zu einzelnen Werken kann dagegen die Effektivität der Steuerung erhöht werden.
Ebenso ist es möglich, solche Strategien zu verwenden, bei welchen gewisse Parameter der Bewegung von der Kransteuerung automatisch konstant gehalten werden. So ist es z. B. denkbar, die Ausrichtung der Last während eines Hubes oder Transportes konstant zu halten, so daß der Kranfahrer lediglich vorgeben muß, in welche Richtung die Last zu bewegen ist. Alternativ ist es denkbar, die Position z. B. des Mittelpunkts der Last konstant zu halten, während der Kranführer eine gewisse Rotation der Last vorgibt.
Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem zwischen einer Vorgabe einer gewünschten Bewegung der Last und der Vorgabe einer gewünschten Bewegung der einzelnen Krane insbesondere von einer einzelnen Quelle aus gewählt werden. So kann insbesondere zum Fahren der Krane über die Last jeder Kran vom Kranführer einzeln angesteuert werden, um den Kran über der Last zu positionieren. Dann kann in einen anderen Betriebsmodus umgeschaltet werden, in welchem nur noch die Bewegung der Last vorgegeben wird, so daß sich der Kranfahrer von nun an ganz auf die Bewegung der Last und nicht mehr auf die Ansteuerung der einzelnen Krane konzentrieren muß.
Vorteilhafterweise werden dabei die Krane so angesteuert, daß ein einmal eingestellter Abstand zwischen den Aufhängepunkten der Last an den einzelnen Kranen während der Lastbewegung nicht verändert wird. Die Aufhängepunkte der Krane müssen damit nur einmal korrekt über der Last, wie z. B. über einer Traverse positioniert werden, woraufhin die Kransteuerung automatisch dafür sorgt, daß während des Verfahrens der Last der Abstand zwischen den Aufhängepunkten konstant bleibt.
In weiterhin vorteilhafter Weise können die Krane so angesteuert werden, daß eine einmal eingestellte Ausrichtung der Last während der Lastbewegung nicht verändert wird. Der Kranführer muß damit nur die Bewegungsrichtung der Last vorgegeben.
Weiterhin können die Krane vorteilhafterweise so angesteuert werden, daß eine gewünschte Ausrichtung der Last während der Lastbewegung angefahren wird. Der Kranfahrer gibt dabei die gewünschte Rotation der Last vor.
In weiterhin vorteilhafter Weise kann die Lage und/oder die Ausrichtung der Last bei dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem dadurch ermittelt werden, daß die Position der Krane über der Last ermittelt wird. Der Kranfahrer muß dazu lediglich die Krane über der Last korrekt positionieren, woraufhin das erfindungsgemäße Steuerungssystem auf Knopfdruck weiß, wie die Last ausgerichtet ist und wie groß sie ist. So muß der absolute Abstand z. B. der Aufhängepunkte nicht mehr von Hand eingegeben werden, sondern kann über den Abstand der Aufhängepunkte an den Kranen ermittelt werden.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem die Vorgabe der gewünschten Bewegung online über ein Eingabegerät wie z. B. einen Joystick gemacht. So hat der Kranfahrer jederzeit Kontrolle über die Bewegung der Krane oder der Last.
In weiterhin vorteilhafter Weise kann die Vorgabe der gewünschten Bewegung auch offline über einen Kraneinsatzplaner z. B. durch Übernahme einer gespeicherten Trajektorie geschehen. Der Einsatz kann so am Kraneinsatzplaner bereits vorher geplant werden und in einem entsprechenden File abgespeichert werden. Durch Übernahme einer Trajetorie aus diesem File können dann während des tatsächlichen Einsatzes die Krane angesteuert werden. Vorteilhafterweise kann der Kranfahrer jedoch zu Sicherheitszwecken auch noch online über ein Eingabegerät eingreifen.
Vorteilhafterweise sind bei dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem nur solche Vorgaben der gewünschten Bewegung zulässig, welche durch Bewegungsvektoren, welche bei keinem der Krane zu Schadensereignissen führen, durchführbar sind. So wird eine besonders komfortable Bedienung sichergestellt, da der Kranführer bereits nur solche Bewegungen vorgeben kann, welche nicht zu Schadensereignissen führen. Die von ihm vorgegebenen Bewegungen werden damit nicht nachträglich blockiert, sondern er weiß von vornherein, welche Bewegungen ohne Schadensereignisse durchführbar sind.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Steuerungsverfahren zum Heben und/oder Transportieren einer gemeinsamen Last mit einer Mehrzahl von Kranen, welches die Schritte umfaßt: Vorgabe einer gewünschten Bewegung der Last oder der Krane, und Ermitteln von möglichen Schadensereignissen für Bewegungsvektoren der Krane, wobei die zur Ansteuerung der Krane verwendeten Bewegungsvektoren auf solche Bewegungsvektoren beschränkt werden, welche bei keinem der Krane zu Schadensereignissen führen. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren hat die gleichen Vorteile wie das oben beschriebene Steuerungssystem.
Vorteilhafterweise umfaßt das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren die Merkmale der Steuerungssysteme oder der Sicherungsverfahren, wie sie weiter oben beschrieben wurden.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Steuerungsverfahren für das Heben und/oder Transportieren einer gemeinsamen Last mit einer Mehrzahl von Kranen, wobei die zulässigen Bewegungsvektoren zur Ansteuerung der Krane auf Grundlage eines Sicherungsverfahrens insbesondere nach einem der weiter oben beschriebenen Sicherungsverfahren bestimmt werden. So können mit diesem Steuerungsverfahren die gleichen Vorteile wie bei diesen Sicherungsverfahren erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigen:
Bei bekannten Verfahren wurde der Hubvorgang bzw. der Transport schwerer und großer Lasten mit mehreren Kranen über einen Einweiser durchgeführt, der alle beteiligten Kranfahrer koordiniert. Hierbei bedient jeder Kranfahrer seinen eigenen Kran und verfügt auch nur über die Sicherheitssysteme des jeweiligen Krans. Hierdurch ergeben sich jedoch eine ganze Reihe von Sicherheitsproblemen, da bei einem solchen Betrieb Überlasten durch eine ungleiche Lastverteilung, durch ungleichförmige Hubbewegungen der Krane sowie insbesondere eine Überlast eines Krans durch die Bewegung eines anderen Krans hervorgerufen werden können. Des Weiteren können sich Kollisionen der Krane untereinander, mit der Last und mit Gebäuden ergeben. Auch können sich Kommunikationsprobleme zwischen dem Einweiser und den Kranfahrern ergeben, wobei der einzelne Kranfahrer die Situation oft nicht mehr richtig einschätzen. Zudem ergeben sich durch die Addition der Lastmomente der einzelnen Krane Einflüsse auf externe Systeme. So kann es z. B. bei mehreren auf einem Schiff montierten Kranen zu einer unerlaubten Verkrängung des Schiffes durch eine Addition der Lastmomente kommen.
Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen der Erfindung ergeben sich zur Vermeidung dieser Gefahren eine Sicherheitsstrategie, welche insbesondere auf der Berücksichtigung von sicherheitsrelevanten Daten aller am Hub oder Transport beteiligten Krane ergibt. In einem ersten Schritt werden dabei die Daten der einzelnen Krane erfaßt und stehen so den Sicherheitssystemen zur Verfügung. Hierzu kann auf die bereits an den Kranen befindlichen Meßsysteme z.B für die LBM und die Antriebssteuerung zurückgegriffen werden. Die Daten zu den Kranen bestehen dann aus den Positionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der einzelnen Kranantriebe bzw. den Positionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Krane bzw. der Kranteile wie z.B. der Ausleger. Ebenso könne Daten zur Last ermittelt werden.
Aus diesen Daten können dann für den Kranfahrer relevantere Daten wie z. B. die Momentanposition der Kranhaken in bis zu vier Dimensionen (drei Achsen und eine Rotation), die Momentangeschwindigkeit der Kranhaken ebenfalls in vier Dimensionen, die maximal möglichen Momentangeschwindigkeiten der Kranhaken, die Belastungen der einzelnen Krane, die Ausnutzungsgrade der Krane, die Momentensumme der Krane in zwei Achsen sowie die Krängung der Krane um zwei Achsen bestimmt werden. Wie in
Diese Sicherheitsrisiken können jedoch auch von dem erfindungsgemäßen Sicherungssystem beurteilt werden, so daß die Anzeige der Daten auf den Monitoren auch entfallen kann. Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem kann hierfür für Bewegungsvektoren der Krane mögliche Schadensereignisse ermitteln. Ein solcher Bewegungsvektoren stellt dabei in dem Ausführungsbeispiel einen Datensatz dar, welcher die Bewegung aller Krane beschreibt. Die Bewegungsvektoren können entweder von den Kranführern selbst vorgegeben werden, indem sie die Steuerung der Krane betätigen. Alternativ können diese Bewegungsvektoren jedoch auch mögliche Bewegungsvektoren darstellen, welche in einer Kransteuerung daraufhin überprüft werden, ob sie zu Schadensereignissen führen.
Werden die Bewegungsvektoren der Krane von den Kranführern vorgegeben, reagiert das Sicherheitssystem der vorliegenden Erfindung auf das Erkennen eines möglichen Schadensereignis durch die vorgegebene Bewegung dadurch, daß es zumindest eine Warnfunktion aktiviert. Diese Warnfunktion warnt die Kranfahrer davor, mit der angestrebten Bewegung fortzufahren. Das Sicherheitssystem der vorliegenden Erfindung hat dabei den großen Vorteil, daß jeder Kranfahrer über mögliche Schadensereignisse bei allen anderen Kranen ebenfalls automatisch durch das Sicherungssystem informiert wird. Um die Sicherheit zu erhöhen, kann bei Erkennen eines möglichen Schadensereignisses dieses auch automatisch verhindert werden, indem entweder die Bewegung aller Krane gestoppt wird oder zumindest eine Bewegung auf solche Richtungen beschränkt wird, welche nicht zu einem Schadensereignis führen.
Die zulässigen Bewegungsvektoren der Krane, welche bei keinem der Krane zu Schadensereignissen führen, werden dabei gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine vorausschauende Berechnung ermittelt. Eine solche vorausschauende Berechnung ist insbesondere deshalb wichtig, um zu vermeiden, daß die Krane in Positionen manövriert werden, welche sie nicht mehr verlassen können, ohne Schadensereignisse an irgendeinem der Krane hervorzurufen. Die zulässigen Bewegungsvektoren, welche nicht zu einer solchen Situation führen, werden dabei durch ein iteratives Verfahren bestimmt. Während eines solchen iterativen Verfahrens kann also z. B. zunächst geprüft werden, ob ein bestimmter Bewegungsvektor bei keinem der Krane zu Schadensereignissen führt, woraufhin weiterhin überprüft werden muß, ob nach Ansteuerung der Krane mit diesem Bewegungsvektor wiederum Bewegungsvektoren möglich sind, welche bei keinem der Krane zu Schadensereignissen führen und so fort. Das verwenden iterativer Verfahren kann aber auch deshalb notwendig sein, da die möglichen Schadensereignisse jedes einzelnen Kranes von dem gesamten Bewegungsvektor, d. h. von den Bewegungen aller Krane abhängen. So kann ein zulässiger Vektor dadurch ermittelt werden, daß zunächst für einen Kran die zulässigen Vektoren ermittelt werden, woraufhin diese für den nächsten Kran überprüft werden und so fort.
Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem kann auch in einem Steuersystem eingesetzt werden. Hierbei können entweder alle Krane von einer einzigen Quelle zur Vorgabe der gewünschten Lastbewegung bzw. der gewünschten Bewegung der Krane angesteuert werden. Alternativ kann das System aber auch ohne singuläre Quelle mit einer separaten Vorgabe der gewünschten Bewegung jedes einzelnen Kranes nur zur Überwachung und Begrenzung dieser Bewegungen dienen.
Das Sicherungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann nun in einer solchen Kransteuerung zu einer dynamischen Beschränkung der Bewegungsvektoren eingesetzt werden, welche zur Ansteuerung der Krane verwendet werden. Bei der Überprüfung, welche Bewegungsvektoren zu Schadereignissen an den einzelnen Kranen führt, beschränkt jeder Kran die Menge an zur Verfügung stehenden zulässigen Bewegungsvektoren. Die hierdurch begrenzte Menge an Bewegungsvektoren, welche bei keinem der Krane zu Schadensereignissen führen, können dann zur sicheren Ansteuerung der Krane verwendet werden. Die Einflußfaktoren, welche die Bewegungsvektoren einschränken, sind dabei insbesondere eine Antikollisionssteuerung, die Lastmomentbegrenzung (LMB) der einzelnen Krane sowie die Berücksichtigung der Begrenzung externer Systeme. Diese Einflußfaktoren werden nun näher beschrieben.
Bei der Ermittlung, ob gewisse Bewegungen zu einer Kollision führen, wird die Bewegung aller beteiligten Krane berücksichtigt. Diese Antikollisionsüberprüfung der Krane wird durch eine vorausschauende Berechnung bis zu einem möglichen Stillstand bewerkstelligt. Hierbei werden die vorgegebenen dynamischen Eigenschaften der Krane, insbesondere die möglichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Kranantriebe berücksichtigt. In der vorausschauenden Berechnung muß also für jede Bewegung der Krane überprüft werden, ob unter den vorgegebenen dynamischen Eigenschaften der Krane sowie unter Berücksichtigung der anderen Einflußfaktoren wie z. B. der Lastmomentbegrenzung ein Verhindern der Kollision z. B. durch einen möglichen Stillstand möglich ist. Diese vorausschauende Berechnung ermöglicht es, die Krane so lange frei zu bewegen, wie keine Kollision bevorsteht. Dabei können sowohl Kollisionen der Krane untereinander, mit der Last oder mit Störobjekten berücksichtigt werden. Insbesondere kann dabei eine dreidimensionale Kollisionsprüfung stattfinden. Hierdurch ist es möglich, auch komplizierte Bewegungsabläufe abzusichern, welche bei einer zwei-dimensionalen Kollisionsprüfung nicht mehr möglich wären. Insbesondere ist eine solche dreidimensionale Kollisionsprüfung bei komplexen Lasten wichtig, so daß auch eine mögliche Kollisionen der Last mit den Kranen oder mit Störobjekten berücksichtigt werden. Hierfür wird in dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem eine dreidimensionales Modell der sowohl der Krane als auch der Last und gegebenenfalls der Störobjekte verwendet. Insbesondere da auch die Bewegung der Last von der Bewegung aller Krane abhängt, müssen für eine effektive Antikollisionsprüfung beim Hub und/oder Transport einer gemeinsamen Last mit mehreren Kranen dreidimensionale Modelle aller Krane sowie der Last zum Einsatz kommen. Zusätzlich kann noch ein beliebiger Sicherheitsabstand als Schutzbereich um die Objekte verwendet werden, um die Sicherheit weiter zu erhöhen. Diese Antikollisionseinrichtung kann auch beim Einsatz eines einzelnen Kranes aktiv sein.
Weiterhin wird ermittelt, ob Bewegungsvektoren zu einer Überlast einzelner Krane führen. Hierzu können die bereits für die einzelnen Krane vorhandenen LMBs verwendet werden, so daß die von den einzelnen LMBs für einen Bewegungsvektor ermittelten Überlasten die Menge an zulässigen Bewegungsvektoren begrenzen. Hierbei wird wiederum eine vorausschauende Berechnung durch ein iteratives Verfahren angewendet. Bei dem Verfahren kann dabei entweder auf die bereits vorhandenen LMBs der einzelnen Krane zurückgegriffen werden, diese LMBs können aber auch in einem zentralen Computersystem implementiert werden. So können Bewegungen von vornherein verhindert werden, welche zu einer Abschaltung der Krane aufgrund der LMBs führen würden.
Des Weiteren können als Schadensereignisse auch Begrenzungen externer Systeme, wie z. B. der maximal zulässige Bodendruck, die Krängung eines Schiffes oder das maximal zulässige Moment einer Plattform berücksichtigt werden. So sorgt das erfindungsgemäße Sicherungsverfahren dafür, daß auch diese Systeme geschützt werden.
Werden alle Krane zentral angesteuert, muß vom Kranführer lediglich die gewünschte Lastbewegung vorgegeben werden. Die Vorgabe der gewünschten Lastbewegung bzw. der gewünschten räumlichen Lage der Last kann dabei entweder online z. B. über einen Joystick oder offline über eine Bahnplanung z. B. durch Übernahme der Trajektorien aus einem File eines Kraneinsatzplaners erzeugt werden. Der Bewegungsablauf der Last hat dabei sechs Freiheitsgrade, wovon drei den Translationen und drei den Rotationen entsprechen. Die Rotationen können dabei um einen beliebigen virtuellen Punkt eingegeben werden, wobei je nach Anzahl der Krane und Lastaufnahmemittel bis zu drei Richtungen tatsächlich möglich sind. Der Winkelbereich der Rotationsbewegung ist normalerweise geometrisch und physikalisch begrenzt, da die Krane nicht beliebig übereinander verfahrbar sind und auch die Last nicht beliebig gekippt werden kann. Die Rotationsachse kann in dem Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung dagegen frei definiert werden.
Eine z.B. vorgegebene Lastrichtung kann dabei üblicherweise durch viele unterschiedliche Bewegungsvektoren der Krane möglich sein, von welchen keiner zu einem Schadensereignis führt. Dies beruht darauf, daß die Krane eine größere Anzahl an Freiheitsgraden z. B. über ihr Wippwerk und ihr Drehwerk und gegebenenfalls ihr Fahrwerk haben. Das erfindungsgemäße Sicherungs- und Steuerungssystem ist dabei insbesondere für Wippdrehkräne konzipiert, welche sich besonders gut zum gemeinsamen Heben und Transport einer Last durch mehrere Krane eignen. Zur Auswahl der Bewegungsvektoren und damit des Bewegungsablaufs, welcher zur Ansteuerung der Krane verwendet wird, stehen nun mehrere vorgegebene Strategien zur Verfügung, aus welchen ausgewählt werden kann bzw. welche mit Prioritäten versehen werden können. Als Strategien sind z. B. möglich, solche Bewegungsvektoren für die Krane zu verwenden, für welche die tatsächlichen Werte für die Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Last möglichst wenig von den vorgegebenen Werten abweichen. Ebenso kann als Strategie verwendet werden, die Sicherheitsabstände aus der Antikollision zu vergrößern. Ebenso können einzelne Werke blockiert werden bzw. den einzelnen Werten Prioritäten zugeordnet werden. Auch können bestimmte Parameter der Lastbewegung konstant gehalten werden, so daß der Kranführer z.B. nur die Richtung der Lastbewegung oder nur eine Rotation vorgibt.
Mögliche Ansteuerungsbetriebsarten werden nun anhand der
Bei der in
In
Ebenso ist eine kombinierte Bewegung des Tandemkrans aus einer Parallelbewegung und einer Rotationsbewegung möglich. Die Last kann damit sowohl bewegt als auch ausgerichtet werden.
Um die gezeigten Bewegungen der Last zu ermöglichen, müssen bei der Ansteuerung der Krane die maximalen Geschwindigkeiten sowie Beschleunigen der jeweiligen Dreh- und Wippwerke sowie der Hubwerke berücksichtigt werden. Die gewünschte Richtung wird dann durch die Reduktion der Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in Abhängigkeit von den gerade aktiven Beschränkungen eingehalten.
Beschränkungen ergeben sich dabei einerseits aus der geforderten Bewegung der Last, insbesondere dadurch, daß die Länge zwischen den Aufhängepunkten der Traverse konstant gehalten werden muß. Zusätzlich wird noch das erfindungsgemäße Schutzsystem verwendet, welches eine dynamische Antikollisionseinrichtung umfaßt. Dieses verhindert die Kollision der Krane miteinander sowie eine Kollision der Krane mit der Last. Hierbei ist eine freie Bewegung möglich, solang keine Kollision entstehen kann. Die Steuerung basiert damit auf einer vorausschauenden Berechnung der Roboterbewegung, welche die Antikollisionsdistanz berücksichtigt und die Dynamik aller Krane. Die Berechnungen können gegebenenfalls in allen Kranen parallel durchgeführt werden, so daß jeder Kran bei Erkennen einer Kollision Bremsmanöver ausführt.
Wird eine zukünftige Kollision erkannt, werden die zur Ansteuerung der Krane verwendeten Bewegungsvektoren in der entsprechenden Richtung begrenzt, um eine Kollision zu verhindern. Insbesondere da auch Kollisionen der Last mit den Kranen berücksichtigt werden sollen, wird eine dreidimensionale Antikollisionsprüfung durchgeführt, die auf einem entsprechenden dreidimensionalen geometrischen Modell der Krane und der Last beruht.
Dieses Antikollisionssystem wird nun in
Zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Steuersystem auch die Beeinflussung externer Systeme durch die Krane und umgekehrt berücksichtigt werden. Sind die Krane, wie in
Das Sicherheits- oder Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung kann dabei an bereits vorhandene Steuerungen der Krane angeschlossen werden und diese mitnutzen. Es kann dabei z. B. an einen bordeigenen elektronischen CAN-Bus angeschlossen werden.
Zur Bereitstellung von Daten zur Ausrichtung der Krane sowie zur Ermittlung von Daten zur Last kann dabei auf die bereits auf den Kran vorhandene Sensorik zurückgegriffen werden. Diese Sensorik ist üblicherweise bereits zu Zwecken der Überlastsicherung der einzelnen Krane sowie zum Antrieb der Krane vorhanden. Auch die Übertragung dieser Daten kann per CAN-Bus erfolgen. Die Anzeige der Steuerung kann dabei ebenfalls über bordeigene Standardmonitore erfolgen. Vorteilhafterweise ist dabei die Darstellung von beliebigen Distanzen der bekannten Objekte möglich. Ebenso ist es möglich, auf die bereits vorhandenen Überlastsicherungen der einzelnen Krane zurückzugreifen, wobei jeder Kran selbständig seine Überlast erkennt und durch das erfindungsgemäße Sicherheitssystem zusätzlich auch auf die Überlasterkennung der anderen Krane reagiert.
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