Brevet FR2698344A1 — publié le 19940527

La présente invention concerne un dispositif de régulation du transfert d'une charge suspendue par câbles à un chariot susceptible de translation dans un engin de levage. Les engins de levage tels que les ponts roulants ou les portiques comprennent en effet un chariot déplaçable en translation au moyen d'au moins un moteur de déplacement horizontal qui est piloté par un régulateur de vitesse, et au moins un moteur de levage associé à des câbles et à un dispositif de suspension de la charge afin de lever ou d'abaisser celle-ci La charge est déplacée d'une position initiale à une position finale ou cible par la combinaison des déplacements horizontal et vertical. Sous l'effet notamment des accélérations subies, la charge suspendue prend dans le sens de déplacement horizontal un mouvement pendulaire faiblement amorti, ici appelé ballant, qu'il est nécessaire de maîtriser pour effectuer en douceur et en toute sécurité le transfert de la charge En particulier, dans le cas o l'engin est un portique à conteneurs, la précision imposée de pose de conteneur est de l'ordre de 5 cm et requiert donc la suppression du ballant. Le brevet FR-2 571 867 décrit l'amortissement de l'oscillation d'une charge suspendue par un contrôle dynamique de l'accélération du chariot, ce contrôle consistant à ajouter à un signal de commande des moteurs de déplacement du chariot un signal correcteur déterminé à partir de la vitesse angulaire du pendule Le système décrit ne permet cependant pas de réguler la position du chariot ni de proposer au conducteur plusieurs modes de fonctionnement. Le brevet WO-91 14 644 décrit un procédé de transfert d'une charge suspendue, par lequel on réduit l'oscillation de celle-ci au moyen d'une régulation prédictive utilisant un modèle mathématique tout en assurant le positionnement de la charge L'inconvénient d'un tel procédé est qu'il ne présente pas les performances souhaitées dans tous les cas d'exploitation, en particulier pour des déplacements à petite vitesse ou à faible course De plus, le traitement prédictif impose de connaître a priori la trajectoire de la charge et ne permet donc pas de dissocier le traitement du levage de celui du déplacement du chariot Le seul mode de conduite possible est alors la marche en cycle automatique. L'invention a pour but de déplacer une charge suspendue vers une cible avec une grande précision et en maîtrisant son ballant, sans nécessiter de modèle mathématique prédictif et ce par un dispositif régulateur de vitesse de déplacement horizontal combinant un correcteur de position et un correcteur d'angle. Elle a pour autre but d'offrir au conducteur de l'engin de levage une grande souplesse d'exploitation, par le choix entre plusieurs modes de marche: notamment marche entièrement automatique, marche manuelle assistée et/ou commande d'annulation du ballant dite "casse-ballant", faisant intervenir tout ou partie du dispositif régulateur de vitesse. L'invention concerne un dispositif de régulation de transfert d'une charge suspendue par câbles à un chariot déplaçable en translation dans un engin de levage, tel qu'un pont roulant ou un portique, comprenant: des moyens de commande et de dialogue à la disposition du conducteur de l'engin, au moins un moteur de déplacement horizontal associé au chariot, des moyens de détection de la hauteur de suspension, de l'angle de la charge par rapport à la verticale (angle de ballant), de la vitesse angulaire de la charge et de la position linéaire du chariot, fournissant des signaux respectifs, un système régulateur de vitesse qui assure en fonction des signaux reçus des moyens de détection un déplacement du chariot minimisant le ballant de la charge. Selon l'invention, le système régulateur de vitesse comprend: un correcteur de position de chariot susceptible de recevoir le signal X de position mesurée et une valeur XB de position de la cible, pour délivrer un écart de position AX pondéré par un gain k 1, un correcteur d'angle de ballant recevant le signal d'angle mesuré O et un signal de vitesse angulaire correspondante O' pour affecter ces signaux de gains respectifs k 2, k 3, une unité de calcul déterminant les valeurs des gains notamment en fonction de la hauteur de suspension L, un organe sommateur qui additionne les grandeurs pondérées reçues des deux correcteurs et délivre un signal de consigne de vitesse VC = k 1 AX + k 2 O + k 3 O' pilotant un variateur de vitesse associé à un moteur de déplacement du chariot. Le dispositif contrôle ainsi le comportement dynamique de la charge au cours du transfert et positionne la charge sur la cible par l'annulation finale des paramètres: vitesse de déplacement du chariot, erreur de position du chariot, angle de ballant, vitesse angulaire de ballant, et ceci quelles que soient les perturbations initiales (ballant initial) ou intervenant en cours de transfert (vent, variation de la hauteur de la charge). Il résulte du processus particulier de régulation adopté que l'on peut positionner la charge sur une cible avec une précision de 5 cm lorsque la longueur du pendule n'excède pas 40 mètres, tout en utilisant les performances maximales de couple et de vitesse des moteurs. De préférence, les moyens de commande et de dialogue comportent: un combinateur pour commander manuellement le déplacement du chariot, un combinateur pour commander manuellement le levage de la charge, un sélecteur de modes de fonctionnement susceptible de prendre un état de marche automatique, un état de marche manuelle assistée, et un état de marche manuelle pure; les moyens de commande et de dialogue sont reliés à une unité de gestion qui valide ou inhibe sélectivement le correcteur de position et le correcteur d'angle en fonction du mode choisi. Un organe de dialogue permet au conducteur de déterminer ou valider la valeur de position de cible souhaitée en commande automatique Un organe de suppression de ballant commande un cycle de régulation dans lequel la valeur de position au démarrage du cycle est introduite dans le correcteur de position en tant que valeur de position de cible. Un mode de réalisation de l'invention est décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 illustre schématiquement un dispositif conforme à l'invention. Les figures 2 à 5 montrent les principaux éléments du dispositif actifs dans les modes respectifs de marche automatique, de marche manuelle assistée, de marche manuelle et de commande de casse- ballant. La figure 6 illustre l'état actif ou inactif d'organes du dispositif dans les différents modes de marche précités. Le dispositif de régulation de transfert de la figure 1 est associé à un engin de levage, tel que pont roulant, portique ou analogue, muni d'un chariot 10 déplaçable en translation selon une direction X avec une vitesse variable V, au moyen d'au moins un moteur M 1 commandé par un variateur de vitesse 11 Au chariot est en outre associé au moins un moteur M 2 commandé par un variateur de vitesse 12 pour faire varier la longueur L de câbles 13 de suspension d'une charge 14 de masse M, par exemple constituée par un conteneur Par suite d'effets perturbateurs, notamment d'accélérations, la charge est susceptible de prendre dans la direction X un mouvement pendulaire ou ballant défini par un angle O et une vitesse angulaire O'; le dispositif a pour but de transférer la charge d'une position initiale A à une position finale B en supprimant tout ballant à l'approche de cette position finale. Le dispositif comporte pour cela un système de régulation en boucle fermée décrit plus loin, agissant sur la commande de vitesse de déplacement du chariot Des capteurs non représentés sont associés au chariot et à la charge pour délivrer au système de régulation des signaux représentatifs respectivement de la position du chariot X, de l'angle de ballant 0, de la vitesse angulaire O ' du mouvement oscillant et de la longueur de suspension L Un capteur de la masse M de la charge peut être ajouté pour détecter la présence de la charge et, dans certains cas, être pris en compte dans la boucle fermée de régulation Les capteurs sont de type usuels, le capteur d'angle étant de préférence un capteur optique Le signal de vitesse angulaire est fourni par le capteur d'angle; en variante, il peut être calculé par le système régulateur à partir du signal d'angle. Le conducteur de l'engin dispose d'un certain nombre de moyens de commande et de dialogue 20 un combinateur 21 de déplacement du chariot, capable de fournir en réponse à une manipulation une consigne de vitesse Vcm au système de régulation de vitesse 30, un combinateur 22 de levage pour commander manuellement, via un dispositif de traitement de levage 23 distinct du système 30, le variateur de vitesse 12 associé au moteur de levage M 2, un sélecteur 24 susceptible de prendre un état CO de marche manuelle, un état CI de marche automatique et un état C 2 de marche manuelle assistée Pour une marche automatique, un organe de dialogue 25 permet au conducteur d'afficher et/ou de valider la valeur XB de la position de la cible souhaitée ou détectée tandis qu'un bouton- poussoir 26 sert au démarrage d'un cycle de transfert automatique. Un bouton-poussoir 27 détermine le démarrage d'un cycle automatique de casse-ballant qui peut s'effectuer tant au cours d'un mouvement de transfert qu'à l'arrêt Les moyens de commande 21 et 24-27 qui peuvent selon les cas être électromécaniques, électroniques et/ou logiciels sont reliés au système 30 par des moyens de liaison 28. Le système de régulation 30 comprend une unité de gestion 31, un correcteur de position 32, un correcteur d'angle de ballant 33 et un organe sommateur 34 Un organe d'interface 35 délivre des signaux de position X, d'angle de ballant 0, de vitesse angulaire e' et de longueur de suspension L en fonction des signaux fournis par les capteurs respectifs Le correcteur de position 32 reçoit le signal de position X ainsi que la valeur de position de cible XB quand celle-ci est fournie ou validée par l'organe de dialogue 25 ou le signal de position initiale XO quand démarre un cycle de casse-ballant; le correcteur de position affecte la différence XXB ou X-XO d'un poids ou gain k M Le correcteur d'angle 33 reçoit les signaux d'angle O et de vitesse angulaire e' et les affecte de poids ou gains respectifs k 2 et k 3 Les gains k 1, k 2, k 3 sont déterminés par une unité de calcul 36 et sont fonction de la longueur L du câble, ainsi que des caractéristiques dynamiques de l'ensemble motovariateur 1 i 1,M 1, ainsi que, le cas échéant et de façon discontinue, de l'amplitude du ballant Les correcteurs sont reliés au sommateur 34 pour lui fournir les grandeurs k 1 AX,k 2 O,k 30 ' après écrêtement de celles-ci le sommateur somme ces grandeurs pour produire un signal de vitesse de consigne variable VC transmis au variateur de vitesse 1. L'unité de gestion 31 gère le fonctionnement du système de régulation 30 et délivre en fonction de signaux Sl-54 émis par les moyens de commande 20 et reçus via la liaison 28 des signaux de validation SVX et S Ve pour chacun des correcteurs 32,33 Il va de soi qu'au lieu de signaux de validation on peut mettre en oeuvre des signaux complémentaires d'inhibition Le système de régulation utilise des moyens électroniques et logiciels implémentés dans au moins un module électronique d'automate programmable. La figure 2 explicite le fonctionnement du dispositif en mode marche automatique Le conducteur met le sélecteur 24 dans l'état CI et règle ou valide l'organe de détermination de cible 25 à la valeur souhaitée XB L'unité de gestion 31 reçoit un signal SI dès que le conducteur a appuyé sur le bouton 26 de départ de cycle automatique et elle valide les deux correcteurs 32,33 par des instructions ou signaux respectifs SVX et SVO Le sommateur somme les valeurs pondérées VCX et V Ce issues des deux correcteurs et émet la valeur de consigne variable VC. La figure 3 illustre le mode de marche manuelle assistée Le conducteur met le sélecteur 24 dans l'état C 2, puis agit sur le combinateur 21 qui délivre une consigne de vitesse, variable en fonction de l'action exercée sur le combinateur, introduite sous forme de signal VCM dans le sommateur Celui-ci somme VCM avec la consigne V Ce issue du correcteur d'angle 33 et génère VC En effet, l'unité de gestion 31 reçoit des moyens de commande 20 un signal 52 et envoie au correcteur 33 un signal de validation SVO, mais n'envoie pas de signal de validation (ou envoie un signal d'inhibition) au correcteur de position 32 pour garder celui-ci inactif. La figure 4 illustre le mode de commande purement manuelle Le sélecteur est mis dans la position CO L'unité de gestion reçoit un signal 53 et ne valide pas (ou inhibe) les deux correcteurs 32,33 La commande de vitesse est alors effectuée uniquement par la consigne VCM causée par l'actionnement du combinateur 21. La figure 5 illustre le mode de commande dit "casse-ballant" Le conducteur appuie, soit au cours d'un transfert, soit à l'arrêt, sur le bouton-poussoir spécifique 27 pour initier un cycle de régulation quasi-statique Sous l'effet du signal 54 engendré par les moyens de commande 20, la valeur de position X est mémorisée par un élément 37 à sa valeur X O en début de cycle, cette valeur étant introduite dans le correcteur 32 L'unité de gestion 31, sous l'effet du signal 54, valide les deux correcteurs 32,33 Après suppression du ballant, le chariot est revenu à sa position X O La commande de casse-ballant n'est possible que si le combinateur 21 est au repos et elle est utilisée soit à l'arrêt soit par interruption d'un cycle de marche automatique. Au cours d'un cycle automatique, le conducteur peut reprendre prioritairement la commande manuelle au moyen du combinateur 21 Pour cela, l'unité de gestion 31 interrompt les signaux de validation des correcteurs SVX,SVO dès l'actionnement du combinateur 21 Un nouvel actionnement de départ du cycle automatique est alors nécessaire pour reprendre le cycle interrompu. On notera que, dans l'exemple de réalisation décrit, le traitement du levage s'effectue, même lorsqu'il est programmé, indépendamment du traitement de la position du chariot Les signaux de correction de position VCM et d'angle VCO sont avantageusement écrêtés avant d'être introduits dans le sommateur pour rester dans des limites acceptables. La figure 6 montre un tableau représentatif des états actifs ( 1) ou inactif ( 0) du correcteur de position 32, du correcteur d'angle 33, du combinateur 21 de déplacement du chariot et de l'organe 25 de dialogue dans les modes respectifs de fonctionnement du dispositif de transfert: marche entièrement manuelle MM, marche manuelle assistée MMA, marche automatique MA, commande de casse- ballant CB L'unité de gestion assure la mise en activité ou au repos des organes précités On notera que la marche automatique est validée si le sélecteur est mis dans l'état de marche automatique, le combinateur de déplacement de chariot mis au repos, la commande de casse-ballant mise au repos et une cible définie et/ou validée par l'opérateur. Le dispositif décrit s'applique lorsque l'engin de levage comporte deux axes orthogonaux de déplacement horizontal, pour supprimer les ballants orthogonaux de périodes voisines et d'amplitudes distinctes. REVENDICATIONS 1 Dispositif de régulation du transfert d'une charge suspendue par câbles à un chariot déplaçable en translation dans un engin de levage, tel qu'un pont roulant ou un portique, comprenant: des moyens de commande et de dialogue ( 20) à la disposition du conducteur de l'engin, au moins un moteur de déplacement horizontal (M 1) associé au chariot ( 10), des moyens de détection de la hauteur de suspension, de l'angle de ballant et de la vitesse angulaire de la charge et de la position linéaire du chariot, fournissant des signaux respectifs L,O,X, un système régulateur de vitesse ( 30) qui assure en fonction des signaux reçus des moyens de détection un déplacement du chariot minimisant le ballant de la charge, caractérisé par le fait que le système régulateur de vitesse ( 30) comprend: un correcteur ( 32) de position de chariot susceptible de recevoir le signal X de position mesurée et une valeur XB de position de la cible, pour délivrer un écart de position AX pondéré par un gain k 1, un correcteur ( 33) d'angle de ballant recevant le signal O d'angle mesuré et un signal O' de vitesse angulaire correspondante, pour affecter ces signaux de gains respectifs k 2, k 3, une unité de calcul ( 36) déterminant les valeurs des gains k 1,k 2, k 3 en fonction du signal de hauteur de suspension L, un organe sommateur ( 34) qui additionne les grandeurs pondérées reçues des deux correcteurs et délivre un signal de consigne de vitesse VC = k 1 AX + k 20 + k 30 ' pilotant un variateur de vitesse associé à un moteur de déplacement du chariot. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de commande et de dialogue ( 20) comportent: un combinateur ( 21) pour commander manuellement le déplacement du chariot, un combinateur ( 22) pour commander manuellement le levage de la charge, un sélecteur ( 24) de modes de fonctionnement susceptible de prendre un état de marche automatique et un état de marche manuelle assistée, et les moyens de commande et de dialogue ( 20) sont reliés à une unité de gestion ( 31) qui valide ou inhibe sélectivement le correcteur de position en fonction du mode de fonctionnement choisi. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le sélecteur ( 24) est susceptible de prendre un état de marche manuelle et que l'unité de gestion ( 31) inhibe dans cet état les correcteurs de position ( 32) et d'angle ( 33). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de commande et de dialogue ( 20) comportent un organe spécifique ( 27) de suppression de ballant pour commander un cycle de régulation dans lequel la valeur de position X O au démarrage du cycle est introduite dans le correcteur de position ( 32) en tant que valeur de position de cible. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de commande et de dialogue ( 20) comportent un organe de détermination de cible ( 25) fournissant au correcteur de position ( 32) le signal XB de position de la cible.