(57)【要約】クレーン設備（１）、負荷、特にコンテナ（９）を移動するための特にコンテナクレーンであって、必要な場合には１つ又は複数の電気的又は電気機械的運転要素（１３）への安全に関連する制御アクセスに導く信号が与えられるメモリプログラム可能な第１の制御装置（１０）と、与えられた安全に関連する信号に基づき第１の制御装置（１０）の制御運転の少なくとも部分的な監視のために形成され、必要な場合には第１の制御装置（１０）の側からの安全に関連する制御アクセスが不充分なとき運転要素への固有の制御アクセスを行なうメモリプログラム可能な第２の制御装置（１１）とを備える。
2005533732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・必要な場合には１つ又は複数の電気的又は電気機械的運転要素（１３）への安全に関連する制御アクセスに導く信号（Ｓ1）が与えられるメモリプログラム可能な第１の制御装置（１０）と、
・与えられた安全に関連する信号（Ｅ、Ｓ2）に基づき第１の制御装置（１０）の制御運転の少なくとも部分的な監視のために形成され、必要な場合には第１の制御装置（１０）の側からの安全に関連する制御アクセスが不充分なとき運転要素（１３）への固有の制御アクセスを行なうメモリプログラム可能な第２の制御装置（１１）と
を有するクレーン設備。
【請求項２】
第１及び第２の制御装置（１０、１１）又はそのいずれか一方の制御装置が遅延可能な制御アクセスのために形成されていることを特徴とする請求項１記載のクレーン設備。
【請求項３】
第１の制御装置（１０）が存在する信号に基づいて第２の制御装置（１１）に与えられる信号（Ｅ、Ｓ2）のプローザビリティ・テストの実行のために形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のクレーン設備。
【請求項４】
第１及び第２の制御装置（１０、１１）が互いに双方向性の情報伝達結合されていることを特徴とする請求項３記載のクレーン設備。
【請求項５】
第１及び第２の制御装置（１０、１１）が、必要な場合に安全に関連する同じ制御アクセスに導く少なくとも部分的に異なる信号（Ｓ1、Ｓ2、Ｅ）の処理のために形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のクレーン設備。
【請求項６】
第１の制御装置（１０）は、プローザビリティ・テストの枠内において、安全に関連する信号（Ｓ2、Ｅ）を第２の制御装置（１１）に供給する運転要素（１５、１６）の並列的機能試験のために、及び場合によっては必要な故障情報の出力のために形成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載のクレーン設備。
【請求項７】
第１の制御装置（１０）が周期的なプローザビリティ・テストのために形成されていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１つに記載のクレーン設備。
【請求項８】
周期時間が10ms〜80msの間、特に30ms〜50msの間の値であることを特徴とする請求項７記載のクレーン設備。
【請求項９】
クレーン設備（１）のオン状態における機能テストとして、第１及び第２の制御装置（１０、１１）又はそのいずれか一方の制御装置が第２及び第１の制御装置（１１、１０）又はそのいずれか一方の制御装置の側からの制御アクセスを引き起こす信号のシミュレーションをするため、及び第２及び第１の制御装置（１１、１０）又はそのいずれか一方の制御装置の反応を試験するために形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のクレーン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
クレーン設備は周知のように貨物の積み替えをするために使用され、その際コンテナクレーン設備は、大きな、ふつう610cm〜1372cm（20´〜45´(フィート)）大のコンテナを移動させるために使用される。そのようなコンテナクレーン設備は、例えば船又は鉄道車両等に対する積み込み及び荷降ろしのために使用される。そのようなクレーン設備は、通例水平方向に駆動可能なトロリを備え、トロリには負荷吊り上げ手段、従って例えばコンテナ・スプレッダがぶら下がっており、このスプレッダを介して動かすべき負荷がつかまれる。クレーン設備の運転ないし負荷の移動によって、とりわけコンテナの場合一方では非常に大きな寸法、他方では数トンに及ぶ重い場合があり得るため、クレーン設備を操作する人又はそこで働いている人に対し、並びに周囲に対し危険を与える可能性が存在する。それゆえに、一連の安全管理技術上の装置がクレーン設備に設けられ、これらの装置が、クレーン設備を制御するメモリプログラム可能な制御装置に必要な場合には安全に関連する遮断を実行することを可能にする。例えば、緊急終了、緊急停止、緊急リミットスイッチ監視、前リミットスイッチ監視又は過負荷監視又は過速度監視のような安全に関連する遮断を挙げることができる。
【０００２】
周知のクレーン設備においてはこれによってかなりの程度の信頼度が保障されているが、本発明はこの点をさらに改善したクレーン設備を提供することを課題とするものである。
【０００３】
この課題を解決するため、クレーン設備、負荷、特にコンテナを移動するための特にコンテナクレーンにおいて、
・必要な場合には１つ又は複数の電気的又は電気機械的運転要素への安全に関連する制御アクセスに導く信号が与えられるメモリプログラム可能な第１の制御装置と、
・与えられた安全に関連する信号に基づき第１の制御装置の制御運転の少なくとも部分的な監視のために形成され、必要な場合には第１の制御装置の側からの安全に関連する制御アクセスが不充分なとき１つ又は複数の運転要素への固有の制御アクセスを行なうメモリプログラム可能な第２の制御装置と
を備える。
【０００４】
本発明によるクレーン設備においては、クレーンの全制御は第１のメモリプログラム可能な制御装置を介して行われる。第１の制御装置は、安全に関連する制御アクセス、従って例えば緊急停止等のためにも、第１の制御装置に与えられた信号に基づきそれらが必要な場合には実行し得るように形成されている。安全に関連する遮断のために、さらに本発明によればメモリプログラム可能な第２の制御装置が設けられ、この第２の制御装置は安全に関連する遮断の場合に第１の制御装置をその制御アクセスに関して監視する。第２の制御装置は従って、第２の制御装置の側から識別される安全に関連する遮断状態の際に第１の制御装置が正しく反応し必要な遮断を行なったかどうかをチェックする。もしそうでなければ、１つ又は複数の該当する運転要素の遮断を行なうために第２の制御装置が介入する。第１の制御装置が反応しない状態は、例えば、第１の制御装置にいかなる理由であれいつも信号が与えられないか又は誤った信号が与えられる場合、第１の制御装置そのものの側に故障が存在する場合等に生じ得る。
【０００５】
第２の制御装置においては、１つ又は複数の運転要素への安全に関連する制御アクセスの識別および場合によってはその実行のために各安全状態において関連する安全に関連する信号がただ読み取られることが目的に適っている。何故なら、第２の制御装置はクレーン設備の一般的な制御には使用されず、第１の制御装置の安全および監視の目的でのみ設けられているからである。
【０００６】
全体として、本発明により実現される監視は、最大限の安全を提供する。何故なら本発明によっていかなる場合にも必要な場合には制御アクセスが保障されるからである。
【０００７】
第１および第２の制御装置又はそのいずれか一方の制御装置は、遅延可能な制御アクセスに対し形成されているのが目的に適っている。このことはそれ故一方では、時として両制御装置が異なるクロック周期で作動するより目的にかなっている。例えば第１の制御装置の側で40msの周期で信号評価が行なわれ、続いて初めて反応が可能であるのに対し、第２の制御装置は例えば6msの周期で作動し、第２の制御装置は安全に関連する遮断状態が識別されたとき第１の制御装置に対し先行して作動する。即ち第２の制御装置は第１の制御装置の誤った制御アクセスを識別することになるが、このアクセスは第１の制御装置のより長い周期に基づいて全くあり得ない。そのとき制御アクセスは第２の制御装置を介して行なわれることになり、このことは望ましくない。このことは遅延によって、第１の制御装置が全体として制御に介入し得るまで遅延されることによって避けられる。他方において、この遅延は、とりわけそのような遅延が両制御装置に関して行なわれる場合には、作動させるべき運転要素又は他のそれと共同作用する運転要素の運転に関連する状態、例えばコンバータのパルス等がなお変更又は停止され得るようにすると目的にかなっている。
【０００８】
特に好ましい本発明の構成によれば、第１の制御装置が、第２の制御装置に存在する信号を基礎にして第２の制御装置に与えられる信号のプローザビリティ・テスト（plausability test：もっともであるかの試験）を実行するために形成されるようにすることができる。この本発明の構成によれば、第２の制御装置による第１の制御装置の監視のほかに、第１の制御装置による第２の制御装置の監視を行なうこともできる。もっともであり第１の制御装置に与えられる信号と一致する安全に関連する信号が第２の制御装置に与えられるかどうかといういわば逆チェックが行われ、それに基づいて第１の制御装置が場合によって起こり得る安全遮断を識別することになる。即ち、それによって、第２の制御装置が全体として安全遮断を正しく識別する状態にあるかどうかが連続的に試験される。何故なら、第２の制御装置にも誤りのある安全に関連する信号が与えられ、その結果実際には存在しない安全遮断が識別されるような場合が生じ得るからである。「正しい」信号が加わっている第１の制御装置の側で安全遮断が識別されないときは、従って第２の制御装置が能動化し運転要素への安全に関連する制御アクセスを実行するが、危険状態が存在するものではないからこのアクセスは実際には必要でない。全体として、この本発明による構成は、相互の監視およびコントロールの可能性を提供し、それによって高度の設備安全が保障される。
【０００９】
相互のコントロール可能性ないし特に第２の制御装置に与えられる信号に関する前述のプローザビリティ・テストを保障するため、第１及び第２の制御装置が互いに双方向性の情報伝達結合されると目的にかなっている。即ち直接のデータ交換が可能である。例えばプローザビリティ・テストの枠内で、第１の制御装置が必要なデータ又は信号を第２の制御装置から周期的に問い合わせることができる。しかしまた、第２の制御装置から第１の制御装置への一方向性のデータ交換も可能であり、その際第２の制御装置は連続的かつ周期的に、直接の問い合せなしに必要なデータを第１の制御装置へ伝送する。
【００１０】
上述のように、第１の制御装置は周期的なプローザビリティ・テストのために形成されるのが目的にかなっており、その際周期は第１の制御装置の一般的な作動周期に従う。目的にかなう周期時間は10ms〜80msの間、特に30ms〜50msの間にあり、具体的には例えば40msである。
【００１１】
安全に関連する危険状況が実際には存在しないにもかかわらず、そのような危険状況を示す誤った信号が両制御装置に存在するため安全に関連する制御アクセスが行なわれるようなことを防止するため、第１及び第２の制御装置が、必要な場合には安全に関連する同じ制御アクセスに導く少なくとも部分的に異なる信号の処理のために形成されると目的にかなっている。即ち、場合によって起こり得る安全に関連する状態の確定は、第１及び第２の制御装置において少なくとも部分的に、異なる信号に基づいて行なわれる。例えば、前リミットスイッチ信号及び緊急リミットスイッチ信号を把握するため、第１の制御装置にジブに沿い走行するトロリの道程パルスを与えることが可能であり、その際第１の制御装置は、前リミットスイッチ及び緊急リミットスイッチを道程パルスを介して与えられる道程についてソフトウェア的に写し取る。即ち、そこで道程パルスに基づいて、トロリがどこにいるか、また例えばちょうど前リミットスイッチを通り過ぎたかどうかが計算される。これに反して第２の制御装置にはスイッチ信号そのものが与えられる、即ちそこには「真の」ハードウェア信号が接している。今例えば前リミットスイッチが故障しており、トロリがそれを通過する前に早くも信号を発すると、第２の制御装置はこの誤った信号を識別し、そのことが場合によっては制御アクセスに導かれることになる。しかしながらプローザビリティ・テストに基づいて第１の制御装置としては、与えられた前リミットスイッチ信号は納得できないものであること、第１の制御装置に与えられた道程パルスと一致しないことを識別し、その結果第２の制御装置を停止する。
【００１２】
その際、第１の制御装置は、プローザビリティ・テストの枠組みにおいて、安全に関連する信号を第２の制御装置に供給する運転要素の並列的機能試験のために、及び場合によっては故障情報の必要な出力のために形成することができる。第１の制御装置による第２の制御装置の監視の枠組みにおいて、例えば信号放出点のまわりに許容範囲が置かれ、その範囲内に信号がかかっていなければならないようにすると有利である。第１の制御装置は道程の入手に基づいて、例えばいつ前リミットスイッチが通過されたかを知るので、前リミットスイッチ信号は許容範囲内で第２の制御装置に接していなければならない。そうでない場合にはこのことは、全体に安全状態が存在するかどうかに無関係に前リミットスイッチの故障として識別される。何故なら、前リミットスイッチ信号は可能なスイッチ故障に基づいて全く与えられないか、又は非常に遅過ぎて与えられ、第１の制御装置において識別されたスイッチの現在位置ないし場所と比較する。検出された故障は例えばクレーン運転者に指示される。
【００１３】
一方又は両制御装置が全体によく機能するかどうかに関して安全をさらに高めるために、クレーン設備のオンにおける機能テストとして、第１及び第２の制御装置又はそのいずれか一方の制御装置が第２及び第１の制御装置又はそのいずれか一方の制御装置の側からの制御アクセスを引き起こす信号のシミュレーションをするため、及び第２及び第１の制御装置又はそのいずれか一方の制御装置の反応を試験するために形成することができる。このことは、一方又は両制御装置における場合によって起こり得る欠陥を識別することを可能にする。いわば緊急状態をシミュレーションし、各制御装置が切り換えられたかどうかを試験する。そうであれば正常な制御運転が継続される。
【００１４】
本発明の他の利点、特徴及び詳細を以下の実施例につき図面について説明する。
【００１５】
図１はコンテナクレーンの形の本発明によるクレーン設備１を示し、このコンテナクレーンは実施例では船２の積み込みおよび荷降ろしのために形成されている。コンテナクレーンは、埠頭壁３に沿って駆動可能である。クレーン支持枠４にはジブ５が設けられており、このジブにはトロリ６が駆動可能である（二重矢印Ａ）。トロリ６には適当な巻上ロープ７を介してコンテナ・スプレッダ８が配置されており、コンテナ・スプレッダ８は二重矢印Ｂで示すように垂直方向に移動することができ、コンテナ・スプレッダ８を介して船２に又は船２から積み込み又は荷降ろしすることができる。
【００１６】
クレーン設備の運転は全体として第１のメモリプログラム可能な制御装置１０を介して制御される。そのため、制御装置１０は相応する制御指令をクレーンの相応する運転要素、例えばトロリ６の車台、巻上装置等に与え、制御装置は運転要素又はその他の信号を与えた設備要素から、どのような制御が行われたかに関係して相応の信号を受け取り、この場合この双方向の情報伝達は二重矢印Ｃによって示されている。
【００１７】
さらに第２のメモリプログラム可能な制御装置１１が設けられており、この制御装置１１は図の実施例では第１の制御装置１０と双方向の情報伝達を行ない（二重矢印Ｄ参照）、第１の制御装置１０を監視するために、および１つ又は複数の運転要素への安全に関連する制御アクセスを、制御装置１０がこれらの動作を行わず故障したときに実行するために設けられている。そのため第２の制御装置には、クレーンの運転要素又はその他の信号を与えた要素から安全に関連する信号が与えられる。第２の制御装置１１は、第２の制御装置として二重矢印Ｅで示されるように相応する制御信号を遮断すべき運転要素又は何かほかの方法で制御すべき運転要素に与えることができる。
【００１８】
図２は制御装置の本発明による共同作業を原理配置図の形で示す。図にはジブ５の自由端の端側位置に設けられた前リミットスイッチの監視の例が示されている。この前リミットスイッチを海側へ通り過ぎる際には、第１の制御装置１０を介して速度を所定の度合いだけ、例えば最大速度の70％の大きさの所定の速度に、下げ調節されなければならない。
【００１９】
トロリ６がいつリミットスイッチを通り過ぎるかを識別するため、トロリには角度コーダ１２を有する道程センサが設けられ、このセンサは道程信号Ｓ1を連続的に第１の制御装置１０に与える。これに関して第１の制御装置１０はジブ５についてのトロリ６の現在位置を検出することができ、また制御装置１０にジブ５におけるリミットスイッチの現在位置が知られているのに応じて、いつこのリミットスイッチをトロリ６が通り過ぎるかを識別することができる。制御装置がこのことを確認して例えばコンバータ１３を制御し、このコンバータを介してトロリ車台のモータ１４が駆動されると、その結果速度が下げ調節される。
【００２０】
第２の制御装置１１は、二重矢印Ｄで示されるように第１の制御装置１０を監視する。第２の制御装置１１は第１の制御装置１０が正しく作動しているかどうかを識別することができる。何故なら、通常の場合には第２の制御装置１１もリミットスイッチを通り過ぎたことを識別し、速度が下げ調節されなければならないことを知るからである。
【００２１】
リミットスイッチを通過することを第２の制御装置が識別し得るようにするために、第２の制御装置には固有のリミットスイッチ信号Ｅが与えられる。信号Ｅがかかるとトロリ６はなおリミットスイッチの前にあり、このリミットスイッチが開き信号Ｅがもはやかからないとリミットスイッチ１５が通過されたものである。さらに、第２の制御装置にはパルス発生器１６の道程信号Ｓ2が与えられ、この信号に基づいて第２の制御装置は時間導関数ds/dtの形成によりトロリの速度を確定することができる。従って第２の制御装置１１は、リミットスイッチ１５の通過の際第１の制御装置が速度を正しく下げ調節したかどうかを調べることができる
【００２２】
そのようである限り、第２の制御装置１１側からのコンバータ１３への制御アクセスは行われない。しかし第１の制御装置１０がいかなる理由であれ、いつも（例えば角度コーダ１２が故障しているとか、誤った信号が与えられるとか、第１の制御装置そのものに故障が存在しているとかの場合）、万一速度を下げないような場合、そのことが第１の制御装置が例えばリミットスイッチ１５の通過を識別しなかったことに起因すると見なされる場合には、この故障は第２の制御装置１１によって識別され、第２の制御装置は破線矢印で示されるようにコンバータ１３に介入する。
【００２３】
第２の制御装置１１の監視機能が欠陥を持ち、ないしは誤りのある入力データ、即ち前リミットスイッチ信号Ｅおよび道程信号Ｓ2に基づくことを防止するため、第１の制御装置１０がその側から、かかっている信号がもっともなものであるかどうか、また第１の制御装置１０の側からの検出結果と一致するかどうかという点について第２の制御装置１１を監視する。
【００２４】
このプローザビリティ・テストの枠組みで第１の制御装置はまず、前リミットスイッチ１５を実際に通過したことを信号Ｓ1が示すかどうかを調べる。そうであれば、前リミットスイッチ信号Ｅ＝０であるかどうか、即ちこの信号がもはや第２の制御装置１１にかからず前リミットスイッチが実際に開いたことが調べられる。さらに、第２の制御装置１１にかかる道程信号Ｓ2が第１の制御装置１０にかかる道程信号Ｓ1又は目下の実際速度に相応するかどうか又はこれと一致するかどうかが調べられる。もしそうであれば、第１の制御装置１０は、第２の制御装置１１に正しい信号が与えられ従って両制御装置にはいわば判定に対する同じ出発基盤が存在することを識別する。
【００２５】
図２に示されるように、これに加えて、第２の制御装置１１から信号Ｅ及びＳ2が第１の制御装置に伝達され、そのことは自動的及び周期的に、又は第１の制御装置１０からの問合せに従い行われ得る。ここでは双方向のデータ交換が実行される。両制御装置の作動周期及び従って監視周期は同じか異なるようにすることができる。第１の制御装置１０はクレーン設備の全制御に用いられるので、第１の制御装置１０は例えば40msの通例長い周期を有し、一方第２の制御装置１１は第１の制御装置１０の監視及び場合によって必要な制御アクセスに用いられ、専ら安全に関連する信号のみ、従って第１の制御装置１０のような全信号が与えられるものではないから、例えば6msの周期で作動する。前リミットスイッチの通過の際、高過ぎる速度が第２の制御装置１１により確認されると、即時に第２の制御要素（ここでは制御装置１０がインバータ／コンバータを制御する間に例えば電磁スイッチ）を介して運転が遮断される。
【００２６】
他方では、第１の制御装置１０は、第２の制御装置１１に与えられ通例固有のセンサ等から取り出される信号の連続的な監視によって、そこに欠陥が存在するかどうかを検出することができる。例えば前リミットスイッチ信号Ｅが指定領域において明らかに前リミットスイッチの前に低下すると、このことは連続的なプローザビリティ・テストの枠内において識別され、前リミットスイッチの故障として把握され、例えば故障情報として出力される。
【００２７】
図２は単に１つの実施例を示すものである。他の安全に関連する遮断は、例えば緊急終了、緊急停止、緊急リミットスイッチ監視、巻上装置の過負荷及びロープ緩み監視、引込み装置の過負荷及びロープ緩み監視、巻上及び引込み装置の過回転速度監視、トロリないし負荷物体及び第三物体間の衝突保護並びに対人保護である。もちろん、両制御装置は１つの運転要素、ここではインバータ１３のような運転要素に介入するのみならず、複数の運転要素がそれぞれ認められた安全状態に関係して作動されるべき場合には複数の運転要素に介入する可能性も存在する。このことは、１つの故障が運転要素に問題を導くことを避けるために目的に適っている。例えば制御装置１０はインバータ又はコンバータに介入し、制御装置１１はインバータ又はコンバータに対応する電磁スイッチに介入することができる。インバータ又はコンバータが内部故障を持っている場合、インバータ又はコンバータは制御装置１０の正しい機能（例えば目標値の減少）にもかかわらずその機能に従うことができない。故障が識別されると、第２の制御装置を介して安全遮断が電磁スイッチにより行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるクレーン設備の原理配置図である。
【図２】本発明の制御装置の作動様式を説明するための原理配置図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  クレーン設備
２  船
３  埠頭壁
４  クレーン支持枠
５  ジブ
６  トロリ
７  巻上ロープ
８  コンテナ・スプレッダ
９  コンテナ
１０  第１の制御装置
１１  第２の制御装置
１２  道程コーダ（角度コーダ）
１３  インバータ／コンバータ
１４  モータ
１５  前リミットスイッチ
１６  パルス発生器
Ｅ、Ｓ1、Ｓ2  安全に関連する信号
【図１】
2005533732.tif 000003
【図２】
2005533732.tif 000004
【国際調査報告】
2005533732.tif 000005
2005533732.tif 000006
2005533732.tif 000007
2005533732.tif 000008
2005533732.tif 000009
2005533732.tif 000010