(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吊荷を巻上げ・巻下げするモータと、吊荷の重量に基づいて吊荷保持に必要な吊荷保持用トルクを算出する吊荷保持用トルク算出部と、
前記モータが出し得る最大トルクを算出する最大トルク算出部と、
前記最大トルクから前記吊荷保持用トルクを引いて求められる吊荷の加速トルクの領域内において前記モータの加速制御を行う制御部と
を備えたことを特徴とするクレーン。
【請求項２】
請求項１に記載のクレーンにおいて、
前記モータの一定加速度中に、前記モータのトルク電流と吊荷速度とに基づいて前記吊荷の重量を算出する吊荷重量算出部が設けられていることを特徴とするクレーン。
【請求項３】
吊荷の重量に基づいて吊荷保持に必要な吊荷保持用トルクを演算し、また、モータが出力可能な最大トルクを逐次演算し、該最大トルクから前記吊荷保持用トルクを引いて求められる吊荷の加速トルクの領域内においてモータの加速度制御を行うことを特徴とするクレーン制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載のクレーン制御方法において、
前記モータの加速度制御に先だって吊荷を一定加速度で一定時間加速させ、この間に、モータのトルク電流と吊荷速度とに基づいて吊荷重量を算出することを特徴とするクレーン制御方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のクレーンにおいて、
前記制御部が、以下の式に基づいて前記モータの加速度ａを算出することを特徴とするクレーン。
ａ＝（Ｃ１×Ｖ１＋Ｃ２）／Ｖ１
Ｃ１＝−（Ｍｇ／η）／｛（πα）２ＧＤ２｝）
Ｃ２＝Ｐｍ／｛（πα）２ＧＤ２｝
ここで、
Ｍ：前記吊荷の重量
ｇ：重力加速度
η：機械効率
α：前記モータの回転数と巻上げ・巻下げ速度との比
ＧＤ２：前記モータの慣性モーメント
Ｖ１：前記モータの現在速度
Ｐｍ：前記モータの最大出力
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載のクレーン制御方法において、
以下の式に基づいて前記モータの加速度ａを算出することを特徴とするクレーン制御方法。
ａ＝（Ｃ１×Ｖ１＋Ｃ２）／Ｖ１
Ｃ１＝−（Ｍｇ／η）／｛（πα）２ＧＤ２｝）
Ｃ２＝Ｐｍ／｛（πα）２ＧＤ２｝
ここで、
Ｍ：前記吊荷の重量
ｇ：重力加速度
η：機械効率
α：前記モータの回転数と巻上げ・巻下げ速度との比
ＧＤ２：前記モータの慣性モーメント
Ｖ１：前記モータの現在速度
Ｐｍ：前記モータの最大出力
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吊荷を巻上げ，巻下げするクレーンおよびクレーン制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、岸壁などに設置されたコンテナクレーン１の荷役状況を示したものである。図において、ガーダ２上のトロリー３を使用して地上ｇの荷ｎを船ｓ上に荷積みする場合、トロリーに内設された主巻モータ６を駆動し、ワイヤ４を巻き下げて吊具５で荷ｎを把持した後ワイヤ４を巻き上げ、次いでトロリー３を走行させて吊荷ｎを荷卸し位置まで移動した後、ワイヤ４を巻き下げて吊荷ｎを船Ｓ上に着床させて荷積みする。
図９は、上記荷役時における従来の主巻モータ６の巻上げ，巻下げ速度のワンサイクル出力パターンを示したものである。巻上げ，巻下げ時には、モータ速度はトップ速度ｖmax（ベース速度ｖ0の倍速）まで一定加速度で加速され、トップ速度ｖmaxから一定減速度で減速される。トップ速度ｖmaxは吊荷の重量に応じて設定されている。すなわち、吊荷重量が大きければトップ速度ｖmaxは小さく、吊荷重量が小さければトップ速度ｖmaxは大きい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の主巻モータでは、ベース速度ｖ0から倍速制御領域に速度を上げる場合、トップ速度ｖmaxと吊荷重量からモータの過負荷耐量を超えない一定加速度，一定減速度にて加減速を行っていた。このため、加・減速度を上げてサイクルタイムを短縮する場合はモータ仕様を上げる必要があり、コストアップにつながるという課題があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、吊荷の巻上げ、巻下げ時間を短縮することができるクレーン及びクレーン制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のクレーンは、吊荷を巻上げ・巻下げするモータと、吊荷の重量に基づいて吊荷保持に必要な吊荷保持用トルクを算出する吊荷保持用トルク算出部と、前記モータが出し得る最大トルクを算出する最大トルク算出部と、前記最大トルクから前記吊荷保持用トルクを引いて求められる吊荷の加速トルクの領域内において前記モータの加速制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
吊荷をクレーンに吊り下げておくには、たとえ加速度が０であっても所定の吊荷保持用トルクが要求される。
このクレーンにおいては、モータの出し得る最大トルクから吊荷保持用トルクを引いて、クレーンが吊荷を落下させることなく安全に巻上げ・巻下げを行うことができる吊荷の加速トルクを算出する。この加速トルクの範囲内で加速制御（吊荷の加減速）をコントロールする。これによりモータのトルクを有効に利用することができるので、加速時間が短縮化する。また加速度過大による吊荷の落下が防止される。
【０００７】
請求項２に記載のクレーンは、請求項１に記載のクレーンにおいて、前記モータの一定加速度中に、前記モータのトルク電流と吊荷速度とに基づいて前記吊荷の重量を算出する吊荷重量算出部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
このクレーンにおいては、吊荷の重量を算出するのにトルク電流と吊荷速度とを用いる。例えば、電流計を用いてモータの電流を検出してトルク電流成分を得るとともに、吊荷速度を用いて吊荷重量を推定する。
【０００９】
請求項３に記載のクレーン制御方法は、吊荷の重量に基づいて吊荷保持に必要な吊荷保持用トルクを演算し、また、モータが出力可能な最大トルクを逐次演算し、該最大トルクから前記吊荷保持用トルクを引いて求められる吊荷の加速トルクの領域内においてモータの加速度制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
この発明においては、モータの出し得る最大トルクから吊荷保持用トルクを引いて、クレーンが吊荷を落下させることなく安全に巻上げ・巻下げを行うことができる加速トルクを算出する。この加速トルクの範囲内で吊荷の加速制御（加減速）を行う。これによりモータのトルクを有効に利用することができるので、加速時間が短縮化する。また加速度過大による吊荷の落下が防止される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のクレーン制御方法において、前記モータの加速度制御に先だって吊荷を一定加速度で一定時間加速させ、この間に、モータのトルク電流と吊荷速度とに基づいて吊荷重量を算出することを特徴とする。
【００１２】
この発明においては、例えば吊荷を速度０から所定速度に加速させる際に、まず加速度一定で昇速させ、その間に吊荷重量を算出する。そして、その後にモータの加速度制御を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態について説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
本例は、速度０からベース速度間において、吊荷を一定加速度で巻上げ中の主巻モータのトルク電流を検出して吊荷重量を推定し、この推定吊荷重量を基に、現在出力しているモータ速度におけるモータの出し得る最大加速度または最大減速度をリアルタイムで算出し、定出力領域において、算出した最大速度までの加速度または最大速度からベース速度までの減速度を可変的に制御することで、巻上げ，巻下げサイクルタイムの短縮を図ったものである。
図１に、本発明に係るクレーン制御装置のブロック図を示す。図示するように、本装置は、マスタコントローラ７の操作指令に基づいてクレーンの全動作を制御するクレーン制御装置８，クレーン制御装置８からの信号を受けて主巻モータ６を駆動するモータコントローラ９，主巻モータ６のトルク電流Ｉを計測する電流計１０を備えている。モータコントローラ９では電流計１０で検出された電流計測値からトルク電流成分が検出されてクレーン制御装置８へ送られるようになっている。
【００１４】
次に、クレーン制御装置８の詳細について説明する。
図２は、クレーン制御装置８の部分ブロック図である。図において、符号１５はトルク電流と吊荷速度から吊荷の全重量Ｍを推定して出力する吊荷重量算出部、符号１６は吊荷重量Ｍに基づいて吊荷保持に必要な吊荷保持用トルクを算出する吊荷保持用トルク算出部、符号１８はモータ速度Ｖ１に基づいてモータが出力可能な最大トルクを算出する最大トルク算出部、符号２０は前記最大トルクから前記吊荷保持用トルクを引いて求められる吊荷の加速トルクに基づいて前記モータの加速制御を行う制御部である。
【００１５】
さて、本例のコンテナクレーンでは、吊荷重量Ｍに応じて主巻モータ６のトップ速度ｖmaxを設定する速度制御方式を採用している。図３はその主巻モータ６の出力特性を示したもので、モータ速度がベース速度ｖ0までは定格トルクが出力される定トルク領域である。ベース速度ｖ0からトップ速度ｖmaxまでは、速度に反比例して出力トルクが低下する定出力領域である。すなわち、速度を上げてゆくと、ベース速度ｖ0を超えた後に主巻モータ６の出力可能トルクが低下してゆく特性を有している。
図４は主巻モータ６の最大モータパワーと実働出力とを比較したもので、主巻モータ６の最大モータパワーｋｗmaxに対して、吊荷の昇降に関わらず吊荷重量を吊るためだけに必要なモータ出力ｋｗ1（領域Ａ）は、図のように低い。すなわち、ｋｗ１〜ｋｗmax間（領域Ｂ）が加速または減速に利用可能なトルク領域である。主巻モータ６の最大モータパワーｋｗmaxはモータ速度によって低下するため、このトルク領域を有効に使用するためには、最大モータパワーｋｗmaxを監視しつつモータ加速度を制御する必要がある。
【００１６】
次に、図５に示す加速度制御フローを参照して、主巻モータ１の加速度制御方法を説明する。
まず、吊荷ｎを一定加速度で巻上げる。モータ速度が０から定トルク領域における主巻モータ６のトルク電流Iをモータコントローラ９で検出する（ステップＳ１）。検出したトルク電流Ｉをクレーン制御装置８の吊荷重量算出部１５に取り込む。吊荷重量算出部１５では吊荷速度とトルク電流Ｉとにより吊荷重量（ワイヤ，吊具重量を含む）Ｍを推定する（ステップＳ２）。
図６は時間とモータ速度との関係である。上記吊荷重量の推定は、図６において符号Ａで示した吊荷重量算出区間において行われる。
【００１７】
上記吊荷重量算出区間Ａが過ぎ、モータ速度がベース速度ｖ0に達した後に、以下のステップＳ３からの制御が行われる。なお、以下の制御は、制御周期（たとえば２５ｍｓごと）に行われる。
吊荷保持用トルク算出部１６は推定吊荷重量Ｍを用いて、式
−Ｃ1＝（Ｍｇ／η）／｛（πα）2ＧＤ2｝
（ただし巻下げ時、−Ｃ1＝（Ｍｇη）／｛（πα）2ＧＤ2｝  ）
を算出する。また、最大トルク算出部は、式
Ｃ2／Ｖ1＝Ｐｍ／｛（πα）2ＧＤ2・Ｖ1｝
を算出する。
なお、上記各式において、
Ｍ；吊荷全重量[kg]  ｇ；重力加速度9.8[m／s2]
η；機械総合効率  α；回転数[rpm]／モータ速度[m／min]比
ＧＤ2；慣性モーメント［kg・m2］ Ｖ1；モータ現在速度［m／ｓ］
Ｐｍ；最大モータパワー[w]
である。
制御部２０は、これらの差（Ｃ2／Ｖ1＋Ｃ1）から、
加速度ａまたは最大減速度ｄ＝（Ｃ1×Ｖ1＋Ｃ2）／Ｖ1
を算出する（以上ステップＳ３）。
【００１８】
さらに制御部２０では、速度指令値Ｖを次式により求め、この速度指令値Ｖにより主巻モータ６を定出力領域において加速して巻上げ、或いは減速して巻下げる（ステップＳ４、Ｓ５）。
Ｖ＝Ｖ1＋ａまたはｄ×Ｔ
ただしＴ；クレーン制御装置８の制御周期（sec）
かくして、図６に示すように加速時間ｔ2−ｔ1が、従来方式による加速時間ｔ3−ｔ1に比べて短縮され、吊荷の巻上げ動作に要するサイクルタイムが大幅に短縮される。
なお、次の制御周期においては、Ｖ１の値がＶとなり、続けて上記制御が繰り返される。
減速の場合、既に吊荷重量Ｍが推定されているため、ステップＳ３〜Ｓ５に相当する制御が行われる。これにより、図７に示すように減速時間ｔ6−ｔ5が従来方式による減速時間ｔ6−ｔ4に比べて短縮される。
【００１９】
このように、本例のクレーンによると、吊荷を一定加速度で巻上げ中の主巻モータ６のトルク電流を検出して吊荷重量を推定し、この推定吊荷重量を用いて、主巻モータ６が出し得る最大加速度または最大減速度を算出し、定出力領域において、算出したこの最大加速度まで加速し、または最大減速度まで減速するようにしたので、主巻モータ６の仕様を上げることなく、巻上げ，巻下げサイクルタイムを大幅に短縮することができる。
【００２０】
なお、一定加速度で巻上げ中に推定した吊荷重量Ｍの妥当性を、加速終了後の巻上定速運転中に行ってもよい。すなわち、巻上定速運転中に、クレーン制御装置８がステップＳ１及びステップＳ２と同様に吊荷速度とトルク電流Ｉとにより吊荷重量Ｍを推定する。そして、速度の出しすぎであると判断した場合にクレーン制御装置８が巻上げ速度を引き下げるようにする。これによってさらに安全に荷役を行うことができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、吊荷を一定加速度で巻上げ中の主巻モータのトルク電流を検出して吊荷重量を推定し、この推定吊荷重量を用いて、主巻モータが出し得る最大加速度または最大減速度を算出し、定出力領域において、算出したこの最大加速度まで加速し、または最大減速度まで減速することができるため、主巻モータの仕様を上げることなく、巻上げ，巻下げサイクルタイムを大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態として示したクレーンの装置ブロック図である。
【図２】  クレーン制御装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３】  主巻モータの出力特性を示す図である。
【図４】  主巻モータのモータパワーと実働出力との比較図である。
【図５】  本クレーンにおける加速度制御フロー図である。
【図６】  本クレーンにおける加速度出力パターンを示す図である。
【図７】  同減速度出力パターンを示す図である。
【図８】  コンテナクレーンの荷役状況を示した図である。
【図９】  荷役時における従来の主巻モータの巻上げ、巻下げ速度のワンサイクル出力パターンを示した図である。
【符号の説明】
６  主巻モータ
１５  吊荷重量算出部
１６  吊荷保持用トルク算出部
１８  最大トルク算出部
２０  制御部
【図１】
0004616447.tif 000002
【図２】
0004616447.tif 000003
【図３】
0004616447.tif 000004
【図４】
0004616447.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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