(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダムの水門上を走行するガントリクレーンにより水門に挿入・抽出されるゲートを吊り上げて移動させるゲート位置換えにおいて、ガントリクレーンに２つの近接スイッチを走行方向の前後対称位置に取り付け、走行路には、ガントリクレーンの中心が水門中心線上にあるときに前記２つの近接スイッチにより各々検出される２つの鉄片を水門毎に水門中心線に対して対称に配置しておき、ガントリクレーンを所望の水門まで走行させるときに、２つの近接スイッチがそれぞれ鉄片を検出する位置をガントリクレーンを停止させる目標位置とすることを特徴とするガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法。
【請求項２】
ガントリクレーンに車輪の回転から走行距離を検出する走行距離センサを搭載し、この走行距離を累積して現在位置を認識し、この現在位置が先行する近接スイッチによって１つ目の鉄片が検出されるべき位置から所定距離に近付くまではガントリクレーンを高速走行させ、現在位置が前記所定距離に達したら減速して低速走行させ、先行する近接スイッチによって１つ目の鉄片が検出されたとき、さらに減速して微速走行させ、２つの近接スイッチがそれぞれ鉄片を検出したときガントリクレーンを停止させることを特徴とする請求項１記載のガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法。
【請求項３】
前記近接スイッチによって鉄片が検出されたとき、前記走行距離の累積による現在位置を補正することを特徴とする請求項２記載のガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法。
【請求項４】
ガントリクレーンと吊り下げたゲートとの間隔を検出する距離センサをガントリクレーンに取り付け、検出される間隔を基にガントリクレーンが目標位置に停止したときの水門に対するゲートの位置ずれを検出することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法。
【請求項５】
目標位置より前記位置ずれ分だけガントリクレーンを走行させてゲートの位置を水門に合わせることを特徴とする請求項４記載のガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダムの水門を開閉するゲート位置換えに係り、特に、位置合わせが正確にできるガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダムでは複数の水門のそれぞれにゲートが挿入・抽出可能に設けられている。水門にゲートを挿入すると、その水門は閉じられたことになる。水門からゲートを抽出すると、その水門は開かれたことになる。抽出されたゲートは、ゲート置き場に格納される。水門の開閉の作業は、ゲートの場所を移動させる作業であるから、ゲート位置換えと呼ぶ。
【０００３】
ゲートは重量物であるので、ガントリクレーンを用いて挿入・抽出、及び搬送が行われる。ガントリクレーンは、水門の並びに沿って敷設されたレール上を走行するための車輪と、ゲートを掛け止めるフックを設けた吊りビームと、吊りビームを巻き上げるワイヤとを備えている。ガントリクレーンでゲートを挿入するには、ワイヤに偏った荷重がかからないよう、ゲートが正しく水門の真上に位置しなくてはならない。即ち、ゲートの中心線と水門の中心線とが一致することが必要である。
【０００４】
このためには、まず、吊りビームの中心（ガントリクレーンの中心）と水門の中心線とが一致する位置にあることが必要である。しかし、フックでゲートを掛け止めて持ち上げたとき、フックの掛かり具合がいつも一定ではないため、ゲートの位置がガントリクレーンに対して前後にずれてしまう。すると、ガントリクレーンが適正位置にあっても、ゲートが正しく水門の真上に位置しているとは限らない。従って、ガントリクレーンを適正位置から少し動かしてゲートを正しく水門の真上に位置させることが必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ゲート位置換え作業は、オペレータがガントリクレーンを手動運転して行っていた。このため、ガントリクレーンの速度調整、位置合わせ等に時間が掛かり、オペレータの負担が大きかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、位置合わせが正確にできるガントリクレーンによるゲート位置換えの自動運転方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、ダムの水門上を走行するガントリクレーンにより水門に挿入・抽出されるゲートを吊り上げて移動させるゲート位置換えにおいて、ガントリクレーンに２つの近接スイッチを走行方向の前後対称位置に取り付け、走行路には、ガントリクレーンの中心が水門中心線上にあるときに前記２つの近接スイッチにより各々検出される２つの鉄片を水門毎に水門中心線に対して対称に配置しておき、ガントリクレーンを所望の水門まで走行させるときに、２つの近接スイッチがそれぞれ鉄片を検出する位置をガントリクレーンを停止させる目標位置とするものである。
【０００８】
ガントリクレーンに車輪の回転から走行距離を検出する走行距離センサを搭載し、この走行距離を累積して現在位置を認識し、この現在位置が先行する近接スイッチによって１つ目の鉄片が検出されるべき位置から所定距離に近付くまではガントリクレーンを高速走行させ、現在位置が前記所定距離に達したら減速して低速走行させ、先行する近接スイッチによって１つ目の鉄片が検出されたとき、さらに減速して微速走行させ、２つの近接スイッチがそれぞれ鉄片を検出したときガントリクレーンを停止させる。
【０００９】
前記近接スイッチによって鉄片が検出されたとき、前記走行距離の累積による現在位置を補正してもよい。
【００１０】
ガントリクレーンと吊り下げたゲートとの間隔を検出する距離センサをガントリクレーンに取り付け、検出される間隔を基にガントリクレーンが目標位置に停止したときの水門に対するゲートの位置ずれを検出してもよい。
【００１１】
目標位置より前記位置ずれ分だけガントリクレーンを走行させてゲートの位置を水門に合わせてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１に示されるように、ダムには、複数の水門１が並べて設けられており、併せてゲート２を格納するゲート置き場３も設けられている。水門上には、ガントリクレーン４が走行する走行路５が設けられている。ガントリクレーン４は、走行路を走行するための車輪６と、ゲートを掛け止めるフックを設けた吊りビーム７と、吊りビーム７を巻き上げるワイヤ８とを備えている。さらに、本発明では、ガントリクレーン４の下部に、走行路５に埋設された鉄片９を検出するための２つの近接スイッチ１０が取り付けられている。ｃは、水門１及びゲート置き場３の中心線であり仮想的なものである。
【００１４】
近接スイッチ１０は、ガントリクレーン４の中心を基準に走行方向の前後対称位置に配置されている。鉄片９は、ガントリクレーン４の中心が水門中心線ｃ上にあるときに２つの近接スイッチ１０により各々検出される場所に配置されるが、近接スイッチ１０の感度範囲を考慮し、ガントリクレーン４の中心が水門中心線ｃ上から外れると、必ず一方の近接スイッチ１０が非検出となるように、近接スイッチ１０の感度範囲の中でガントリクレーン４の中心寄りに配置されている。鉄片９は、水門１毎、ゲート置き場３毎に設けられている。
【００１５】
図１には示されないが、ガントリクレーン４には、車輪６の回転から走行距離を検出する走行距離センサとしてロータリエンコーダが搭載されている。
【００１６】
また、図２に示されるように、ガントリクレーン４には、ガントリクレーン４と吊り下げたゲート２との間隔を検出する距離センサとしてレーザ距離計１１が取り付けられている。レーザ距離計１１は、ガントリクレーン４の脚部とゲート２の辺との間隔を検出しているが、ガントリクレーン４の脚部から中心までの距離やゲート２の幅は既知であるから、レーザ距離計１１の出力からガントリクレーン４が目標位置にあるときの水門１に対するゲート２の位置ずれを求めるのは容易である。
【００１７】
ガントリクレーン４の自動運転装置は、図３に示されるように、プログラム可能なデジタル制御装置（ＰＬＣ）３１で構成されている。ＰＬＣ３１には、オペレータがさまざまの操作指令を入力するための操作机３２、レーザ距離計１１、ロータリエンコーダ（走行距離センサ）３３、近接スイッチ１０が接続されている。また、ガントリクレーン４の走行駆動装置としてのインバータユニット３４がＰＬＣ３１に接続されている。インバータユニット３４は、ＰＬＣ３１からの速度指令に応じて電動機３５、スラスタブレーキ３６を駆動し、電動機３５に取り付けられたパルスジェネレータ３７からの速度信号をＰＬＣ３１に入力するようになっている。
【００１８】
フックの詳細を図４に示す。吊りビーム７は、所定の長さを有する剛体である。この吊りビーム７の両端に、それぞれワイヤ８が掛け回されている。これらワイヤ８の一端は、ガントリクレーン４に搭載された巻き取りドラム（図示せず）に収容されている。ワイヤ８を案内するシーブ４１の一つには、巻き上げ量（フック高さ）を検出するためのエンコーダ４２が取り付けられている。４３は、張力を検出するロードセルである。
【００１９】
フック４４は、２つの湾曲した鉤部４５を相向かいにして吊りビーム７の両端に配置し、鉤部４５が開閉するよう鉤部４５の基端部を回動可能に保持し、鉤部４５を回動させるクランク部材４６を吊りビーム７内に設け、このクランク部材４６の中央部分を引き上げることによりフックを開く開閉ワイヤ４７を設け、この開閉ワイヤ４７をガントリクレーン４内のシリンダで駆動できるように構成されている。
【００２０】
操作机３２の詳細を図５に示す。操作机３２には、手動／自動を切り換える切換スイッチ５１、手動運転用の走行指令ボタン５２、巻上げ指令ボタン５３、フック開閉指令ボタン５４、自動運転用の開始位置入力デジタルスイッチ５５、終了位置入力デジタルスイッチ５６、停止／起動ボタン５７、非常停止ボタン５８が設けられている。自動運転を行う時には、ゲート２を抽出する水門１またはゲート置き場３の番号を開始位置としてデジタルスイッチ５５に入力し、その抽出したゲート２を挿入する水門１またはゲート置き場３の番号を終了位置としてデジタルスイッチ５６に入力し、起動ボタン５７を押すことで、自動運転を開始させる。
【００２１】
ＰＬＣ３１にプログラムされる制御手順を図６〜図８に示す。
【００２２】
図６は、指定されたゲート置き場３に格納されているゲート２を抽出し、このゲート２を指定された水門１まで搬送してその水門１に挿入するまでの制御手順を示したものである。水門１に挿入されているゲート２を抽出してゲート置き場３に格納する制御手順は、図６とほぼ同様に構成されるので、省略してある。
【００２３】
この制御手順は、起動ボタン５７によってスタートされる。ガントリクレーン４を指定されたゲート置き場３へ向けて走行させ、ゲート置き場３に到着すると走行を停止する（Ｓ６０１−Ｓ６０３）。フックの巻き下げ（吊りビーム７の巻き下げ）を開始し、エンコーダ４２によりフック４４がゲート２に接近したことを検出したら、巻き下げを低速運転に切換え、ロードセル４３によりフック４４がゲート２に着床したことを検出したら、巻き下げを停止する（Ｓ６０４−６０８）。次に、開閉ワイヤ４７を緩めて鉤部４５の自重によりフックを閉じる（Ｓ６０９）。これにより、ゲート２にフックが掛かった状態になる。フックの巻き上げ（吊りビーム７の巻き上げ）を開始し、エンコーダ４２によりフック４４が巻上上限に達したことを検出したら、巻き上げを停止する（Ｓ６１０−Ｓ６１２）。次に、ガントリクレーン４を指定された水門１へ向けて走行させ、水門１に到着すると走行を停止する（Ｓ６１３−Ｓ６１５）。フックの巻き下げを開始し、エンコーダ４２によりゲート２が水門１の底面に接近したことを検出したら、巻き下げを低速運転に切換え、ロードセル４３によりゲート２が水門１の底面に着床したことを検出したら、巻き下げを停止する（Ｓ６１６−Ｓ６２０）。次に、開閉ワイヤ４７を引いてフックを開く（Ｓ６２１）。フックの巻き上げを開始し、エンコーダ４２によりフック４４が巻上上限に達したことを検出したら、巻き上げを停止する（Ｓ６２２−Ｓ６２４）。以上の制御手順により、所望の水門を閉じることができる。
【００２４】
図７は、ガントリクレーン４の走行及び停止の制御手順を図６より詳細に示したものである。走行開始のときガントリクレーン４の最高速度（定格速度）で高速走行させるものとする。走行開始後、走行距離センサとしてのロータリエンコーダ３３の出力に基づいて現在位置を認識し、この現在位置が先行する近接スイッチ１０によって、指定された水門１上の１つ目の鉄片９（図７では鉄片１）が検出されるべき位置から、例えば、１ｍに近付くまでは最高速度を維持する（Ｓ７０１−Ｓ７０２）。現在位置が鉄片１の位置に１ｍまで近付いたら、走行速度を最高速度の、例えば、１／３に低下させて低速走行させる（Ｓ７０３）。その後、現在位置が鉄片１位置に０．３ｍまで近付いてもパルスジェネレータ３７からの速度信号により減速が完了していないことが判明したら、警報表示と共に走行を停止する（Ｓ７０４−Ｓ７０６）。減速が完了し、先行する近接スイッチ１０によって１つ目の鉄片９（図７では鉄片１）が検出されたら（Ｓ７０４−Ｓ７０７）、ロータリエンコーダ３３の出力に基づいた現在位置を予め知られている鉄片１の位置（絶対位置）で補正する（Ｓ７０８）。これにより車輪６のスリップ等による位置検出のずれが解消される。
【００２５】
前記鉄片１が検出されたとき、走行速度を最高速度の、例えば、１／２０に低下させて微速走行させる（Ｓ７０９）。その後、現在位置が鉄片１の位置を０．１ｍ通り過ぎてもパルスジェネレータ３７からの速度信号により減速が完了していないことが判明したら、警報表示と共に走行を停止する（Ｓ７１０−Ｓ７１２）。減速が完了し、２つの近接スイッチ１０によってそれぞれ鉄片９（図７では鉄片１，２）が検出されたら、ガントリクレーン４が目標位置に来ていることが判るので、走行停止させる（Ｓ７１０−Ｓ７１４）。その後、２つの近接スイッチ１０によって、ガントリクレーン４が正しく目標位置にあるかどうかを再確認する（Ｓ７１５）。ガントリクレーン４の中心が水門中心線ｃ上から外れると、必ず一方の近接スイッチ１０が非検出となるので、ガントリクレーン４のオーバーランが精密に検査できる。もし、オーバーランであれば、逆方向へ微速走行させ、鉄片１，２の検出による走行停止を再試行する（Ｓ７１６−Ｓ７１３）。以上の制御手順により、ガントリクレーン４を可及的に高速移動させつつ、円滑な減速を経てガントリクレーン４の中心が水門中心線ｃ上にあるよう位置合わせをすることができる。
【００２６】
図８は、ゲートを挿入する際のガントリクレーン４の走行停止からフック巻き下げ開始までの制御手順を図６より詳細に示したものである。図７の制御手順が完了した状態で、レーザ距離計１１によりゲート２の位置を計測する（Ｓ８０１−Ｓ８０２）。レーザ距離計１１の出力からガントリクレーン４が目標位置にあるときの水門１に対するゲート２の位置ずれを求める（Ｓ８０３）。位置ずれがあれば、その位置ずれ分だけガントリクレーン４をずれ補正方向へ走行させて停止させる（Ｓ８０４−Ｓ８０５）。再度、ゲート２の位置を計測し、ゲート２の位置ずれを求める（Ｓ８０３）。位置ずれがなければ終了する。以上の制御手順により、ゲート２を抽出したときに生じたゲート２の位置ずれを解消してゲート２を正しく水門１の真上に位置させることができる。
【００２７】
次に、図７による走行及び停止制御の様子を、図９のタイムチャートを用いて説明する。ここでは、水門１上の２つの鉄片９（図９の鉄片１，２）が２００ｍｍの間隔で設置され、ガントリクレーン４の近接スイッチ１０（図９の近接スイッチ１，２）がそれよりやや広い間隔で設置されているものとする。
【００２８】
最初に走行速度が最高速度（定格速度）０．２５５ｍ／ｓｅｃであるとする。現在位置が指定された水門１上の１つ目の鉄片９（図９の鉄片１）の位置に１０００ｍｍまで近付いたとき（＊１）、定格速度の１／３である０．０８５ｍ／ｓｅｃに減速する。現在位置が図９の鉄片１の位置に３００ｍｍまで近付いたとき（＊２）、定格速度の１／３に減速されていることを確認する。定格速度の１／３を維持して走行中に、図９の鉄片１を先行する近接スイッチ１０（図９の近接スイッチ２）で検出したとき（＊３）、定格速度の１／２０である０．０１３ｍ／ｓｅｃに減速する。現在位置の補正もこのとき行う。現在位置が図９の鉄片１の位置を１００ｍｍ通り過ぎたとき（＊４）、定格速度の１／２０に減速されていることを確認する。定格速度の１／２０を維持して走行中に、図９の近接スイッチ１，２が鉄片１，２を検出したとき（＊５）、走行を停止させる。
【００２９】
本発明では、ガントリクレーン４の位置合わせを精密に行うために、位置合わせのときには走行距離センサによる相対位置を用いず、２つの鉄片９を２つの近接スイッチ１０で検出する絶対位置を停止の目標位置としたが、ガントリクレーン４の慣性が大きいため、近接スイッチ１０が配置できる幅の範囲で最高速度による高速走行から目標位置で正確に停止できる速度まで減速することが困難である。そこで、近接スイッチ１０が目標位置の鉄片を検出する以前に低速走行へ移行するようにした。その低速走行へ移行するタイミングは、走行距離センサによる相対位置で求めることにより、多箇所に配置されている鉄片を識別する必要をなくした。さらに、目標位置で正確に停止できるよう、１つ目の鉄片を検出後、低速走行から微速走行するようにした。高速走行、低速走行、微速走行の速度や比率は上記の例に限定されないことは勿論である。
【００３０】
また、本発明では、ガントリクレーン４に２つの近接スイッチ１０を走行方向の前後対称位置に取り付け、２つの鉄片９を水門中心線ｃに対して対称に設置したので、ガントリクレーン４が往復いずれに走行しても同じ制御手順を適用することができる。
【００３１】
また、本発明では、鉄片９、近接スイッチ１０による絶対位置が得られたタイミングで走行距離センサによる現在位置を補正するようにしたので、車輪スリップ等による位置検出ずれの蓄積が解消され、現在位置の信頼性が高まった。
【００３２】
また、本発明では、ガントリクレーン４の位置合わせを精密に行っても、吊り上げたゲート２の位置がガントリクレーン４に対してずれてしまうことを考慮し、ガントリクレーン４を基準にしたゲート２の位置を検出してガントリクレーンの位置補正を行うようにしたので、ゲート２が円滑に水門１に挿入できるようになった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３４】
（１）従来は、オペレータが手動運転していたゲートの位置換え作業を自動化することができる。
【００３５】
（２）従来は、オペレータが目視して手動運転していたゲートの位置合わせ作業を自動化し、正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動運転方法でゲート位置換えが行われるダムの側面図である。
【図２】本発明においてゲートを吊り上げているガントリクレーンの側面図である。
【図３】本発明の自動運転方法を実行する装置の構成図である。
【図４】本発明に用いるフックの詳細構造図である。
【図５】本発明に用いる操作机の操作パネル図である。
【図６】本発明の自動運転方法に基づく制御手順図である。
【図７】本発明の自動運転方法に基づく制御手順図である。
【図８】本発明の自動運転方法に基づく制御手順図である。
【図９】本発明の自動運転方法を用いたタイムチャートの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  水門
２  ゲート
３  ゲート置き場
４  ガントリクレーン
５  走行路
６  車輪
７  吊りビーム
８  ワイヤ
９  鉄片
１０  近接スイッチ
１１  レーザ距離計
【図１】
0004766756.tif 000002
【図２】
0004766756.tif 000003
【図３】
0004766756.tif 000004
【図４】
0004766756.tif 000005
【図５】
0004766756.tif 000006
【図６】
0004766756.tif 000007
【図７】
0004766756.tif 000008
【図８】
0004766756.tif 000009
【図９】
0004766756.tif 000010