Zelfnivellerende hijsbalk - Elektronische waterpas

Als je maar drie signalen hebt is een propventiel ook zinloos denk ik.

Op 25 februari 2009 21:46:34 schreef thijss:
..., dit moet worden versteld met de twee cilinders. De cilinders worden bestuurd met een elektronisch proportioneel ventiel.

Probleem:
Het meten van de stand van de balk en dit omzetten in een digitaal signaal; scheef links, recht, scheef rechts.

Daar wil ik even op inpikken. Als je alleen weet dat je links scheef staat, of rechts scheef staat maar niet hoeveel, (even afgezien van in balans staan) dan wordt het onmogelijk regelen met proportionele ventielen.

Met proportionele kan je minder of meer 'gas' geven om bij te sturen, maar je weet pas als je moet stoppen met bij te sturen als de balans bereikt is. En das een fragiel evenwicht. Dat ding gaat dus op die manier constant staan te kwakkelen. Je zou eigenlijk proportioneel moeten gaan meten (dus minder of meer scheef) en daarop gepast gaan bijsturen. Als die fout bijna weg is regel je ook maar weinig meer bij en bereik je een stabieler evenwicht.

- - big bang - -

edit, GJ is net nog even sneller, maar zelfde idee

Met die versnellinsmeter is ook een indicatie te meten van hoe scheef de balk hangt. Meet de valversnelling (9.81m/s², naar beneden gericht), zorg ervoor dat je versnellingsmeter zo gemonteerd is dat de X-as loodrecht staat op het aardoppervlak, en de Y-as parallel met de lijn gevormd door je 2 cylinders. Op die manier zal je bij een vlakke balk op de X-as de valversnelling meten, en op de Y-as niets.
Zodra nu je balk schuin gaat staan, zal je een stuk van de valversnelling meten op de Y-as, en aan de hand daarvan kan je redelijk gemakkelijk een indicatie van de hoek krijgen.

Wat je dan verder doet met eigen bewegingen van de balk (komen bij de valversnelling opgeteld), en hoe je de wiskunde uitwerkt (om te compenseren mbv de X-as), dat kan je dan zelf verder uitwerken.

Oke ik merk dat mijn kennis nog wat te beperkt is. Eerst heb ik hier overzichtplaatje van mijn hijsvoorziening (hier staat geen balk in!, verder gelijk)

http://www.uploadarchief.net/files/download/hijsvoorzieningen%20met%20…

Dit heb tot nu toe begrepen:

Een proportioneelventiel werkt met smoring en niet zwart wit, de signalen "scheef" en "recht" zijn te zwart wit. Een oplossing is het breder spreiden van de signalen zodat iedere schuinte wordt aangegeven, hoe minder schuin des te meer er gesmoord moet worden.

Het berekenen van de valversnelling gaat me nog even boven de pet. Ik kan berekenen hoe schuin de balk komt te hangen en hoever de cilinders moeten uitschuiven. Het eerste stuk over X loodrecht en Y parallel snap ik wel, hoe de valversnelling verschuift als de balk schuin gaat staan weet ik niet. Is dit vergelijkbaar met mechanica?

Daar heb je niet alleen ventielen voor nodig, maar ook een hydraulische pomp. Hoe wou je dat allemaal hijsbaar maken?

Een bescheiden hydrounit weegt bijna niets. De meeste propventielen kun je gewoon PWM'en met de motorsturing zoals die hier op de site bij de schakelingen staat. Wel 24Vdc gebruiken uiteraard.

Je zou een paar hellingschakelaars kunnen gebruiken, waarmee je in 2 stappen kunt meten hoe schuin de balk hangt. Erg schuin = ventiel ver open, een beetje schuin = ventiel een klein stukje open. Met een hogere resolutie meten is natuurlijk mooier, vooral als het belangrijk is dat die balk zo snel mogelijk recht komt te hangen.

Je zou ook kunnen proberen de hoek tussen een van de cilinders en dan balk of het hijsblok te meten, of de lengte van een van de diagonalen. In dat geval heb je, denk ik, ook een terugmelding nodig van de werkelijke positie van de cilinders, omdat de balk niet meer recht onder het hijsblok hangt (de middelpunten liggen dan niet op dezelfde verticale lijn). Als je 2 hoeken of beide diagonalen meet, en wat rekenwerk doet, ben je er ook, denk ik.

Een low-tech oplossing is natuurlijk dat je een paar kettingen of kabels over de diagonalen spant, dan heb je de cilinders zelfs helemaal niet nodig, maar ik neem aan dat dat niet gaat, want dat ligt wel heel erg voor de hand, lijkt me.

Op 25 februari 2009 23:36:40 schreef thijss:
Het berekenen van de valversnelling gaat me nog even boven de pet. Ik kan berekenen hoe schuin de balk komt te hangen en hoever de cilinders moeten uitschuiven. Het eerste stuk over X loodrecht en Y parallel snap ik wel, hoe de valversnelling verschuift als de balk schuin gaat staan weet ik niet. Is dit vergelijkbaar met mechanica?

Er bestaan ic's die een versnelling kunnen meten in 1 richting. Als je in dezelfde richting meet als de valversnelling geeft die dus de volledig versnelling (9.81m/s2) aan, gaat je IC schuin hangen en dus meten in een andere richting als de valversnelling kan je met de sin/cos regels berekenen hoeveel graden het IC gedraaid is. Dit is simpele mechanicaberekeningen ja.

Het gaat dus gewoon zijn dat als het IC de versnelling meet in een richting anders als de valversnelling, deze een kleinere waarde uitgeeft als in dezelfde richting. Deze compensatie kan dan wel alleen gebruikt worden als de last stilstaat en niet als deze aan het omhoog versnellen is.
Wat ook lastig kan worden is de richting van het kantelen. Daarvoor ga je of meerdere sensoren moeten gebruiken of een gok doen en proberen, indien erger andere kant op bewegen. Dan kom je met minder sensoren toe.

Een mooiere oplossing lijkt me dat de cilinders uit te lezen zijn kwa lengte, maar dus ook als deze afwijken van de ingestelde stand. Maar dan weet ik niet in hoeverre dat dat mogelijk uit te voeren is in jouw geval.

Volgens mij komt het scheef hangen niet doordat de cilinders gaan afwijken van hun gewenste positie (het is immers hydraulisch), maar doordat deze aan beide uiteinden kunnen scharnieren, waardoor de balk en de onderkant van het hijsblok niet meer parallel lopen.

Je kunt het probleem van de richting oplossen door de sensor niet vlak op de balk te zetten, maar onder een bekende hoek (zeg, 45 graden). Zolang de balk dan niet meer dan 45 graden van de horizontale positie komt (lijkt me heel extreem), kun je dan altijd berekenen wat de werkelijke hoek is. Ik betwijfel echter of je erg nauwkeurig kunt meten.

Ik heb voor de gein eens een model gebouwd, best een leuk systeempje. Als ik zo zie dan is het makkelijkste om gewoon de sensor op de balk te zetten, beide cylinders volledig uit (in is onhandig, last kan lager komen te hangen tijdens het balanceren en dus weer de grond raken) te trekken en 1 cylinder bijregelen tot de balk weer recht hangt. Hangt de balk de andere kant op scheef dan regel je de andere cylinder bij tot ie weer recht hangt.

Op die manier hoef je helemaal niet te weten op welke positie de cylinders staan, alleen maar of ze volledig in of volledig uit zijn. Twee eindeloopschakelaars op iedere cylinder voldoen.
Je hoeft ook alleen maar te weten of de balk schuin hangt, niet hoeveel. Je regelt immers toch maar zachtjes bij, net zolang ie weer recht hangt. Hijsen is niet iets dat op grote snelheid gaat.

En ik neem aan dat je toch pas echt omhoog gaat als het ding rechthangt, lijkt me handig als je er dan een of andere lock op zet zodat ie niet tegen de wind in gaat regelen op grote hoogte. Het lijkt me immers niet dat de last van gewicht veranderd wanneer ie in de lucht hangt, of ben je bezig met betonstort silo's?

Allereerst bedankt voor de reacties. De hijsvoorziening is bedoeld voor het hijsen van prefab betonelementen. De hijstijd is beperkt tot circa 3 minuten. De bedoeling is dat de hijsvoorziening volledig zelfstandig tijdens het hijsen waterpas gaat hangen.

De snelheid van de cilinders kan ik regelen met de hydrauliek. Als ik het propventiel zo kan aansturen dat deze naarmate de schuinte minder wordt meer gaat smoren is er toch geen probleem?

De elementen wegen tot 20 ton, hierdoor krijgt iedere cilinder ook 20ton voor de kiezen. Ik wil geen externe motor of andere generator, het gewicht van een element genereert de kracht voor het uitschuiven van de cilinder. Dit bestaat al in de vorm van een compensatiecilinder:

http://www.uploadarchief.net/files/download/p101208_15%5B1%5D.06.jpg

Het gaat dus om de gecombineerde aansturing van twee soort gelijke cilinders. De uitvoering zie ik alsvolgt: vanaf het moment dat er wordt gehesen (element nog op de grond of vlak erboven) wordt 1 cilinder aangestuurd om langer te worden tot dat er evenwicht is bereikt. De tweede cilinder wordt dan alleen nog gebruikt om met een handmatige bypass naar gebruikers wensen bij te stellen.

Het scheefhangen van het element/de balk ontstaat alsvolgt:
Tijdens het hijsen wil het zwaartepunt van de last onder de hijslijn gaan hangen, hierdoor treedt een verdraaiing op. De driehoek erboven draait gewoon mee, door een zijde te verlengen blijft het zwaartepunt onder de hijslijn maar hangt het element wel recht.

Mjin probleem blijft: welke componenten heb ik nodig en hoe schakel ik ze, met een mooi werkend geheel als resultaat.

Op 26 februari 2009 15:07:06 schreef thijss:
Ik wil geen externe motor of andere generator, het gewicht van een element genereert de kracht voor het uitschuiven van de cilinder. Dit bestaat al in de vorm van een compensatiecilinder

Jij hebt twee cylinders, en de cylinder waar de minste kracht op komt moet juist het verste uitschuiven. Degene waar de meeste kracht op komt moet zo min mogelijk uitschuiven. Dus tenzij je nog een of ander magisch systeem achter de hand hebt moet je ook nog eens trekkrachten gaan meten om te bepalen welke cylinder je uit moet schuiven.
En zoals je geen pomp hebt kan je maar heel erg beperkt terugregelen, totdat een van de twee cylinders volledig uit staan.

Op 26 februari 2009 15:07:06 schreef thijss:
De hijstijd is beperkt tot circa 3 minuten.

En maar gek staan te kijken dat er zoveel ongelukken in de bouw gebeuren..

[Bericht gewijzigd door klein is fijn op donderdag 26 februari 2009 15:35:40 (13%)]

Zoals van de meeste dingen in het leven heb ik de heel weinig verstand van hijsen, gelukkig wel een beetje van mechanische systemen, en ik denk dat het best mogelijk is om dit zonder externe krachtbron te doen.

Stel dat je begint met beide cilinders helemaal ingeschoven. Als je dan van de cilinder die je uit wilt schuiven een ventiel open zet, die tussen beide kamers zit, zal deze dat, vanwege het gewicht van de last, ook gaan doen.

Uiteindelijk zullen beide cilinders natuurlijk helemaal uitgeschoven zijn, maar dat zou je op kunnen lossen door ze met een paar forse veren of zo in te laten schuiven als er gaan last aan hangt, en het ventiel open is.

Ik zie wel een klein probleem bij dit systeem: de beide kamers van de cilinder zijn niet even groot, want de ene kamer bevat een zuigerstang, en de andere niet. Hierdoor veranderd het totale volume van het systeem tijdens het bewegen van de zuiger. Dit zou je op kunnen lossen door een buffervaatje op de bovenste kamer (die zonder zuigerstang) aan te sluiten, aangezien er aan die kant geen druk opgebouwd wordt.

Een hijstijd van 3 minuten is voor een hoogte onder de 25 meter vrij normaal.

SPARKYGSX je omschrijft precies de werking EN het knelpunt qua hydrauliek.

Maar ik wil de cilinders of eigenlijk het propventiel ertussen electronisch aansturen. Probleem blijft dan:

1. Hoe meet ik de schuinte van de last
2. Hoe stuur ik met de bekende schuinte mijn ventiel aan? (welke signalen heb ik nodig en welke krijg ik)

Je krijgt een signaal over hoe schuin de last hangt (van een een of meerdere sensoren, op de balk, 2 hoeken van de trapezium, of nog op een andere manier), en je moet aan de hand daarvan beslissen welk ventiel je gaat bedienen, en hoeveel. Welke is afhankelijk van de richting waarin de balk schuin hangt, en hoeveel is afhankelijk van hoe schuin de balk hangt.

Je moet er, bij het systeem zoals ik het straks omschreef, wel rekening mee houden dat je niet eindeloos kunt blijven corrigeren als het ding niet recht hangt; eigenlijk zou je met een kant moeten beginnen, en de andere kant helemaal niet aanraken. Het is dan ook belangrijk dat je geen overschoot hebt, dus als je er bijna bent, moet je langzamer gaan regelen, of een kleine overschoot accepteren.

Je kunt het geheel waarschijnlijk het beste aansturen met een PLC of zo. Je zou ook een analoge schakeling of een microcontroller met wat randapparatuur kunnen gebruiken, maar dat wordt, voor zover ik weet, meestal niet gedaan voor dergelijke toepassingen.

Probeer wat meer te kijken naar het systeem, en de manier waarop je dit wilt oplossen, en nog niet naar de componenten. De componenten gebruik je om de oplossing te implementeren.

De allergoedkoopste Vipa PLC gebruik ik ook om propventielen mee aan te sturen. Rechtstreeks op de PWM uitgangen. Sparky heeft idd wel een punt, een PLC is het gemakkelijkste, robuust en betrouwbaar.

Thijss.
Voor het automatisch waterpas stellen van zelfrijdende hoogwerkers worden apparaatjes toegepast voor het aansturen van de x en y richting dus voor 4 cilinders.
Hiervoor moet het apparaatje wel op het prefabdeel staan,want dat moet uiteraard waterpas komen.
Maandag zal ik even kijken naar het merk.
PS het is voor 24 volt= en werkt zeer nauwkeurig.

Thijss.
De grijze massa in m,n kop werkte sneller dan ik voor mogelijk houd.
Kijk op de site van www.senergy.fr
Onder products / BPE electronics en daar vindt je eea.

JTW bedankt het is inderdaad een een goede site. Ik heb nu eerst de gewenste werking uitgetekend.

http://www.uploadarchief.net/files/download/hijsvoorziening%20met%20hy…

Het blijven twee cilinders die in rust volledig zijn ingetrokken. Als er een element wordt gehesen komt er een linieare kracht op de cilinders. Dan wil ik dat een sensor op het element (hijsbalk even vergeten) aangeeft naar welke kant en hoever het element scheef hangt. Dit signaal moet door een regelunit naar de juiste cilinder worden gestuurd zodat deze langer wordt. Dit gebeurd met behulp van een electrisch prop.ventiel.

Ik heb dit gevonden als opties voor de meetsensor:

http://www.bpe.it/download/ST_IDXYmP_ONOFF_e.pdf
http://www.bpe.it/download/ST_LA10_e.pdf
http://www.bpe.it/download/ST_LAmPc_e.pdf

Zit er volgens jullie een geschikte tussen? zoja hoe schakel ik deze naar mijn ventielen.

Ik sta natuurlijk ook open voor een andere simpelere oplossing....

Ik ben eigenlijk heel erg bang dat er ferme ongevallen gaan gebeuren als je doorgaat met dit zelf in elkaar te flansen. Blijkbaar heb je nagenoeg geen kennis van mechanica, werken met vectoren is nogal basic, en dit voorbeeldje is iets waar een 16-jarige student elektromechanica al gemakkelijk berekeningen op kan uitvoeren (in België toch). Al wie in hoger onderwijs iets van mechanica heeft gezien is ook bekend met deze zaken.

Een knutselwerkje kan heel leuk zijn, en alles opzoeken en door trail-and-error leren is een toffe uitdaging, maar met blokken van 20ton gaan slingeren tot ze ergens tegenaan knallen is niet zo leuk meer.

Heel leuk allemaal dat automatisch niveleren? Is het niet hander om het semi automatisch te doen. Dus de kraanmachinist ziet zelf dat het wat scheef gat en corrigeert dit door 1 van de cillinders bij te sturen.

Dit lijkt me betrouwbaarde als op zelfgemaakte elektroniva vertrouwen die nog niet zwaar in de praktijk is getest.

En dan maar hopen dat het bereik van je cillinders zo groot genoeg is.

Je kunt misschien uit de doelstelling afleiden dat ik bouwkunde studeer. Dit project is een onderdeel van mijn afstudeeropdracht en het gaat mij om het concept, maar dan wel een reeel en werkend concept. Een mechanische variant is al getest en werkt en een elektronische variant vormt de tweede stap.

Qua mechanica heb ik de bouwkunde variant op de HTS gehad, dus ik heb de krachten in de kettingen bepaald. Zoals ik het nu zie is dit een zelfde berekening als het valversnelling verhaal, ik begrijp alleen de link naar een elektronisch signaal niet.Ik hoop dat jullie mijn situatie nu beter begrijpen.

Een semiautomatisch systeem wordt al toegepast in de vorm van een compensatiecilinder en een waterpas. En het bereik van de cilinders moet voorlopig 1 meter zijn, ze zijn verkrijgbaar tot meer dan 3meter.

Mijn vraag blijft dus kan het door mij uitgetekende systeem werken? wat zijn mogelijke verbeteringen. En hoe werken die signalen: ik begrijp niet hoe de hoek wordt omgevormd naar een signaal en hoe dat (analoge?) signaal wordt overgebracht. Ik wil me hier graag meer in verdiepen, is er een site waar ik meer info kan krijgen?

Als de slag van de cilinders te klein is, maakt het vrij weinig uit of de kraanmachinist dit zelf bedient, of dat het automatisch gebeurd.

Eerlijk gezegd zie ik het probleem ook niet echt; als je ervoor zorgt dat de ventielen alleen bedient worden zolang de kraanmachinist op het knopje "nivelleren" drukt, is het veiligheidsrisico ongeveer verwaarloosbaar, lijkt me. De machinist draagt ten alle tijden de verantwoordelijkheid voor de kraan en de last, en die zal er voor moeten zorgen dat het zijwaarts en neerwaarts bewegen van de last geen gevaar kan opleveren.

@TS: ok, nu wordt het (voor mij althans) al een stuk duidelijker, en nu begrijp ik meer van jouw gedachtegang, denk ik.

Ik durf wel met zekerheid te zeggen dat het mogelijk is om op deze manier de hijsbalk redelijk waterpas te krijgen. Hoe nauwkeurig je dat kunt doen, durf ik je niet te zeggen. Dit zal afhankelijk zijn van een aantal factoren, zoals de nauwkeurigheid van de sensor en de vertielen, en de snelheid van het regelen. Als je langzamer gaat regelen, en langer de tijd neemt om alles tot rust te laten komen, kan het veel nauwkeuriger dan wanneer het snel snel snel moet.

Ik denk dat het slingeren de grootste belemmering vormt, zowel het slingeren van het geheel omdat de machinist het net gehesen en misschien wel zijwaarts verplaatst heeft, en mogelijk slingeren veroorzaakt door het corrigeren.

Je hellingsensor geeft een analoge waarde af, die gemeten wordt door een PLC. Daarbij wordt deze analoge waarde omgezet naar een digitaal getal, waarmee de PLC kan gaan rekenen.

Een PLC is eigenlijk een computer met een redelijk beperkt geheugen en rekenkracht. Voor de PLC die je hier voor nodig zult hebben, zal dit in de orde van grootte van een grafische rekenmachine zijn.

Uit dit getal kun je direct danwel via en niet al te ingewikkelde berekening de hoek van de balk bepalen. Je weet dan wat de afwijking is van de gewenste hoek, en in welke richting. Je weet dan dus welk ventiel je moet gaan bedienen om deze afwijking te corrigeren.

Als de afwijking groot is, zet je het ventiel ver open, zodat de olie snel begint te stromen. Dit kun je met een factor doen; met een factor van 2.5 gaat het ventiel voor 25% open als de afwijking 10 graden is (als voorbeeld).

Terwijl het geheel beweegt, blijft de PLC continue de hoek van de balk controleren, en het ventiel aansturen. Naarmate de afwijking kleiner wordt, zal het ventiel steeds verder dicht gestuurd worden, zodat de beweging steeds langzamer gaat, totdat je binnen de tolerantie van je gewenste positie is komt. Dit gebeurd zo'n 100 keer per seconde.

Je kunt het geheel nog wat sneller maken door bijvoorbeeld te zeggen dat het ventiel 100% open mag als de hoek groter is dan 15 graden of zo. Ook kun je het verband tussen de hoek en de aansturing van het ventiel zelf bepalen. In het bovenstaande verhaal zul je bijvoorbeeld nooit de gewenste positie bereiken, omdat het ventiel steeds verder dicht gaat naarmate je er dichterbij komt. Dit is natuurlijk onnodig traag, maar het ging even om een eenvoudig voorbeeld.

Als jij de verbanden goed kunt definiëren, moet een ervaren PLC programmeur dit binnen paar uurtjes helemaal kunnen maken.

Op 27 februari 2009 02:43:12 schreef SparkyGSX:
(...) en mogelijk slingeren veroorzaakt door het corrigeren.

Als de last scheef hangt, komt dat doordat het zwaartepunt bij horizontaal hangen niet onder de ophanging zou zitten.
Door het schuiven van de cilinders komt nu het zwaartepunt bij horizontaal hangen nu wèl onder de ophanging.
De last is dus horizontaal verplaatst. Slingeren is dus een mogelijkheid.