نظام التحكم الذكي للرافعة المطور ذاتياً يحصل على براءة اختراع وطنية
حصول نظام التحكم الذكي للرافعة المطوَّر ذاتياً على براءة اختراع وطنية، بنسبة 100% في الخوارزميات الأساسية محلية التطوير. إن درجة الاعتماد الذاتي لنظام التحكم الذكي للرافعة تحدد بشكل مباشر مستوى الأمان وقابلية التحكم في المعدات، فضلاً عن القدرة على مواصلة الترقيات التقنية مستقبلاً.
إن درجة الاعتماد الذاتي لنظام التحكم الذكي للرافعة تحدد بشكل مباشر مستوى الأمان وقابلية التحكم في المعدات، فضلاً عن القدرة على مواصلة الترقيات التقنية مستقبلاً. وقد حصل نظام التحكم الذكي للرافعة المطوَّر ذاتياً من كيلود للصناعات الثقيلة مؤخراً على براءة اختراع وطنية بعنوان "طريقة ونظام التخطيط الذكي للمسار والتحكم في منع التأرجح للرافعة الجسرية". يُعد هذا النظام المكوّن الأساسي لطبقة التحكم المرافقة لتقنية الفحص البصري بالذكاء الاصطناعي للرافعة، وقد حقق استبدالاً كاملاً من أنظمة تحكم PLC الأجنبية إلى منصة تحكم محلية، بنسبة 100% في الخوارزميات الأساسية المطورة ذاتياً. تستعرض هذه المقالة النظام من ثلاثة أبعاد: المحتوى الفني لبراءة الاختراع، وبنية منصة التحكم، ودرجة التوطين.
التقنية الأساسية لبراءة الاختراع
تتضمن براءة الاختراع الممنوحة خوارزميتين أساسيتين. تعتمد خوارزمية التخطيط الأمثل لمسار الرافعة على خوارزمية A* المحسّنة للبحث عن المسار في فضاء الحركة ثنائي درجات الحرية لجسر الرافعة والعربة. أما خوارزمية التحكم في منع التأرجح فتعتمد على منظم خطي تربيعي تكيفي (LQR) يقوم بالكشف في الوقت الفعلي عن زاوية تأرجح الخطاف وسرعته الزاوية لضبط مصفوفتي الأوزان Q وR لوحدة التحكم LQR بشكل ديناميكي. عند عمل الخوارزميتين معاً، تولّد وحدة تخطيط المسار أوامر الحركة، بينما تقوم وحدة التحكم في منع التأرجح بتصحيح منحنيات التسارع والتباطؤ في الأوامر التنفيذية لحظياً، مما يحافظ على تأرجح الحمولة ضمن نطاق ±50 مم عند وصول الرافعة إلى الموقع المستهدف.
منصة التحكم المدمجة
تعمل خوارزمية التحكم الذكي على منصة تحكم مدمجة مطورة ذاتياً. تعتمد المنصة على معالج Loongson 2K1000 ثنائي النواة بتردد 1.0 جيجاهرتز، مع نظام تشغيل 64 بت. وتأتي المنصة مزوّدة بنظام تشغيل RTOS في الوقت الفعلي لضمان إتمام حسابات تخطيط المسار والتحكم في منع التأرجح وإخراج أوامر التحكم خلال زمن محدد. تتصل المنصة بمحولات التردد والمشغلات المؤازرة عبر واجهتي إيثرنت صناعي ببروتوكولي PROFINET وEtherCAT، لتحقيق تحكم دقيق في حركة جسر الرافعة والعربة وآلية الرفع.
المسار التقني للتوطين
يتوزع توطين نظام التحكم الذكي على ثلاثة مستويات، من العتاد إلى البرمجيات. على مستوى العتاد، تم اختيار المعالج المحلي Loongson 2K1000 بديلاً عن معالجات ARM Cortex-A المستوردة. وعلى مستوى نظام التشغيل، تم اختيار نظام RTOS محلي بديلاً عن VxWorks وFreeRTOS. وعلى مستوى الخوارزميات، فإن جميع خوارزميات تخطيط المسار والتحكم في منع التأرجح مطورة ذاتياً بالكامل. وقد تم تنفيذ التشغيل التجريبي المشترك لنظام التحكم الذكي مع نظام الفحص البصري بالذكاء الاصطناعي للرافعة في 3 مواقع لعملاء. وأظهرت بيانات التشغيل أن الرافعات المزودة بنظام التحكم الذكي في وضع التموضع التلقائي قلّصت متوسط زمن الرفع والنقل من حوالي 8 دقائق في التشغيل اليدوي إلى أقل من 3 دقائق.
الأسئلة الشائعة (FAQ)
س: هل يتوافق نظام التحكم الذكي مع أنظمة تحكم PLC الموجودة في الرافعات الحالية؟ وهل يتطلب استبدال خزانة التحكم الكهربائية الأصلية؟
ج: يعمل نظام التحكم الذكي كطبقة تحكم عليا بالتوازي مع نظام PLC الأصلي وليس كبديل له. يستمر نظام PLC الأصلي في المسؤولية عن منطق دائرة الأمان ووضع التشغيل التقليدي، بينما يقرأ نظام التحكم الذكي بيانات الحالة من PLC عبر بروتوكول PROFINET ويرسل أوامر الحركة المحسّنة إلى محولات التردد. لا يلزم استبدال خزانة التحكم الكهربائية الأصلية، بل يكفي إضافة وحدة وحدة التحكم الذكي وأسلاك الاتصال المقابلة. تتراوح مدة البناء للتحديث عادة بين 2~3 أيام عمل شاملةً وقت التشغيل التجريبي.
س: ما هو الأداء الفعلي للتحكم في منع التأرجح أثناء تشغيل الرافعة الحقيقي؟
ج: أظهرت بيانات الاختبار الميداني في 3 مواقع: عند رفع لفائف الصلب بوزن 5 أطنان، قلّص التحكم التكيفي LQR في منع التأرجح سعة التأرجح المتبقي بعد توقف الحمولة من متوسط ±200 مم في التشغيل اليدوي التقليدي إلى ±42 مم، وقلّص زمن إخماد التأرجح من حوالي 25 ثانية إلى حوالي 8 ثوانٍ. أما عند رفع قالب بوزن 15 طناً، فبلغت سعة التأرجح المتبقي ±55 مم وزمن إخماد التأرجح حوالي 10 ثوانٍ. وعند تزامن نظام الفحص البصري بالذكاء الاصطناعي في توفير تغذية راجعة في الوقت الفعلي لموقع الحمولة، انخفض عدد محاولات الضبط في التموضع التلقائي من 3~5 محاولات في التشغيل اليدوي إلى محاولة واحدة.
س: هل تكفي قدرة معالجة معالج Loongson المحلي لمتطلبات التحكم في الوقت الفعلي؟
ج: إن قدرة معالجة Loongson 2K1000 ثنائي النواة بتردد 1.0 جيجاهرتز كافية تماماً لخوارزميات تخطيط المسار والتحكم في منع التأرجح. تُظهر بيانات مقاسة أن حساب بحث A* لتخطيط المسار يستغرق 12 مللي ثانية في السيناريو النموذجي لرافعة ببحر 30 متراً. أما حساب التغذية الراجعة لحالة منظم LQR التكيفي فيستغرق 0.3 مللي ثانية فقط في كل دورة تحكم. يبلغ حمل المعالج حوالي 35% في ظروف التشغيل العادية، وحوالي 60% في ظروف الحمل العالي عند تنفيذ إعادة تخطيط المسار وحسابات التحكم في وقت واحد، مما يترك هامشاً كافياً لتلبية متطلبات الاستقرار في التحكم الصناعي.
س: ما هي منطقة الحماية وفترة الصلاحية لبراءة الاختراع؟
ج: تُحدَّد منطقة الحماية لبراءة الاختراع بموجب بنود المطالبات. تتضمن براءة الاختراع الممنوحة 12 بند مطالبة، تغطي ثلاثة بنود مستقلة لطريقة تخطيط المسار وطريقة التحكم في منع التأرجح وبنية النظام، بالإضافة إلى 9 بنود تابعة. تبلغ فترة صلاحية براءة الاختراع 20 عاماً من تاريخ التقديم. وفقاً لمتطلبات المواصفة GB/T 29490-2013 "مواصفة إدارة الملكية الفكرية للمؤسسات" بشأن إنشاء الملكية الفكرية واستغلالها وحمايتها، يجب إدراج تقديم براءات الاختراع وصيانتها ضمن نظام إدارة الملكية الفكرية للمؤسسة. ويُعد أي استخدام غير مصرح به للخوارزميات والطرق المحمية ببراءة الاختراع انتهاكاً لبراءة الاختراع.
