Sistema de control inteligente para puente grúa patentado por Kelude
El sistema de control inteligente del puente grúa desarrollado internamente por Kelude obtiene patente de invención nacional, con un 100% de algoritmos centrales de desarrollo propio. El grado de autonomía tecnológica del sistema de control inteligente del puente grúa determina directamente la seguridad y controlabilidad del equipo, así como el margen de maniobra para futuras actualizaciones.
El grado de autonomía del sistema de control inteligente del puente grúa condiciona directamente la seguridad operativa del equipo y la capacidad de evolucionar tecnológicamente. Kelude Industrias Pesadas ha obtenido recientemente la patente de invención nacional para su sistema de control inteligente de puente grúa, registrado como "Método y sistema de planificación de trayectoria inteligente y control antibalanceo para puente grúa". Este sistema constituye el núcleo de control complementario de la tecnología de inspección por visión de la grúa, logrando la sustitución completa de los sistemas de control PLC de marcas extranjeras por una plataforma de control nacional, con un 100% de los algoritmos centrales desarrollados internamente. Este artículo analiza el sistema desde tres perspectivas: el contenido técnico de la patente, la arquitectura de la plataforma de control y el grado de nacionalización.
Tecnología patentada: planificación de trayectoria y antibalanceo
La patente concedida incluye dos algoritmos centrales. El algoritmo de planificación de trayectoria óptima se basa en una versión mejorada del algoritmo A*, que realiza la búsqueda de ruta en el espacio de movimiento de dos grados de libertad del carro puente y del carro/polipasto. El algoritmo de control antibalanceo se fundamenta en un regulador lineal cuadrático (LQR) adaptativo que, mediante la detección en tiempo real del ángulo de oscilación del gancho y su velocidad angular, ajusta dinámicamente las matrices de peso Q y R del controlador LQR. Cuando ambos algoritmos operan de forma coordinada, el módulo de planificación de trayectoria genera las instrucciones de movimiento, mientras que el módulo de control antibalanceo corrige en tiempo real las curvas de aceleración y desaceleración de las instrucciones de ejecución, logrando que la oscilación de la carga se mantenga dentro de ±50 mm al alcanzar la posición objetivo.
Plataforma de control embebida para puente grúa
Los algoritmos de control inteligente se ejecutan en una plataforma de control embebida de desarrollo propio. La plataforma se basa en el procesador dual-core Loongson 2K1000 de fabricación nacional, con una frecuencia de reloj de 1.0 GHz y sistema operativo de 64 bits. La plataforma incorpora un sistema operativo RTOS en tiempo real que garantiza que los algoritmos de planificación de trayectoria y control antibalanceo completen sus cálculos y emitan las instrucciones de control dentro de los tiempos deterministas requeridos. La comunicación con los variadores de frecuencia y los servoaccionamientos se realiza mediante interfaces industriales Ethernet PROFINET y EtherCAT, permitiendo un control de movimiento preciso de los mecanismos de elevación, el carro puente y el carro/polipasto.
Hoja de ruta de nacionalización tecnológica
La nacionalización del sistema de control inteligente se estructura en tres niveles, desde el hardware hasta el software. En el nivel de hardware, el procesador central emplea el Loongson 2K1000 de fabricación nacional, sustituyendo a los procesadores importados de la serie ARM Cortex-A. En el nivel de sistema operativo, se utiliza un RTOS de desarrollo nacional en lugar de VxWorks o FreeRTOS. En el nivel de algoritmos, tanto la planificación de trayectoria como el control antibalanceo son íntegramente de desarrollo propio. El sistema de control inteligente ya ha completado la puesta en marcha conjunta con el sistema de inspección por visión de la grúa en las instalaciones de 3 clientes. Los datos estadísticos de operación muestran que, en modo de posicionamiento automático, el tiempo medio de manipulación de cargas se ha reducido de aproximadamente 8 minutos en operación manual a menos de 3 minutos.
Preguntas frecuentes (FAQ)
P: ¿El sistema de control inteligente es compatible con el sistema de control PLC existente en el puente grúa? ¿Es necesario sustituir el armario de control eléctrico original?
R: El sistema de control inteligente opera como capa de control superior en paralelo con el sistema PLC existente, sin sustituirlo. El sistema PLC original continúa gestionando los circuitos de seguridad, la lógica de control y los modos de operación tradicionales. El sistema de control inteligente lee los datos de estado del PLC a través de PROFINET y envía las instrucciones de movimiento optimizadas a los variadores de frecuencia. No es necesario reemplazar el armario de control eléctrico existente; únicamente se requiere añadir el módulo de control inteligente y las conexiones de comunicación correspondientes. El plazo típico de ejecución de la reforma es de 2 a 3 días laborables, incluyendo las pruebas de puesta en marcha.
P: ¿Cuál es el rendimiento real del control antibalanceo en condiciones operativas de un puente grúa?
R: Los datos de las pruebas realizadas en 3 instalaciones de clientes demuestran que, al manipular bobinas de acero de 5t, el control antibalanceo LQR adaptativo reduce la oscilación residual tras la detención de la carga de un promedio de ±200 mm en operación manual a ±42 mm, y el tiempo de amortiguación se reduce de aproximadamente 25 segundos a unos 8 segundos. Para moldes de 15t, la oscilación residual es de ±55 mm con un tiempo de amortiguación de aproximadamente 10 segundos. Cuando el sistema de inspección por visión proporciona retroalimentación en tiempo real de la posición de la carga, el número de ajustes de posicionamiento en modo automático se reduce de 3 a 5 intentos en operación manual a un solo intento.
P: ¿La capacidad de procesamiento del procesador Loongson de fabricación nacional es suficiente para el control en tiempo real?
R: La capacidad de procesamiento del Loongson 2K1000 dual-core a 1.0 GHz es más que suficiente para los algoritmos de planificación de trayectoria y control antibalanceo. Las mediciones reales muestran que el cálculo de búsqueda A* en un escenario típico con una luz de 30 m tarda 12 ms. El cálculo de retroalimentación de estado del controlador LQR adaptativo requiere solo 0.3 ms por ciclo de control. La tasa de ocupación del procesador es de aproximadamente el 35% en condiciones normales de operación, y de alrededor del 60% en condiciones de alta carga cuando se ejecutan simultáneamente la replanificación de trayectoria y los cálculos de control, manteniendo un margen de reserva adecuado para cumplir con los requisitos de estabilidad del control industrial.
P: ¿Cuál es el alcance de protección y la duración de la patente de invención?
R: El alcance de protección de la patente de invención queda definido por las reivindicaciones. La patente concedida incluye 12 reivindicaciones: tres reivindicaciones independientes que cubren el método de planificación de trayectoria, el método de control antibalanceo y la arquitectura del sistema, junto con 9 reivindicaciones dependientes. La duración de la patente de invención es de 20 años a partir de la fecha de solicitud. De acuerdo con la norma GB/T 29490-2013 sobre gestión de la propiedad intelectual empresarial, la solicitud y el mantenimiento de patentes deben integrarse en el sistema de gestión de propiedad intelectual de la empresa. El uso no autorizado de los algoritmos y métodos protegidos por esta patente constituye una infracción de patente.
