Interbloqueo puente grúa y AGV: sistema de despacho

Cuando un puente grúa y AGV/RGV operan en el mismo espacio, el enclavamiento de seguridad entre equipos constituye la primera línea de defensa contra colisiones. El enclavamiento debe cubrir cinco combinaciones: puente grúa-puente grúa, puente grúa-AGV, AGV-AGV, puente grúa-RGV y AGV-RGV. Este artículo analiza los métodos de implementación en ingeniería desde el diseño de enclavamiento en cuatro niveles, la estructura de datos para el intercambio de estado, los tres umbrales de seguridad, la coordinación en la estación de acoplamiento y el mapeo del protocolo de comunicación.

Escenarios y estrategias de enclavamiento en vía compartida

Cuando el puente grúa y el AGV comparten vía, el riesgo de colisión proviene de múltiples dimensiones. Prioridad de enclavamiento en los cinco escenarios: puente grúa-puente grúa es la más alta (el encuentro frontal en la misma vía tiene consecuencias graves), mientras que AGV-AGV es la más baja (menor velocidad y masa). El PLC de control recibe la transmisión de estado de todos los equipos cada 100 ms, calcula la distancia tridimensional de cada par (X/Y/altura de la carga suspendida) y ejecuta la respuesta en tres niveles: aviso, desaceleración y parada. Con 12 equipos, se calculan 66 distancias entre pares; el código de enclavamiento ocupa unas 200 líneas de SCL y se ejecuta en 1~2 ms.

Diseño de la estación de acoplamiento y precisión de posicionamiento

La estación de acoplamiento entre el puente grúa y el AGV es el punto crítico de la operación coordinada; la precisión del acoplamiento afecta directamente a la fiabilidad y eficiencia de la transferencia de materiales. Puntos clave del diseño de la estación de acoplamiento: la precisión de posicionamiento del AGV en la zona de la estación debe ser de ±10 mm (corregida mediante reflector láser o código QR), y la precisión de la posición de descenso de la carga del puente grúa debe ser de ±5 mm (posicionamiento por fusión de láser y encoder). El acoplamiento entre el gancho del puente grúa y la plataforma de carga del AGV emplea un diseño de cono guía: la parte inferior del gancho tiene un ángulo de cono de 60°, mientras que el orificio de posicionamiento de la plataforma del AGV tiene un chaflán de 45°. La guía cónica permite la autoalineación dentro de una desviación horizontal de ±15 mm.

Parámetros de la secuencia de acoplamiento: el AGV entra en la estación y se posiciona con precisión (3~5 s), transmite "listo para acoplamiento"; el puente grúa inicia el descenso al recibir la señal; cuando la carga está a 500 mm de la plataforma del AGV, reduce la velocidad al 20% de la velocidad nominal; en los últimos 100 mm, reduce al 5% de la velocidad nominal; se activa el interruptor de posición para confirmar la posición; se desacopla el gancho; el puente grúa eleva hasta una altura segura (≥ altura del AGV + 500 mm) y transmite "acoplamiento completado"; el AGV sale tras confirmar la seguridad. El ciclo completo de acoplamiento dura aproximadamente 20~30 s, de los cuales el descenso del puente grúa ocupa unos 12~18 s. Kelude Industrias Pesadas registró una tasa de éxito del 99,7% en las pruebas de acoplamiento en una planta de automoción (3 fallos en 1000 acoplamientos, todos debidos a timeout de posicionamiento del AGV que activaron el reintento).

Configuración de umbrales de seguridad y circuito de parada de emergencia

La distancia de seguridad en operación compartida entre puente grúa y AGV se configura mediante tres umbrales. Tomando como ejemplo el tramo de colada continua de una acería: 12 puentes grúa y 8 AGV operan simultáneamente; la distancia de seguridad se configura por separado para los cinco escenarios: puente grúa-puente grúa, puente grúa-AGV, AGV-AGV, puente grúa-RGV y AGV-RGV. La distancia en tiempo real es reportada al PLC por el sistema de posicionamiento UWB (precisión ±10 cm, frecuencia de actualización 10 Hz), que activa la respuesta en tres niveles según la siguiente tabla de umbrales:

Reforma de puente grúa con enclavamiento AGV

Para que un puente grúa con 5 a 15 años de servicio pueda integrar el enclavamiento con AGV, es necesario definir un plan de reforma diferenciado según el tipo de Sistema de control eléctrico existente. La reforma abarca tres niveles: capa de detección (incorporación de etiquetas UWB y Sensores de distancia), capa de control (actualización o incorporación de PLC) y capa de comunicación (red Ethernet y programación de la lógica de enclavamiento). A continuación se detallan las soluciones según el tipo de control eléctrico del puente grúa.

Puente grúa con control por relés (aproximadamente el 30% del parque existente). Este tipo de grúa no dispone de PLC, solo de un circuito de control por contactores y Relé, por lo que requiere una actualización integral. Solución recomendada: incorporar un Armario de Control Siemens S7-1200 (con CPU 1212C, módulo SM1222 DO ×1, módulo SM1231 AI ×1, Fuente de Alimentación Conmutada de 24V y armario), así como sustituir el Interruptor Maestro y el puesto de mando. Pautas de cableado: las señales de las bobinas de los contactores de Elevación/desplazamiento se toman del módulo DO del S7-1200 (con aislamiento mediante Relé Intermedio), y las señales de los Relé Térmico originales se conectan a las entradas DI. Coste aproximado: 16.000 € por unidad (incluye Armario de Control, Sensores, Instalación y Puesta en Marcha), con un plazo de 5 a 7 días (incluye conexionado eléctrico en parada y programación y puesta a punto conjunta).

Puente grúa con PLC existente (aproximadamente el 50%). La mayoría de estas grúas ya disponen de PLC (Siemens S7-200/S7-300 o Mitsubishi serie FX). Se conserva el PLC original y únicamente se añade el módulo de comunicación y la lógica de enclavamiento. Para S7-200 se añade el módulo Ethernet CP243-1 (aprox. 1.500 €) y para S7-300 el CP343-1 (aprox. 2.500 €). En el programa del PLC existente se incorpora un subprograma de enclavamiento AGV: el PLC recibe por Ethernet las coordenadas de posición y el estado de las zonas de seguridad enviados por el sistema de despacho de AGV, los compara con la posición propia y emite la señal de enclavamiento. El diagrama de escalera del programa consta de aproximadamente 80 a 120 líneas, incluyendo detección de heartbeat (ciclo de 500 ms, con 3 pérdidas consecutivas que activan la parada de emergencia). Coste aproximado: 3.000 a 5.000 € por unidad (incluye módulo, programación y puesta a punto), con un plazo de 2 a 3 días.

Puente grúa inteligente (aproximadamente el 20%). Las grúas fabricadas a partir de 2019 suelen incorporar de serie PLC Siemens S7-1200/S7-1500 e interfaz Ethernet industrial. En este caso, solo es necesario añadir el bloque de función (FB) de enclavamiento AGV al programa existente. Kelude ofrece un bloque de función de enclavamiento estándar (compatible con S7-Graph y LAD). Pautas de programación: añadir la llamada FC_AGV_Interlock en OB1, con parámetros de entrada que incluyen el ID del puente grúa y las coordenadas UWB, y parámetros de salida que incluyen el estado de enclavamiento (0=normal / 1=preaviso / 2=Desaceleración / 3=parada). El estado de enclavamiento se escribe en el bit de interbloqueo previo del programa de parada segura del PLC original. Coste aproximado: 2.000 a 3.000 € por unidad, con un plazo de 1 día (incluye puesta a punto remota). Tras la actualización, todos los PLC de los puentes grúa se conectan a la red Ethernet de la planta mediante Profinet, con un ciclo de intercambio de datos con el sistema de despacho de AGV ≤ 200 ms.

Pasos de verificación tras la reforma: ① Primero, validación en vacío de la lógica de enclavamiento: simular las tres respuestas escalonadas (preaviso, Desaceleración y parada) para distintas distancias grúa-AGV, con ≥ 10 pruebas por nivel; ② A continuación, validación con Carga: repetir las pruebas en condiciones reales de elevación para confirmar que la distancia de frenado es correcta; ③ Prueba de resistencia: funcionamiento continuo durante 24 h sin alarmas anómalas. Todos los datos de las pruebas se registran en el informe de entrega de la reforma. Kelude ofrece un servicio integral que incluye visita técnica, diseño de la solución, instalación y mantenimiento postventa.

Protocolo de comunicación y mapeo de datos entre grúa y AGV

El intercambio de datos entre el PLC de la grúa y el sistema de despacho de AGV utiliza protocolos industriales estándar: Profinet RT o Modbus TCP. Cada 100 ms, la grúa envía al sistema de despacho de AGV un paquete de datos (16 bytes): ID de la grúa (2B), posición del puente grúa (mm, 4B), Altura de elevación de la carga (mm, 4B), estado de funcionamiento (1B, 0=libre / 1=en movimiento / 2=en espera / 3=avería), indicador de grúa en puesto de acoplamiento (1B, 0=no / 1=sí), reservado (4B). Cada 100 ms, el sistema de despacho de AGV difunde a la grúa un paquete de datos (20 bytes: 4 AGV × 5 bytes/AGV): ID del AGV (1B), posición X (2B), posición Y (2B), velocidad (1B), ángulo de dirección (1B), estado de acoplamiento con la grúa (1B, 0=sin relación / 1=preparado / 2=en transferencia / 3=completado), reservado (2B).

El mapeo de datos se configura en TIA Portal: en el lado del PLC de la grúa se crea un bloque de datos global DB_AGV_Interface (longitud de 200 bytes) que mapea todos los datos escritos por el sistema de despacho de AGV. El sistema de despacho de AGV (PC superior o PLC) escribe en las direcciones correspondientes de DB_AGV_Interface mediante Profinet IO o como cliente Modbus TCP. Una vez completada la configuración, se utiliza el software Siemens PRONETA para verificar el enlace de comunicación: ciclo de actualización de datos ≤ 100 ms y tasa de pérdida de mensajes ≤ 0,01%. Kelude proporciona una plantilla estándar de configuración de comunicación, que incluye el bloque de datos DB de interfaz AGV para el PLC de la grúa (un juego para S7-1200 y otro para S7-1500) y el archivo de configuración de mapeo de datos para el sistema de despacho de AGV.

Preguntas frecuentes sobre polipastos industriales

P: ¿Qué mantenimiento requiere un polipasto eléctrico de cable?

R: Se recomienda una inspección mensual del cable, los frenos y los limitadores de carga. La lubricación de los engranajes debe realizarse cada 500 horas de uso, y la revisión completa del equipo, al menos una vez al año.

P: ¿Pueden utilizarse estos polipastos en atmósferas explosivas?

R: Sí, ofrecemos versiones con certificación ATEX para zonas clasificadas. Estas unidades incorporan motores y componentes eléctricos especialmente diseñados para evitar cualquier riesgo de ignición.

P: ¿Cuál es la diferencia entre un polipasto de cable y uno de cadena?

R: El polipasto de cable es más adecuado para cargas pesadas y alturas de elevación mayores, mientras que el de cadena ofrece mayor velocidad y precisión en cargas medias y ligeras. La elección depende de la aplicación específica y del espacio disponible.