Système de servocommande pour grue développé en interne
Servocommande spécialement développée pour les grues, avec un algorithme de contrôle 100 % d'origine nationale. La servocommande pour grues développée en interne par Kelude Industries Lourdes a passé avec succès la réception interne, et son algorithme de contrôle principal est désormais 100 % d'origine nationale, marquant une étape décisive dans l'indépendance du secteur vis-à-vis des marques importées dans le domaine clé de la commande électrique des grues.
La servocommande pour grues développée en interne par Kelude Industries Lourdes a passé avec succès la réception interne, et son algorithme de contrôle principal est désormais 100 % d'origine nationale, marquant une étape décisive dans l'indépendance du secteur vis-à-vis des marques importées dans le domaine clé de la commande électrique des grues. Ce système repose sur un servovariateur et un algorithme de contrôle de mouvement entièrement développés en interne, couvrant la commande de synchronisation des trois axes — mécanisme de levage, mécanisme de chariot et mécanisme de translation du pont. Il est applicable aux principaux modèles tels que le pont roulant type QD, le pont-grue à benne preneuse type QZ et la grue à portique type MG.
Contexte de développement et approche technique
Le système de commande électrique des grues a longtemps dépendu de marques importées telles que Siemens, ABB et Schneider, ce qui a engendré des lacunes notables en matière de sécurité d'approvisionnement, de développement sur mesure et de contrôle des coûts. En 2023, Kelude Industries Lourdes a lancé un projet de développement interne de sa servocommande pour grues. L'approche technique repose sur une puce DSP haute performance d'origine nationale comme cœur de commande principal, associée à un algorithme de commande vectorielle et une stratégie de modulation SVPWM développés en interne, complétés par des modules IGBT nationaux et des cartes de commande conçues en interne. Le développement du système a duré 18 mois, avec un investissement en R&D dépassant 4 millions de CNY, couvrant l'ensemble du cycle : sélection des solutions matérielles, conception et fabrication des PCB, développement des pilotes de bas niveau, validation des algorithmes de contrôle et intégration complète sur machine.
Architecture du système
La servocommande adopte une architecture à bus distribuée, composée de quatre éléments : le contrôleur principal, le servovariateur, le terminal d'exploitation et le retour de capteurs. Le contrôleur principal est basé sur une puce GD32 d'origine nationale à cœur ARM Cortex-M7, avec une fréquence d'horloge de 480 MHz. Il assure la planification des mouvements, la logique de commande et la gestion des communications, avec un cycle de synchronisation des trois axes de 1 ms. Le servovariateur utilise une solution à double puce DSP + FPGA d'origine nationale : le DSP gère la commande vectorielle et la boucle de courant, tandis que le FPGA traite les signaux des codeurs et les entrées/sorties haute vitesse. La bande passante de la boucle de courant est de 2 kHz, et celle de la boucle de vitesse de 200 Hz. Le terminal d'exploitation est une Interface Homme-Machine à écran tactile de 7 pouces, développée sur un processeur Allwinner R16 d'origine nationale et un système Linux, prenant en charge la programmation en schéma à contacts et le réglage en ligne des paramètres. Le système de retour de capteurs utilise des encodeurs absolus d'origine nationale avec une résolution de 23 bits, associés à un circuit de traitement des signaux développé en interne, atteignant une précision de détection de position de 0,001 tour.
Algorithmes de contrôle clés
La principale avancée technique du système de commande réside dans les trois algorithmes de contrôle entièrement développés en interne. L'algorithme de commande vectorielle sans capteur estime en temps réel la position du flux rotorique et la vitesse à partir du modèle mathématique du moteur, éliminant ainsi la dépendance au codeur dans la boucle de vitesse. Pour le mécanisme de levage, la précision de contrôle du couple atteint ±3 % sur toute la plage de fréquences de 0,5 Hz à 120 Hz. L'algorithme de Contrôle anti-balancement repose sur la mise en forme d'entrée : en décomposant les commandes de levage et de mouvement du chariot en une superposition d'impulsions principales et d'impulsions retardées, il supprime l'oscillation de la charge pendant les phases d'accélération et de décélération. L'amplitude du balancement est maintenue dans une limite de ±3 cm, soit une amélioration d'environ 40 % de l'efficacité du Contrôle anti-balancement par rapport aux méthodes traditionnelles. L'algorithme d'équilibrage de puissance pour moteurs multiples est conçu pour les solutions de levage à Double moteur des grues de grande capacité. Grâce à l'Asservissement du couple, l'écart de couple entre les deux moteurs ne dépasse pas ±2 %, éliminant ainsi les problèmes de désalignement structurel et de chocs sur le système d'entraînement causés par la non-synchronisation des moteurs.
Autonomie matérielle
La conception matérielle du servovariateur est entièrement réalisée en interne, avec un taux de composants d'origine nationale atteignant 100 %. La section de puissance utilise des modules IGBT nationaux et un circuit redresseur-onduleur triphasé conçu en interne, avec une plage de courant nominal de 50 A à 600 A répartie sur 5 niveaux de puissance, adaptée aux besoins d'entraînement des grues de 5 à 100 tonnes. La carte de commande utilise un PCB à 4 couches, intégrant un circuit d'échantillonnage ADC haute vitesse (16 bits, 1 MHz), un circuit de pilotage isolé et une protection triple contre les surintensités, surtensions et surchauffes. Les interfaces de communication prennent en charge les protocoles EtherCAT (esclave) et CANopen, permettant l'intégration dans les systèmes de commande Ethernet industriel courants. Le système de refroidissement adopte un canal d'air indépendant associé à un radiateur en aluminium extrudé, maintenant l'échauffement du variateur sous 45 K dans les conditions nominales. La conception CEM est conforme à la norme GB/T 12668.3, avec une immunité aux décharges électrostatiques de ±6 kV en contact et ±8 kV dans l'air.
Essais et vérification
La servocommande a fait l'objet d'essais rigoureux en laboratoire et d'une validation sur site. La phase d'essais en laboratoire a couvert 62 essais fonctionnels, 38 essais de performance, 15 essais de fiabilité et 8 essais CEM. Les essais fonctionnels ont porté sur les opérations de base — Levage / Descente / arrêt / arrêt d'urgence, déplacement latéral du chariot, déplacement longitudinal du pont — ainsi que sur les modes de commande précis tels que le Mode par Impulsions, le Mouvement pas à pas et l'arrêt positionné. Les essais de performance ont mis en évidence le couple de démarrage en Pleine charge (150 % du couple nominal pendant 5 secondes), la précision de contrôle de vitesse (écart de vitesse en régime permanent inférieur à ±0,5 %), la précision de Positionnement (erreur de positionnement inférieure à ±2 mm) et les performances d'accélération/décélération (accélération réglable de 0,2 m/s² en Pleine charge). Les essais de fiabilité ont inclus 1 000 heures de fonctionnement continu et 5 000 cycles de levage en Pleine charge, avec une estimation du MTBF supérieure à 15 000 heures. Les résultats des essais CEM sont conformes à la classe A pour l'environnement industriel. L'ensemble du processus de Conception & Fabrication est exécuté conformément aux normes nationales ISO 4301 / FEM 1.001 « Spécification de conception de grue » et GB/T 12668 « Système d'entraînement électrique à vitesse variable ».
Applications sur le terrain
La servocommande a été validée sur site sur deux Prototypes dans les ateliers de Kelude Industries Lourdes. Le premier Prototype est un Pont roulant type QD de 10 tonnes, installé dans l'atelier d'intégration et de Mise en service. La conception de ce système de commande suit les spécifications de contrôle du système de normes de vision IA pour grues, et a complété une validation de 200 heures de fonctionnement continu de Levage et transport, couvrant les quatre conditions de service : À vide, demi-charge, Pleine charge et Essai de Surcharge. Le deuxième Prototype est une Grue à Portique type MG de 20 tonnes, installée dans un parc de stockage extérieur, soumise à des conditions environnementales sévères — températures élevées (40 °C), basses températures (-5 °C), humidité, poussière — avec un fonctionnement stable et sans défaillance. Les deux Prototypes ont cumulé plus de 8 000 cycles de levage, avec des retours utilisateurs très positifs. Le système a désormais atteint sa conception finale et entre en phase de production pilote. Les 20 premiers variateurs sont en ordonnancement de la production, destinés aux nouvelles commandes prévues pour le second semestre 2026.
Comparaison avec les marques importées
Les essais comparatifs démontrent que les indicateurs de performance clés de la servocommande développée en interne sont au même niveau que ceux du variateur Siemens S120 dans les scénarios d'application de grues. Le Temps de réponse du couple est de 4,5 ms pour le système interne, contre environ 3,8 ms pour le Siemens S120 — un écart acceptable, imperceptible pour l'utilisateur dans les applications non haute vitesse. En termes de Contrôle anti-balancement, le système interne maintient l'amplitude du balancement de la charge à ±3 cm, surpassant les méthodes traditionnelles et se situant au même niveau que les modules anti-balancement des marques importées. L'avantage le plus compétitif réside dans le prix et le service : pour une configuration de puissance équivalente, le coût global du système interne représente environ 60 % de celui des solutions importées, et le délai de réponse du support technique est réduit de 2 à 4 semaines (marques importées) à moins de 48 heures.
Feuille de route de développement
La feuille de route de Kelude Industries Lourdes pour la servocommande s'articule autour de trois axes. Premièrement, la diversification de la gamme : sur la base de la plateforme DSP existante, développement de variateurs haute puissance (niveaux 800 A / 1 000 A) pour les grues de plus grande capacité, et de variateurs économiques (niveaux inférieurs à 30 A) pour les applications légères, formant ainsi une matrice produit complète en termes de puissance. Deuxièmement, l'extension des protocoles de communication : les versions futures intégreront le support des protocoles PROFINET (esclave) et EtherNet/IP, assurant la compatibilité avec un plus grand nombre de Systèmes de commande PLC de différentes marques et réduisant davantage les barrières protocolaires lors de l'intégration de système. Troisièmement, la Mise à niveau intelligente : intégration d'interfaces de détection de vibration et d'analyse des harmoniques de courant dans la plateforme du variateur, permettant la surveillance en ligne de l'état de santé des moteurs et du système d'entraînement, et dotant le variateur de capacités de Maintenance Prédictive.
Questions fréquentes (FAQ)
Q : Quelle est la différence entre la servocommande développée en interne par Kelude Industries Lourdes et les solutions traditionnelles à Variateur de fréquence ?
Q : Quels sont les avantages du système de servocommande développé en interne par rapport à un variateur de fréquence classique ?
A : Les solutions à variateur de fréquence classiques utilisent un variateur générique associé à une API externe pour la logique de commande. Les différents mécanismes communiquent via un bus, ce qui rend l'intégration du système complexe et le temps de réponse élevé. Notre servocommande développée en interne intègre le contrôle de mouvement, l'entraînement et la communication sur une plateforme matérielle unique. Le cycle de synchronisation des trois axes est réduit à 1 ms, et le système est spécifiquement optimisé pour le fonctionnement en quatre quadrants et le freinage par récupération du mécanisme de levage, améliorant ainsi le rendement de récupération d'énergie d'environ 15 %. L'écart de coût et de délai de livraison entre les deux solutions est minime, mais notre solution offre des avantages significatifs en termes de performance de commande, d'intégration du système et de potentiel de développement personnalisé.
Q : Quelles sont les exigences de formation pour les opérateurs sur le système de servocommande ?
A : L'Interface Homme-Machine du système de servocommande utilise un Écran Tactile entièrement en chinois, dont la disposition reprend celle des postes de commande traditionnels en cabine. Les Poignées de Commande pour les trois axes (Levage/Hissage, Chariot, Pont) conservent la disposition standard, permettant aux opérateurs de prendre le système en main sans formation supplémentaire. Le système intègre des fonctions de restauration des Paramètres en un clic et d'autodiagnostic de défauts. Plus d'une dizaine de types de défauts courants (défauts de Codeur, surintensité, interruption de communication, etc.) sont clairement affichés à l'écran avec leur localisation et les suggestions de dépannage. Le personnel de maintenance peut acquérir les compétences de base en dépannage en environ 2 jours ouvrés de formation.
Q : Le système de servocommande développé en interne est-il compatible avec les équipements existants ?
A : Oui. La compatibilité avec les équipements mixtes a été intégrée dès la conception. Le système prend en charge le fonctionnement en réseau mixte avec des variateurs de fréquence de marques importées via PROFIBUS DP ou le bus CANopen. Pour les projets de rénovation, deux options sont proposées selon le budget du client : remplacer uniquement le pilote du mécanisme de levage, ou bien remplacer les trois axes. La rénovation ne nécessite pas le remplacement des Moteurs : nos pilotes sont compatibles avec les Moteurs asynchrones et synchrones à aimants permanents des principales marques nationales et importées. L'interface du Codeur prend en charge les types incrémental et absolu. À ce jour, la conception de la solution a été réalisée pour deux projets de rénovation d'équipements existants.
Q : Quels sont le Délai d'Approvisionnement et le support après-vente pour le système de servocommande ?
A : Les Servovariateurs développés en interne sont fabriqués dans les usines de Kelude. Le délai de livraison pour les produits standard est de 15 jours ouvrés après réception de la commande. Chaque variateur subit un test de vieillissement en Pleine charge de 4 heures et un essai fonctionnel complet avant livraison. Une garantie d'un an et une assistance technique à vie sont incluses. Le support technique est assuré via trois canaux : une hotline téléphonique 400, une plateforme de Diagnostic à distance et un service sur site. Le temps de réponse aux défauts urgents ne dépasse pas 4 heures. Concernant les Pièces de Rechange, les modules IGBT, cartes de commande et cartes d'Alimentation Électrique les plus courants sont maintenus en stock, avec un délai de réparation ne dépassant pas 3 jours ouvrés.
