Pont roulant haute précision LXD/DXT
Le système de positionnement par fusion haute précision pour ponts roulants sans opérateur de Kelude passe la réception en aciérie, avec une précision de ±5 mm. Le système de positionnement par fusion haute précision pour charges lourdes, développé en interne par Kelude Industries Lourdes, a terminé ses tests de réception sur un pont roulant de coulée de 50 t dans une aciérie. En condition de pleine charge, la précision de positionnement atteint régulièrement ±5 mm, répondant aux exigences de positionnement précis pour le levage et le transport automatiques du pont roulant sans opérateur.
Le système de positionnement par fusion haute précision pour charges lourdes, développé en interne par Kelude Industries Lourdes, a terminé ses tests de réception sur un pont roulant de coulée de 50 t dans une aciérie. En condition de pleine charge, la précision de positionnement atteint régulièrement ±5 mm, répondant aux exigences de positionnement précis pour le levage et le transport automatiques du pont roulant sans opérateur. Ce système repose sur une solution de fusion à trois sources — LiDAR, encodeur absolu et ultra-large bande (UWB) — et réalise la fusion en temps réel des données multi-capteurs grâce à un filtre de Kalman étendu (EKF), comblant ainsi une lacune des grues nationales dans le domaine du positionnement haute précision en conditions de charge lourde.
Solution technique de positionnement par fusion à trois sources
Le système intègre trois unités de positionnement indépendantes — LiDAR, encodeur absolu et UWB — dont les données sont fusionnées par le moteur de fusion EKF pour calculer l'estimation de position optimale. Le LiDAR est un scanner monoplan intérieur SICK LMS111, monté sous le chariot et orienté vers le bas pour balayer les points de repère au sol. Sa précision de mesure en plan est de ±12 mm, son angle de balayage de 270° et sa fréquence de rafraîchissement de 50 Hz. Les encodeurs absolus sont installés sur les arbres des moteurs d'entraînement du Pont et du Chariot ; ils mesurent le déplacement par transmission à engrenage et crémaillère, avec une résolution de 0,1 mm. L'erreur cumulée est maîtrisée à ±3 mm après un étalonnage en extrémité de course. Les balises UWB sont déployées tous les 15 m le long du Rail, et l'étiquette est montée sur le côté du châssis du chariot. La précision de mesure de distance est de ±10 cm, servant de référence de position globale pour éliminer la dérive cumulative du LiDAR et des encodeurs. Le moteur de fusion EKF fonctionne sur un contrôleur Beckhoff CX2030 avec un cycle de calcul de 4 ms. Les trois flux de données de position sont alignés temporellement, les valeurs aberrantes sont éliminées, et un gain de Kalman pondère les données pour produire l'estimation de position optimale. En condition de pleine charge sur le pont roulant de coulée de 50 t, la précision de positionnement mesurée est de ±5 mm (3σ).
| Élément de comparaison | Li DAR | encodeur absolu | positionnement UWB | Fusion tridimensionnelle |
|---|---|---|---|---|
| Source unique Précision | ±12mm | ±3mm(Étalonnage Arrière) | ±10cm | ±5mm |
| Défaut | Impact élevé de l | Erreur cumulative requiseÉtalonnage | Précision Faible, Interférence multitrajets | Compensation mutuelle |
| Actualisation Fréquence | 50Hz | Continu | 10Hz | 250Hz |
| adaptabilité environnementale | Moyen(Sensible à la poussière) | Élevé | Moyen(Sensible à l) | Élevé |
Résultats des essais de réception en aciérie
Les essais de réception ont été réalisés sur un pont roulant de coulée de 50 t dans l'atelier de fusion d'une aciérie, dans des conditions sévères : température ambiante de 45 à 65 °C, concentration de poussières d'environ 8 mg/m³ et fortes interférences électromagnétiques générées par les variateurs de fréquence et les fours à arc de forte puissance. Le protocole d'essai a été établi conformément aux exigences de la norme ISO 4301 / FEM 1.001 relative à la spécification de conception de grue et de la norme FEM 1.001 relative à la spécification et aux procédures d'essai de grue. Quatre indicateurs clés ont été évalués : la précision de positionnement statique, la précision de suivi dynamique, la précision de répétition de positionnement et la commutation en cas de défaillance multi-sources. Les résultats sont les suivants : précision de positionnement statique de ±4,2 mm (moyenne de 50 mesures), précision de suivi dynamique de ±5,8 mm (avec un chariot se déplaçant à 0,5 m/s), précision de répétition de positionnement de ±3,1 mm (10 répétitions au même point) et temps de commutation en cas de défaillance multi-sources inférieur à 200 ms (en cas de perte du signal d'un capteur quelconque, le système de fusion bascule automatiquement sur les capteurs restants et continue de fournir les données de position). Les trois premiers indicateurs sont tous supérieurs aux valeurs cibles définies en conception.
Déploiement multi-secteurs
Avant même la réception en aciérie, le système de positionnement avait déjà été déployé et validé sur 8 projets répartis dans 5 secteurs industriels : la sidérurgie (3 projets de ponts roulants de coulée), la mécanique lourde (2 projets), la métallurgie des non-ferreux (1 projet), la construction automobile (1 projet) et le papier (1 projet). La capacité de levage des ponts roulants équipés s'échelonne de 10 t à 100 t, avec une classe de fonctionnement de A5 à A7 et des portées de rail de 12 m à 31,5 m. Sur ces 8 projets, 6 ont abouti à un fonctionnement entièrement automatique du pont roulant sans opérateur pour les opérations de levage et de transport, tandis que 2 ont mis en œuvre un mode semi-automatique assisté par un opérateur. Le délai moyen de mise en service sur site est de 5 à 8 jours ouvrés, soit une réduction d'environ 50 % par rapport aux 14 jours nécessaires au début du développement. Le système cumule plus de 12 000 heures de fonctionnement sans défaillance, sans aucun incident de collision ou d'accident de levage imputable au positionnement. L'algorithme de fusion des capteurs et la conception tolérante aux pannes respectent les exigences de la norme ISO 4301 / FEM 1.001 relatives au système de surveillance et de gestion de la sécurité. Le système prend en charge l'interface de données avec le système de dispatching multi-machines MCSS de Kelude, fournissant ainsi une base de données de positionnement haute précision pour la gestion des ponts roulants sans opérateur dans l'usine intelligente.
Solutions techniques associées : Comparatif des solutions techniques de positionnement haute précision pour ponts roulants : guide de sélection de la fusion LiDAR, codeur et UWB (présentation détaillée des principes techniques, de la comparaison des coûts et de la procédure de sélection de six solutions de positionnement). Coordination multi-machines AGV/RGV et ponts roulants : mise en œuvre du système de dispatching pour la manutention autonome en usine intelligente (intégration du système de dispatching multi-machines MCSS avec le système de positionnement).
Questions fréquentes
Q : Le système de positionnement par fusion à trois capteurs fonctionne-t-il correctement dans un environnement à fortes interférences électromagnétiques ?
A : La fiabilité du système dans un environnement à fortes interférences électromagnétiques a été démontrée lors des essais de réception en aciérie. Le mécanisme de fusion par filtre de Kalman étendu réduit automatiquement le poids de fusion du capteur dont le signal est perturbé, tandis que les capteurs restants continuent de fournir les données de position. Sur un pont roulant de coulée de 50 t en conditions de pleine charge, le système a atteint une précision de positionnement de ±5 mm dans un environnement électromagnétique où les variateurs de fréquence et les fours à arc de forte puissance fonctionnaient simultanément. Les capteurs et les liaisons de communication sont entièrement protégés par des câbles blindés de qualité industrielle et des boîtiers métalliques, conformément aux exigences de compatibilité électromagnétique des équipements électriques de la norme ISO 4301 / FEM 1.001.
Q : Quelle est la difficulté et le coût de la rénovation d'un pont roulant existant avec ce système de positionnement ?
A : Le système a été conçu en tenant compte des scénarios de rénovation grâce à un déploiement modulaire. Le LiDAR est installé sur un support de montage prévu sous le chariot. L'encodeur absolu nécessite l'ajout d'un accouplement et d'un support de codeur côté entraînement du pont roulant. Les bornes UWB sont fixées le long du rail ou sur les colonnes. La durée typique des travaux est de 3 à 5 jours ouvrés (hors mise en service intégrée). Le coût de rénovation couvre le matériel de capteurs, le contrôleur embarqué et les services de mise en service. Pour les ponts roulants déjà équipés d'une variation de vitesse par fréquence et d'une commande par PLC, le système s'interconnecte à l'armoire de commande via le bus PROFINET ou EtherCAT, sans remplacement du système de commande électrique existant.
Q : Le système de positionnement est-il compatible avec les systèmes MES ou WMS du client ?
A : Oui. Les données de position sont publiées via un serveur OPC UA. Le modèle de données comprend 16 points : position du pont, position du chariot, indice de confiance de positionnement, état de santé des capteurs, etc. Le système MES ou WMS du client peut s'abonner aux données de position via un client OPC UA pour automatiser l'envoi des tâches de levage et la confirmation d'achèvement. L'interface de données a été validée avec les systèmes MES de trois clients. Le cycle de rafraîchissement des données est synchronisé avec la sortie du système de positionnement (4 ms) et la latence de communication de bout en bout ne dépasse pas 50 ms.
Q : En cas de fonctionnement de plusieurs ponts roulants dans la même travée, les systèmes de positionnement interfèrent-ils entre eux ?
A : Dans une travée où plusieurs ponts roulants opèrent simultanément, le LiDAR et les codeurs fonctionnent de manière indépendante, sans interférence mutuelle. Le positionnement UWB utilise le mécanisme d'accès multiple par répartition dans le temps (TDMA) pour allouer des créneaux temporels : chaque étiquette UWB émet à un intervalle différent, évitant ainsi toute collision de signaux. Le système prend en charge jusqu'à 8 ponts roulants dans la même travée sans interférence, fiabilité validée sur deux sites sidérurgiques en conditions de fonctionnement multi-ponts. La hauteur d'installation et l'angle des bornes UWB sont optimisés suite à un relevé sur site, garantissant qu'à chaque position le long du rail, l'étiquette de chaque pont est couverte par au moins 3 bornes.
