Sistema de controle inteligente de ponte rolante patenteado
Sistema de controle inteligente de ponte rolante desenvolvido internamente obtém patente de invenção nacional, com 100% de algoritmos principais nacionalizados. O grau de nacionalização do sistema de controle inteligente de ponte rolante determina diretamente a segurança e o controle do equipamento, bem como a autonomia para futuras atualizações tecnológicas.
O grau de nacionalização do sistema de controle inteligente de ponte rolante determina diretamente a segurança e o controle do equipamento, bem como a autonomia para futuras atualizações tecnológicas. A Kelude Indústrias Pesadas desenvolveu internamente um sistema de controle inteligente de ponte rolante que acaba de obter patente de invenção nacional, registada como "Método e sistema de planejamento de trajetória inteligente e antioscilação para ponte rolante". Este sistema é o componente central da camada de controle que acompanha a tecnologia de inspeção por visão AI da ponte rolante, representando uma substituição completa de PLC de marcas estrangeiras por uma plataforma de controle nacionalizada, com 100% dos algoritmos principais desenvolvidos internamente. Este artigo apresenta o sistema em três dimensões: o conteúdo técnico da patente, a arquitetura da plataforma de controle e o grau de nacionalização.
Patente de controle de ponte rolante: algoritmos principais
A patente de invenção concedida inclui dois algoritmos principais. O algoritmo de planejamento de trajetória ideal para ponte rolante baseia-se no algoritmo A* melhorado, realizando a busca de caminho no espaço de movimento de dois graus de liberdade do Carrinho do Ponte e do Carro. O algoritmo de controle antioscilação baseia-se no regulador linear quadrático adaptativo (LQR), que ajusta dinamicamente as matrizes de peso Q e R do controlador LQR através da detecção em tempo real do ângulo e da velocidade angular de oscilação do Gancho. Quando os dois algoritmos operam em conjunto, o módulo de planejamento de trajetória gera comandos de movimento, enquanto o módulo de controle antioscilação corrige em tempo real as curvas de aceleração e desaceleração nos comandos executados, garantindo que a amplitude de oscilação da carga permaneça dentro de ±50 mm quando a ponte rolante atinge a posição alvo.
Plataforma embarcada de controle para guindaste industrial
Os algoritmos de controle inteligente são executados numa plataforma de controle embarcada desenvolvida internamente. A plataforma baseia-se no processador doméstico Loongson 2K1000 de dois núcleos, com frequência de 1,0 GHz, e opera com sistema operacional de 64 bits. A plataforma vem pré-instalada com o sistema operacional de tempo real RTOS, garantindo que os algoritmos de planejamento de trajetória e controle antioscilação concluam os cálculos e a emissão de comandos de controle dentro de um tempo determinístico. A plataforma comunica-se com os Inversores de Frequência e Servo Drives através de interfaces industriais Ethernet com protocolo duplo PROFINET e EtherCAT, assegurando o controle preciso do movimento do Carrinho do Ponte, do Carro e do mecanismo de elevação.
Nacionalização do sistema de controle inteligente para ponte rolante
A nacionalização do sistema de controle inteligente processa-se em três níveis, do hardware ao software. No nível de hardware, o processador principal utiliza o Loongson 2K1000 doméstico em substituição aos processadores importados da série ARM Cortex-A. No nível do sistema operacional, um RTOS doméstico substitui o VxWorks e o FreeRTOS. No nível de algoritmos, todo o planejamento de trajetória e controle antioscilação são desenvolvidos internamente. O sistema de controle inteligente já concluiu a depuração conjunta com o sistema de inspeção por visão AI da ponte rolante em três instalações de clientes. Os dados estatísticos de operação mostram que, no modo de posicionamento automático, o tempo médio de movimentação de carga com o sistema de controle inteligente foi reduzido de aproximadamente 8 minutos no modo manual para menos de 3 minutos.
Perguntas Frequentes (FAQ)
P: O sistema de controle inteligente é compatível com o Sistema de controle PLC existente na ponte rolante? É necessário substituir o painel elétrico de controle original?
R: O sistema de controle inteligente opera como camada superior de controle, em paralelo com o sistema PLC existente, sem o substituir. O sistema PLC original continua responsável pela lógica de segurança, circuitos de proteção e modos de operação tradicionais. O sistema de controle inteligente lê os dados de estado do PLC via PROFINET e envia comandos de movimento otimizados para o Inversor de Frequência. O painel elétrico de controle original não precisa ser substituído — basta adicionar o módulo controlador inteligente e a respetiva cablagem de comunicação. O período típico de instalação é de 2 a 3 dias úteis, incluindo o tempo de comissionamento.
P: Qual é o desempenho real do controle antioscilação do sistema de controle inteligente em operação numa ponte rolante?
R: Os dados de testes em três instalações demonstram: ao movimentar uma bobina de aço de 5t, o controle antioscilação LQR adaptativo reduziu a amplitude de oscilação residual após a paragem de uma média de ±200 mm (operação manual) para ±42 mm, e o tempo de estabilização diminuiu de aproximadamente 25 segundos para cerca de 8 segundos. Ao movimentar um molde de 15t, a oscilação residual foi de ±55 mm, com tempo de estabilização de cerca de 10 segundos. Quando o sistema de inspeção por visão AI fornece feedback em tempo real da posição da carga, o número de ajustes necessários para um único posicionamento automático é reduzido de 3 a 5 (operação manual) para 1.
P: A capacidade de processamento do processador Loongson doméstico é suficiente para os requisitos de controle em tempo real?
R: A capacidade de processamento do Loongson 2K1000 de dois núcleos a 1,0 GHz é totalmente adequada para os algoritmos de planejamento de trajetória e controle antioscilação. Os dados medidos mostram que o cálculo de busca A* para planejamento de trajetória leva 12 ms num cenário típico com um Vão de 30 m. O cálculo de realimentação de estado do controlador LQR adaptativo consome apenas 0,3 ms por ciclo de controle. A taxa de utilização do processador é de cerca de 35% em condições normais de operação e de aproximadamente 60% em cenários de alta carga, quando o replanejamento de trajetória e o cálculo de controle são executados simultaneamente, deixando margem de reserva para garantir a estabilidade exigida no controle industrial.
P: Qual é o âmbito de proteção da patente de invenção e qual a sua validade?
R: O âmbito de proteção da patente de invenção é definido pelas reivindicações. A patente concedida inclui 12 reivindicações, abrangendo três reivindicações independentes — método de planejamento de trajetória, método de controle antioscilação e arquitetura do sistema — e nove reivindicações dependentes. A validade da patente de invenção é de 20 anos a contar da data do pedido. Em conformidade com a norma GB/T 29490-2013 "Diretrizes de gestão da propriedade intelectual empresarial", o pedido e a manutenção de patentes devem ser integrados no sistema de gestão da propriedade intelectual da empresa. A utilização não autorizada dos algoritmos e métodos protegidos pela patente constitui infração de patente.
