Интеллектуальный кран: патент на систему управления
Собственная интеллектуальная система управления краном получила патент на изобретение — 100% отечественных алгоритмов. Степень локализации интеллектуальной системы управления мостовым краном напрямую определяет безопасность и контролируемость оборудования, а также возможность его дальнейшей модернизации.
Степень локализации интеллектуальной системы управления краном напрямую определяет безопасность и контролируемость оборудования, а также возможность его дальнейшей модернизации. Недавно компания «Келуде Тяжёлая Промышленность» получила патент на собственное изобретение — «Способ и система интеллектуального планирования траектории и антираскачивания для мостового крана». Данная система является ключевым компонентом управления в составе комплекса технического зрения крана и обеспечивает полное импортозамещение — от зарубежных ПЛК до отечественной платформы управления. Доля собственных алгоритмов — 100%. В статье рассматриваются три аспекта: содержание патента, архитектура платформы управления и степень локализации.
Патент на систему управления краном: алгоритмы планирования траектории
Запатентованное изобретение включает два ключевых алгоритма. Алгоритм оптимального планирования траектории основан на усовершенствованном алгоритме A* и выполняет поиск пути в пространстве движения моста крана и тележки (две степени свободы). Алгоритм антираскачивания построен на адаптивном линейно-квадратичном регуляторе (LQR): он в реальном времени измеряет угол и угловую скорость раскачивания крюка и динамически корректирует весовые матрицы Q и R регулятора. При совместной работе модуль планирования траектории формирует команды движения, а модуль антираскачивания в реальном времени корректирует кривые разгона и замедления, обеспечивая отклонение груза от целевой точки не более ±50 мм.
Встраиваемая платформа управления краном на базе ПЛК
Алгоритмы интеллектуального управления работают на собственной встраиваемой платформе. Платформа построена на отечественном двухъядерном процессоре Loongson 2K1000 с тактовой частотой 1.0 ГГц и 64-разрядной операционной системой. Предустановленная ОС реального времени (RTOS) гарантирует выполнение расчётов планирования траектории и антираскачивания и выдачу управляющих команд за детерминированное время. Связь с преобразователями частоты и сервоприводами осуществляется через промышленные интерфейсы PROFINET и EtherCAT, что обеспечивает точное управление движением моста крана, тележки и механизма подъёма.
Локализация системы управления: от процессора до алгоритмов
Локализация интеллектуальной системы управления реализована на трёх уровнях — от аппаратного до программного. На аппаратном уровне вместо импортных процессоров ARM Cortex-A используется отечественный Loongson 2K1000. На уровне операционной системы вместо VxWorks и FreeRTOS применяется отечественная RTOS. На алгоритмическом уровне все алгоритмы планирования траектории и антираскачивания разработаны полностью самостоятельно. Система прошла совместную отладку с комплексом технического зрения крана на трёх промышленных объектах. Статистика эксплуатации показывает: в режиме автоматического позиционирования среднее время цикла перемещения груза сократилось с ~8 минут при ручном управлении до менее 3 минут.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
В: Совместима ли интеллектуальная система управления с существующей системой управления на базе ПЛК крана? Потребуется ли замена электрического шкафа управления?
О: Интеллектуальная система работает как верхний уровень управления параллельно с существующей системой ПЛК, а не заменяет её. Существующая система ПЛК продолжает отвечать за логику цепей безопасности и традиционные режимы работы. Интеллектуальная система считывает данные состояния через PROFINET и передаёт оптимизированные команды движения на преобразователи частоты. Замена электрического шкафа управления не требуется — достаточно установить модуль интеллектуального контроллера и выполнить соответствующее подключение. Срок модернизации обычно составляет 2–3 рабочих дня, включая пусконаладку.
В: Каковы реальные показатели антираскачивания при работе крана?
О: По результатам испытаний на трёх объектах: при перемещении стального рулона массой 5 т адаптивный LQR-регулятор снижает остаточное раскачивание груза после остановки с ±200 мм (ручное управление) до ±42 мм, а время гашения колебаний сокращается с ~25 с до ~8 с. При перемещении пресс-формы массой 15 т остаточное раскачивание составляет ±55 мм, время гашения — ~10 с. При синхронной работе с системой визуального контроля, передающей координаты груза в реальном времени, количество корректировок позиционирования за один цикл сокращается с 3–5 (ручной режим) до 1.
В: Достаточна ли производительность процессора Loongson для задач управления в реальном времени?
О: Производительности двухъядерного Loongson 2K1000 (1.0 ГГц) полностью достаточно для алгоритмов планирования траектории и антираскачивания. Замеры показывают: расчёт поиска пути по алгоритму A* для типового сценария (пролёт крана 30 м) занимает 12 мс. Расчёт обратной связи адаптивного LQR-регулятора выполняется за 0.3 мс за один цикл управления. Загрузка процессора в штатном режиме составляет ~35%, в режиме одновременного перепланирования траектории и расчёта управления — ~60%, что обеспечивает необходимый запас производительности для промышленных условий эксплуатации.
В: Каков объём правовой охраны патента и срок его действия?
О: Объём правовой охраны определяется формулой изобретения. Патент включает 12 пунктов формулы: три независимых пункта (способ планирования траектории, способ антираскачивания, архитектура системы) и 9 зависимых пунктов. Срок действия патента — 20 лет с даты подачи заявки. В соответствии с ГОСТ Р 55386-2012 (аналог GB/T 29490-2013) «Интеллектуальная собственность. Управление интеллектуальной собственностью», создание и поддержание патентов должно осуществляться в рамках системы управления интеллектуальной собственностью предприятия. Несанкционированное использование запатентованных алгоритмов и способов является нарушением патентных прав.
