При совместной работе мостового крана и AGV/RGV в одном пространстве безопасная блокировка оборудования — первая линия защиты от столкновений. Блокировка должна охватывать пять комбинаций: кран-кран, кран-AGV, AGV-AGV, кран-RGV и AGV-RGV. В статье рассматриваются инженерные методы реализации: четырёхуровневая архитектура блокировки, структура данных общего состояния, три уровня порогов безопасности, координация стыковочных позиций и сопоставление коммуникационных протоколов.

Сценарии и стратегии блокировки крана и AGV на одной линии

При работе крана и AGV на одной линии риски столкновений возникают из множества факторов. Приоритет блокировки для пяти сценариев: кран-кран — наивысший (встречное движение по одному пути критично), AGV-AGV — наименьший (низкая скорость и малая масса). Диспетчерский ПЛК каждые 100 мс получает широковещательные сообщения о состоянии всех устройств, вычисляет трёхмерные расстояния для каждой пары (X/Y/высота груза) и выполняет трёхуровневую реакцию: предупреждение / замедление / остановка. Для 12 устройств требуется вычисление 66 пар расстояний; код блокировки — около 200 строк SCL, время выполнения 1–2 мс.

Проектирование стыковочной позиции крана и AGV и точность позиционирования

Стыковочная позиция крана и AGV — ключевой узел совместной работы; точность стыковки напрямую влияет на надёжность и эффективность передачи материалов. Требования к проектированию стыковочной позиции: точность позиционирования AGV в зоне позиции ±10 мм (коррекция по лазерным отражателям или QR-коду), точность позиционирования точки опускания груза краном ±5 мм (комбинированное позиционирование лазер + энкодер). Стыковка крюка крана с грузовой платформой AGV выполнена по направляющей конической схеме: нижняя часть крюка — конус 60°,Отверстие позиционирования платформы AGV — фаска 45°; коническая направляющая автоматически выравнивает при горизонтальном отклонении до ±15 мм.

Параметры последовательности стыковки: AGV въезжает на стыковочную позицию и точно останавливается (3–5 с), передаёт сообщение «готов к стыковке»; кран после получения начинает опускание; при расстоянии от низа груза до платформы AGV 500 мм скорость снижается до 20% номинальной, на последних 100 мм — до 5% номинальной; срабатывает путевой выключатель, подтверждается позиция, производится расцепка; кран поднимается на безопасную высоту (≥ высота AGV + 500 мм) и передаёт сообщение «стыковка завершена»; AGV покидает позицию после подтверждения безопасности. Полный цикл стыковки — около 20–30 с, из них опускание крана — 12–18 с. На автомобильном заводе Келуде Тяжёлая Промышленность зафиксировала успешность стыковки 99,7% (3 отказа на 1000 стыковок, все — по таймауту позиционирования AGV с повторной попыткой).

Настройка порогов безопасности и цепь аварийной остановки

Безопасные расстояния при совместной работе крана и AGV задаются тремя уровнями порогов. На примере отделения непрерывной разливки сталелитейного завода: 12 кранов + 8 AGV работают одновременно; безопасные расстояния задаются отдельно для пяти сценариев: кран-кран, кран-AGV, AGV-AGV, кран-RGV, AGV-RGV. Текущие расстояния передаются на ПЛК системой позиционирования UWB (точность ±10 см, частота обновления 10 Гц); ПЛК выполняет трёхуровневую реакцию по следующей таблице порогов:

Модернизация мостового крана для блокировки с AGV

Для мостовых кранов, эксплуатируемых 5–15 лет, требуется дифференцированная схема модернизации для обеспечения блокировки с AGV в зависимости от типа существующей электрической системы управления. Работы ведутся по трём уровням: уровень обнаружения (установка UWB-меток позиционирования и датчиков измерения дистанции), уровень управления (модернизация или добавление PLC) и уровень связи (организация сети Ethernet и программирование логики блокировки). Ниже приведены варианты решений для каждого типа электрической схемы крана.

Краны с релейным управлением (≈30% парка). Такие краны не имеют PLC — только контакторно-релейную схему, поэтому требуется полная модернизация. Рекомендуемое решение: установка нового шкафа управления на базе Siemens S7-1200 (CPU 1212C, модуль DO SM1222 ×1, модуль AI SM1231 ×1, импульсный блок питания 24В, корпус), а также замена командоконтроллера и пульта управления. Особенности подключения: катушки контакторов подъёма/передвижения запитываются от модуля DO S7-1200 (через промежуточное реле для гальванической развязки), сигналы существующих тепловых реле подключаются к каналам DI. Стоимость — около 197 000 ₽ за кран (включая шкаф управления, датчики, монтаж и пусконаладку), срок выполнения — 5–7 дней (включая остановку крана для электромонтажных работ, программирование и комплексную отладку).

Краны с существующим PLC (≈50%). Большинство таких кранов оснащены PLC (Siemens S7-200/S7-300 или Mitsubishi FX). Существующий контроллер сохраняется, добавляются только коммуникационный модуль и логика блокировки. Для S7-200 — модуль Ethernet CP243-1 (≈18 500 ₽), для S7-300 — CP343-1 (≈30 800 ₽). В существующую программу PLC добавляется подпрограмма блокировки AGV: PLC по Ethernet получает от системы диспетчеризации AGV координаты и статус безопасных зон, сравнивает их с собственным положением и формирует сигнал блокировки. Объём программы — 80–120 строк лестничной логики, включая контроль канала связи (период 500 мс, пропуск 3 последовательных пакетов вызывает аварийную остановку). Стоимость — 37 000–61 600 ₽ за кран (включая модуль, программирование и отладку), срок — 2–3 дня.

Интеллектуальные краны (≈20%). Краны, выпущенные после 2019 года, как правило, оснащены PLC Siemens S7-1200/S7-1500 и интерфейсом промышленного Ethernet. В этом случае достаточно добавить в существующую программу функциональный блок (FB) блокировки AGV. Келуде Тяжёлая Промышленность предоставляет стандартный функциональный блок блокировки (совместим с S7-Graph и LAD). Особенности программирования: в OB1 добавляется вызов FC_AGV_Interlock, входные параметры — идентификатор крана и координаты UWB, выходные — статус блокировки (0=норма / 1=предупреждение / 2=замедление / 3=остановка). Статус блокировки записывается в цепочку блокировок перед существующей программой безопасной остановки PLC. Стоимость — 24 600–37 000 ₽ за кран, срок — 1 день (включая удалённую отладку). После модернизации по любой из схем PLC крана подключается к заводской сети Ethernet через Profinet, период обмена данными с системой диспетчеризации AGV — ≤200 мс.

Этапы проверки после модернизации: ① Проверка логики блокировки на холостом ходу: имитация трёхуровневой реакции (предупреждение, замедление, остановка) при различных расстояниях между краном и AGV, каждый уровень тестируется ≥10 раз; ② Проверка под нагрузкой: повторные испытания в реальных условиях подъёма груза для подтверждения соответствия тормозного пути; ③ Тестирование на долговечность: непрерывная работа в течение 24 ч без ложных срабатываний. Все результаты фиксируются в отчёте о приёмке. Келуде Тяжёлая Промышленность предоставляет полный комплекс услуг: выездное обследование, проектирование, монтаж и послегарантийное обслуживание.

Протокол связи и сопоставление данных между краном и AGV

Обмен данными между PLC крана и системой диспетчеризации AGV осуществляется по стандартному промышленному протоколу — Profinet RT или Modbus TCP. Пакет данных (16 байт), отправляемый краном в систему диспетчеризации AGV каждые 100 мс: идентификатор крана (2 Б), положение моста крана (мм, 4 Б), высота подъёма груза (мм, 4 Б), статус работы (1 Б: 0=свободен / 1=перемещение / 2=ожидание / 3=неисправность), признак нахождения крана на стыковочной позиции (1 Б: 0=нет / 1=да), резерв (4 Б). Пакет данных (20 байт: 4 AGV × 5 байт/шт), передаваемый системой диспетчеризации AGV крану каждые 100 мс: идентификатор AGV (1 Б), координата X (2 Б), координата Y (2 Б), скорость (1 Б), угол направления (1 Б), статус стыковки с краном (1 Б: 0=не относится / 1=готов / 2=передача / 3=завершено), резерв (2 Б).

Сопоставление данных настраивается в TIA Portal: на стороне PLC крана создаётся глобальный блок данных DB_AGV_Interface (длина 200 байт), в который отображаются все данные, записываемые системой диспетчеризации AGV. Система диспетчеризации AGV (верхний уровень или PLC) записывает данные по Profinet IO или через Modbus TCP Client по соответствующим адресам в DB_AGV_Interface. После настройки канал связи проверяется с помощью ПО Siemens PRONETA: период обновления данных ≤100 мс, коэффициент потери пакетов ≤0,01%. Келуде Тяжёлая Промышленность предоставляет стандартный шаблон конфигурации связи, включающий блок данных интерфейса AGV для PLC крана (по одному комплекту для S7-1200/1500) и файл конфигурации сопоставления данных для системы диспетчеризации AGV.

Часто задаваемые вопросы