Нам 10 лет


График 24/7 и без нервов

Преимущества и возможности роботизированного карьерного самосвала БЕЛАЗ грузоподъемностью 130 тонн


При неуклонном росте производительности и жесткой конкуренции между крупнейшими горнодобывающими холдингами вопросы повышения безопасности и эффективности являются первостепенными.

Добыча полезных ископаемых открытым способом осуществляется практически во всех климатических зонах земного шара во все более сложных и опасных горно-геологических условиях, в труднодоступных регионах с недостаточно развитой социальной инфраструктурой. Все это существенно усложняет участие человека в процессе добычи полезных ископаемых и создает проблемы поиска квалифицированных рабочих кадров. В связи с этим важнейшим направлением эффективного развития горнодобывающего производства является его роботизация, которая позволит повысить производительность и безопасность за счет оптимизации перевозок и исключения человеческого фактора.

Значимость этого направления подчеркивает и тот факт, что тематика роботизации карьерной техники вошла в новую научно-техническую программу по развитию автоэлектроники, которая была утверждена на заседании Совета министров Союзного государства 12 мая 2016 года. Одним из пунктов программы является «Разработка роботизированной мобильной системы управления карьерными самосвалами». Реализация данного пункта программы осуществляется в ОАО «БелАЗ» — управляющая компания холдинга «БелАЗ-ХОЛДИНГ» (ОАО «БелАЗ») в виде совместной белорусско-российской разработки роботизированного карьерного самосвала.

Идея создания роботизированного самосвала без водителя в ОАО «БелАЗ» возникла уже давно. Его появление было призвано решить сразу несколько проблем. Одной из них является решение вопроса нехватки квалифицированных водителей самосвалов, требования к физическому состоянию которых достаточно высоки. По сравнению с существующими технологиями добычи и перевозки полезных ископаемых роботизированные карьерные самосвалы позволяют обеспечить более высокую эффективность открытых горных работ, производительность оборудования и уровень безопасности персонала, снизить эксплуатационные издержки за счет сокращения времени простоев техники, связанных с человеческим фактором. По экспертным оценкам, автоматизированное управление работой автотранспорта в карьере позволяет повысить его производительность более чем на 20%.

В 2010 году ОАО «БелАЗ» совместно с российской компанией «Вист Групп» (производитель системы диспетчеризации АСУ ГТК «Карьер») был впервые разработан и представлен в рамках научно-технической конференции «Перспективы развития карьерного транспорта» дистанционно управляемый карьерный самосвал БелАЗ грузоподъемностью 130 метрических тонн с электроприводом переменно-постоянного тока. Разработанная система дистанционного управления стала важным шагом на пути к созданию роботизированного карьерного самосвала.

Опытный образец роботизированного карьерного самосвала БелАЗ предназначен для перевозки горной массы в сложных горнотехнических условиях, на открытых горных работах, в различных климатических условиях, в составе погрузодоставочных комплексов. Разработка призвана снизить влияние человеческого фактора и связанных с ним несчастных случаев, устранить воздействие на оператора вредных влияющих факторов окружающей среды (загазованность, запыленность, повышенный радиационный фон и др.).

Прототип машины разработан на базе карьерного самосвала БелАЗ-75131 грузоподъемностью 130-136 т, с электромеханической трансмиссией переменно-постоянного тока, двигателем производства компании Ситттз КТА-50С.

Самосвал этого класса был выбран неслучайно. Ключевым моментом в его роботизации явилось наличие на борту электронного управления основными системами — двигателя и трансмиссии, а также доступ к электрическим цепям управления. За счет параллельного подключения все штатные системы управления сохранены в неизменном виде. Модификации подверглось рулевое управление и тормозная система: были установлены исполнительный привод рулевого управления и исполнительный электрогидравлический привод тормозов.

Для управления карьерным самосвалом предусмотрено три режима работы:

традиционный, с командным управлением, осуществляемым оператором, находящимся в кабине самосвала;

дистанционный, с управлением из удаленного рабочего места оператора;

автономный (роботизированный): управление осуществляется бортовой системой самостоятельно, под контролем удаленного оператора.

При этом ручное управление имеет высший приоритет перед дистанционным и автономным.

Для активации дистанционного и автономного режимов в кабине самосвала предусмотрен переключатель. Переход в соответствующий режим управления индицируется проблесковым маячком, установленным снаружи. Предусмотрена возможность размещения дополнительного органа управления в зоне активации оператором с земли.

Функционально оборудование управления машиной реализовано в виде двух блоков:

бортовой системы, которая представляет собой совокупность электронных систем, осуществляющих управление самосвалом, прием-передачу данных и управляющих воздействий, аудио— и визуальной информации по беспроводной сети, высокоточное позиционирование, диагностику аварийных состояний, аварийный останов, активные системы безопасности (камеры, радары, лидары и пр.);

рабочего места оператора, представляющего собой удаленный пост с приборной панелью, комфортным креслом, рулевым колесом и органами управления (педалями акселератора, рабочей и вспомогательной тормозных систем, рычагом стояночного тормоза), тремя широкоформатными дисплеями обзора дорожной обстановки, дисплеем заднего обзора, аудио-системой, беспроводной системой передачи данных и управляющих воздействий, беспроводной системы передачи данных поправок навигации.

Удаленное рабочее место является копией рабочего места оператора карьерного самосвала, за одним исключением: условия работы гораздо более комфортные.

При переходе к автономному режиму управления большинство органов управления становятся избыточными, видоизменяется само рабочее место, больше похожее на офисный вариант.

Для обмена информацией между рабочим местом оператора и самосвалом применено оборудование беспроводной передачи данных.

Помехоустойчивая связь между рабочим местом оператора и карьерным самосвалом обеспечивается оборудованием передачи данных. Встроенная система обнаружения и исправления ошибок обеспечивает предотвращение запуска средств управления самосвалом посредством ложных сигналов, вызванных лектромагнитными помехами, временной потерей сигнала, неисправностью блоков управления и др. Протокол передачи данных гарантирует целостность канала связи и передаваемых данных. В случае невозможности выполнения проверки целостности происходит немедленный безопасный останов самосвала.

Возможность безопасного останова всех операций, выполняемых самосвалом, и сохранения его в неподвижном состоянии обеспечивается при любых нижеуказанных ситуациях:

  • если средства управления не активированы;
  • если прервана подача электропитания для системы дистанционного и автономного управления;
  • если прервана передача сигнала от бортовой системы управления к устройству приема на рабочем месте оператора;
  • при возникновении нештатных ситуаций.

Выполнение требований обеспечивается системой аварийного останова, которая активируется автоматически либо ручным способом оператором с удаленного рабочего места. При этом происходит срабатывание тормозной системы и с выдержкой времени — останов двигателя.

Движение самосвала по заданному маршруту к месту загрузки или разгрузки в автономном режиме с удаленным контролем прохождения маршрута из центра управления обеспечивается системой высокоточной спутниковой навигации СР5/ГЛОНАСС. Для передачи данных координат поправок от базовой станции до бортового оборудования задействован дополнительный радиоканал.

Для определения наличия и распознавания препятствий, в том числе пеших рабочих и их объезда, необходимо, чтобы самосвал «ощущал» дорожную обстановку. Оборудованием, которое реализует эту возможность по, являются автомобильные радары и лазерные сканеры (лидары). Функционал, реализуемый этим оборудованием, имеет свои плюсы и минусы, но в совокупности дополняет друг друга, а в сочетании с видеообзором может являться вполне самодостаточной системой технического зрения для автономного управления.

Для того, чтобы адекватно реагировать на команды управления, бортовая система имеет достаточно высокое быстродействие. Реализация требуемой точности позиционирования, в свою очередь, накладывает очень жесткие требования к алгоритму управления.

Для распознавания и объезда препятствий, встречного разъезда с движущимся транспортом на борту самосвала обрабатывается значительный объем информации. При использовании нескольких автономных самосвалов программное обеспечение со стороны диспетчера выполняет координацию управления парком карьерных самосвалов без возникновения тупиковых ситуаций на протяжении всего маршрута. Основная задача — расположить самосвалы на маршруте таким образом, чтобы предотвратить их опасные сближения и пересечения траекторий.

Что даст реализация проекта?

Безопасность — отсутствие травматизма — главная задача на любом производстве. На горнодобывающих предприятиях имеют место несчастные случаи с участием водителей большегрузных карьерных самосвалов. Предлагаемый проект роботизированного карьерного самосвала может стать ключевым звеном в повышении безопасности при разработке полезных ископаемых за счет отсутствия человека в потенциально опасной зоне, т. е. в зоне ведения горных работ.

Вторым важным фактором является сокращение издержек — в отдаленных регионах при разработке месторождений может остро встать проблема привлечения квалифицированных кадров. Применение роботизированных самосвалов в рамках единой системы диспетчеризации позволит частично решить данную проблему за счет уменьшения числа водителей.

Третий и наверное основной фактор в современной экономике является — повышение эффективности за счет воспроизведения с высокой точностью повторяемости операций под контролем автоматики в оптимальных режимах(подъезд на площадку погрузки и разгрузки, скоростной режим и т. д.) и автоматической оптимизации грузоперевозок.

Логичным развитием автоматизации электронных систем управления карьерного самосвала и, как следствие, более эффективного проектирования роботизированной техники ОАО «БелАЗ» стала разработка многофункциональной системы диагностики (МСД).

Основной принцип МСД заключается в интеграции в единое информационное пространство различных систем самосвала, таких, как управление низковольтной частью электрооборудования, светотехники, гидравлики, диагностики, ТЭП, ДВС, СКЗиТ, СКТ, в многоканальную цифровую сеть самосвала при помощи удаленных электронных модулей ввода-вывода. С появлением МСД можно с полной уверенностью констатировать факт перехода к полностью цифровому управлению — «цифровому БелАЗу».

Внедрение МСД позволило получить следующие преимущества:

гибкость управления при расширении состава функций за счет программного конфигурирования блоков электронного оснащения и цифровой информационной сети под конкретные условия эксплуатации;

повышение эффективности диагностики и управления за счет объединения систем электрооборудования, контроля загрузки, гидравлики, видеообзора и применения децентрализованной структуры;

материалоемкость: распределенный принцип управления (локальные модули входов/выходов, расположенные по функциональному признаку на шасси и в кабине) позволяет сократить количество контактных соединений и длину электрических проводов;

эффективный сервис: доступ к довольно обширным диагностическим функциям (журналы событий, черный ящик, интерактивная помощь при отыскании неисправностей и многое другое) позволяет более эффективно и за более короткое время диагностировать и устранять неисправности, а также прогнозировать их возникновение и предупреждать выходы из строя дорогостоящих узлов и агрегатов;

предупреждение водителя о возникновении опасных режимов работы;

человеко-машинный интерфейс, встроенный в дисплейный модуль;

Возможность использования системы прогнозной аналитики для управления ремонтами ;

МСД в составе карьерного самосвала значительно упрощает его роботизацию.

Свою заинтересованность в развитии проекта по разработке роботизированного самосвала проявили крупные горнопромышленные компании. Так, в 2014 года был заключен трехсторонний договор о сотрудничестве ОАО «БелАЗ» с крупнейшим горнопромышленным холдингом ОАО «СУЭК» и разработчиком систем электронного управления роботизированными самосвалами АО «Вист Групп» (Россия). Данный документ предусматривает проработку возможности создания интеллектуального карьера с использованием роботизированных самосвалов БелАЗ в структуре ОАО «СУЭК».

В настоящее время на основе опыта создания системы дистанционного управления карьерным самосвалом разработана система управления, алгоритмы и программное обеспечение прототипа роботизированного карьерного самосвала серии БелАЗ-7513 с электроприводом постоянного тока. В 2013-2015 годы проведены испытания работоспособности алгоритмов и элементов системы управления в условиях заводского полигона компании БелАЗ, что подтвердило правильность выбранных технических решений, которые в настоящее время уже могут быть внедрены на серийных карьерных самосвалах БелАЗ.

На сегодняшний день по заказу потребителей завод совместно с российскими партнерами готов устанавливать оборудование для роботизированного управления на любую модель карьерного самосвала БелАЗ с электромеханической трансмиссией грузоподъемностью от 90 до 450 т.

Следует отметить, что разрабатываемая роботизированная мобильная система позволит обеспечить управление карьерным самосвалом в автономном режиме, без непосредственного участия человека.

Евгений Гучек, начальник конструкторского бюро разработок электронных систем управления ОАО «БелАЗ»

Дмитрий КЛЕБАНОВ, директор по развитию, к.т.н. АО «Вист Групп»