Роботизированный карьерный самосвал БЕЛАЗ
Одним из приоритетных направлений совершенствования карьерной техники «БЕЛАЗ» является роботизация, целью которой является повышение безопасности, производительности и эксплуатационной эффективности за счет автоматизации процесса погрузочно-доставочных работ.
Ключевым звеном в этой цепи является роботизированный карьерный самосвал .
Разработка карьерного самосвала без водителя призвана решить несколько проблем, главной из которых является безопасность.
Как известно, на местах эксплуатации карьерной техники оператор не редко подвергается воздействию вредных влияющих факторов окружающей среды, таких как: запыленность, загазованность, а иногда и повышенного радиационного фона. Кроме того, добыча полезных ископаемых, осуществляется во всех климатических зонах земного шара, где колебания годовой температуры могут находиться в довольно широких пределах. Вышеперечисленные факторы могут негативно сказываться на общем физическом и эмоциональном состоянии водителя, повышая тем самым вероятность возникновения несчастных случаев.
Немаловажной, является проблема труднодоступности регионов, где ведутся работы по добыче полезных ископаемых, а также недостаточность развития социальной инфраструктуры, что также оказывает негативное влияние на возможность участия человека в технологическом процессе.
В 2010 г. ОАО «БЕЛАЗ» совместно с российской компанией «ВИСТ Групп» (производитель системы диспетчеризации АСУ ГТК «Карьер») впервые разработан и представлен на научно-технической конференции «Перспективы развития карьерного транспорта» дистанционно управляемый карьерный самосвал «БЕЛАЗ» грузоподъемностью 130 метрических тонн с электроприводом переменно-постоянного тока.
Первый карьерный самосвал БЕЛАЗ с системой дистанционного управления
Основной особенностью карьерного самосвала с системой дистанционного управления являлось удаленное рабочее место оператора, которое представляло собой копию рабочего места оператора карьерного самосвала, с одним исключением: значительно более комфортными условиями его работы. Визуальная информация о дорожной обстановке выводилась на три широкоформатных монитора, а ее передача с борта карьерного самосвала обеспечивалась бортовым оборудованием системы радиопередачи данных телеметрии и аудиовизуальной информации. В рамках данного проекта была решена основная задача – реализовано эффективное и безопасное дистанционное управление карьерным самосвалом во всех предусмотренных режимах работы:
- пуск/останов, управление оборотами дизельного двигателя;
- сборка силовой цепи тягового электропривода;
- тяговый режим движения вперед/назад;
- электродинамическое торможение, реализуемое в двух вариантах: стандартном и форсированном;
- управление системой опрокидывающего механизма;
- управление системами световой и звуковой сигнализации;
- реализован режим дистанционного и автоматического аварийного останова, пожалуй, самого важного модуля системы дистанционного управления.
Удаленное рабочее место оператора дистанционного карьерного самосвала БЕЛАЗ
Разработанный карьерный самосвал «БЕЛАЗ» с системой дистанционного управления стал важным шагом на пути к созданию роботизированного карьерного самосвала. Основной особенностью прототипа роботизированного карьерного самосвала, в отличие от своего предшественника – карьерного самосвала «БЕЛАЗ» с системой дистанционного управления, являлась возможность двигаться по заранее заданному маршруту без непосредственного участия водителя. В 2013-2015 годах успешно проведены испытания работоспособности системы управления в условиях заводского полигона при движении самосвала по заданной траектории. А в 2015 году в рамках конференции «БЕЛАЗ-2015. Развитие в реальном времени» был продемонстрирован прототип автономного самосвала, способного выполнить весь производственный цикл: был продемонстрирован выход на маршрут с условной площадки пересменки, движение к погрузчику, остановку для погрузки, движение груженым на разгрузку, разгрузку и возврат на исходную точку.
Новый роботизированный карьерный самосвал БЕЛАЗ-7513R, имеет ряд принципиальных особенностей, которые выгодно отличают его от образцов, собранных ранее за счет внедрения интеллектуальных систем управления роботизированного карьерного самосвала нового поколения:
- электрогидравлической системы рулевого управления и тормозов с электронным управлением, обладающих более высоким быстродействием, точностью управления, повышенной надежностью и устойчивостью к отказам;
- системы управления тяговым электроприводом с цифровым управлением в автономном или дистанционном режиме работы роботизированного карьерного самосвала;
- системы пожаротушения, позволяющей, в дополнение к автоматическому и ручному режимам работы, реализовать включение исполнительного механизма дистанционно оператором из удаленного центра управления;
- бортовой автоматической диагностики роботизированного карьерного самосвала, построенной на базе многофункциональной системы диагностики, охватывающей весь спектр систем управления карьерным самосвалом. Вся информация о состоянии систем, наличии/отсутствии неисправностей поступает в цифровом виде в роботизированную мобильную систему управления. Роботизированная мобильная система управления на основании полученной информации производит оценку опасности той или иной неисправности и принимает решение о продолжении, остановке или ограничении работы роботизированного карьерного самосвала. А удаленный контроль позволяет оперативно реагировать на предупредительные сигналы о критическом изменении параметров.
Для обеспечения безопасности при работе роботизированного карьерного самосвала на месте эксплуатации предусмотрены следующие меры:
- трехуровневая световая индикация режима работы роботизированного карьерного самосвала, которая состоит из трех светодиодных маяков с высокой мощностью светового потока:
а) мигающий синий – автономный/дистанционный режим работы;
б) мигающий оранжевый или зеленый – режим прямого управления;
в) красный – аварийный режим.
Места их размещения – спереди слева, спереди справа и сзади – выбраны таким образом, чтобы обеспечить распознавание режима работы на безопасном расстоянии от роботизированного карьерного самосвала с любого направления обзора;
- звуковая сигнализация, которая предусматривает подачу предупредительного звукового сигнала перед пуском двигателя, а также перед началом движения:
а) однократный звуковой сигнал, длительностью 1 секунда – пуск ДВС;
б) двукратный звуковой сигнал с паузой 2 секунды – начало движения.
-устройства аварийного останова: одно в кабине оператора; два устройства, расположенные снаружи для управления оператором, находящимся на уровне земли; дистанционное устройство аварийного останова на стационарном удаленном рабочем месте оператора; портативное устройство. Кроме того, реализован автоматический режим аварийного останова при прерывании электропитания, прерывании передачи сигнала от бортовой системы управления к устройству приема на удаленном рабочем месте, отклонении от заданной траектории, возникновении неисправностей систем управления.
Наконец, роботизированная мобильная система управления, позволяет обеспечить:
- выбор режима работы: прямое управление или автономное/дистанционное;
- точность позиционирования роботизированного карьерного самосвала не хуже 20 см в автономном режиме управления, за счет бортового навигационного оборудования на основе высокоточной спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS с режимом коррекции дифференциальной поправки и инерциальной системы;
- обнаружение фронтальных препятствий на расстояниях до 60 метров, а боковых и тыловых – на расстояниях не менее 15 метров в различных погодных условиях за счет применения оборудования сканирования окружения, построенного с применением разнообразных технологий обнаружения и определения дальности до объекта, дополняющих друг друга, таких как: радары, лидары, ультразвуковые датчики;
- отображение на удаленном рабочем месте оператора окружающей дорожной обстановки с минимальными задержками без искажений с высоким разрешением, в том числе в ночных условиях при использовании оборудования видеонаблюдения, с применением высококачественных цифровых камер с HD-разрешением;
- надежную помехоустойчивую связь между бортовым оборудованием передачи данных и удаленным центром управления за счет оборудования беспроводной сети передачи данных.
Перечисленные выше возможности роботизированной мобильной системы управления БЕЛАЗ-7513R обеспечиваются бортовым оборудованием при его работе совместно с программно-аппаратным комплексом для автономного и дистанционного управления карьерными самосвалами, который в числе прочего отвечает за: коммуникацию между удаленным персоналом и роботизированным карьерным самосвалом, формирование и актуализацию цифровой карты местности, планирование и формирование сменного задания, управление парком роботизированных карьерных самосвалов и координацию взаимодействий между собой, а так же со стационарным и подвижным оборудованием, ситуационную осведомленность, авторизацию персонала и контроль доступа в систему.
Сегодня помимо роботизированного самосвала на ОАО «БЕЛАЗ» проходит испытание дистанционно управляемый погрузчик БЕЛАЗ-78250 с объемом ковша 11,5 м.куб. Благодаря этой разработке в недалекой перспективе предприятие будет готово к поставкам роботизированных погрузочно-доставочных комплексов для нужд горняков. Совместная работа машин была продемонстрирована в сентябре 2018 года на прошедшей на предприятии научно-практической конференции «БЕЛАЗ. Прогресс. Инновации. Будущее».
Работа роботизированного погрузочно-доставочного комплекса БЕЛАЗ на испытательном полигоне предприятия.
В настоящее время на предприятии ООО «СУЭК-Хакасия» проходят промышленные испытания отечественного комплекса роботизированных перевозок угля на базе карьерных самосвалов БЕЛАЗ-7513R.
Самосвалы работают на угольном разрезе участка открытых горных работ «Абаканский» разреза «Черногорский» ООО «СУЭК-Хакасия» в паре с экскаватором ЭКГ-8У. Беспилотные карьерные самосвалы движутся по выделенному участку разреза протяженностью 1 350 метров и перевозят вскрышную породу. В настоящее время идет оптимизация под конкретные геологические условия разреза, чтобы максимизировать эффективность цикла перевозки. В дальнейшем планируется, что эксплуатация роботов перейдет в круглосуточный режим и этот цикл будет повторяться без необходимости непосредственного участия человека в этом процессе.
Роботизированный карьерный самосвал грузоподъемностью 136 тонн в разрезе «Черногорский» (Россия, Хакасия)
Одновременное движение сразу двух самосвалов на одном участке – самая технологически сложная часть проекта. Для реализации разъезда двух машин созданы специальные алгоритмы, позволяющие выбрать оптимальную очередность движения самосвала. На участке также имеется пересечение с технологической дорогой общего пользования, для переезда которой реализован алгоритм автоматизированного управления шлагбаумами и светофорами на перекрестке.
– Испытания автономных самосвалов в условиях действующего угольного разреза – важный шаг в реализации технологии безлюдной добычи и перевозки. Этот проект мы реализуем вместе с нашими технологическими партнерами – СУЭК и БЕЛАЗ, уверен, что успех этого проекта станет важным этапом развития для всех участников, – говорит генеральный директор «ВИСТ Групп» Дмитрий Владимиров.
Как отметили представители Белорусского автомобильного завода, роботизированные самосвалы являются неотъемлемой частью проекта «Интеллектуальный карьер» – технологии управления процессами добычи и транспортировки на горнодобывающих предприятиях в полностью автономном режиме. Роботизация горнодобычи – перспективное направление, позволяющее вывести оператора карьерного самосвала из-под воздействий вредных производственных факторов согласно требованиям техники безопасности труда для персонала, находящегося в карьере, решить проблему управления самосвалов в удаленных и труднодоступных местах, максимально увеличить эффективность парка техники, решить проблему нехватки квалифицированных кадров и др. К самосвалам-роботам уже проявляют особый интерес в России, Чили, Перу и других странах, особенно в карьерах, где человеку работать небезопасно по многим причинам.
Сегодня же основной ожидаемый эффект от использования роботизированной техники – уменьшение затрат на эксплуатацию машин, изменение параметров ведения горных работ (ширина зоны погрузки, дорог, изменение углов бортов карьера).
Роботизация техники «БЕЛАЗ» призвана повысить ее производительность, безопасность и эксплуатационную эффективность за счет автоматизации процесса погрузочно-доставочных работ.
Одним из приоритетных направлений совершенствования карьерной техники «БЕЛАЗ» является роботизация, целью которой является повышение безопасности, производительности и эксплуатационной эффективности за счет автоматизации процесса погрузочно-доставочных работ.
Ключевым звеном в этой цепи является роботизированный карьерный самосвал .
Разработка карьерного самосвала без водителя призвана решить несколько проблем, главной из которых является безопасность.
Как известно, на местах эксплуатации карьерной техники оператор не редко подвергается воздействию вредных влияющих факторов окружающей среды, таких как: запыленность, загазованность, а иногда и повышенного радиационного фона. Кроме того, добыча полезных ископаемых, осуществляется во всех климатических зонах земного шара, где колебания годовой температуры могут находиться в довольно широких пределах. Вышеперечисленные факторы могут негативно сказываться на общем физическом и эмоциональном состоянии водителя, повышая тем самым вероятность возникновения несчастных случаев.
Немаловажной, является проблема труднодоступности регионов, где ведутся работы по добыче полезных ископаемых, а также недостаточность развития социальной инфраструктуры, что также оказывает негативное влияние на возможность участия человека в технологическом процессе.
В 2010 г. ОАО «БЕЛАЗ» совместно с российской компанией «ВИСТ Групп» (производитель системы диспетчеризации АСУ ГТК «Карьер») впервые разработан и представлен на научно-технической конференции «Перспективы развития карьерного транспорта» дистанционно управляемый карьерный самосвал «БЕЛАЗ» грузоподъемностью 130 метрических тонн с электроприводом переменно-постоянного тока.
Первый карьерный самосвал БЕЛАЗ с системой дистанционного управления
Основной особенностью карьерного самосвала с системой дистанционного управления являлось удаленное рабочее место оператора, которое представляло собой копию рабочего места оператора карьерного самосвала, с одним исключением: значительно более комфортными условиями его работы. Визуальная информация о дорожной обстановке выводилась на три широкоформатных монитора, а ее передача с борта карьерного самосвала обеспечивалась бортовым оборудованием системы радиопередачи данных телеметрии и аудиовизуальной информации. В рамках данного проекта была решена основная задача – реализовано эффективное и безопасное дистанционное управление карьерным самосвалом во всех предусмотренных режимах работы:
- пуск/останов, управление оборотами дизельного двигателя;
- сборка силовой цепи тягового электропривода;
- тяговый режим движения вперед/назад;
- электродинамическое торможение, реализуемое в двух вариантах: стандартном и форсированном;
- управление системой опрокидывающего механизма;
- управление системами световой и звуковой сигнализации;
- реализован режим дистанционного и автоматического аварийного останова, пожалуй, самого важного модуля системы дистанционного управления.
Удаленное рабочее место оператора дистанционного карьерного самосвала БЕЛАЗ
Разработанный карьерный самосвал «БЕЛАЗ» с системой дистанционного управления стал важным шагом на пути к созданию роботизированного карьерного самосвала. Основной особенностью прототипа роботизированного карьерного самосвала, в отличие от своего предшественника – карьерного самосвала «БЕЛАЗ» с системой дистанционного управления, являлась возможность двигаться по заранее заданному маршруту без непосредственного участия водителя. В 2013-2015 годах успешно проведены испытания работоспособности системы управления в условиях заводского полигона при движении самосвала по заданной траектории. А в 2015 году в рамках конференции «БЕЛАЗ-2015. Развитие в реальном времени» был продемонстрирован прототип автономного самосвала, способного выполнить весь производственный цикл: был продемонстрирован выход на маршрут с условной площадки пересменки, движение к погрузчику, остановку для погрузки, движение груженым на разгрузку, разгрузку и возврат на исходную точку.
Новый роботизированный карьерный самосвал БЕЛАЗ-7513R, имеет ряд принципиальных особенностей, которые выгодно отличают его от образцов, собранных ранее за счет внедрения интеллектуальных систем управления роботизированного карьерного самосвала нового поколения:
- электрогидравлической системы рулевого управления и тормозов с электронным управлением, обладающих более высоким быстродействием, точностью управления, повышенной надежностью и устойчивостью к отказам;
- системы управления тяговым электроприводом с цифровым управлением в автономном или дистанционном режиме работы роботизированного карьерного самосвала;
- системы пожаротушения, позволяющей, в дополнение к автоматическому и ручному режимам работы, реализовать включение исполнительного механизма дистанционно оператором из удаленного центра управления;
- бортовой автоматической диагностики роботизированного карьерного самосвала, построенной на базе многофункциональной системы диагностики, охватывающей весь спектр систем управления карьерным самосвалом. Вся информация о состоянии систем, наличии/отсутствии неисправностей поступает в цифровом виде в роботизированную мобильную систему управления. Роботизированная мобильная система управления на основании полученной информации производит оценку опасности той или иной неисправности и принимает решение о продолжении, остановке или ограничении работы роботизированного карьерного самосвала. А удаленный контроль позволяет оперативно реагировать на предупредительные сигналы о критическом изменении параметров.
Для обеспечения безопасности при работе роботизированного карьерного самосвала на месте эксплуатации предусмотрены следующие меры:
- трехуровневая световая индикация режима работы роботизированного карьерного самосвала, которая состоит из трех светодиодных маяков с высокой мощностью светового потока:
а) мигающий синий – автономный/дистанционный режим работы;
б) мигающий оранжевый или зеленый – режим прямого управления;
в) красный – аварийный режим.
Места их размещения – спереди слева, спереди справа и сзади – выбраны таким образом, чтобы обеспечить распознавание режима работы на безопасном расстоянии от роботизированного карьерного самосвала с любого направления обзора;
- звуковая сигнализация, которая предусматривает подачу предупредительного звукового сигнала перед пуском двигателя, а также перед началом движения:
а) однократный звуковой сигнал, длительностью 1 секунда – пуск ДВС;
б) двукратный звуковой сигнал с паузой 2 секунды – начало движения.
-устройства аварийного останова: одно в кабине оператора; два устройства, расположенные снаружи для управления оператором, находящимся на уровне земли; дистанционное устройство аварийного останова на стационарном удаленном рабочем месте оператора; портативное устройство. Кроме того, реализован автоматический режим аварийного останова при прерывании электропитания, прерывании передачи сигнала от бортовой системы управления к устройству приема на удаленном рабочем месте, отклонении от заданной траектории, возникновении неисправностей систем управления.
Наконец, роботизированная мобильная система управления, позволяет обеспечить:
- выбор режима работы: прямое управление или автономное/дистанционное;
- точность позиционирования роботизированного карьерного самосвала не хуже 20 см в автономном режиме управления, за счет бортового навигационного оборудования на основе высокоточной спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS с режимом коррекции дифференциальной поправки и инерциальной системы;
- обнаружение фронтальных препятствий на расстояниях до 60 метров, а боковых и тыловых – на расстояниях не менее 15 метров в различных погодных условиях за счет применения оборудования сканирования окружения, построенного с применением разнообразных технологий обнаружения и определения дальности до объекта, дополняющих друг друга, таких как: радары, лидары, ультразвуковые датчики;
- отображение на удаленном рабочем месте оператора окружающей дорожной обстановки с минимальными задержками без искажений с высоким разрешением, в том числе в ночных условиях при использовании оборудования видеонаблюдения, с применением высококачественных цифровых камер с HD-разрешением;
- надежную помехоустойчивую связь между бортовым оборудованием передачи данных и удаленным центром управления за счет оборудования беспроводной сети передачи данных.
Перечисленные выше возможности роботизированной мобильной системы управления БЕЛАЗ-7513R обеспечиваются бортовым оборудованием при его работе совместно с программно-аппаратным комплексом для автономного и дистанционного управления карьерными самосвалами, который в числе прочего отвечает за: коммуникацию между удаленным персоналом и роботизированным карьерным самосвалом, формирование и актуализацию цифровой карты местности, планирование и формирование сменного задания, управление парком роботизированных карьерных самосвалов и координацию взаимодействий между собой, а так же со стационарным и подвижным оборудованием, ситуационную осведомленность, авторизацию персонала и контроль доступа в систему.
Сегодня помимо роботизированного самосвала на ОАО «БЕЛАЗ» проходит испытание дистанционно управляемый погрузчик БЕЛАЗ-78250 с объемом ковша 11,5 м.куб. Благодаря этой разработке в недалекой перспективе предприятие будет готово к поставкам роботизированных погрузочно-доставочных комплексов для нужд горняков. Совместная работа машин была продемонстрирована в сентябре 2018 года на прошедшей на предприятии научно-практической конференции «БЕЛАЗ. Прогресс. Инновации. Будущее».
Работа роботизированного погрузочно-доставочного комплекса БЕЛАЗ на испытательном полигоне предприятия.
В настоящее время на предприятии ООО «СУЭК-Хакасия» проходят промышленные испытания отечественного комплекса роботизированных перевозок угля на базе карьерных самосвалов БЕЛАЗ-7513R.
Самосвалы работают на угольном разрезе участка открытых горных работ «Абаканский» разреза «Черногорский» ООО «СУЭК-Хакасия» в паре с экскаватором ЭКГ-8У. Беспилотные карьерные самосвалы движутся по выделенному участку разреза протяженностью 1 350 метров и перевозят вскрышную породу. В настоящее время идет оптимизация под конкретные геологические условия разреза, чтобы максимизировать эффективность цикла перевозки. В дальнейшем планируется, что эксплуатация роботов перейдет в круглосуточный режим и этот цикл будет повторяться без необходимости непосредственного участия человека в этом процессе.
Роботизированный карьерный самосвал грузоподъемностью 136 тонн в разрезе «Черногорский» (Россия, Хакасия)
Одновременное движение сразу двух самосвалов на одном участке – самая технологически сложная часть проекта. Для реализации разъезда двух машин созданы специальные алгоритмы, позволяющие выбрать оптимальную очередность движения самосвала. На участке также имеется пересечение с технологической дорогой общего пользования, для переезда которой реализован алгоритм автоматизированного управления шлагбаумами и светофорами на перекрестке.
– Испытания автономных самосвалов в условиях действующего угольного разреза – важный шаг в реализации технологии безлюдной добычи и перевозки. Этот проект мы реализуем вместе с нашими технологическими партнерами – СУЭК и БЕЛАЗ, уверен, что успех этого проекта станет важным этапом развития для всех участников, – говорит генеральный директор «ВИСТ Групп» Дмитрий Владимиров.
Как отметили представители Белорусского автомобильного завода, роботизированные самосвалы являются неотъемлемой частью проекта «Интеллектуальный карьер» – технологии управления процессами добычи и транспортировки на горнодобывающих предприятиях в полностью автономном режиме. Роботизация горнодобычи – перспективное направление, позволяющее вывести оператора карьерного самосвала из-под воздействий вредных производственных факторов согласно требованиям техники безопасности труда для персонала, находящегося в карьере, решить проблему управления самосвалов в удаленных и труднодоступных местах, максимально увеличить эффективность парка техники, решить проблему нехватки квалифицированных кадров и др. К самосвалам-роботам уже проявляют особый интерес в России, Чили, Перу и других странах, особенно в карьерах, где человеку работать небезопасно по многим причинам.
Сегодня же основной ожидаемый эффект от использования роботизированной техники – уменьшение затрат на эксплуатацию машин, изменение параметров ведения горных работ (ширина зоны погрузки, дорог, изменение углов бортов карьера).
Роботизация техники «БЕЛАЗ» призвана повысить ее производительность, безопасность и эксплуатационную эффективность за счет автоматизации процесса погрузочно-доставочных работ.
