Самосвал на дистанционном управлении прошел испытания в российском руднике

Даже при идеальном графике на регулярные подрывы и пересменку рабочих ежесуточно уходит до трех часов. У компании «Норникель» есть рабочая идея, как «вернуть» это потерянное время, — с помощью самосвалов на дистанционном управлении. Сейчас испытания такой ДУ-машины завершаются на участке рудника «Скалистый» недалеко от Норильска.

Шахтные самосвалы на дистанционном управлении — это машины со встроенными системами управления и связи, оборудованные десятками камер и датчиков. На мировом рынке есть готовая техника, но часто добывающим компаниям выгоднее переоборудовать имеющиеся самосвалы, нежели закупать новые. Такой апгрейд называют ретрофитингом.

Проще всего работать с машинами, которые изначально подготовлены к беспилотному режиму (комплектация Autonomous Ready). Такая техника не требует ретрофитинга: все механические связи (тросы, тяги, валы, гидравлика) между водителем и «машиной» изначально заменены на электрические сигналы.

Под рулем вместо вала, идущего к колесам, стоят датчики поворота и усилия. При движении руля сигналы с датчиков поступают в блок управления, а после обработки — к электрогидравлике у колес. Отсюда и название — электрогидравлическое управление (Electric Over Hydraulic Control, или EOHC).

Благодаря алгоритмам, встроенным в блок управления, система EOHC позволяет водителю более плавно и точно управлять горной техникой. А еще система повышает безопасность работ: при обнаружении человека или препятствия электроника автоматически остановит машину. 

В такой системе руль, рычаги и педали — уже электрические манипуляторы. Чтобы превратить эту технику в аппарат на дистанционном управлении, достаточно лишь добавить интерфейс для подключения контроллера верхнего уровня, через который можно будет удаленно передавать команды.

Инженеры горно-металлургической компании работали с моделью самосвала на чистой гидравлике, более ранней моделью. Параллельно с оригинальной системой они установили гидравлический контур с электроприводами, а также контроллер и датчики. Несмотря на автоматизацию многих процессов, управлять такой техникой — непростая задача.

У водителя нового шахтного самосвала на дистанционном управлении в распоряжении есть руль, клавиатура, три монитора; и вместо кабины — светлый кондиционированный офис. Оборудование похоже на стандартный сетап любителей гоночных симуляторов. Вот только машина тут — реальный 90-тонный грузовик, который нужно вести по узким выработкам в километрах под землей.

Требуются годы реального опыта управления самосвалом под землей, чтобы наработать навык чувствовать габариты такой техники. И все же управлению ею с поверхности требует дополнительного обучения и особых компетенций. Сейчас профессия оператора ДУ-техники проходит этап легализации: разработаны первые профессиональные стандарты, ведется работа над программами обучения и правилами аттестации. 

На ДУ-самосвале, проходящем испытания в руднике «Скалистый», установлены семь видеокамер. Три фронтальные камеры дают панорамный обзор, две боковые покрывают мертвые зоны, камера контроля загрузки показывает грузовую платформу, а камера заднего вида — происходящее позади машины.

Дополнительно горный агрегат оснастили лидарами (лазерными сканерами) и ультразвуковыми радарами, то есть парктрониками. Оператор видит информацию с них, но прежде всего датчики нужны для работы цифрового советчика.

«Камеры обеспечивают водителю обзор в 360 градусов. Но чтобы помочь ему проходить через узкие выработки и заходить в повороты под нужными углами, мы также реализовали цифровой советчик. По аналогии с парктроником, система показывает водителю динамическую прогнозную траекторию движения и расстояние до бортов и в автоматическом режиме предотвращает столкновения. Пока идут испытания, мы подбираем правильные алгоритмы и стараемся понять, как советчик должен вести себя в сложных ситуациях — например, когда самосвал может коснуться борта выработки при корректном заходе в поворот. Эта работа окажется особенно важна, когда мы перейдем от дистанционного управления к полностью беспилотному режиму», — объяснил руководитель портфеля проектов роботизации Центра развития цифровых технологий компании «Норникель» Ян Лупандин.

ДУ-самосвал поддерживает связь через два приемо-передатчика, постоянно подключенным к двум разным терминалам Wi-Fi в руднике. Это обеспечивает бесшовное переключение между точками доступа во время движения: без разрывов видео и управляющих сигналов. Поэтому для работы ДУ-техники критически важна развитая сетевая инфраструктура в руднике.

На руднике «Скалистый» сетевая инфраструктура разработана специально под будущую работу автоматизированной техники. Точки доступа там расположены на расстоянии около 40 метров друг от друга, чтобы даже при максимальной скорости движения (около 10 км/ч) машина всегда была подключена сразу к двум терминалам.

В инфраструктуру рудника встроены и механизмы безопасности. По нормативам Ростехнадзора, автоматизированная техника и люди всегда работают в разное время. Но если человек по ошибке пересечет ультразвуковой барьер безопасности и окажется в зоне работы автоматики, датчики тут же засекут это, и система остановит машину.

На самом ДУ-самосвале, как и на другой горной технике рудника, есть самостоятельная система «антинаезд». Она ориентируется на радиометки в налобных фонарях работников. При сближении система обездвиживает аппараты до получения дополнительного сигнала оператора, что движение безопасно.

Третий контур безопасности — цифровой советчик оператора. Он отслеживает опасное сближение по радарам и с помощью машинного зрения.

Все дистанционно управляемые и беспилотные машины в будущем будут включены в общую диспетчерскую систему «Норникеля» ПТК ГД. Оператор системы видит на экране перемещения всей техники и людей и может очерчивать зоны доступа на плане рудника: одни области для работы людей, другие — для работы автоматизированной техники. Благодаря развитой инфраструктуре, системы контроля рудника перестраиваются под новую разлиновку автоматически, и мгновенно оповещают о нарушении границ.

Это не первый подход «Норникеля» к автоматизации откатки руды на «Скалистом». Еще в 2019 году компания начала сотрудничать со шведской Sandvik, а в августе 2021-го на руднике началась опытно-промышленная эксплуатация двух самосвалов под управлением иностранной системы AutoMine®. Но в 2022 году вместе с санкциями Sandvik, как и другие мировые производители горной техники — Epiroc, Caterpillar, Komatsu, — ушел с российского рынка, забрав с собой поставки запчастей, сервисную поддержку и обновления программного обеспечения. Российской компании пришлось строить систему дистанционного управления заново — силами собственных специалистов, партнерских ИТ-компаний и на доступном оборудовании. 

«Пока что мы используем дистанционный самосвал на одном участке с обычными, ручными, поэтому разводим их по часам, — говорит Ян Лупандин. — Это временное решение, которое позволяет нам оперативно тестировать технологии. В целевом варианте у нас будет не дистанционное, а автономное управление, и не только самосвал, а большая часть техники: бутобои, буровые, погрузочно-доставочные машины, электровозная откатка — безлюдный рудник. Мы к этому обязательно придем через какое-то количество лет. А те испытания, которые сейчас ведутся по различным направлениям автономных технологий в руднике, этот момент сильно приближают».