LASC技術(shù)方案最終

1、基于慣性導(dǎo)航設(shè)備的工作面直線度檢測(cè)及控制技術(shù)方案說明（LASC技術(shù)方案說明）北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司無人化開采項(xiàng)目部2019年4月一、LASC技術(shù)介紹（一）LASC技術(shù)背景澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）推出了基于陀螺儀導(dǎo)向定位的自動(dòng)化采煤方法，英文名稱為LASC，是以承擔(dān)此項(xiàng)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)Longwall Automation Steering Committee（譯為“長壁自動(dòng)化指導(dǎo)委員會(huì)”）英文縮寫命名。這種技術(shù)采用高精度光纖陀螺儀和定制的定位導(dǎo)航算法，解決了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與采煤機(jī)高度通信、采煤機(jī)起始點(diǎn)校準(zhǔn)、截割曲線生成、支架推移調(diào)整控制等難題。LASC核心技術(shù)包括：采煤

2、機(jī)的三維空間定位、自動(dòng)工作面拉直、保持工作面平直、自動(dòng)調(diào)高控制、3D可視化為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供虛擬現(xiàn)實(shí)等。（二）LASC技術(shù)簡要介紹LASC技術(shù)主要為三部分，分別為：采煤機(jī)三維精確定位（誤差±10cm）、工作面矯直系統(tǒng)（誤差±50cm）和工作面水平控制，最大的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在與可以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自動(dòng)定位、工作面自動(dòng)找直，實(shí)現(xiàn)工作面推進(jìn)長距離無人干預(yù)。LASC系統(tǒng)組成包括LASC機(jī)架和LASC服務(wù)器軟件，LASC服務(wù)器軟件集成在LASC硬件設(shè)備中，LASC硬件設(shè)備主要由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS），采煤機(jī)位置測(cè)量系統(tǒng)（SPMS），不間斷電源（MUPS）組成。LASC技術(shù)從2016年進(jìn)入中國，已經(jīng)發(fā)

3、展了三個(gè)版本：分別為早期定制版、通用機(jī)架板以及最新的精簡版（LASC-Lite），三種設(shè)備的結(jié)構(gòu)如下圖所示。(a)早期定制版 (b)通用機(jī)架版 (c)精簡版圖1：LASC硬件版本示意（三）基于LASC技術(shù)的工作面直線度控制LASC系統(tǒng)的核心是應(yīng)用高精度（軍事級(jí)別）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行采煤機(jī)位置、姿態(tài)精確檢測(cè)，描繪工作面運(yùn)輸機(jī)的實(shí)際形狀。然后通過對(duì)每個(gè)液壓支架推移行程單獨(dú)閉環(huán)控制來達(dá)成直線度控制目標(biāo)。LASC系統(tǒng)在運(yùn)行過程中一方面通過與采煤機(jī)通信獲取里程計(jì)位置，另一方面電液控系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)工作面直線度狀態(tài)及支架找直控制行程目標(biāo)。LASC系統(tǒng)與采煤機(jī)、電液控系統(tǒng)間的以太網(wǎng)通信協(xié)議為Ethernet/I

4、P。圖2：LASC系統(tǒng)與采煤機(jī)、電液控系統(tǒng)的通信架構(gòu)LASC機(jī)架通過與采煤機(jī)通信，獲得初始空間位置，當(dāng)采煤機(jī)行走時(shí)，陀螺儀（INS）檢測(cè)采煤機(jī)的運(yùn)行軌跡，當(dāng)一刀煤完成時(shí)，LASC機(jī)架生成采煤機(jī)運(yùn)行軌跡曲線，并通過LASC服務(wù)器發(fā)出。天瑪主機(jī)Longwangmind（LM-SAC）軟件收到數(shù)據(jù)后，下發(fā)給控制器，控制器會(huì)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)，“找直目標(biāo)”參數(shù)寫入滿行程值減去收到的數(shù)值，于是，在下一刀采煤時(shí)，“找直目標(biāo)”作用在成組移架中，根據(jù)上一刀的曲線數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償，從而達(dá)到工作面的找直功能。基于LASC技術(shù)實(shí)現(xiàn)工作面直線度控制的流程如下圖所示。圖3：基于LASC的工作面直線度控制流程示意二、LASC技術(shù)

5、配套方案介紹（一）LASC-Lite說明LASC-Lite是當(dāng)面LASC技術(shù)的最新應(yīng)用版本，在保證測(cè)量精度的同時(shí)其采用了小型化設(shè)計(jì)，一方面減少了所需安裝空間，另一方面在設(shè)備成本也有一定的降低。LASC LITE對(duì)外有2個(gè)接口，通訊接口和供電接口，如下圖所示。通訊接口中的以太網(wǎng)接口連接到局域網(wǎng)，主機(jī)可通過網(wǎng)絡(luò)讀取LASC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，編碼器接口可直接連接至增量型編碼器（絕對(duì)值型編碼器無須連接）。供電接口輸入24V，為LASC LITE供電。圖4：LASC-Lite硬件裝置接口說明LASC-Lite硬件裝置的外形圖如下所示。圖5：LASC-Lite硬件裝置外形尺寸（二）配套方案由于LASC技術(shù)要求必

6、須與外部設(shè)備采用以太網(wǎng)通信且通信協(xié)議滿足Ethernet/IP，因此需要采煤機(jī)廠家進(jìn)行數(shù)據(jù)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換處理。在技術(shù)配套前期需要向配套采煤機(jī)廠家進(jìn)行詢問，若采煤機(jī)廠家可配合LASC開發(fā)基于Ethernet/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通信，則不需要外部增補(bǔ)協(xié)議轉(zhuǎn)換及其他配套裝置。按照不同配套程度，本文檔給出六種配套方案，請(qǐng)技術(shù)配套時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。l 方案一編號(hào)硬件配置方案說明空間要求（一）LASC-Lite；l 我方僅提供LASC-Lite軟、硬件；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)與LASC所需Ethernet/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通信、LASC至監(jiān)控中心電液控主機(jī)的以太網(wǎng)通道、LASC供電；采煤機(jī)內(nèi)部：384

7、×270×231l 方案二編號(hào)硬件配置方案說明空間要求（二）LASC-Lite；EIP網(wǎng)關(guān)；l 我方提供LASC-Lite軟、硬件；l 我方提供EIP網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)將采煤機(jī)里程計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)譯為符合LASC所要求的Ethernet/IP 協(xié)議內(nèi)容；采煤機(jī)內(nèi)部：LASC-Lite空間384×270×231；EIP網(wǎng)關(guān)空間85×65×24；l 采煤機(jī)廠家將采煤機(jī)里程計(jì)數(shù)據(jù)接入EIP模塊；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)內(nèi)部交換機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)EIP網(wǎng)關(guān)、LASC-Lite硬件接入到同一以太網(wǎng)內(nèi)；l 采煤機(jī)廠家提供LASC至監(jiān)控中心電液控主機(jī)的以太網(wǎng)通道；l

8、 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)內(nèi)部直流電源為LASC供電、EIP網(wǎng)關(guān)供電；l 方案三編號(hào)硬件配置方案說明空間要求（三）LASC-Lite；EIP網(wǎng)關(guān)；內(nèi)置WiFi模塊；l 我方提供LASC-Lite軟、硬件；l 我方提供EIP網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)將采煤機(jī)里程計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)譯為符合LASC所要求的Ethernet/IP 協(xié)議內(nèi)容；l 我方提供置于采煤機(jī)內(nèi)部的WiFi基站，提供LASC至監(jiān)控中心電液控主機(jī)的以太網(wǎng)通道；采煤機(jī)內(nèi)部：LASC-Lite空間384×270×231；EIP網(wǎng)關(guān)空間85×65×24；WiFI基站空間150×120×36；l 采煤機(jī)廠家

9、將采煤機(jī)里程計(jì)數(shù)據(jù)接入EIP模塊；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)內(nèi)部交換機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)EIP網(wǎng)關(guān)、WiFi模塊、LASC-Lite硬件接入到同一以太網(wǎng)內(nèi)；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)內(nèi)部直流電源為LASC供電、EIP網(wǎng)關(guān)、WiFi基站供電；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)殼體朝支架側(cè)預(yù)留WiFi基站天線安裝位置及天線用信號(hào)饋線專用過堵，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部無線信號(hào)引出；采煤機(jī)外部：WiFi基站天線安裝位置；天線用信號(hào)饋線專用過堵；l 方案四編號(hào)硬件配置方案說明空間要求（四）LASC-Lite；EIP網(wǎng)關(guān)；外置WiFi模塊l 我方提供LASC-Lite軟、硬件；l 我方提供EIP網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)將采煤機(jī)里程計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)譯為符合LAS

10、C所要求的Ethernet/IP 協(xié)議內(nèi)容；l 我方提供置于采煤機(jī)外部的WiFi基站，提供LASC至監(jiān)控中心電液控主機(jī)的以太網(wǎng)通道；采煤機(jī)內(nèi)部：LASC-Lite空間384×270×231；EIP網(wǎng)關(guān)空間85×65×24；l 采煤機(jī)廠家將采煤機(jī)里程計(jì)數(shù)據(jù)接入EIP模塊；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)內(nèi)部交換機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)EIP網(wǎng)關(guān)、WiFi模塊、LASC-Lite硬件接入到同一以太網(wǎng)內(nèi)；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)內(nèi)部直流電源為LASC供電、EIP網(wǎng)關(guān)、WiFi基站供電；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)殼體預(yù)留WiFi基站供電、以太網(wǎng)通信接口，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)內(nèi)部電源、以太網(wǎng)信號(hào)

11、引出；采煤機(jī)機(jī)身朝向支架側(cè)預(yù)留WiFi基站、天線的安裝位置；采煤機(jī)外部：WiFI基站空間196×220×60；WiFi基站天線安裝位置；WiFi基站用電源線、以太網(wǎng)線專用過堵；l 方案五編號(hào)硬件配置方案說明空間要求（五）LASC-Lite；EIP網(wǎng)關(guān)；內(nèi)置WiFi模塊；電源模塊（12V 24V）l 我方提供LASC-Lite軟、硬件；l 我方提供EIP網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)將采煤機(jī)里程計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)譯為符合LASC所要求的Ethernet/IP 協(xié)議內(nèi)容；l 我方提供置于采煤機(jī)內(nèi)部的WiFi基站，提供LASC至監(jiān)控中心電液控主機(jī)的以太網(wǎng)通道；l 我方提供交流110V轉(zhuǎn)直流24V、12V電

12、源模塊，實(shí)現(xiàn)LASC-Lite硬件、EIP網(wǎng)關(guān)、WiFi基站所需電源供電；采煤機(jī)內(nèi)部：LASC-Lite空間384×270×231；EIP網(wǎng)關(guān)空間85×65×24；WiFI基站空間150×120×36；電源模塊空間215×110×30；l 采煤機(jī)廠家將采煤機(jī)里程計(jì)數(shù)據(jù)接入EIP模塊；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)內(nèi)部交換機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)EIP網(wǎng)關(guān)、WiFi模塊、LASC-Lite硬件接入到同一以太網(wǎng)內(nèi)；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)內(nèi)部110V交流電源，供電源模塊使用；l 采煤機(jī)廠家提供采煤機(jī)殼體朝支架側(cè)預(yù)留WiFi基站天線安裝位

13、置及天線用信號(hào)饋線專用過堵，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部無線信號(hào)引出；采煤機(jī)外部：WiFi基站天線安裝位置；天線用信號(hào)饋線專用過堵；l 方案六編號(hào)硬件配置方案說明空間要求（六）LASC-Lite；EIP網(wǎng)關(guān)；內(nèi)置WiFi模塊；電源模塊（12V 24V）；網(wǎng)絡(luò)交換模塊；光電轉(zhuǎn)換模塊；l 我方提供LASC-Lite軟、硬件；l 我方提供EIP網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)將采煤機(jī)里程計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)譯為符合LASC所要求的Ethernet/IP 協(xié)議內(nèi)容；l 我方提供置于采煤機(jī)內(nèi)部的WiFi基站，提供LASC至監(jiān)控中心電液控主機(jī)的以太網(wǎng)通道；l 我方提供光電轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電纜內(nèi)光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)；l 我方提供采煤機(jī)內(nèi)部交換機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)EIP網(wǎng)關(guān)、WiFi模塊、LASC-Lite硬件、光電轉(zhuǎn)化模塊接入到同一以太網(wǎng)內(nèi)；l 我方提供交流110V轉(zhuǎn)直流24V、12V電源模塊，實(shí)現(xiàn)LASC-Lite硬件、EIP網(wǎng)關(guān)、WiFi基站、光電轉(zhuǎn)化模塊、交換機(jī)模塊所需電源供電；采煤機(jī)內(nèi)部：LASC-Lite空間384×270×231；EIP網(wǎng)關(guān)空間85×65×24；WiFI基站空間150×120×36；電源模塊空間215×110×30；光電轉(zhuǎn)化模塊空間150&#