LASC技术方案最终20190414

基于惯性导航设备的工作面直线度及控制技术说明（LASC技术方案说明）北京天地玛珂电液控制系统有限公司无人化开采项目部2019年4月一、LASC技术介绍（一）LASC技术背景澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）推出了基于陀螺仪导向定位的自动化采煤方法，英文名称为LASC，是以承担此项技术研究团队LongwallAutomationSteeringCommittee（译为“长壁自动化指导委员会”）英文缩写命名。这种技术采用高精度光纤陀螺仪和定制的定位导航算法，解决了惯性导航系统与采煤机高度通信、采煤机起始点校准、截割曲线生成、支架推移调整控制等难。LASC核心技术包括：采煤机的三维空间定位、自动工作面拉直、保持工作面平直、自动调高控制、3D可视化为远程监控提供虚拟现实等。（二）LASC技术简要介绍LASC技术主要为三部分，分别为：采煤机三维精确定位（误差±10cm）、工作面矫直系统（误差±50cm）和工作面水平控制，最大的技术优点在与可以实现采煤机自动定位、工作面自动找直，实现工作面推进长距离无人干预。LASC系统组成包括LASC机架和LASC服务器软件，LASC服务器软件集成在LASC硬件设备中，LASC硬件设备主要由惯性导航系统（INS），采煤机位置测量系统（SPMS），不间断电源（MUPS）组成。LASC技术从2016年进入中国，已经发展了三个版本：分别为早期定制版、通用机架板以及最新的精简版（LASC-Lite），三种设备的结构如下图所示。(a)早期定制版     (b)通用机架版       (c)精简版图1：LASC硬件版本示意（三）基于LASC技术的工作面直线度控制LASC系统的核心是应用高精度（军事级别）惯性导航系统进行采煤机位置、姿态精确检测，描绘工作面运输机的实际形状。然后通过对每个液压支架推移行程单独闭环控制来达成直线度控制目标。LASC系统在运行过程中一方面通过与采煤机通信获取里程计位置，另一方面电液控系统通信，实现工作面直线度状态及支架找直控制行程目标。LASC系统与采煤机、电液控系统间的以太网通信为Ethernet/IP。图2：LASC系统与采煤机、电液控系统的通信架构LASC机架通过与采煤机通信，获得初始空间位置，当采煤机行走时，陀螺仪（INS）检测采煤机的运行轨迹，当一刀煤完成时，LASC机架生成采煤机运行轨迹曲线，并通过LASC服务器发出。天玛主机Longwangmind（LM-SAC）软件收到数据后，下发给控制器，控制器会根据收到的数据，“找直目标”参数写入满行程值减去收到的数值，于是，在下一刀采煤时，“找直目标”作用在成组移架中，根据上一刀的曲线数值进行补偿，从而达到工作面的找直功能。基于LASC技术实现工作面直线度控制的流程如下图所示。图3：基于LASC的工作面直线度控制流程示意二、LASC技术配套方案介绍（一）LASC-Lite说明LASC-Lite是当面LASC技术的最新应用版本，在保证测量精度的同时其采用了小型化设计，一方面减少了所需安装空间，另一方面在设备成本也有一定的降低。LASCLITE对外有2个接口，通讯接口和供电接口，如下图所示。通讯接口中的以太网接口连接到局域网，主机可通过网络读取LASC系统的数据，编码器接口可直接连接至增量型编码器（绝对值型编码器无须连接）。供电接口输入24V，为LASCLITE供电。图4：LASC-Lite硬件装置接口说明LASC-Lite硬件装置的外形图如下所示。图5：LASC-Lite硬件装置外形尺寸（二）配套方案由于LASC技术要求必须与外部设备采用以太网通信且通信协议满足Ethernet/IP，因此需要采煤机厂家进行数据通信协议转换处理。在技术配套前期需要向配套采煤机厂家进行询问，若采煤机厂家可配合LASC开发基于Ethernet/IP协议的以太网通信，则不需要外部增补协议转换及其他配套装置。按照不同配套程度，本文档给出六种配套方案，请技术配套时根据实际情况进行选择。●方案一编号硬件配置方案说明空间要求（一）LASC-Lite；●我方仅提供LASC-Lite软、硬件；●采煤机厂家提供采煤机与LASC所需Ethernet/IP协议的以太网通信、LASC至监控中心电液控主机的以太网通道、LASC供电；采煤机内部：≥384×270×231●方案二编号硬件配置方案说明空间要求（二）LASC-Lite；EIP网关；●我方提供LASC-Lite软、硬件；●我方提供EIP网关，实现将采煤机里程计数据转译为符合LASC所要求的Ethernet/IP协议内容；采煤机内部：LASC-Lite空间≥384×270×231；EIP网关空间≥85×65×24；●采煤机厂家将采煤机里程计数据接入EIP模块；●采煤机厂家提供采煤机内部交换机模块，实现EIP网关、LASC-Lite硬件接入到同一以太网内；●采煤机厂家提供LASC至监控中心电液控主机的以太网通道；●采煤机厂家提供采煤机内部直流电源为LASC供电、EIP网关供电；●方案三编号硬件配置方案说明空间要求（三）LASC-Lite；EIP网关；内置WiFi模块；●我方提供LASC-Lite软、硬件；●我方提供EIP网关，实现将采煤机里程计数据内容转译为符合LASC所要求的Ethernet/IP协议内容；●我方提供置于采煤机内部的WiFi基站，提供LASC至监控中心电液控主机的以太网通道；采煤机内部：LASC-Lite空间≥384×270×231；EIP网关空间≥85×65×24；WiFI基站空间≥150×120×36；●采煤机厂家将采煤机里程计数据接入EIP模块；●采煤机厂家提供采煤机内部交换机模块，实现EIP网关、WiFi模块、LASC-Lite硬件接入到同一以太网内；●采煤机厂家提供采煤机内部直流电源为LASC供电、EIP网关、WiFi基站供电；●采煤机厂家提供采煤机壳体朝支架侧预留WiFi基站天线安装位置及天线用信号馈线专用过堵，实现内部无线信号引出；采煤机外部：WiFi基站天线安装位置；天线用信号馈线专用过堵；●方案四编号硬件配置方案说明空间要求（四）LASC-Lite；EIP网关；外置WiFi模块●我方提供LASC-Lite软、硬件；●我方提供EIP网关，实现将采煤机里程计数据内容转译为符合LASC所要求的Ethernet/IP协议内容；●我方提供置于采煤机外部的WiFi基站，提供LASC至监控中心电液控主机的以太网通道；采煤机内部：LASC-Lite空间≥384×270×231；EIP网关空间≥85×65×24；●采煤机厂家将采煤机里程计数据接入EIP模块；●采煤机厂家提供采煤机内部交换机模块，实现EIP网关、WiFi模块、LASC-Lite硬件接入到同一以太网内；●采煤机厂家提供采煤机内部直流电源为LASC供电、EIP网关、WiFi基站供电；●采煤机厂家提供采煤机壳体预留WiFi基站供电、以太网通信接口，实现采煤机内部电源、以太网信号引出；采煤机机身朝向支架侧预留WiFi基站、天线的安装位置；采煤机外部：WiFI基站空间≥196×220×60；WiFi基站天线安装位置；WiFi基站用电源线、以太网线专用过堵；●方案五编号硬件配置方案说明空间要求（五）LASC-Lite；EIP网关；内置WiFi模块；电源模块（12V24V）●我方提供LASC-Lite软、硬件；●我方提供EIP网关，实现将采煤机里程计数据内容转译为符合LASC所要求的Ethernet/IP协议内容；●我方提供置于采煤机内部的WiFi基站，提供LASC至监控中心电液控主机的以太网通道；●我方提供交流110V转直流24V、12V电源模块，实现LASC-Lite硬件、EIP网关、WiFi基站所需电源供电；采煤机内部：LASC-Lite空间≥384×270×231；EIP网关空间≥85×65×24；WiFI基站空间≥150×120×36；电源模块空间≥215×110×30；●采煤机厂家将采煤机里程计数据接入EIP模块；●采煤机厂家提供采煤机内部交换机模块，实现EIP网关、WiFi模块、LASC-Lite硬件接入到同一以太网内；●采煤机厂家提供采煤机内部110V交流电源，供电源模块使用；●采煤机厂家提供采煤机壳体朝支架侧预留WiFi基站天线安装位置及天线用信号馈线专用过堵，实现内部无线信号引出；采煤机外部：WiFi基站天线安装位置；天线用信号馈线专用过堵；●方案六编号硬件配置方案说明空间要求（六）LASC-Lite；EIP网关；内置WiFi模块；电源模块（12V24V）；网络交换模块；光电转换模块；●我方提供LASC-Lite软、硬件；●我方提供EIP网关，实现将采煤机里程计数据内容转译为符合LASC所要求的Ethernet/IP协议内容；●我方提供置于采煤机内部的WiFi基站，提供LASC至监控中心电液控主机的以太网通道；●我方提供光电转换模块，实现动力电缆内光信号转为电信号；●我方提供采煤机内部交换机模块，实现EIP网关、WiFi模块、LASC-Lite硬件、光电转化模块接入到同一以太网内；●我方提供交流110V转直流24V、12V电源模块，实现LASC-Lite硬件、EIP网关、WiFi基站、光电转化模块、交换机模块所需电源供电；采煤机内部：LASC-Lite空间≥384×270×231；EIP网关空间≥85×65×24；WiFI基站空间≥150×120×36；电源模块空间≥215×110×30；光电转化模块空间≥150×70×30；交换机模块≥137×100×38；●采煤机厂家将采煤机里程计数据接入EIP模块；●采煤机厂家提供的采煤机动力电缆内预留光纤，可传输至监控中心交换机；●采煤机厂家提供采煤机内部110V交流电源，供电源模块使用；●采煤机厂家提供采煤机壳体朝支架侧预留WiFi基站天线安装位置及天线用信号馈线专用过堵，实现内部无线信号引出；采煤机外部：WiFi基站天线安装位置；天线用信号馈线专用过堵；