WLAN与架设备中新技术的应用

热烈欢迎各位领导和同仁参加架桥机新技术交流会WLAN与架桥设备中新技术的应用中铁工程机械研究设计院容毅讲稿目录一.铺架设备电气设计的特点：⒈系统的定位⒉标准问题⒊设备的可移植性二.第一代架桥机电气系统三.第二代架桥机电气系统四.高速铁路架桥机电气系统：⒈JQ600型箱梁架桥机⒉JQ60型轻轨架桥机⒊JQ900系列架桥机五.高速铁路架桥机采用的新技术※⒈无线局域网WLAN⒉嵌入式实时操作系统RTOS⒊图像的获取与图像预处理⒋计算机远程控制技术六.铺架设备电气设计准则及未来发展趋势⒈设计总论⒉未来发展趋势系统的定位标准问题设备的可移植性一、铺架设备电气设计的特点铺轨机与架桥机是铁路施工的主要设备之一。其中架桥机还广泛应用与公路建设中。作为典型的大型工程机械，铺架设备的电气系统具有一些鲜明的特征二、第一代架桥机电气系统一般认为，我国的第一代架桥机的代表是胜利型。（虽然此前早在四十年代曾有过悬臂式架桥机，但是未形成规模）继电器逻辑控制结构完全面向操作，已完成动作为目的除电气本身以外，尚无整机安全保护的意识三、第二代架桥机电气系统这一代架桥机以JQ130型、JQ160型为代表；还包括一些常见的公路架桥机。由于在这一阶段，国家的经济进入高速发展时期，铺架设备的需求量增多，生产铺架设备的单位也逐渐增多。这一代架桥机的相当一部分机型引入了可编程序控制器PLC。继电器逻辑控制结构与可编程序控制器PLC并存部分机型引入工业用无线遥控器外挂式安全监控装置开始使用四、高速铁路架桥机电气系统高速铁路架桥机是一个复杂的大型铁路施工设备，它的结构复杂、功能齐全、安全要求极高。对设计者来说，解决每一个技术难题得付出巨大的代价；对操作者来说，任何疏忽可能是致命的。从这时候开始，安全监控装置已经成为高速铁路架桥机一个不可缺少的组成部分。铺架设备电气设计的发展也反映了当代整个科技水平的发展。1JQ600型箱梁架桥机首次采用了工控机模块总线结构工作控制过程和安全监控功能的完全整合:首次将工作控制过程和安全监控功能完整地由统一软硬件平台完成双遥控控制技术:首次采用紧急停止专用遥控器面向设备的交流变频电源供电技术:利用一台大功率交流变频器向所有的电机提供变频电源，并首次将交流变频器用于起升负载还采用了语言操作系统提示与语言报警系统2JQ60型轻轨架桥机首次使用了计算机网络控制模式:由3台计算机独立完成各个制定子系统的任务,从根本上解决了实时控制的快速性要求第一次采用Windows环境下的实时应用软件智能控制算法将滑线技术发挥到极致JQ60型架桥机是第一台完全实现全设计功能并且一直在运行的电气系统，它所积累的经验以后的设计产生的影响是巨大的3JQ900系列架桥机JQ900A型架桥机电气系统硬件架构为无线局域网与10M以太工业局域网。由一号柱、二号柱、三号柱、一号小车、二号小车、运梁车等六个子系统组成。所有操作通过屏幕及遥控器统一进行，主屏幕将实时同步显示系统关键点数据及电气系统本身各部分的工作状态，并将用户程序的仿真图像与摄像头的实时监控图像有机地融合为一体，为用户提供了友好人机界面，直观监视各项安全保护参数的动态变化，同时提供多媒体声像报警。无线遥控装置为用户提供了便捷的操作环境。硬件体系设计遵循可靠性设计原则，1～3号柱，1、2号小车及运梁车各部件分别组成以智能工作站为中心的计算机控制系统。各子系统连接组成无线局域网和10M以太工业局域网，系统框图如上图所示。1、无线局域网与10M以太工业局域网组网控制。2、混合网络数据链路层协议的软件设计与安全防护。3、网络层软件与开放式总线协议的兼容性设计。4、通过Internet互连网，设计方可随时异地向用户方提供以下各种服务：a)远程系统测试b)远程故障诊断c)远程数据采集d)远程软件升级5、实现完全屏幕化菜单操作方式。6、同步显示处于工作状态的各个电气部分和所监视的结构部分的技术参数变化，并通过大屏幕及语音等多媒体手段向操作者提供诸如“工作提示、进程显示、操作确认、警告、故障报警”等信息。7、多变频器总线方式控制的同步算法及力矩限制。8、基于运梁车与架桥机接近对位的位置控制及箱梁对位落梁控制的图像识别技术。JQ900型架桥机电气系统可靠性设计任何大型智能化设备都无一例外地把系统安全放在首位，在电子部件日臻成熟的今天，电气系统的可靠性在很大程度上取决于系统的体系设计和软件算法的设计。JQ900A型架桥机电气系统的可靠性设计具有如下几个特征：1、各子系统之间在硬件上完全独立，在软件上完全自主。2、各子系统将其子网内部所有安全监控数据以广播方式传至上一层遵循可靠性设计原则，网络所有对等站点。也就是说所有监控数据同时被5台计算机系统确认。对重要监测点采取硬件冗余方式，共同实现数据的高可靠性。3、各子系统在功能上独立执行完全不同的任务，但其中任一台随时随刻受到其余4台计算机的严密监视，这种网络并行机制能有效维护控制网络的安全。应用软件采用分层设计，各层分工明确，层间弱耦合，并在远程访问软件端口加密处理，防止黑客入侵。五.高速铁路架桥机采用的新技术※㈠网络与无线局域网WLAN网络基础知识信息技术的三大支柱计算机技术、通讯技术、传感器技术1．网络的一般理论⑴网络是信息社会最显著的标志IT时代网络无处不在；银行﹑证券公司的金融数据处理系统；机场车站的订票系统；超级市场的收费系统；网络远程教育系统；加之人们熟知的Internet及迅猛发展的电子商务；计算机网络已成为现代人类日常生活中不可缺少的一部分。很难想象如果某一天网络突然消失了，这个世界将会发生何种情况。⑵网络的一般分类⑶无线局域网简介无线局域网就是一种无线数据网络。它是以无线方式构建的局域网。或者说，不用线缆将设备相连的局域网络。无线局域网常用的实现技术有；红外数据协会提出的IrDA，家用射频工作组提出的HomeRF、Bluetooth（蓝牙）以及美国的802.11协议和欧洲的HiperLAN2协议等。无线局域网利用电磁波在空中发送和接收数据，无需线缆介质。无线局网络数据传输速率输速率现在已经能够达到11Mbit/s，传输距离可以远至20km以上。它是对有线联网方式的一种补充和扩展，使网络上的计算机具有可移动性，能快速、方便地解决使用有线方式不易实现的网络连通问题。与有线网络相比，无线局域网具有以下优点：ⅰ.安装便捷一般在网络建设中施工周期最长、对周边环境影响最大的是网络布线施工工程。在施工过程中，往往需要破墙掘地、穿线架管。而无线局网的最大优势就是免去或减少了网络布线工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个建筑和地区的局域网络。ⅱ使用灵活在有线网络中，网络设备的安装位置受网络信息点位置的限制。而一旦无线局域网建成后，在无线网的信号覆盖区域内，任何一个位置都可以接入网络。ⅲ经济节约由于有线网络缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出设计规划，又要花费较多费用进行网络改造。而无线局域网可以避免或减少以上情况发生。ⅳ易于扩展无线局域网有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样，无线局域网就能胜任从只有几个用户的小规模局域网到上千用户的大型网络，并且能够提供如漫游等有线网络无法提供的特性。2．无线局域网的工作模式⑴无线局域网的工作模式一般分为两种，Infrastructure和Ad-hoc。Infrastructure是指通过AP互连的工作模式，也就是可以把AP看做是传统局域网中的Hub(集线器)。①室内移动办公②室内有线的拓展③室外的点对点①室内对等连接②室外点对多点③室外中继应用㈡嵌入式实时操作系统RTOS1.实时操作系统：(RTOS)实时操作系统是指一种能够在指定的时间范围内完成特定功能或者对外部的异步事件作出响应的操作系统。实时操作系统上的进程执行结果不仅依赖于逻辑判断和逻辑计算的正确性，而且还依赖于执行过程中所花费的时间的长短。所以实时操作系统必须能够确保其进程对时间的要求，即确保在要求的时间内完成指定的任务。软实时和硬实时的概念软实时软实时是指统计意义上的实时，一般指整体吞吐量大或者整体响应时间快，但不能保证在指定的时间内完成特定的任务。硬实时硬实时则是指在时间要求上必须严格地保证实时。2.嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。㈢图像的获取与图像预处理数字图像处理的主要内容不管图像处理是何种目的，都需要用计算机图像处理系统对图像数据进行输入、加工和输出，因此数字图像处理研究的内容主要有以下7个过程。数字图像处理的过程图像获取、表示和表现图像复原图像增强图像分割图象分析图象重建图象压缩编码1.图像获取、表示和表现（ImageAcquisition，RepresentationandPresentation）该过程主要是把模拟图像信号转化为计算机所能接受的数字形式，以及把数字图像显示和表现出来（如打印）。这一过程主要包括摄取图像、光电转换及数字化等几个步骤。2.图像复原（ImageRestoration）当造成图像退化（图像品质下降）的原因已知时，复原技术可以对图像进行校正。图像复原最关键的是对每种退化都需要有一个合理的模型。例如，掌握了聚焦不良成像系统的物理特性，便可建立复原模型，而且对获取图像的特定光学系统的直接测量也是可能的。退化模型和特定数据一起描述了图像的退化，因此，复原技术是基于模型和数据的图像恢复，其目的是消除退化的影响，从而产生一个等价于理想成像系统所获得的图像。3.图像增强（ImageEnhancement）图像增强是对图像质量在一般意义上的改善。当无法知道图像退化有关的定量信息时，可以使用图像增强技术较为主观地改善图像的质量。所以，图像增强技术是用于改善图像视感质量所采取的一种方法。因为增强技术并非是针对某种退化所采取的方法，所以很难预测哪一种特定技术是最好的，只能通过试验和分析误差来选择一种合适的方法。有时可能需要彻底改变图像的视觉效果，以便突出重要特征的可观察性，使人或计算机更易观察或检测。在这种情况下，可以把增强理解为增强感兴趣特征的可检测性，而非改善视感质量。电视节目片头或片尾处的颜色、轮廓等的变换，其目的是得到一种特殊的艺术效果，增强动感和力度。4.图像分割（ImageSegmentation）把图像分成区域的过程就是图像分割。图像中通常包含多个对象，例如，一幅医学图像中显示出正常的或有病变的各种器官和组织。图像处理为达到识别和理解的目的，几乎都必须按照一定的规则将图像分割成区域，每个区域代表被成像的一个物体（或部分）。图像自动分割是图像处理中最困难的问题之一。人类视觉系统的优越性，使得人类能够将所观察的复杂场景中的对象分开，并识别出每个物体。但对计算机来说，这却是一个难题。目前，大部分图像的自动分割还需要人工提供必需的信息来帮助，只有一部分领域（如印刷字符自动识别（OCR）、指纹识别等）开始使用。由于解决和分割有关的基本问题是特定领域中图像分析实用化的关键一步，因此，将各种方法融合在一起并使用知识来提高处理的可靠性和有效性是图像分割的研究热点。5.图像分析图像处理应用的目标几乎均涉及到图像分析，即对图像中的不同对象进行分割、特征提取和表示，从而有利于计算机对图像进行分类、识别和理解。在工业产品零件无缺陷且正确装配检测中，图像分析是对图像中的像素转化成一个“合格”或“不合格的判定。在有的应用中，如医学图像处理，不仅要检测出物体（如肿瘤）的存在，而且还要检查物体的大小。6.图像重建图像重建与上述的图像增强、图像复原等不同。图像增强、图像复原的输入是图像，处理后输出的结果也是图像，而图像重建是指从数据到图像的处理，即输入的是某种数据，而经过处