冶金虚拟仿真创新实训中心.docx
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冶金虚拟仿真创新实训中心
冶金虚拟仿真创新实训中心
——系统方案
冶金生产线虚拟仿真创新实训中心是以构建以实训中心数字化资源体系和管理平台为核心的实践场所。
其中，数字化资源体系可包括实训专业课程资源建设、实训一体化资源建设、实训装备资源数字化建设、校企合作数字化资源建设等；管理平台包括模拟实训操作功能、技能测试功能、学习评价记录功能等。
开发多媒体实训资源，运用网上虚拟实训和实际操作相结合的模式，有效提高实验实训资源的集聚和辐射作用。
发挥创新实训中心参与方式灵活的优势，扩大参训人员的覆盖面，逐步形成高度开放共享的职业教育培训网络。
冶金虚拟仿真实训系统
限于真实大型冶金生产设备规模、数量限制，学员直接面对大型冶金设备进行的训练时间还很不够，因此，构建以实训中心数字化资源体系和管理平台为核心的实训仿真场所很有必要，以便（实现）创建“虚拟现实仿真实训系统、真实冶金设备操作、真实软件实训”三位一体的现代冶金技术实训教学模式。
近几年，随着图形、网络、计算机技术的发展，虚拟现实仿真实训系统已以崭新的面貌，优异的实训效果出现在各种先进的培训环境中。
虚拟现实（VRVirtualReality）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，是近几年国内外科技界关注的一个热点，其发展日新月异。
作为一门先进的人机交流技术，已广泛应用于视觉仿真、虚拟制造、虚拟设计装配、虚拟培训等领域。
信息科学是合成虚拟现实的基本前提。
高度逼真的三维虚拟世界的临场感和高度参与性最终使学员真正实现与虚拟空间的信息交流与现实构想，非常适合冶金技术等专业开放实训中心的虚拟培训。
冶金实训软件系统
它是由炼钢虚拟仿真实训软件系统（包括转炉炼钢、电炉炼钢、连续铸造等）和当前国内有色金属铝的生产工艺铝电解虚拟现实仿真实训软件联合组成。
本系统同时也可以二期开发加入其它冶金工业其它方面的虚拟仿真软件。
1.炼钢虚拟仿真实训软件系统功能
1）冶金工艺实训环境3D虚拟仿真、自动漫游、手动漫游
2）炼钢工艺流程自动仿真演示：
转炉炼钢、电炉炼钢、连续铸造等（以便学员自学习）
3）学员炼钢联网仿真实训操作及自主漫游（学员通过自己操作转炉炼钢、电炉炼钢、连续铸造等软件，同时系统呈现相应的3D虚拟仿真物流环境，无缝地有机地结合）（删除掉）
4）冶金工艺设备展示，物流实训环境中（删除掉）主要设备3D虚拟仿真展示及说明（有接口以便用户可自行编辑）
5）冶金方面的知识（以便自学习，有接口用户可自行编辑）
6）常见软件、硬件（改为设备）（以便自学习，有接口用户可自行编辑）
7）可控制背景音乐开闭等
8）提供技能理论考核的平台
2.铝电解虚拟现实仿真实训软件
1）现实设备的三维虚拟对象，可对该设备的结构和功能进行场景进入和自由浏览；
2）主要工艺过程的三维虚拟场景，可对工艺过程和设备动作细节进行景进入和（删除掉）自由浏览；
3）工艺操作参数的选择（电解槽焙烧、电解槽启动、加料操作、阳极更换、熄灭阳极效应、抬母线、扎边部、捞碳渣、出铝等）和主要工艺过程的仿真操作；
4）常见软件、硬件（改为设备）（以便自学习，有接口用户可自行编辑）
5）铝电解生产理论应知教程和考核系统；
6）设备和工艺的音频解说。
3.物流软件实训实施
1）教师示范教学
教师通过示范教学设备，进行软件示范讲解及操作，并把现代冶金工业的真实环境经计算机虚拟现实仿真通过超大拼接屏幕展示出来。
2）学员虚拟实训操作
每个学员可以通过“虚拟仿真软件系统”进行流程的学习、主要真实设备的学习、物流知识的学习、常见故障的了解等的学习以及理论考核。
创新中心硬件环境
1教师示范教学设备
1）超窄边高亮度高分辨率液晶拼接屏1套
本方案中，选用6块BR-SLCD60液晶显示单元，与纯硬件嵌入式拼接控制器BR-VP2004-0802等设备組成大屏幕显示解决方案。
其中：
（1）3x2拼接组合式LCD大屏1套，其中每块60'以及配套的控制器和控制软件。
（2）LCD单屏分辨率不低于1366X768，亮度不低于1000cd/㎡，接缝≤6.5mm；对比度不小于5000：
1
（3）LCD显示屏采用夏普原装面板。
（4）系统为嵌入式工控结构设计，所有显示设备、拼接处理器均使用嵌入式结构设计无微软操作系统，不受病毒影响，系统开机点亮即可正常显示操作，操作反映时间小于1秒，可以稳定的7*24小时工作；
（5）满足至少2路视频信号开窗漫游显示，2路视频开窗位置、大小可以任意，画面可以叠加跨屏漫游显示；
（6）满足至少8路VGA信号开窗漫游显示，8路VGA信号开窗位置、大小可以任意，画面可以叠加、跨屏漫游显示；
（7）满足至少8路音频信号的切换，支持音频同异步切换。
输入输出均带有均衡和驱动功能。
音频通道带宽：
60Mz。
（8）系统满足至少32种预设场景显示模式；
大屏幕拼接系统具备对输出信号亮度、对比度、色彩自动调节功能，无需手动调节，保证各显示屏幕亮度和色彩一致性。
（9）BR-VP2004-0802系列拼接控制器采用全模块化系统结构，设备方便维护，易于扩展。
设备主体结构主要由机箱，前面板、电源、底板、插板构成。
拼接控制器BR-VP2004-0802，是一款高性能、高端图像处理设备，能够在多个显示屏上同时显示多个动态画面，主要用于多屏幕拼接显示控制，是大屏幕显示系统的核心显示控制设备。
对于要求多个视频显示，要求高质量画面效果的场合，例如，指挥控制中心、视频会议、多媒体多功能厅、礼堂，它是理想的现实解决方案。
BR-VP2004-0802集图像自由缩放、画中画动态显示、多RGB信号实时数字处理技术与一身，所有的输入信号可以自由的显示在显示墙窗口中，全面支持图像的跨屏、漫游、画中画、叠加、缩放等高端显示功能。
使用BR-VP2004-0802显示效果震撼，模式灵活多样，用户操作方便，维护简单。
BR-VP2004-0802提供了多种强大的多视频并行处理功能，包括画中画窗口的位置、大小、缩放比例、叠加优先级、画面冻结等。
针对每一个在屏幕上显示的画面，所有算法、操作均并行进行，图像没有延迟、没有丢桢现象。
系统能够按照用户设计，实现输入信号根本上的实时显示和最好的图像缩放还原效果。
BR-VP2004-0802拥有多种控制方式，包括面板按键、红外遥控、RS232串口、网络等。
随机附带画面分割器控制软件，可以方便的安装在Windows操作系统上，也可以通过网络远程控制
系统的控制部分由系统专用计算机（控制PC）及相应的控制软件完成。
系统专用计算机通过相应的控制线缆或无线路由器对图形控制器进行控制，从而达到控制大屏信号的显示效果。
（注：
无线路由器控制方式需控制电脑支持无线功能）
2）教师机（液晶显示屏，通用计算机内存＞2G独立显卡显存＞1G）2套
3）教师手持终端
实现教师手持终端无线控制大屏内容切换,虚拟仿真软件运行,监控画面选择等功能.（4G内存，64G硬盘，WINDOW7操作系统及以上。
）
4）无线路由器
实现教师手持终端与大屏无线信号之间的通讯及连接.
2.学员虚拟实训设备
1学生软件实训用计算机
液晶显示屏，通用计算机内存＞2G，独立显卡显存＞1G4套
③虚拟仿真实训软件
注：
上述教师机及学员用机：
液晶屏幕、通用计算机均为当前通用规格，但内存必须＞2G，独立显卡显存必须＞1G
3.局域网络系统
1）交换机
2）网络柜综合布线（含网线模块RJ45接头盒等）
<4>实时监控
系统可以分区分块监控学生实训画面。
<5>拼接屏选用理由及对比（详见下表）
考虑到拼接屏的各方面的性能，保持五年内的先进性。
该屏采用当前最先进的LED背光技术，大大提高了寿命以及减少了热量产生，降低了电量消耗。
该屏亮度为1000流明，大大优于其他拼接屏。
对比度为5000:
1，远超普通拼接屏3000:
1.
项目
说明
BR-SLCD60拼接屏
46寸液晶拼接屏
优势说明
背光显示
光源方式
LED背光
CCEF背光
LED背光本身的色域比较广，其色彩还原度可达到135%，色彩还原度越好，颜色越真实，图像越逼真
背光亮度
亮度调整
可调背光亮度
不可调背光亮度
图像在强环境光下明亮清晰，在暗环境光下绚丽柔和，自主调节背光亮度这一技术将LED背光的节能省电特性最大限度的发挥出来。
对比度
图像对比
5000：
1
3000：
1
对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量
背光色彩
还原度
还原度好
一般
LED背光本身的色域比较广，其色彩还原度可达到135%，CCFL色彩还原度一般在80%左右。
色彩还原度越好，颜色越真实，图像越逼真。
初装寿命
初装使用寿命
60000小时以上
30000-50000小时
LED背光单元的寿命长达6万小时。
目前LED液晶单元是使用寿命最长、最易维护的拼接显示终端。
单屏大小
单屏显示面积
60英寸
46英寸
面积越大，拼缝越少，图像与色彩显示更真实
色彩均匀性
使用时的颜色均与度
色彩均匀
受发光方式影响，屏幕边缘有黑场
LED背光显示能够有效关闭光路，暗场基本无漏光。
极好的暗场效果，使得BR-SLCD60的对比度超过5000:
1
视角
不同角度下的图像均匀性
正负178°
正负178°
在图像均匀度较好的情况下，可以在不同的角度下观看到色彩效果一致的图像界面
背光亮度颜色均匀度
单屏中心于周围个点的颜色变化
好
一般
每块BR_SLCD60的背光都是由780个LED光源组成，LED光源多点分布，密集排列。
超密集的LED点阵背光系统，在显示不同亮场、黑场的情况下，图像整体亮度均匀，没有CCFL背光的黑边和亮边现象。
拼缝大小
拼接单元间的缝隙
6mm
7mm
辐射
发光原理决定系统辐射量
无
有
LED背光属于冷光源，没有射线辐射。
LED不需要电离气体发光，因此不含铅、汞等重金属，没有环境污染。
亮度
单位面积光能量值
高
一般
60寸亮度为1000流明，大于46寸700流明
使用寿命
更换附件的使用寿命
换背光管，总寿命长
面板灼烧后无法更换
先进性
产品的先进性
最新款
老款
60寸液晶拼接屏为最新款液晶产品，由夏普公司最新推出的高款液晶拼接，各项技术指标均采用最先进的液晶技术，短时间内不会被淘汰，46寸液晶拼接屏为09年产品，技术指标和先进性相对处于落后阶段。
硬件特点
●实用性
追求高效、低成本是各行业所必须采取的措施。
因此，所选用的设备在兼顾合理的、良好的性能基础上，也要考虑经济性，除考虑系统总体造价外还应考虑长期运行所造成的成本。
●可靠性
要保证系统能提供长时间的连续运行，且稳定可靠。
我们采用FPGA阵列纯硬件拼控制器，硬件控制器没有操作系统，不受病毒影响，上电即可工作，，确保了系统能够7X24小时稳定的运行。
BR-SLCD60英寸液晶显示单元由于采用先进的显示技术，6mm超窄边拼接效果，液晶屏采用最先进的密集型LED光源背光系统，最先进的UV2A液晶晶体排布技术，UV2A–亮场明亮、节能、超高光能效比，UV2A–暗场无漏光、超高对比度（静态5000：
1），UV2A–6ms响应速度，图像更流畅，LED背光色彩还原度好，图像逼真，LED点状超密集分布，背光亮度均匀，节能、环保、无辐射，寿命长，长期使用后色彩均匀度好，基本不需维护。
●先进性
本设计方案的图形控制系统采用先进的BR-VP2004-0802。
BR图形控制器拥有出色的图形处理能力，是目前世界上先进的拼接墙专用图形控制器之一。
●方便性
系统的调整、使用简单易行，用户操作界面友好，操作过程简捷，经短时培训即可操作使用。
我们提供的与控制器配套使用Wallcontrol大屏幕管理软件使操作大屏幕变得友好直观，用户在对大屏幕的操作、窗口的切换和缩放、信号源的切换布局方便快捷、得心应手。
在本系统工程项目中，我们公司将竭诚为您提供世界先进的高品质产品，为用户提供完善的系统配套及产品售后服务，确保将该项目建设成为一流的系统工程，使用户放心购买，安心使用。
液晶拼接幕墙的特点
BR-SLCD60系列液晶显示系统，是专为工程设计的专业化终端显示设备，具有全新大面积、超窄边、LED背光等特点，数字图像信息化处理与高清晰度的屏幕内容构成了超大面积显示系统的整体解决方案,可广泛应用于会议、监控、大堂、教育、娱乐等多种场合。
SLCD60液晶显示单元采用目前最先进的LED背光技术,极大提升了拼接单元的整体显示效果，具有突出的技术特点。
SLCD60集最新的液晶显示技术和纯硬件高速实时拼接控制技术于一身，所有的输入信号可以自由的显示在显示墙窗口中，全面支持图像的跨屏、漫游、画中画、叠加、缩放等高端显示功能。
控制器为显示屏量身定做，专机专用，能最大限度的发挥显示单元的效能。
与一般的液晶拼接单元相比，SLCD60液晶拼接幕墙拥有以下的优势:
（1）极高的屏幕亮度，且具有可调性
通过采用高亮度密集型LED背光光源，配合UV2A高透光性的LCD面板，SLCD60的标准亮度可达到1000nit，是目前最亮的液晶拼接单元。
针对不同的工作场合，屏幕亮度亦可进行线性可调，直至达到当前的最佳观赏效果。
（2）拼接单元最大化
BR-SLCD60具有世界上最大的液晶拼接单元，其尺寸达到了60英寸。
大尺寸拼接单元的优势在于，同等尺寸显示画面下，所需要的拼接屏数量更少，减少了画面中出现拼缝的频率，使得整体拼接墙中接缝占据的显示面积缩小很多，有效提升了多屏组合后的整体视觉效果，同时在画面的一致性及色彩的均匀度和还原性上表现更加优秀。
由于减少了拼接单元，相应的设备系统得到有效的缩减，有利于设备的维护和成本的控制。
（3）拼缝的微小化
对比传统的46”液晶拼墙，BR-SLCD60在极大地增大拼接单元尺寸的基础上，严格控制拼缝的大小，使其维持在6mm。
在同等显示尺寸的情况下，SLCD60拼接幕墙能够更好的消弱多屏带来的间隔感，得到更统一、完整的视觉感受。
（4）可调的背光亮度
BR-SLCD60液晶显示单元采用目前最先进的LED背光技术，极大提升了拼接单元的整体显示效果，同时通过控制背光系统的供电功率，用户可以随心所欲的调节拼墙的整体亮度，使图像在强环境光下明亮清晰，在暗环境光下绚丽柔和，自主调节背光亮度这一技术将LED背光的节能省电特性最大限度的发挥出来。
（5）背光色彩还原度好
图1-1LED与CCFL的色域对比
LED背光本身的色域比较广，其色彩还原度可达到135%，CCFL色彩还原度一般在80%左右。
色彩还原度越好，颜色越真实，图像越逼真。
图1-2CCFL和LED背光基础颜色显示效果对比
（6）全数字化处理
BR-SLCD60显示系统支持全面数字化。
从电脑信号源、长线传输、信号切换、图像处理到终端显示，可以全线使用DVI数字视频流，彻底解决了模拟信号带来的串扰、衰减、相位等影响信号质量的问题。
（7）LED光源点状超密集分布，背光亮度均匀
每块SharpPN-MG605的背光都是由780个LED光源组成，LED光源多点分布，密集排列。
超密集的LED点阵背光系统，在显示不同亮场、黑场的情况下，图像整体亮度均匀，没有CCFL背光的黑边和亮边现象。
（8）全模块化硬件设备
BR-SLCD60显示系统中的所有设备，包括矩阵、传输驱动、图像处理、液晶拼接单元均为模块化设计，易于安装调试，便于系统维护。
其中重要设备具有双电源备份。
（9）窗口预监视功能
VP图像处理设备的监视端口具有同步和预见两种工作状态，选择预监状态后，用户在软件摆放窗口时，预监端口中的图像跟随动作，而主显示屏幕就保持不变。
这样用户可以由预见端口事先看到显示效果，再根据看到的图像进行调整，直到达到满意的效果以后，再通过同步指令，将此显示状态发送到主屏幕上。
（10）无辐射、无污染
BR-SLCD60采用LED背光，为冷光源，不需要电离气体发光，属于无辐射、环保发光体，液晶本身不会产生辐射，不含铅、汞等重金属，没有环境污染，同时也不会对观察者的视觉系统造成任何不良影响。
（11）背光系统无玻璃材料、安全运输
LED背光完全是固体的，不象CCFL那样需要长而细的玻璃发光管，因此整单元的机械强度较高，所有器件均不易破损，运输、安装安全度高。
（12）寿命长，色彩均匀度好
液晶面板具有高度的颜色统一性，长期使用后，各面板颜色几乎一致，不需要为了保持较好的拼接效果而定时作调色维护。
LED背光单元的寿命长达5万小时。
目前LED液晶单元是使用寿命最长、最易维护的拼接显示终端。
BR-LCD-60液晶拼接幕墙采用夏普公司PN-MG605背光液晶显示屏为基本显示单元，具体参数见下表：
型号：
VisionLCD-60
液晶显示组件：
60英寸（对角线152.4cm）
尺寸：
1335.9（H）x754.2（V）mm
亮度：
1000cd/m2
静态对比度：
5000：
1
拼缝宽度：
6mm
最佳分辨率：
1366x768
最高色彩：
16.77百万色
像素间距：
0.973x0.973mm
可视角度：
176°
总功率：
490W
待机功率：
1.5W
重量：
约43kg
输入电源：
100V-240V，AC，50/60Hz
运行温度：
0-40摄氏度
运行湿度：
20%-80%（无凝露）
存储湿度：
小于95%（无凝露）
附件二：
技术参数
●图像处理模块：
并行运算芯片FPGA：
单片容量：
70000LE
串行运算芯片DSP：
单片速度：
5.4G/S
●系统总线规模：
单通道LVDS速度：
144路x4G/S
●图像显示能力：
单输出通道现存：
256M
输出显存：
Nx256M，N为输出通道数
显示单元排列：
矩形或矩形的一部分
输出分辨率：
800x600至2048x1080
色彩深度：
24位
输出信号：
DVI-I连接器，兼容模拟数字输出
●视频信号输入：
复合视频（CVBS）：
接口BNC，8/16个一组
格式：
NTSC、PAL、SECAM自适应
分量视频（YPbPr）：
接口HD15，4/8个一组
分辨率：
480至1080P
数字视频（HDMI）：
接口BNC，4/8个一组
分辨率：
480I至1080P
●RGB输入：
接口：
HD15（需要DVI-HD15转接器），4/8个一组
分辨率：
800x600至1920x1200，可添加特殊分辨率
时钟：
170M/S
●单链接DVI输入：
接口：
DVI-I，4/8个一组
分辨率：
800x600至1920x1200，或特殊分辨率
时钟：
165M/S
●双链接DVI-D输入：
接口：
DVI-D（24+5），2个一组
分辨率：
800x600至4096x1536，或特殊分辨率
时钟：
2x165M/S
●网络视频输入：
接口：
RJ45，4个一组
分辨率：
Video至1920x1200，或特殊分辨率
速度：
100M/S
●DVI-I输出：
接口：
DVI-I，兼容模拟输出和数字输出
接口个数：
普清4个一组，分辨率不高于1400x1050
高清2个一组，分辨率1600x1200、1920x1080、1920x1200
时钟：
165M/S
●设备环境：
操作温度：
-15-60摄氏度
存储温度：
-30-75摄氏度
操作湿度：
10-90%无冷凝
存储湿度：
5-95%无冷凝
恢复时间：
2h
海拔：
20，000英尺
●电气要求：
输入电压：
110-220V，AC
频率：
50/60Hz
设备规格：
输入槽位：
4个，视频最多32个，RGB/DVI最多32个
输出槽位：
4个，DVI-I最多输出16个；
设备尺寸：
18.5x45x50cm（HxWxD）
最大功率：
400W
（12）技术指标：
●视频输入：
种类/个数：
VGA/HDMI、Video、DVI-I
接口：
VGA/HDMI接口：
15针-D插座，
复合视频Video接口：
BNC插座，
DVI数字接口：
DVI-I插座
电平：
VGA/HDMI信号：
0.7V峰值
复合视频信号Video：
1V峰值
输入阻抗：
75欧姆
行频范围：
15kHz–100kHz
场频范围：
50Hz–120Hz
输入分辨率：
640x480–1600x1200
容许的直流电压偏移最大值：
0.5V
●视频处理参数
数字采样：
24位，每种颜色8位，160M采样速率
颜色个数：
1678万色
●视频输出参数
种类/个数：
VGA/HDMI--1个、DVI-D–1个
接口：
VGA/HDMI接口：
15针-D插座，
DVI数字接口：
DVI-I插座
电平：
VGA/HDMI信号：
0.7V峰值
输出阻抗：
75欧姆
行频范围：
15kHz–100kHz
场频范围：
50Hz–120Hz
输出分辨率：
640x480–1600x1200
直流电压偏移最大值：
25mV
●远程控制
串行控制接口：
RS-232，9针D插座
波特率和协议：
19200Bps，8位宽度，1停止位，没有奇偶校验，没有流控制
串口接线：
RS-232：
2=TX，3=RX，5=GND
网络接口：
RJ45
网络数据速率：
10/100Base-T
网络协议：
TCP/IP，UDP
程序控制：
BR-VP系列软件，基于Windows操作系统
●其他
电源：
100-240VAC，50/60Hz，50W
大小：
根据实际规模计算
重量：
根据实际规模计算
无故障运行时间：
30000小时
超窄边液晶拼接墙
概念与优势
液晶，是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，它既具有各向异性的晶体所特有的双折射性，又具有液体的流动性。
一般可分热致液晶和溶致液晶两类。
在显示应用领域，使用的是热致液晶，超出一定温度范围，热致液晶就不再呈现液晶态，温度低了，出现结晶现象，温度升高了，就变成液体；液晶显示器件所标注的存储温度指的就是呈现液晶态的温度范围。
液晶由于它的各向异性而具有的电光效应，尤其扭曲向列效应和超扭曲效应，所以能制成不同类型的显示器件（LiquidCrystalDisplay简称LCD）。
液晶显示器件主要有以下一些特点：
（1）低压、微功耗
极低的工作电压，只要2V-3V即可工作，而工作电流仅几个微安，这是其他任何显示器件无法比拟的。
（2）平板型结构
液晶显示器件的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄形盒。
这种结构最利于用作显示窗口，而且它可以在有限的面积上容纳最大量的显示内容，显示内容的利用率最高。
（3）被动型显示
液晶显示器件本身不能发光，它靠调制外界光达到显示目的。
所以，液晶显示更适合于人的眼视觉，更不易引起疲劳。
这个优点在大信息量、高密度、快速变换、长时间观察的显示时尤为重要。
（4）显示信息量大
液晶显示在同样大小的显示窗面积内，可以容纳更多的像素，显示更多的信息。
（5）长寿命
液晶材料器件的劣化几乎没有，寿命很长。
从实际应用考查，一般使用中，除撞击、破碎或配套件损坏外，液晶显示器件自身的寿命终结几乎没有。
（6）无辐射，无污染
液晶显示器
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