付 魏 鐘 偉
四川七化建化工工程有限公司 成都 610000
中央控制室大屏幕顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)
付 魏*鐘 偉
四川七化建化工工程有限公司 成都 610000
主要敘述化工項(xiàng)目中央控制室大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。簡單比較幾種顯示系統(tǒng)的優(yōu)劣。結(jié)合某磷化工項(xiàng)目,講述大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程, 系統(tǒng)組成和配置,與控制室要求。
中央控制室 大屏幕顯示系統(tǒng) 設(shè)計(jì)
隨著化工企業(yè)自動(dòng)化水平的提升,工藝流程精細(xì)化,儀表設(shè)備更趨于智能化,作為化工企業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心,中央控制室面對大量的工廠數(shù)據(jù),包括視頻、圖表等復(fù)雜信息的顯示與處理上對控制系統(tǒng)的要求越來越高,大屏幕顯示系統(tǒng)隨之出現(xiàn)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,大屏幕顯示系統(tǒng)為工廠的指揮、調(diào)度、控制等提供了關(guān)鍵的信息支持,廣泛應(yīng)用在電力、電信、公共安全、消防應(yīng)急指揮、交通和現(xiàn)代大型化工項(xiàng)目中。
大屏幕顯示系統(tǒng)是由大屏幕拼接墻、多屏拼接控制器、信號切換系統(tǒng)、大屏控制軟件及其它輔助軟硬件組成。通過它可將多路視頻監(jiān)控信號、計(jì)算機(jī)顯示信號和網(wǎng)絡(luò)信號在大屏幕顯示系統(tǒng)上綜合的顯示,從而實(shí)現(xiàn)對各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)動(dòng)態(tài)直觀實(shí)時(shí)監(jiān)控,以便及時(shí)做出判斷和處理,實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控管理和輔助指揮調(diào)度的目的。
目前大屏幕拼接顯示墻大致有以下四類主流產(chǎn)品。
(1)DLP拼接(DLP背投拼接系統(tǒng))數(shù)字光學(xué)處理器(DLP, Digital Light Processor)。
DLP拼接屏幕具有良好的顯示效果快速的響應(yīng)時(shí)間和幾乎無縫拼接的特點(diǎn),在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但存在價(jià)格較貴,結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)。
(2)PDP拼接(等離子拼接,Plasma Display Panel)。
PDP屏幕具有類似DLP的高畫質(zhì)和快速響應(yīng)的特點(diǎn),成本適中,但是由于等離子存在顯示殘留和小型化困難的技術(shù)缺陷,一般用于動(dòng)態(tài)圖像的較大面積的屏幕拼接。
(3)LCD拼接(液晶拼接,Liquid Crystal Display)。
LCD屏幕具有分辨率高、價(jià)格低廉、能耗低、畫質(zhì)適中、易保養(yǎng)維護(hù)的特點(diǎn)。但存在亮度較低和響應(yīng)時(shí)間較長,及單屏大型化成本高,拼接縫較大的缺點(diǎn),一般用于較小面積屏幕拼接或者較低要求的場所。
(4)LED拼接(發(fā)光二級管屏幕拼接,Light Emitting Diode)。
LED屏幕分辨率低,彩色LED顯示屏幕體積大,耗能高,甚至需要設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。但是對環(huán)境適應(yīng)性好,對比度、亮度高,單色或大面積屏幕成本相對較低,非常適用大型戶外電子廣告。
大屏幕顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),需結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)需要和成本,考慮滿足用戶的功能需求,還應(yīng)滿足相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),選用技術(shù)先進(jìn),易用,有高可靠性和兼容性,可擴(kuò)展性的系統(tǒng)。
結(jié)合本項(xiàng)目情況,業(yè)主對顯示效果要求較高,顯示系統(tǒng)位置處于中央控制室內(nèi),主要功能是作為生產(chǎn)調(diào)度和應(yīng)急指揮的顯示系統(tǒng),要求顯示面積較大,響應(yīng)迅速,對拼接縫容忍度較小。綜合業(yè)主意見和項(xiàng)目投資情況,選擇DLP大屏幕顯示系統(tǒng)。
2.1 大屏幕顯示系統(tǒng)的功能要求
大屏幕顯示系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)高清晰度、高亮度、多畫面、多功能的顯示,用于顯示視頻、會議錄像、高清播放器播放以及多媒體等。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)每個(gè)DLP投影單元清晰獨(dú)立地顯示一路視頻,或一路RGB圖像,或一路網(wǎng)絡(luò)圖像。
(1)整個(gè)投影屏幕應(yīng)具有較高分辨率、可調(diào)亮度和對比度范圍寬,色彩還原真實(shí),圖像失真小,亮度均勻,顯示清晰,單屏周邊無眩光。
(2)大屏幕系統(tǒng)需采用外置多屏圖像拼接處理器,整體畫面效果好,顯示單元之間均勻性好,畫面顯示速度快,同步性高,畫面經(jīng)過外置多屏處理器后,畫面銳利清晰。畫面可整屏顯示,也可以分屏顯示,畫面能夠自由縮放、移動(dòng)、漫游,不受物理拼縫的限制,屏與屏之間拼縫不影響漢字和圖像的正確顯示。
(3)具有智能色域調(diào)整功能,不僅能分別調(diào)整紅、綠、藍(lán)三原色的色度和亮度,也能對青、紫、黃、白進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整,從而使整個(gè)顯示(各屏的顯示)色彩達(dá)到真正的一致。
(4)大屏幕投影系統(tǒng)軟硬件連接簡單,不管現(xiàn)有的軟件和網(wǎng)絡(luò)硬件有何改變,大屏幕顯示系統(tǒng)均可正常使用,確保整個(gè)系統(tǒng)的通用性及可任意擴(kuò)展。
(5)大屏幕系統(tǒng)可被控制電腦或者中控系統(tǒng)進(jìn)行整體控制,也可以對單屏幕控制。
(6)系統(tǒng)具有一定的擴(kuò)展能力,在不對系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整的情況下,可以通過簡單擴(kuò)容方式增加輸入信號的模式、數(shù)量。
(7)顯示系統(tǒng)的各種功能操作支持計(jì)算機(jī)和中控兩種方式。
(8)投影機(jī)系統(tǒng)的投影單元及控制系統(tǒng)均采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、一體化,安裝調(diào)試簡單,易于維護(hù)保養(yǎng)。
2.2 大屏幕顯示系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
該系統(tǒng)由大屏幕顯示墻、畫面拼接器、圖像控制處理器、控制軟件、機(jī)柜及其它相關(guān)輔助設(shè)備組成。
2.2.1 顯示拼接單元
DLP顯示拼接單元具有分辨率高、無輻射、單元顯示面積大、畫面穩(wěn)定無閃爍、色彩還原性好,低能耗和環(huán)保等特點(diǎn)。DLP顯示拼接單元由投影單元和屏幕兩部分組成。
投影單元采用反射式的背投一體箱,首先須有防塵降溫設(shè)計(jì)。選擇箱體的防塵等級需達(dá)到IP5X或以上水平,投影機(jī)芯須達(dá)到IP6X或以上防塵等級。
顯示拼接單元的排列方式布置,根據(jù)控制室的大小和功能選擇組合方式,常用組合方式:2×3、2×4、3×3、3×4。
提問是新聞采訪溝通的主要途徑,記者通過對采訪對象提問,讓采訪對象回答記者希望得到的信息。合理地設(shè)置問題,不僅能夠讓雙方溝通得更加高效,還能夠增加采訪對象向外傳達(dá)信息的效果,有效提高采訪對象對電視臺、記者的好感。[2]但是,一些記者在提問時(shí),會專門提一些具有引導(dǎo)性的問題,并沒有抓住事件的重點(diǎn),使得提問和回答的信息傳播效率很低,不利于采訪的順利進(jìn)行,導(dǎo)致采訪失敗。
本項(xiàng)目中央控制室較大,選擇3×4 矩陣拼接。
67寸的DLP單屏尺寸:1360mm(長)×1020mm(高)×915mm(厚)。
投影單元采用LED(節(jié)能光源,亮度高,壽命長),工作壽命不小于60000小時(shí),無需維護(hù)。
由于投影接縫是影響大屏幕顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo),在通常情況下DLP的投影單元屏幕之間的物理拼縫 <0.2 mm,單元之間的光學(xué)拼縫<1mm,以保證顯示畫面的完整性。
2.2.2 圖像控制處理器
大屏幕系統(tǒng)的圖像拼接處理器應(yīng)可接受各種圖像信號源輸入,包含視頻信號、VGA信號、DVI/HDMI信號及網(wǎng)絡(luò)IP信號。該處理器應(yīng)能直接驅(qū)動(dòng)顯示單元,并經(jīng)分割放大后實(shí)時(shí)無失真的在大屏幕上顯示??梢越邮斩喾N不同格式的信號源。該處理器處理過程應(yīng)完全硬件化,不需要電腦和啟動(dòng)軟件等操作,處理后顯示的畫面應(yīng)無抖動(dòng)、無延時(shí)、無拖尾現(xiàn)象、保證畫面自然流暢、清晰、細(xì)膩。支持顯示4K×2K的超高清信號,1080P高清信號,包含高清電視、視頻監(jiān)控信號和計(jì)算機(jī)圖像信號。
本項(xiàng)目選擇的圖像控制處理單元型號為TMC41-i,復(fù)合視頻信號輸入:16路,數(shù)字信號輸入:16路,VGA/DVI-I輸出:12路。其功能特點(diǎn)如下:
圖像控制器為專用大屏幕圖像拼接控制器,具備全硬件系統(tǒng),高速并行處理結(jié)構(gòu)。具有高可靠性和高維護(hù)性的特點(diǎn),電源采用1+1冗余電源,風(fēng)扇采用冗余風(fēng)扇,硬盤1+1冗余備份。并且所有電源模塊、風(fēng)扇和硬盤,圖形卡、信號處理板卡均可以支持在不停機(jī)的狀態(tài)下進(jìn)行帶電熱插拔維護(hù)工作。更換后,無需任何設(shè)置就可以回復(fù)到原來正常的工作狀態(tài)。
圖像控制器采用純硬件構(gòu)架,系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),方便擴(kuò)展。模塊數(shù)目隨輸入輸出信號的多少而增減,整個(gè)系統(tǒng)封閉式運(yùn)行,能夠滿足幾乎各種監(jiān)控、演示的需要,為集中控制多種信號源顯示的系統(tǒng)提供完善的解決方案。
2.2.3 控制PC
控制PC(或服務(wù)器)選擇要求為主流配置,以滿足業(yè)主的使用要求為主。本項(xiàng)目選型:DELL強(qiáng)四核處理器E5-2609系列。
2.2.4 系統(tǒng)軟件-
該系統(tǒng)應(yīng)有控制專用軟件,安裝在控制PC上,操作簡單快捷。其功能:遠(yuǎn)程操作、顯示模式管理、信號源管理。
2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)上述對各個(gè)組件的選型,設(shè)備清單見表1。
表1 大屏幕顯示系統(tǒng)的主要設(shè)備
根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)含大屏幕顯示系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)配置見圖1。
圖中大屏幕顯示系統(tǒng)位于CCR?,F(xiàn)場PLC鏈接到DCS控制系統(tǒng)的上位機(jī)。數(shù)個(gè)DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò),通過TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)酱笃聊伙@示系統(tǒng)。
2.4 相關(guān)系統(tǒng)接入功能
(1)該系統(tǒng)接入CCTV工業(yè)電視系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)車間進(jìn)行7×24小時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,并且能提供給CCR集中的視頻監(jiān)控畫面。
(2)該系統(tǒng)接入火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能對重點(diǎn)區(qū)域安全進(jìn)行監(jiān)控,對危險(xiǎn)的設(shè)備,易燃易爆的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行報(bào)警信號監(jiān)控和重點(diǎn)視頻監(jiān)控輔助確保安全。
圖1 DCS系統(tǒng)配置
(3) 接入門禁系統(tǒng)后,能對進(jìn)出廠區(qū)、辦公樓、庫房的所有場所進(jìn)行視頻監(jiān)控,并輔以聯(lián)動(dòng)報(bào)警和錄像。
(4) 接應(yīng)急通訊廣播系統(tǒng)后能由CCR對廠區(qū)周圍環(huán)境監(jiān)控和應(yīng)急廣播并能聯(lián)動(dòng)報(bào)警。
3.1 系統(tǒng)接地
根據(jù)《儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T 20513-2014的有關(guān)規(guī)定,對大屏幕顯示系統(tǒng)做安全接地處理,以保證設(shè)備和作業(yè)人員的安全。
3.2 系統(tǒng)供電
系統(tǒng)作為應(yīng)急指揮系統(tǒng)和日常監(jiān)控系統(tǒng)的重要核心部件,應(yīng)設(shè)置在線式UPS,應(yīng)至少保證30分鐘的使用,大屏幕顯示系統(tǒng)和CCR的其他控制設(shè)備采用獨(dú)立電源供電回路。
中央控制室大屏幕顯示系統(tǒng)在化工自動(dòng)控制方面應(yīng)用日漸廣泛,也逐漸開始整合工業(yè)電視、火災(zāi)監(jiān)控、應(yīng)急指揮等系統(tǒng)的功能,已成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心部件。大屏幕顯示系統(tǒng)技術(shù)飛速發(fā)展進(jìn)步,在設(shè)計(jì)及選型時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況,充分考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、穩(wěn)定性和適用性,以保證自動(dòng)化管理水平和提高生產(chǎn)效率。
1 陸德明,張振基,黃步余.石油化工自動(dòng)控制手冊(3版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000:894-901.
2 GB 50115-2009,工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
3 HG/T 20508-2014,控制室設(shè)計(jì)規(guī)定[S].
4 HG/T 20509-2014,儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)定[S].
5 HG/T 20513-2014,儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定[S].
6 HG/T 20505-2014,過程檢測與控制儀表的功能標(biāo)志及圖形符號[S].
2016-06-17)
*付 魏:工程師。2010年畢業(yè)于重慶理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)。從事自控設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:18108292312, E-mail: fuwei@cc-7eng.com。