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

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(jiǎn)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(guò)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(duì)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(duì)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)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。

1 大屏幕顯示系統(tǒng)簡(jiǎn)介

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(hào)切換系統(tǒng)、大屏控制軟件及其它輔助軟硬件組成。通過(guò)它可將多路視頻監(jiān)控信號(hào)、計(jì)算機(jī)顯示信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)在大屏幕顯示系統(tǒng)上綜合的顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(wú)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(huà)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(huà)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(zhǎng)，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(chǎng)所。

(4)LED拼接(發(fā)光二級(jí)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(duì)環(huán)境適應(yīng)性好，對(duì)比度、亮度高，單色或大面積屏幕成本相對(duì)較低，非常適用大型戶外電子廣告。

2 大屏幕顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(duì)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(duì)拼接縫容忍度較小。綜合業(yè)主意見(jiàn)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(huà)面、多功能的顯示，用于顯示視頻、會(huì)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(duì)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(wú)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(huà)面效果好，顯示單元之間均勻性好，畫(huà)面顯示速度快，同步性高，畫(huà)面經(jīng)過(guò)外置多屏處理器后，畫(huà)面銳利清晰。畫(huà)面可整屏顯示，也可以分屏顯示，畫(huà)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(duì)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(jiǎn)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(duì)單屏幕控制。

(6)系統(tǒng)具有一定的擴(kuò)展能力，在不對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整的情況下，可以通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)容方式增加輸入信號(hào)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(jiǎn)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(huà)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(wú)輻射、單元顯示面積大、畫(huà)面穩(wěn)定無(wú)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(jí)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(jí)。

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(wèn)是新聞采訪溝通的主要途徑，記者通過(guò)對(duì)采訪對(duì)象提問(wèn)，讓采訪對(duì)象回答記者希望得到的信息。合理地設(shè)置問(wèn)題，不僅能夠讓雙方溝通得更加高效，還能夠增加采訪對(duì)象向外傳達(dá)信息的效果，有效提高采訪對(duì)象對(duì)電視臺(tái)、記者的好感。[2]但是，一些記者在提問(wèn)時(shí)，會(huì)專門提一些具有引導(dǎo)性的問(wèn)題，并沒(méi)有抓住事件的重點(diǎn)，使得提問(wèn)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(zhǎng))×1020mm(高)×915mm(厚)。

投影單元采用LED(節(jié)能光源，亮度高，壽命長(zhǎng))，工作壽命不小于60000小時(shí)，無(wú)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(huà)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(hào)源輸入，包含視頻信號(hào)、VGA信號(hào)、DVI/HDMI信號(hào)及網(wǎng)絡(luò)IP信號(hào)。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(wú)失真的在大屏幕上顯示。可以接收多種不同格式的信號(hào)源。該處理器處理過(guò)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(huà)面應(yīng)無(wú)抖動(dòng)、無(wú)延時(shí)、無(wú)拖尾現(xiàn)象、保證畫(huà)面自然流暢、清晰、細(xì)膩。支持顯示4K×2K的超高清信號(hào)，1080P高清信號(hào)，包含高清電視、視頻監(jiān)控信號(hào)和計(jì)算機(jī)圖像信號(hào)。

本項(xiàng)目選擇的圖像控制處理單元型號(hào)為TMC41-i，復(fù)合視頻信號(hào)輸入：16路，數(shù)字信號(hào)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(hào)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(wú)需任何設(shè)置就可以回復(fù)到原來(lái)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(hào)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(hào)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(jiǎn)單快捷。其功能：遠(yuǎn)程操作、顯示模式管理、信號(hào)源管理。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述對(duì)各個(gè)組件的選型，設(shè)備清單見(jiàn)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(jiàn)圖1。

圖中大屏幕顯示系統(tǒng)位于CCR。現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(duì)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(huà)面。

(2)該系統(tǒng)接入火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能對(duì)重點(diǎn)區(qū)域安全進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)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(hào)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(duì)進(jìn)出廠區(qū)、辦公樓、庫(kù)房的所有場(chǎng)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(duì)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 輔助工程設(shè)計(jì)

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(duì)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。

4 結(jié) 語(yǔ)

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(kāi)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(cè)(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(guò)程檢測(cè)與控制儀表的功能標(biāo)志及圖形符號(hào)[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。