5.5. Мнемосхемы

Рис.5.17. Автоматическая система управления ткацким производством SBK1000

Рис. 5.18. Мнемосхема автоматизации во­догрейного котла с применением специа­лизированного контроллера СК2-21

Мнемосхема пред­ставляет собой наглядное графическое изображение функционально-технической (технологической) схемы управляемого объекта или системы, информации о со­стоянии, связях и характера взаимодействия элементов системы. Мнемосхема со­вместно с другими СОИ, в первую очередь дисплеями, способствует уменьшению нагрузки на память опера­тора, облегчает процессы информационного поиска и принятия решений. Выпол­няя данные функции, мнемо­схема тем самым решает за­дачу зрительной опоры ин­формационной деятельности оператора. Кроме того, мне­мосхема должна позволять оператору оценивать каче­ственное (общее) и количе­ственное (значения отдель­ных параметров, характери­стик) состояние объекта управления или процесса (рис. 5.17, 5.18).

Применение мнемосхем наиболее эффективно в тех случаях, когда:

• управляемый объект (сис­тема) имеет сложную функциональную схему и большое число взаи­мосвязанных параметров;

• технологическая схема объекта может оперативно изменяться;

• применяются избирательные системы контроля и управления, а также миниатюрная контрольно-измерительная аппаратура.

Мнемосхемы применяются тогда, когда следует отразить сле­дующие типы процессов:

• перемещения объектов в пространстве по заранее заданной траектории и последовательности или при оперативном изменении качественного состояния объекта (переключение линий электропередач в энергосистеме, конвейерные линии транспортировки и т.д.);

• перемещения объектов в пространстве, осуществляемое с помощью различного типа оборудования (транспортная диспетчерская система);

• трансформации химического или физического состояний объектов, начиная от простейших (нагревание, смешивание) и заканчивая многоступенчатым синтезом с утилизацией побочных продуктов. Этот тип процессов характерен для химических и металлургических производств.

Таким образом, наибольшее распространение мнемосхемы получили в оперативно-диспетчерских комплексах различной степени централизации управления в энергетике, химии, металлургии, авиакосмических и транспортных системах управления. В настоящее время известно значительное число типов мнемосхем, различающихся по назначению, местоположению, конструктивным признакам. Выбор конкретного типа основывается на анализе функций и специфики деятельности оператора, системы оперативного контроля и управления, характеристик управляемого объекта.

Классификация и выбор типа мнемосхем

• По функциям операторов мнемосхемы делятся на операторские и диспетчерские. Различие между этими типами состоит в масштабе и сложности отображаемых объектов, а также в степени детальности отображения управляемых объектов. В свою очередь, в зависимости выполняемых оператором переключений непосредственно на мнемосхеме они классифицируются на осведомительные и информационные, операторские мнемосхемы – на оперативные и неоперативные, а диспетчерские – на световые и мимические.

• Вся мнемосхема или её участки могут быть подключены к одним и тем же управляемым объектам или поочередно подключаться к нескольким объектам, имеющим одинаковую структуру. В зависимости от этого мнемосхемы делятся на индивидуальные (однообъектные) и вызывные (многообъектные).

• На мнемосхеме структурная схема объекта, процесса может отображаться одним изображением постоянно или существенно видоизменяться в зависимости от конкретных режимов работы объекта. По этому признаку мнемосхемы разделены на постоянные и сменные.

• По месту расположения различают мнемосхемы собранные на отдельных специальных панелях, на надстройке к приборному щиту, на приставке к пульту, на рабочей панели пульта (микромнемосхемы).

• По форме представления информации мнемосхемы классифицируются на дискретные, аналоговые или аналого-дискретные. При дискретном представлении информации используются яркостные сигналы (сигнальные лампы), обозначающие различные состояния системы или ее элементов: нормальный, аварийный режимы, „включено", „выключено" и т. д. В настоящее время применяются в основном мнемосхемы с комбинированным видом представления информации, например в мнемосхемы аналоговой формы встраиваются СОИ, отображающие непрерывные изменения процессов (стрелочные СОИ, аналоговые регистраторы и т. д.). При аналогово-дискретной форме, возможно непрерывное отображение информации о состоянии объекта управления, что обеспечивает готовность оператора к возникновению аварийных сигналов, требующих немедленного реагирования.

• По конструктивному исполнению условных обозначений агрегатов, технологических линий и другого оборудования, мнемосхемы делятся на плоские, рельефные и объёмные.

• По принципу действия и технологии изготовления мнемосхемы делятся на рисованные, накладные, электролюминесцентные, проекционные, телевизионные, электрохимические.

• При проектировании мнемосхем, выборе их типа следует учитывать структуру объектов и процессов управления, деятельности операторов, одиночный или групповой вид управления.

Для обеспечения успешного анализа оператором информации, выводимой с помощью мнемосхем, последние должны отвечать ряду принципиально важных требований:

• наглядно отображать схему системы в целом и связи между основными объектами, включая только элементы, необходимые для обеспечения контроля и управления данным оборудованием, процессом или системой. Не рекомендуется выносить на мнемосхему несущественные конструктивные особенности системы, отвлекающие внимание персонала;

• четко делить схему системы на части или объекты, управляемые с отдельных операторских или диспетчерских пунктов;

• детально и четко отображать функционально-технологические схемы объектов, находящихся в непосредственном оперативном управлении диспетчера;

• обеспечивать световую сигнализацию состояния важнейших технологических агрегатов. Однако в горизонтальных рядах количество сигнальных элементов должно быть минимальным;

• для обеспечения скорости чтения и принятия решения расположение СОИ на мнемосхеме должно соответствовать расположению соответствующих им органов управления. Переключение на другой блок управления целесообразно производить с помощью специальной клавиатуры режимов управления или клавиатуры компьютера через программное обеспечение.

При проектировании мнемосхем для комплексов управления различных систем, автономных по обслуживанию и управлению, рекомендуются следующее положения:

• для сокращения времени решения задач управления целесообразно общий контур мнемосхемы поделить на зоны, в которых элементы (мнемознаки) будут сгруппированы по типу связей, по принадлежности к одному блоку управления (линии передач, оборудование, процесс), по степени ответственности (оперативно-выездные бригады, диспетчер), по приоритетности в выполнении задачи управления или по зонам обслуживания и их принадлежности к определенной подстанции, блоку управления. Эти зоны могут кодироваться различными цветами, контрастами, яркостями и т.д.;

• основные элементы мнемосхемы или группы элементов, являющиеся наиболее важными для управления системой должны быть выделены особенно четко, независимо от реальных соотношений их истинных размеров с другими объектами, менее важными с точки зрения задач контроля и управления. Кодирование может быть цветом, формой или другим способом, например, в энергосистеме линии одного напряжения во всех зонах необходимо обозначать единым цветом. Если в управляемом объекте есть автономные участки, управляемые независимо от остальных, они должны быть графически обособлены и на мнемосхеме, независимо от реального их размещения на объекте, а информация о их состоянии должна представляться по запросу. Чётко должны быть выделены начало и конец процесса;

• т

  

  Рис.5.11. Асимметричная мнемосхема технологического узла: а — уравновешенная композиция; б — неуравновешенная композиция

  ехнологические символы необходимо располагать в едином порядке относительно соединительных линий с одинаковым интервалом (ритмом) расположения символов. Если отказаться от надписей невозможно, то её следует располагать под символом единообразно по всему щиту мнемосхемы;

• при формировании структуры мнемосхемы должны учитываться не только функциональные взаимосвязи между объектами управления, но и последовательность управляющих воздействий оперативно–диспетчерского персонала, например через порядок нумерации мнемознаков или другим образом. Нумерацию индексов целесообразно вести в порядке возрастания слева направо и сверху вниз с учетом зоны и принадлежности соответствующей подстанции, оставляя резерв номеров для новых объектов;

• относительно центральной части мнемосхемы информация должна быть уравновешенна и желательно симметрична (рис.5.11.).

• Соблюдение указанных требований резко повышает точность действий оператора.

• Одной из основных проблем при разработке мнемосхем является знаковое кодирование при обозначении различных видов оборудования. Форма мнемознака выбирается исходя из функциональных, конструктивных и технологических признаков отображаемого объекта управления. При подборе символов следует стремиться простой ассоциативности знакового алфавита с обозначаемым сообщением. Символы сходных явлений и объектов должны быть по возможности обобщены и унифицированы, а их графическое изображение простым и лаконичным (рис.5.19.).

Рис. 5. 19. Персональный автомобильный коммуникатор (PCC) автомобиля Volvo S80

При разработке структурного решения мнемосхем следует помнить о закономерностях моторики глаз, поэтому линии мнемосхемы должны совпадать с маршрутами обзора. Однако, реализация этого требования на практике не всегда возможна, поэтому рекомендуется использовать сменные мнемосхемы, в зависимости от характера решаемой задачи, в которых на общем контуре мнемосхемы выделяются только отдельные элементы (рис.5.20.,а, б). Целесообразно также выделять "точки отсчёта" (начальные элементы в структуре) размером, формой, контрастом, цветом и другими способами кодирования. В ряде случаев они более эффективны, чем сменные мнемосхемы.

а) б)

Рис. 5.20. а – полная мнемосхема сетевых подогревателей ТЭЦ; б – сменная мнемосхема для регулирования температуры

Цветовое решение мнемосхемы зависит и определяется цветовой композицией всей оперативной зоны (центрального пункта управления). Здесь выделяются основное поле цветового восприятия (диспетчерский щит, мнемосхема, панели приборов, дисплеи) непосредственно рабочего места и второстепенное оборудование, зона отдыха.

К цветовому решению мнемосхемы предъявляются следующие требования:

• фон мнемосхемы должен быть нейтральным к цвету мнемознаков (символов), СОИ. При значительных размерах мнемосхемы фон выполняется в ахроматических, зелёно-голубой "холодной" гамме или других тонах;

• с целью исключения иллюзии слияния цветов мнемознаки должны быть выделены по отношению другу к другу и к фону мнемосхемы цветовым контрастом или разделены линиями ахроматического цвета и должны выполняться в "тёплой" цветовой гамме. В общем при цветовом решении мнемосхемы во избежании полихромности количество цветов должно быть не более 3 – 5;

• обрамление диспетчерского щита не должно быть контрастным по отношению к фону мнемосхемы, за исключением случаев, когда поле мнемосхемы отделено от обрамления объектов, СОИ линиями ахроматического цвета. При таком цветоконтрастном решении следует учитывать, чтобы время переадаптации глаз оператора было минимальным. СОИ, находящиеся в основном поле зрения, элементы рабочего места оператора могут решаться в той же цветовой гамме, что и фон или обрамление мнемосхемы.

Требования к цветовому решению второстепенного оборудования операторского пункта менее жёсткие. Здесь не следует применять насыщенные контрастные цвета, чтобы не отвлекать персонал и не создавать дополнительных цветовых раздражителей.

Сбалансированным должно быть и решение цветояркостных характеристик мнемосхемы и прилегающих участков интерьера. Особого внимания требует способ цветового решения участков интерьера, непосредственно попадающих в поле зрения оперативно–диспетчерского персонала, с целью создания оптимальных условий зрительной работы и достижения композиционной цветовой целостности всего функционального пространства оперативного пункта.

Диспетчерский щит с мнемосхемой является в каждом случае индивидуальным изделием. Это вызвано тем, что для каждого управляемого объекта строится своя конкретная мнемосхема, поэтому большинство функциональных параметров при формообразовании щита диктуется мнемосхемой и условиями се восприятия. На крупнейших наших ТЭЦ, ТЭС, АЭС для обозначения технологических параметров на мнемосхемах были разработаны символы, напоминающие операторам, что именно обозначает каждый из них. От количества СОИ, символов, их формы, размеров, графической выразительности будут зависеть впоследствии качество компоновки мнемосхемы, внешний вид и габариты щита, а также организация интерьера диспетчерского пункта и эффективность работы операторов.

Размер символа (знака) h на мнемосхеме определяется по известной формуле:

,

где:  – угол обзора, град; L – расстояния от мнемознака до глаз оператора, мм.

В условиях современного поточного производства невозможно для каждого конкретного расстояния изготавливать знаки разных размеров – эта величина должна быть постоянной. Таким образом, при разработке символов или знаков необходимо исходить из оптимального расстояния от оператора до щита, равного, как показал отечественный и зарубежный опыт, 3 – 4 м. В этом случае оптимальный зрительный угловой параметр =40⁰, а линейный размер символа (знака), вычисленный по формуле, составит h=30 мм. Такого размера знаки применяются на щитах, изготовленных заводом "Электропульт", фирмами "Сименс" (Германия), "Тошиба" (Япония) и др.

Поскольку форма и параметры щита определяются условиями видимости СОИ, знаков и символов мнемосхемы, то, исходя из угловых размеров зоны эффективной видимости (_в=30°, _r=60°) и расстояния до щита (L=3 – 4 м), высота щита согласно формуле не должна превышать 2,5 – 3,5 м.

Поскольку форма и параметры щита определяются условиями видимости СОИ, знаков и символов мнемосхемы, то, исходя из угловых размеров зоны эффективной видимости (_в=30°, _r=60°) и расстояния до щита (L=3 – 4 м), высота щита согласно формуле не должна превышать 2,5 – 3,5 м.

В горизонтальной плоскости при восприятии показаний СОИ допустимый угол обзора должен быть не более 45° (оптимальный 30°) к нормали панели щита, при больших углах получаются значительные искажения. Значит щит, находящийся на расстоянии 3 – 4 м от оператора, не должен быть длиннее 7 – 10 м (имеется в виду, что щит обслуживает один человек).

Рис.5.21. Виды щитов: а – щит фронтальной формы;

б – многогранный фронтальный щит; в – щит радиальной формы

Такие щиты называют щитами фронтальной формы (рис. 5.21,а). При увеличении объёма предъявляемой информации следует удлинить щит путём группировки нескольких пультов (рис.5.21.,б). Однако есть более рациональные варианты, позволяющие создавать щиты, у которых расстояния от оператора до каждой плоскости щита одинаковы. Это щиты многогранных и радиальных (или эллипсообразных) форм, представленные на рис. 5.21, в.

В отечественной практике создания диспетчерских щитов широкое применение получил принцип секционно-блочного построения конструкции щита. Был создан унифицированный блок – модуль для построения несущих конструкций в виде прямоугольного параллелепипеда, который собирается из облегченных уголков.

Рис.5.22. Варианты компоновки секционных щитов

Размеры блока по фасаду 5601000 мм выбраны с учетом антропометрических характеристик оператора и возможности разнообразного построения щитов по высоте и ширине.

На рис 5.22. показаны некоторые возможные варианты компоновки секционных щитов: 1 – радиальный щит из 48 секций; 2 – трапециевидный щит из 49 секций; 3, 4 – щит в виде шкафа – 14 секции; 5 – прямой (фронтальный) щит с пультовой приставкой, составленной из пяти секций по вертикали и вось

ми по горизонтали и т.д. Радиальный щит используется на Нововоронежской АЭС (рис. 5.23). На рис. 5.24. представлен трапециевидный щит АЭС, расположенной во Франции. Среди стран актуально занимающихся атомной энергетикой и строящих АЭС, Франция находится на втором месте в мире после Америки.

Для упрощения объёмно-пространственной структуры и создания композиционной целостности щита применяют обобщение его основных функциональных элементов: силового каркаса, рабочих плоскостей, приборных панелей, дисплеев и т.д. в конструктивные модули, которые должны легко комбинироваться, перемещаться, монтироваться и демонтироваться, быть удобными для ремонта.

Рис. 5.23. Пульт управления Нововоронежской АЭС

Рис. 5.24. Интерьер центрального пульта управления АЭС Les Amis de la Terre, Франция