Технические САУ, Петухов И.В., Стешина Л.А

В первом случае на диспетчерский щит выводится информация, которая необходима для общей оценки состояния производственного процесса, принятия основного объема решений, и в том числе коллективных.

Во втором случае на выносные щиты-табло, установленные в производственных зонах, знаками, имеющими достаточные для восприятия на необходимом расстоянии размеры, выводятся данные, которые позволяют работникам этих зон действовать согласно задаваемой АСУ ТП стратегии.

Разнообразие задач, решаемых в настоящее время системами АСУ ТП, большое количество этих систем потребует использования выносных светодиодных щитов-табло. При этом необходимо предусмотреть выполнение ими ряда условий:

1)универсальность по виду отображаемой информации и масштабу ее отображения;

2)наличие «гибкой» модульной механической конструкции, позволяющей создавать практически любые индикационные поля как по размерам, так и по расположению отображающих поверхностей;

3)универсальность организации интерфейса с системами АСУ ТП.

Мнемосхема является наиболее часто используемой формой представления информации. С ее помощью, как правило, отображаются основные технологические объекты и их взаимные связи. Постоянная часть мнемосхемы визуализируется в виде цветного рисунка, выгравированного на лицевых панелях щита-табло, а отображение состояния каждого из объектов осуществляется посредством набора светодиодных элементов, «вставленных» во фрагменты этого рисунка.

Форма отображения состояния объектов используется самая различная: подсветка контуров агрегатов и трасс связей, задействованных в технологический процесс, включение цифровых индикаторов с показаниями величин различных технологических пара-

269

метров, выделение цветом и миганием объектов, требующих особого внимания (например, аварийных), динамическая подсветка, наглядно отображающая направление движения, например, потоков жидкостей в трубопроводах или конвейерных лент и т.д.

Символьная информация выводится на матричные знакоместа, объединенные в одну или несколько строк. Возможен вариант «бегущей строки» на сплошных «строчных» светодиодных линейках для отображения сообщений с большим количеством цифровых и буквенных символов.

Информация может представляться и в виде графических изображений на сплошных светодиодных матрицах, индицирующих временные диаграммы и графики выполнения производственных процессов, различные технологические схемы, таблицы данных и т.д.

Необходимо при этом отметить и то, что во всех перечисленных вариантах могут применяться как монохромные светодиоды, так и светодиоды с управляемым цветом свечения, что позволяет отображать, например, графическую информацию тремя-пятью хорошо отличаемыми цветами.

Светодиодные индикаторы на нашем табло могут размещаться в любом требуемом порядке, практически без ограничений. Максимальная плотность установки точечных светодиодов при реализации функций отображения символьной или графической информации составляет 5 мм по вертикали и горизонтали между центрами индикаторов диаметром 3 мм.

Наиболее удобным и информативным выносной щит-табло системы управления получается, как правило, при использовании сочетания всех упомянутых выше способов отображения информации.

СОИ коллективного пользования. Принято считать, что СОИ коллективного пользования должны иметь размеры изображения более 1 м2, а глубина устройства меньше диагонали экрана на порядок и более. Светотехнические параметры должны обеспечи-

270

вать качественное изображение при внешних освещенностях в несколько тысяч люкс.

Вустройствах коллективного пользования отображаемая информация группируется, обобщается, причем таким образом, чтобы она наблюдалась всеми операторами, участвующими в процессе управления. Это обеспечивает согласованность их действий.

СОИ коллективного пользования позволяют осуществлять наблюдение за состоянием управляемых объектов, за окружающей обстановкой, за общим ходом процесса управления или производства.

Всостав устройств отображения коллективного пользования входят большие экраны (БЭ), табло, мнемосхемы (рис. 16.6).

Угол рабочей зоны

Рабочие места операторов

Рис. 16.6. Зал управления

Эти устройства создают соответственно три класса информационных моделей: ситуационные, табличные, специальные. Формирование информационных моделей может осуществляться двумя способами: проективным изображением, прямым изобра-

271

жением. Первый способ позволяет создавать информационные модели всех трех классов, но наиболее часто он используется для больших экранов; второй способ – для табло и мнемосхем. Так же может применяться и комбинированный способ.

Характерной особенностью устройств отображения коллективного пользования являются большие размеры экранов, изображения на которых могут наблюдаться на значительном расстоянии (до нескольких десятков метров).

Большой экран как устройство отображения коллективного пользования состоит из следующих составных частей:

•экран, на который проецируется изображение;

•внешний видеопреобразователь, с помощью которого закодированная информация с ЭВМ преобразуется в видимое изображение и проецируется на экран. Экран может быть отражательным или просветным.

16.3. Видеопреобразователи на управляемых транспарантах с жидкими кристаллами

В настоящее время перспективным видом устройств отображения информации коллективного пользования являются проекционные устройства, использующие в качестве промежуточного носителя информации управляемые транспаранты (УТ) на жидких кристаллах. Эти устройства имеют ряд преимуществ по сравнению с другими транспарантами, что позволяет использовать УТ на ЖК в устройствах отображения больших массивов информации на большом экране.

По способу проекции устройства отображения информации делятся на эпископические и диаскопические. В первом случае УТ должен работать на «отражение», а во втором – на «просвет».

По способу управления транспарантами СОИ подразделяются на устройства с электрическим, оптическим и термооптическим

272

управлением. При этом в УТ могут быть использованы нематические жидкие кристаллы (НЖК), смеси НЖК и холестерических жидких кристаллов (ХЖК), холестерические и смектические жидкие кристаллы (СЖК).

С помощью оптически управляемых СОИ возможно преобразование некогерентного изображения в когерентное. Это свойство можно использовать для создания объемных устройств отображения информации на голографической основе.

Устройство

логического

управления

Рис. 16.7. Обобщенная схема проекционного устройства отображения информации

Любое проекционное устройство отображения информации на большом экране, структурная схема которого приведена на рис.16.7, содержит:

1)проектор с УТ на жидких кристаллах, предназначенный для увеличения изображения, формируемого в реальном масштабе времени в плоскости управляемого транспаранта. В проектор входят осветитель, управляемый транспарант, проекционный объектив, экран;

2)устройство ввода информации, в которое входят источник луча управления, модулятор света, дефлекторы, зеркала.

273

Взависимости от типа применяемого УТ, работающего на «отражение» или «просвет», в проекторе могут быть использованы два вида проекции: эпископическая и диаскопическая. Эпископической называется проекция с непрозрачного управляемого транспаранта, образованная лучами света, отраженного от него. Работающие таким образом устройства называются эпипроекторами. Диаскопической называется проекция изображения с прозрачного управляемого транспаранта, образованная лучами света, прошедшими сквозь него, а работающие устройства именуются диапроекторами. С помощью диапроектора при тех же энергетических затратах обеспечивается большая освещенность экрана.

Вэпипроекторе, обобщенная функциональная схема которого приведена на рис. 16.8, световой поток проекции изображения от осветителя 1 падает на выходную поверхность транспаранта 2, отразившись от которой через объектив 3 проецируется на экран 4). Световой поток управления I(x, y, t) подается на входную поверхность УТ 2. При этом оптические потоки управления и проекции изображения развязаны пространственно внутри управляемого транспаранта.

4

I(x,y,t)

1

Uупр

Рис. 16.8. Функциональная схема эпипроектора:

1 – осветитель, 2 – управляемый транспарант, 3 – объектив, 4 – экран

Объем эффективно отображаемой информации ограничивается возможностями зрительного восприятия оператора (полем зрения и разрешающей способностью глаза).

274

При нормальном комнатном освещении глаз человека в состоянии различить параллельные черные линии с угловым расстоянием в 1 мин. Занимая фиксированное положение, оператор может без особого напряжения рассматривать площадь, угловой размер которой составляет порядка 50°. Поэтому объем информации, которую можно отобразить на экране, зависит от его угловых размеров.

M·103

20

15

10

5

0

2 4 6 8 Д/Н

Рис. 16.9. Зависимость между размером экрана Н, приемлемым расстоянием наблюдения Д и числом деталей изображения М,

которые можно отобразить на экране

На рис. 16.9 показана зависимость между размером экрана Н (экран имеет квадратную форму), приемлемым расстоянием от экрана до наблюдателя Д и числом деталей изображения М, которое можно отобразить на экране.

16.4. Лазерные средства отображения информации

В последние годы активно проводятся исследования возможности использования лазеров для построения СОИ коллективного пользования. Применение лазеров для отображения информации считается перспективным.

Главной проблемой, стоящей перед разработчиками лазерных устройств отображения, является проблема управления световым лучом. Известные методы отклонения светового луча не обеспе-

275

(СУМ), схема управления дефлектором (СУД) и источник питания (ИП) образуют лазерный проектор. Отображается информация на экране (Э). Вспомогательное оборудование, в которое входит ЭВМ и буферно-преобразовательное запоминающее устройство (БЗУ), лазерный проектор и экран обеспечивают управление процессом отображения информации, а также долговременное и кратковременное ее хранение.

При разработке СОИ на лазерах используются следующие методы: визуальная лазерная индикация, когда на экран направляется собственный свет лазера; индикация с активным экраном, когда луч лазера применяется лишь для управления световым излучением некоторого активного материала экрана; лазерно-лучевой световой клапан, когда луч лазера обеспечивает местное управление оптическими параметрами некоторого материала (его коэффициентом отражения или коэффициентом пропускания), а отдельный источник обычного типа дает свет для проекции на экран; лазерный генератор изображения с непосредственным воздействием на объемный резонатор (такой генератор позволяет получать двумерное изображение непосредственно от лазерного источника).

При отображении информации используют способ «последовательной выдачи», когда луч лазера последовательно обходит все точки поверхности экрана, либо способ «выборочного отображения», когда луч лазера направляется только на те элементы экрана, в которые вводится информация.

Модулятор света предназначен для наложения изменяющейся во времени информации на излучение лазера путем изменения во времени его яркости. Если изменения информации синхронизированы с перемещением луча дефлектора, то информация превращается в зрительно воспринимаемое изображение. К основным характеристикам модулятора относят ширину полосы частот, характеристики светопропускания и воспроизведения полутонов, контрастные характеристики, рассеиваемую мощность, линей-

277

ность и требования к модулирующему сигналу. Требуемая полоса частот модулятора зависит от необходимого качества изображения и способа отображения.

Характеристики светопропускания модулятора в значительной степени определяют его надежность, так как рассеяние даже нескольких процентов мощности лазера может привести к перегреву кристаллических элементов, из которых изготовляют модуляторы.

Контраст характеризуется отношением максимальной мощности, проходящей через модулятор, находящийся в возбужденном состоянии, к минимально достижимому значению мощности, которая тем меньше, чем меньше расходимость луча. Используя лучи с минимальным угловым расхождением, можно за счет ухудшения светопропускания повысить контраст. Для получения пяти градаций полутонов требуется контрастность больше 20 и линейная модуляционная характеристика. Этими требованиями можно пренебречь, если устройство должно отображать знаки, а не полутоновые изображения.

Для изменения интенсивности луча лазера используются различные способы. Необходимость воспроизведения широкой полосы частот с целью получения высокой разрешающей способности требует быстродействующих устройств, в качестве которых используют электрооптические модуляторы с линейным или квадратичным эффектом.

Дефлекторы, осуществляющие управление лучом, основаны на различных способах отклонения луча: механическом, рефракционном, дифракционном, когерентной оптической фазовой решетки, двоичного электрооптического управления положением луча.

Механический способ реализуется с помощью применения двух вращающихся многогранных призм или зеркал с весьма высоким коэффициентом отражения, перемещаемых по горизонтали и вертикали пьезоэлектрическим и гальванометрическим приводами. Способ обеспечивает относительно большие рабочие углы отклонения (до 10°-12°) и достаточно высокий оптический коэф-

278