Древс Системы реалного времени технические и программные средства 2010

Стрелочная индикация. Этот вид индикации является еще довольно распространенным. Большое влияние на считывание показаний оказывают отдельные элементы стрелочного прибора.

Установлено, что шкалы приборов, несущих наиболее важную информацию, должны иметь диаметр 120...130 мм, менее важную – 70...80 мм, а остальные – 50 мм. Клиновидная стрелка имеет преимущество перед другими; оператор быстрее и точнее ориентируется в показаниях прибора, если кончик стрелки находится на расстоянии от деления, но не более 1,6 мм.

Оптимальная ширина штриха для малых приборов – 0,8...1,0 мм, для больших – 1,2...1,5 мм. Оцифрованные штрихи должны быть в 2...4 раза толще и в 2...2,5 раза длиннее остальных. Внешняя освещенность от 20 до 700 лк не влияет на чтение показаний приборов и не маскирует различия в их читаемости.

Знаковая индикация. В условиях неограниченной экспозиции оперативный порог различения контура знака находится в пределах 9...15'. При ограничении времени экспозиции размер контура знака должен быть 60'.

Видимость цифр на электролюминесцентных индикаторах зависит от яркости их свечения и внешней освещенности. По средним данным изменение освещенности в пределах от 100 до 1000 лк почти не влияет на скорость опознания. При освещенности от 1 до 10 лк время опознания существенно увеличивается.

Качество изображения существенно зависит от разрешения экрана, которое выражается количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Она зависит от: режима работы видеоконтроллера, частоты строк, частоты кадров и объема доступной видеопамяти.

При использовании ЭЛТ-мониторов нужно обращать внимание на частоту мелькания. При яркости знака 120 нит критическая частота мелькания (нижний предел частоты, при котором изображение воспринимается непрерывным) составляет 35 Гц.

Графическая индикация применяется для грубой оценки параметров, поскольку имеет ограниченную точность.

Выбирая ту или иную категорию кода, необходимо обеспечить различие зрительных сигналов по своим физическим параметрам. Для этого в допустимых пределах должны быть величины яркости, контраста, угловых размеров изображения.

191

Яркость экрана измеряется в килоджоулях на квадратный метр. Максимальная яркость LCD-дисплеев определяется характеристиками ламп дневного света и составляет до 259 кд/м2.

Контрастность вычисляется как соотношение самого яркого и самого темного участка на дисплее. Чтобы экран был черным, жидкие кристаллы должны полностью блокировать прохождение света. Сделать это невозможно, поэтому хорошим соотношением счита-

ется 120:1.

Угловые размеры изображения могут характеризоваться:

-размером экрана по диагонали; обычно он выражается в дюй-

мах. Геометрический размер диагонали в LCD-мониторах совпадает с диагональю видимого изображения, в то время как в обычных мониторах он на 1 дюйм больше.

-углом обзора (в градусах по вертикали и горизонтали) считается тот, где величина контрастности падает до соотношения 10:1.

Для ЭЛТ-мониторов он составляет более 150°. Для LCD-дисплеев это критический параметр, поскольку свет от задней стенки дисплейной панели проходит через поляризационные фильтры, жидкие кристаллы и ориентирующие слои. Из монитора он выходит большей частью вертикально поляризованным. Обычно он не превышает 110°. Для устранения этого недостатка производители LCD-дисплеев применяют улучшенные технологии, что расширяет угол до 170°.

6.2.Средства управления системой

Спомощью средств управления оператор осуществляет исполнительные (управляющие) воздействия: ввод командной (цифровой

илогической) информации, установку требуемых режимов работы аппаратуры, регулировку различных параметров, вызов информации для контроля и т.п. Для решения этих задач используются различные типы органов управления, которые могут быть классифицированы по ряду признаков.

По характеру движений, выполняемых человеком, различают: 1) органы управления, требующие движений включения, выключения или переключения. Движения в этом случае простые,

192

хотя двигательный акт складывается из довольно значительного количества микродвижений пальцев;

2)органы управления, требующие повторяющихся движений: вращательных, нажимных, ударных (например, работа на клавиатуре терминала). Значительную роль здесь играет темп движения;

3)органы управления, требующие точных дозированных движений, например, для настройки параметров. Движения при этом дозируются по силовым, пространственным и временным координатам.

По характеру перемещения органы управления могут быть линейными, вращающимися или смешанными.

По назначению и характеру использования оператором органы управления разделяются на следующие группы:

- оперативные (основные), используемые постоянно для программного управления, установки режимов работы, регулирования параметров системы, ввода управляющей и командной информации;

- используемые периодически (обычно это вспомогательные органы управления для включения и выключения аппаратуры, периодического контроля ее работоспособности и выполнения других операций, не требующих высокой скорости управляющих воздействий);

- используемые эпизодически, связанные с настройкой, калибровкой основной аппаратуры и регулировкой работы вспомогательного оборудования, регламентными работами, подключением к индикаторам датчиков измеряемых параметров и выполнением других эпизодических операций.

По конструктивному исполнению органы управления разделяются на подгруппы: кнопки, тумблеры, рукоятки, селекторные переключатели, педали и т.п.

Все эти средства управления разделяются на два класса: для реализации непрерывного и дискретного принципа управления. Первый широко используется для непрерывного изменения параметров процесса; второй – для ввода различных команд. Выбор того или иного принципа зависит, в первую очередь, от вида изменяемого параметра. Кроме того, он определяется допустимым временем управления и удобством работы оператора.

193

При непрерывном управлении каждый орган управления связан с изменяемым параметром. Обычно оператор может наблюдать за этим изменением в зависимости от изменения положения органа управления. Время ввода зависит от величины управляющего воздействия.

При дискретном управлении тип управляющего сигнала и его величина колируются определенными кодами, которые могут вводиться с кнопочной панели или при помощи селекторного переключателя. Время ввода зависит от разрядности и в пределах заданной разрядности не зависит от величины управляющего воздействия.

Все органы управления должны обладать достаточным сопротивлением: упругим, фрикционным, вязкостным, инерционным. Упругое сопротивление противодействует отведению от нуля, возрастает с увеличением отвода и возвращает орган управления в исходное положение. Фрикционное сопротивление обеспечивает удержание органа управления в заданном положении и возрастает при увеличении скорости движения. Вязкостное сопротивление препятствует резким движениям и возрастает с увеличением скорости. Наконец, инерционное сопротивление препятствует быстрым изменениям скорости. Сопротивление обеспечивает точность, скорость и плавность движения и формирует «чувство управления», а также уменьшает возможность их случайного включения.

При установке органов управления необходимо учитывать привычные для человека стереотипы движений. Например, положениям «Пуск», «Включено», «Увеличение», «Подъем», «Открытие» или движениям «Вперед», «Вправо», «Вверх» должны соответствовать перемещения рычагов вверх, от себя, вправо, повороты маховичков или ручек по часовой стрелке, а для кнопок – нажатие верхних, передних или правых кнопок.

Для облегчения управления, уменьшения ошибок и времени поиска органа управления можно использовать различные методы их кодирования: с помощью пояснительных надписей, формы и цвета.

Для связи средств управления с другими средствами системы используются два принципа.

194

Циклический принцип характеризуется тем, что состояния всех управляющих средств вводятся в систему с определенным постоянным циклом (обычно 0,5…2 с), после чего процессор сравнивает их с предыдущими состояниями. При обнаружении несоответствия включаются соответствующие программы управления. Апериодический принцип подразумевает ввод только тогда, когда состояния изменились. Эта работа выполняется дополнительным оборудованием средств управления. Апериодический принцип требует несколько больших затрат оборудования, но меньше влияет на производительность процессора.

При построении средств управления очень важно предусмотреть средств обеспечения заданной достоверности информации. Она зависит от двух условий: 1) от правильности набора оператором вводимой величины; 2) от правильности работы аппаратуры, воспринимающей и передающей набранные данные в систему.

Первое условие определяется квалификацией оператора и психофизиологическим условиями его работы. Очень важно заранее определить последствия неверных действий и предусмотреть исключение при этом аварийных ситуаций. В ряде случаев можно предусмотреть дополнительные действия и логические операции, повышающие внимательность оператора (ввод рассчитанного значения контрольной суммы, повторный ввод и т.п.), однако нужно учитывать, что эти меры увеличивают время реакции оператора.

Второе условие обеспечивается использованием качественных комплектующих и оперативным контролем работы аппаратуры.

При проектировании средств отображения и управления очень важно определить функции человека в системе. Затем выбирается распределение органов управления по типам, после чего устанавливается их размещение на щите управления.

6.3. Пульты управления

Пульт управления – рабочее место оператора. При организации рабочего места должны быть соблюдены следующие условия:

- достаточное рабочее пространство для оператора, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения при эксплуатации и техническом обслуживании оборудования;

195

-достаточные информационные связи между оператором и оборудованием, а также между операторами;

-оптимальное размещение рабочих мест и достаточные проходы для операторов;

-оптимальное размещение оборудования на рабочем месте;

-необходимое освещение и допустимый уровень акустического шума, вибраций и других факторов производственной среды;

-надежная индикация отказов электропитания и аппаратуры пульта.

К основным инженерно-психологическим характеристикам пультов управления относятся его форма и геометрические размеры. На практике применяются следующие формы пультов:

-фронтальная, когда можно все органы управления разместить

впределах зон максимальной и допустимой досягаемости, а индикаторы – в пределах зоны центрального и периферического зрения;

-трапецевидная, когда это невозможно сделать; в этом случае органы управления и индикаторы частично размещаются на боковых панелях, развернутых относительно фронтальной под углом

90…120°; - многогранная, когда средств отображения и индикаторов мно-

го; боковые панели располагаются так, чтобы они были перпендикулярны линии взора оператора.

Геометрические размеры пульта управления устанавливаются исходя из антропометрических характеристик того контингента операторов, которым предстоит работать за данным пультом. При этом нужно учитывать, что размер панели, т.е. расстояние между наиболее удаленными приборами по обе стороны от центрального прибора, составляет 0,7d (d – дистанция наблюдения). Дистанция наблюдения при вертикальных досках не должна быть менее 330 мм и более 750 мм. Полное поле зрения оператора охватывает пространство на 60° ниже уровня глаз и на 30° в любую сторону от средней плоскости тела.

В качестве объектов восприятия для оператора чаще всего используются различные знаки, штрихи, цифры. Оптимальные угловые размеры должны составлять: для отметок шкал – от 10 до 25′,

196

для цифр или букв – 30′, для контурных знаков – 17′, для сложных знаков – 35′.

Разница между яркостью фона и яркостью объекта является обязательным условием видимости объекта. Она характеризуется яркостным контрастом, который выражается следующим отношением разности между яркостью объекта В0 и фона Вф:

К = (В0 – Вф)/Вф или К = (Вф – В0)/В0.

Как показали исследования, оптимальная величина контраста лежит в пределах 0,85…0,90. Оптимальная величина яркости экрана принята равной 35 нт с допустимыми отклонениями в пределах от 25 до 50 нт.

При построении информационной модели важно соблюдать последовательность организации внимания: расположение элементов модели должно соответствовать наиболее вероятной последовательности изменений состояния управляемых объектов.

Основные требования к средствам управления касаются, в основном, их размеров и перемещающих усилий. Так, для кнопок (нажатие одним пальцем) диаметр должен лежать в пределах от 12 до 18 мм, допустимое сопротивление – 0,15...0,3 кг, ход – 3…6 мм; для поворотных ручек и селекторных переключателей (регулирование двумя или тремя пальцами) при высоте от 12 до 25 мм диаметр должен составлять 6…25 мм, сопротивление – 0,065...0,1 кг. Клавишные переключатели должны иметь ширину не менее 18...20 мм, длину не менее 20...30 мм, величину рабочего хода не менее 5...10 мм, усилие нажатия не должно превышать 2 кгс.

При размещении органов управления следует учитывать зоны досягаемости рук человека. Оперативные, т.е. наиболее важные и часто используемые органы управления необходимо размещать в пределах оптимальной зоны, которая обеспечивает быстрые, точные и наименее утомительные движения. Вспомогательные органы управления могут размещаться в пределах допустимой или даже максимальной зоны досягаемости. Эпизодически используемые органы управления могут размещаться и за пределами зон досягаемости или быть скрыты под лицевой или боковой панелью пульта управления, но при условии обеспечения легкого доступа к ним.

197

При размещении органов управления рядом с теми средствами отображения, к которым они относятся, необходимо, чтобы рука оператора при манипулировании органом управления не закрывала индикационную часть соответствующего средства отображения. Направление перемещения органа управления должно правильно сочетаться с изменением показаний соответствующего индикатора. Для повышения точности и скорости действий оператора большое значение имеет правильное расположение индикаторов и органов управления в зоне деятельности оператора. Расположение этих элементов может проводиться с использованием следующих принципов: функционального соответствия, объединения, совмещения стимула и реакции, последовательности действий, важности и частоты использования.

Рис. 6.3

Принцип функционального соответствия требует, чтобы каж-

дой подсистеме, входящей в состав системы управления, соответствовала отдельная часть пульта управления. Принцип объединения требует объединения в одну группу однотипных элементов, принимающих одно и то же состояние на некотором отрезке времени. Принцип совмещения стимула и реакции требует пространственно-

198

го соотнесения элементов управления и индикации. Согласно принципу последовательности действий элементы пульта управления следует размещать в последовательности, соответствующей алгоритму управления системой. Последний принцип предусматривает размещение наиболее часто используемых и важных индикаторов и органов управления в удобном для оператора месте.

Пример пульта управления представлен на рис. 6.3.

6.4. Деятельность оператора в системах управления

Автоматизированные системы управления различаются по своему целевому назначению. Соответственно, различается и деятельность оператора в них. Операторы связаны с различными переменными системы и внешней среды, необходимыми для осуществления процесса управления. Характер этих переменных (скорость изменения, периодичность, величина, взаимосвязь), организация рабочего процесса и поста управления в целом (имеется в виду преимущественное использование тех или иных индикационных устройств и органов управления), условия работы оператора и, наконец, требования к самому оператору также могут существенно различаться.

С этой точки зрения автоматизированные системы управления можно разделить на следующие группы [7]:

1)управление движущимися объектами;

2)управление диспетчерского типа;

3)управление средствами сбора информации;

4)управление энергетическими установками;

5)управление технологическими процессами циклического ти-

па.

В системах первого типа целью, которой подчинено решение оперативных задач, является обеспечение достижения объектом управления заданного пункта в течение заданного времени. Главные задачи – это достижение и удержание заданных или выбор и удержание оптимальных значений переменных движения, а также обеспечение безопасности движения. Основными управляющими переменными являются курс, скорость, высота (глубина), крен,

199

дифферент и т.д. Кроме того, оператор должен получать информацию о параметрах внешней среды, характеризующих метеорологические условия, наличие объектов в зоне движения, их характеристиках и т.п.

Органы управления в рассматриваемых системах должны обеспечивать плавные, легко дозируемые по скорости и амплитуде движения. В основном для этой цели используются органы управления вращательно-рычажного типа.

Работа операторов, управляющих движением объекта, имеет свои характерные особенности. Они обусловлены высокой скоростью изменения переменных движения, внезапным развитием предельных состояний или критических ситуаций, высокой вероятностью развития неожиданных изменений внешних условий в зоне движущегося объекта и т.п. Операторы подвергаются воздействию ускорения, перепадов давления, температуры, вибрации, качки, шума и т.п.

Рабочий процесс операторов систем управления движущимся объектом, наряду с высокоактивными периодами, может включать очень монотонные, однообразные малоактивные периоды.

В системах второго типа основное назначение – обслуживание заявок. Оператор должен получать информацию, позволяющую ему выносить решения, во-первых, о значимости той или иной заявки (курс, высота, удаленность, тип и состояние самолета, запрашивающего разрешение на посадку); во-вторых, о состоянии каналов обслуживания. В связи с этим наиболее характерными средствами отображения информации являются экраны, планшеты и мнемосхемы, которые позволяют получать наглядную картину ситуации. В качестве основных органов управления на пульте диспетчера используются переключатели.

Работа операторов-диспетчеров в течение всей смены обычно бывает очень интенсивной; при этом наблюдается неравномерность поступления заявок на обслуживание, исключающая возможность ритмичности в работе. К оператору-диспетчеру предъявляются высокие требования в отношении объема внимания и оперативной памяти, тактического и стратегического мышления и, наконец, способности быстрого принятия решений.

200