中央控制室大屏幕顯示系統設計

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設計

付 魏*鐘 偉

四川七化建化工工程有限公司 成都 610000

主要敘述化工項目中央控制室大屏幕顯示系統的設計。簡單比較幾種顯示系統的優劣。結合某磷化工項目，講述大屏幕顯示系統的設計過程， 系統組成和配置，與控制室要求。

中央控制室 大屏幕顯示系統 設計

隨著化工企業自動化水平的提升，工藝流程精細化，儀表設備更趨于智能化，作為化工企業自動控制系統的核心，中央控制室面對大量的工廠數據，包括視頻、圖表等復雜信息的顯示與處理上對控制系統的要求越來越高，大屏幕顯示系統隨之出現。隨著信息技術的不斷發展，大屏幕顯示系統為工廠的指揮、調度、控制等提供了關鍵的信息支持，廣泛應用在電力、電信、公共安全、消防應急指揮、交通和現代大型化工項目中。

1 大屏幕顯示系統簡介

大屏幕顯示系統是由大屏幕拼接墻、多屏拼接控制器、信號切換系統、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控信號、計算機顯示信號和網絡信號在大屏幕顯示系統上綜合的顯示，從而實現對各個監控點動態直觀實時監控，以便及時做出判斷和處理，實現集中監控管理和輔助指揮調度的目的。

目前大屏幕拼接顯示墻大致有以下四類主流產品。

(1)DLP拼接(DLP背投拼接系統)數字光學處理器(DLP, Digital Light Processor)。

DLP拼接屏幕具有良好的顯示效果快速的響應時間和幾乎無縫拼接的特點，在工業領域應用廣泛。但存在價格較貴，結構復雜的缺點。

(2)PDP拼接(等離子拼接，Plasma Display Panel)。

PDP屏幕具有類似DLP的高畫質和快速響應的特點，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缺陷，一般用于動態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、價格低廉、能耗低、畫質適中、易保養維護的特點。但存在亮度較低和響應時間較長，及單屏大型化成本高，拼接縫較大的缺點，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，甚至需要設置空調系統。但是對環境適應性好，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。

2 大屏幕顯示系統設計

大屏幕顯示系統設計時，需結合企業生產需要和成本，考慮滿足用戶的功能需求，還應滿足相關的規范和標準，選用技術先進，易用，有高可靠性和兼容性，可擴展性的系統。

結合本項目情況，業主對顯示效果要求較高，顯示系統位置處于中央控制室內，主要功能是作為生產調度和應急指揮的顯示系統，要求顯示面積較大，響應迅速，對拼接縫容忍度較小。綜合業主意見和項目投資情況，選擇DLP大屏幕顯示系統。

2.1 大屏幕顯示系統的功能要求

大屏幕顯示系統能實現高清晰度、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。系統能實現每個DLP投影單元清晰獨立地顯示一路視頻，或一路RGB圖像，或一路網絡圖像。

(1)整個投影屏幕應具有較高分辨率、可調亮度和對比度范圍寬，色彩還原真實，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、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)具有智能色域調整功能，不僅能分別調整紅、綠、藍三原色的色度和亮度，也能對青、紫、黃、白進行單獨調整，從而使整個顯示(各屏的顯示)色彩達到真正的一致。

(4)大屏幕投影系統軟硬件連接簡單，不管現有的軟件和網絡硬件有何改變，大屏幕顯示系統均可正常使用，確保整個系統的通用性及可任意擴展。

(5)大屏幕系統可被控制電腦或者中控系統進行整體控制，也可以對單屏幕控制。

(6)系統具有一定的擴展能力，在不對系統進行大規模調整的情況下，可以通過簡單擴容方式增加輸入信號的模式、數量。

(7)顯示系統的各種功能操作支持計算機和中控兩種方式。

(8)投影機系統的投影單元及控制系統均采用模塊化、標準化、一體化，安裝調試簡單，易于維護保養。

2.2 大屏幕顯示系統的硬件構成

該系統由大屏幕顯示墻、畫面拼接器、圖像控制處理器、控制軟件、機柜及其它相關輔助設備組成。

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、畫面穩定無閃爍、色彩還原性好，低能耗和環保等特點。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計。選擇箱體的防塵等級需達到IP5X或以上水平，投影機芯須達到IP6X或以上防塵等級。

顯示拼接單元的排列方式布置，根據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，會專門提一些具有引導性的問題，并沒有抓住事件的重點，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行，導致采訪失敗。

本項目中央控制室較大，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(節能光源，亮度高，壽命長)，工作壽命不小于60000小時，無需維護。

由于投影接縫是影響大屏幕顯示系統的關鍵性能指標，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

大屏幕系統的圖像拼接處理器應可接受各種圖像信號源輸入，包含視頻信號、VGA信號、DVI/HDMI信號及網絡IP信號。該處理器應能直接驅動顯示單元，并經分割放大后實時無失真的在大屏幕上顯示。可以接收多種不同格式的信號源。該處理器處理過程應完全硬件化，不需要電腦和啟動軟件等操作，處理后顯示的畫面應無抖動、無延時、無拖尾現象、保證畫面自然流暢、清晰、細膩。支持顯示4K×2K的超高清信號，1080P高清信號，包含高清電視、視頻監控信號和計算機圖像信號。

本項目選擇的圖像控制處理單元型號為TMC41-i，復合視頻信號輸入：16路，數字信號輸入：16路，VGA/DVI-I輸出：12路。其功能特點如下：

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，高速并行處理結構。具有高可靠性和高維護性的特點，電源采用1+1冗余電源，風扇采用冗余風扇，硬盤1+1冗余備份。并且所有電源模塊、風扇和硬盤，圖形卡、信號處理板卡均可以支持在不停機的狀態下進行帶電熱插拔維護工作。更換后，無需任何設置就可以回復到原來正常的工作狀態。

圖像控制器采用純硬件構架，系統采用模塊化設計，方便擴展。模塊數目隨輸入輸出信號的多少而增減，整個系統封閉式運行，能夠滿足幾乎各種監控、演示的需要，為集中控制多種信號源顯示的系統提供完善的解決方案。

2.2.3 控制PC

控制PC(或服務器)選擇要求為主流配置，以滿足業主的使用要求為主。本項目選型：DELL強四核處理器E5-2609系列。

2.2.4 系統軟件-

該系統應有控制專用軟件，安裝在控制PC上，操作簡單快捷。其功能：遠程操作、顯示模式管理、信號源管理。

2.3 系統結構設計

根據上述對各個組件的選型，設備清單見表1。

表1 大屏幕顯示系統的主要設備

根據系統結構含大屏幕顯示系統的DCS系統配置見圖1。

圖中大屏幕顯示系統位于CCR。現場PLC鏈接到DCS控制系統的上位機。數個DCS系統和PLC系統組成網絡，通過TCP/IP協議傳輸到大屏幕顯示系統。

2.4 相關系統接入功能

(1)該系統接入CCTV工業電視系統能實現對生產車間進行7×24小時的實時監控，并且能提供給CCR集中的視頻監控畫面。

(2)該系統接入火災監控系統能對重點區域安全進行監控，對危險的設備，易燃易爆的生產環節進行報警信號監控和重點視頻監控輔助確保安全。

圖1 DCS系統配置

(3) 接入門禁系統后，能對進出廠區、辦公樓、庫房的所有場所進行視頻監控，并輔以聯動報警和錄像。

(4) 接應急通訊廣播系統后能由CCR對廠區周圍環境監控和應急廣播并能聯動報警。

3 輔助工程設計

3.1 系統接地

根據《儀表系統接地設計規定》HG/T 20513-2014的有關規定，對大屏幕顯示系統做安全接地處理，以保證設備和作業人員的安全。

3.2 系統供電

系統作為應急指揮系統和日常監控系統的重要核心部件，應設置在線式UPS，應至少保證30分鐘的使用，大屏幕顯示系統和CCR的其他控制設備采用獨立電源供電回路。

4 結 語

中央控制室大屏幕顯示系統在化工自動控制方面應用日漸廣泛，也逐漸開始整合工業電視、火災監控、應急指揮等系統的功能，已成為工業自動化系統的核心部件。大屏幕顯示系統技術飛速發展進步，在設計及選型時要根據實際情況，充分考慮系統的先進性、穩定性和適用性，以保證自動化管理水平和提高生產效率。

1 陸德明，張振基，黃步余.石油化工自動控制手冊(3版)[M].北京：化學工業出版社，2000：894-901.

2 GB 50115-2009,工業電視系統工程設計規范[S].

3 HG/T 20508-2014,控制室設計規定[S].

4 HG/T 20509-2014,儀表供電設計規定[S].

5 HG/T 20513-2014,儀表系統接地設計規定[S].

6 HG/T 20505-2014,過程檢測與控制儀表的功能標志及圖形符號[S].

2016-06-17)

*付 魏：工程師。2010年畢業于重慶理工大學自動化專業。從事自控設計工作。聯系電話：18108292312， E-mail: fuwei@cc-7eng.com。