Что такое мнемосхема щита диспетчерского управления. Телемеханика в энергоснабжении промышленных предприятий - мнемосхемы и электроаппаратура диспетчерских щитов и пультов
ООО «ТРЭИ ГмбХ», г. Пенза
В статье рассматривается автоматизированная система диспетчерского управления процессами распределения электроэнергии в электрической сети на АО «УК ТМК» с помощью мнемосхем. Подробно представлена структура системы и основные технические решения.
Энергетика — одна из стратегически важных отраслей нашей промышленности, основа экономической независимости и безопасности страны. Сегодня энергетика находится на пороге преобразований. В связи с этим эффективное управление энергетическими мощностями и распределением энергии имеет очень большое значение. Повышение эффективности работы генерирующих мощностей, а также установление оптимальных режимов распределения имеют большое значение и позволяют снизить стоимость энергии, а также получить максимальный сбыт продукции. В такой ситуации одним из приоритетных направлений совершенствования режимов управления объектами энергетики является построение современных автоматизированных систем управления производственными процессами (АСУ ТП). На многих предприятиях внедряются системы, позволяющие оперативно управлять энергетическими мощностями.
Разрабатываемая в настоящее время в Казахстане (г. Усть-Каменогорск) автоматизированная система диспетчерского управления электроснабжением АО «УК ТМК» с помощью мнемосхемы (сокращенное название АСДУЭ) является подобной системой эффективного управления.
Разрабатываемая система диспетчерского управления электроснабжением создается в целях повышения оперативности управления процессами распределения электроэнергии в электрической сети, сокращения времени на восстановление электроснабжения потребителей комбината после аварийных отключений, повышения производительности труда оперативного персонала в плановых работах и обеспечивает:
Отражение действительного положения масляных и вакуумных выключателей системы энергоснабжения комбината на мнемосхеме и АРМ диспетчера;
Виртуальное управление символами разъединителей, выключателей нагрузки, отделителей, короткозамыкателей на мнемосхеме и АРМ диспетчера с фиксацией времени и основания их коммутации;
Управление символами заземления линий и электрооборудования на мнемосхеме и АРМ диспетчера с фиксацией времени и основания их коммутации;
Контроль потребляемого тока на вводных ячейках и отходящих линиях на АРМ диспетчера;
Дистанционное управление масляными и вакуумными выключателями на объектах комбината с АРМ диспетчера;
Предупредительную и аварийную сигнализацию с объектов: обобщенную, срабатывания АВР, АПВ, отображение сработки электрических защит;
Отображение информации об аварийном отключении выключателя на АРМ диспетчера;
Сохранность в течение месяца всех событий на мнемосхеме и времени фиксации с возможностью вывода на печать;
Запись и сохранность в течение месяца оперативных телефонных переговоров диспетчера по каждой линии с фиксацией времени и с возможностью вывода на печать;
Визуализацию схемы электрической сети комбината и основных контролируемых параметров на мнемосхеме коллективного пользования.
Рис. 1. Трехуровневая система АСДУЭ
Структура системы
Электрическая сеть комбината представляет собой территориально распределенную структуру, состоящую из станций и подстанций с электрооборудованием, установленным в помещениях, а также на открытых распределительных устройствах. В основу построения АСДУЭ заложен принцип построения логической части на основе программируемой логики, то есть для реализации алгоритма управления, измерения и контроля используется программируемый контроллер TREI-5B-02. Запрограммированная логика алгоритма реализуется путем опроса фактического состояния входных сигналов, сравнения значений этих параметров с заданными в программе и при подтверждении диспетчером выполняемых действий выдачей управляющих выходных сигналов.
По своей архитектуре АСДУЭ представляет собой трехуровневую распределенную вычислительную систему с разделением по выполняемым функциям (рис 1).
Первым уровнем иерархии являются средства контрольно измерительных приборов, установленных непосредственно на локальных объектах электрической сети комбината, входящих в структуру данного проекта.
Второй уровень иерархии образуют контроллеры. Для этого уровня характерна географическая и функциональная распределенность аппаратных средств.
Третий уровень - уровень ОДС (оперативно-диспетчерская служба, автоматизированные рабочие места диспетчера, оперативного и управленческого персонала). Он строится на основе клиент-серверных технологий.
Рис. 2. Комплекс технических средств
Состав системы
В соответствии с назначением АСДУЭ в своем составе содержит:
Информационно-управляющую систему электрической сети комбината;
Мнемосхему коллективного пользования диспетчера комбината по электроснабжению.
Основными задачами, которые ставятся перед системой АСДУЭ, являются контроль действительного положения масляных и вакуумных выключателей ВМ (426 точек), контроль срабатывания устройств защиты, контроль потребляемого тока, управление символами электроаппаратов на мнемосхеме. Обеспечение требуемой надежности функционирования системы (резервирование мастер-модулей, возможность перехода с дистанционного управления на местное). Возможность замены модулей контроллера без остановки работы системы. Программно-аппаратная диагностика контроллера и входных сигналов. Наращивание функциональных возможностей системы с наименьшими затратами за счет применения единой серии контроллеров. Отображение фактической оперативной и архивной информации на общей мнемосхеме, мнемосхемах локальных объектов, трендах реального времени и трендах истории, печатных отчетах. Предлагаемые технические решения обеспечивают интеграцию АСДУЭ как составной части в общую сеть комбината.
АСДУЭ представляет собой набор шкафов управления и вспомогательного оборудования, а именно:
Шкафы с микропроцессорными контроллерами, предназначены для сбора и обработки информации от структурных элементов электрической сети комбината и дистанционного управления коммутационными электроаппаратами (ВМ) с автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчера;
Шкафы с устройствами связи с объектами (УСО), являются физическим и логическим продолжением шкафов микропроцессорных контроллеров с осуществлением аналогичных функций управления, измерения и контроля;
Шкафы с силовыми реле и преобразователями тока, предназначены для подключения к высоковольтным ячейкам с целью обеспечения управления масляными выключателями ячеек от микропроцессорных контроллеров и УСО, а также выдачи на контроллеры сигналов измеряемых токов;
Шкаф локального сервера ЛВС, предназначен для сбора информации от системных микропроцессорных контроллеров и последующего предоставления информации о состоянии, выполнении управляющих воздействий и неисправности технологического оборудования электрической сети комбината на мнемосхеме и АРМ диспетчера. Локальный сервер подключается к общей компьютерной сети комбината для просмотра технологической информации на удаленных компьютерах и сохранения архивной базы данных с глубиной 1 год на общем сервере комбината.
В состав шкафа локального сервера входят системы:
Автоматической цифровой записи аудиоинформации «СПРУТ-7А-7», позволяющей записывать аудиоинформацию от аналогово-цифровых каналов связи и регистрацию входящих (функция АОН) и исходящих номеров, даты, времени и длительности сеанса связи;
Контроллер системы отображения видеоинформации PLI 8-16, формирует для нее полиэкранное изображение и управляет работой всего комплекса оборудования системы отображения.
Система отображения видеоинформации на базе четырех видеокубов SYNELEC C50X-BB-SL с диагональю 50’’ предназначена для визуализации (отображения) фактической конфигурации электрической сети комбината, оперативной информации в режиме реального времени, а именно:
Потребление тока основными потребителями комбината;
Состояние коммутационных аппаратов электрической сети;
Отображение процесса выполнения оперативных переключений оперативным персоналом (диспетчер, дежурный);
Отображение аварийных ситуаций, возникающих в электрической сети;
Контроль вывода в ремонт, и подготовку оборудования к ремонту;
Контроль стационарных и переносных заземлений.
Программное обеспечение верхнего уровня реализовано: iFIX Plus SCADA Pack Server Version 3.0 (количество точек не ограничено), iFIX Standard HMI Pack Runtime Version 3.0 (количество точек не ограничено), iFIX iClient Runtime Version 3.0, OPC сервер Nautsilus (USB). На контроллере видеокубов установлено ПО Windows 2000, SP3, на сервере Windows SERVER 2000, на автоматизированных рабочих местах Windows XP Pro, Sp2.
Основные технические решения
Укрупненная схема комплекса технических средств
Как уже упоминалось, АСДУЭ представляет собой трехуровневую распределенную систему. Второй уровень АСДУЭ обеспечивает выполнение функций: автоматизированного управления исполнительными механизмами масляных выключателей ВМ; первичной обработки и нормализации сигналов от измерительных трансформаторов тока, он строится на основе контроллеров Trei-5B-02 фирмы ООО «ТРЕИ ГМБХ», г. Пенза, Лицензия №19-02. Верхний уровень реализует функции человеко-машинного интерфейса и строится на основе программных продуктов фирмы General Electric. На рис. 2 приведена укрупненная схема комплекса технических средств АСДУЭ. Как можно видеть из схемы, Система управления имеет распределенную структуру и состоит из:
Мнемосхемы коллективного пользования диспетчера комбината по электроснабжению;
Локального сервера;
Станции диспетчера и инжиниринга (АРМ 1 и 2);
Системных контроллеров ШК1-ШКn.., входящих в их состав удаленных УСО и шкафов с силовыми реле и преобразователями тока. Связь между контроллерами осуществляется по Ethernet 100 мб/с, что обеспечивает высокую скорость обмена для получения необходимой информации.
Главный контроллер и SCADA iFIX Plus Pack Server сообщаются по технологической сети Ethernet 100 Мb. Стабильная работа мнемосхемы коллективного пользования, локального сервера и станций операторов обеспечивается источниками бесперебойного питания установленными в операторской.
Главный контроллер ШК0 отвечает за связь с локальным сервером и контроль за состоянием оборудования электрической сети комбината через опрашиваемые системные контроллеры ШК и входящие в их состав удаленные УСО. Полученные данные главный контроллер передает для отображения на SCADA, а также через него осуществляется супервизорное управление системными контроллерами (изменение уставок, режимов работы, приоритеты). Для повышения надежности работы АСДУЭ, и предотвращения пропадания связи локальных объектов сети с главным контроллером на нем применено резервирование процессорной части и блоков питания. Такая конфигурация позволит увеличить живучесть системы. Структурная схема, показанная на рис. 2, дает представление о распределении технических средств на объектах электрической сети комбината. В данном случае, применение протокола RS-485 (STBUS) и Ethernet дает возможность наращивания системы и экономии за счет кабельной продукции при подключении удаленных объектов. Сервер выполняет функции сбора, хранения, архивирования и выдачу оперативных данных. Станция оператора предусматривает дистанционное (супервизорное) управление коммутационными электроаппаратами ВМ. Выбор SCADA iFIX облегчает интеграцию строящейся АСУ ТП с имеющимися средствами автоматизации. При необходимости возможна передача технологических данных на общий сервер комбината. Хранение технологических уставок осуществляется в энергонезависимой памяти контроллера, что позволяет сохранять работоспособность системы при отказе или отсутствии связи с локальным сервером.
Данная конфигурация системы позволяет: уменьшить время восстановления работоспособности системы за счет модульности (модули-мезонины) и быстрой заменяемости ее элементов. Замена отдельного вышедшего из строя модуля или контрольно измерительного прибора может осуществляться без остановки работы системы; обеспечить хорошие показатели надежности за счет резервирования и дублирования наиболее значимых компонентов системы. В частности, при выходе из строя одного из мастер-модулей или при пропадании связи с одним из них будет осуществлен переход на резервный.
Краткое описание
технических компонентов
Микропроцессорный
контроллер
Устройство TREI-5B-02 предназначено для локальных и распределенных систем автоматического контроля и управления технологическими процессами на промышленных предприятиях с нормальным и взрывоопасным производством.
Изделие имеет сертификат об утверждении типа средств измерений № 2641 (Казахстанский № 1503), TUV сертификат, разрешение на выпуск и применение №507-ЭВ-1Я1, производитель имеет сертификат соответствия системе менеджмента качества ISO 9001 №РОСС RU. ИС50.К00019. Последовательный интерфейс на базе RS-485 и широкая номенклатура модулей ввода/вывода позволяют создавать распределенные, многоуровневые и многофункциональные системы. Единый коммуникационный протокол ST-BUS упрощает программирование и сбор информации с каналов ввода/вывода. Все структуры входных и выходных данных унифицированы. Процессорная часть контроллера - это РС совместимый компьютер с необходимым набором внешних устройств. Операционная система реального времени QNX и среда разработки IsaGraf. За основу конструкции контроллера TREI-5B-02 принят формат «3 U Евромеханика». Корпус имеет открытое или закрытое исполнение, при необходимости с креплением на DIN-рейку. Модули с размером печатных плат 100x160 мм имеют на лицевой панели световую индикацию и 48-контактный разъем сзади для подключения питания, последовательного интерфейса и каналов ввода/вывода. Базовым интерфейсом контроллера является последовательный интерфейс ST-BUS на базе RS485, что позволяет создавать распределенные системы протяженностью физической линии без повторителей до 1200 м. Максимальная скорость интерфейса до 1,25 Mbod. Модули ввода/вывода имеют свой Pic-процессор, могут работать автономно. Сбор информации по коммуникационному протоколу ST-BUS от модулей ввода/вывода осуществляет мастер-модуль М701Е или промышленный компьютер с последовательным интерфейсом RS485. Номенклатура модулей ввода/вывода позволяет создавать многоканальные и многофункциональные системы. Универсальный модуль, комплектуемый мезонин-модулями серии TREI-5, имеет полный набор подключаемых устройств. Многоканальные однотипные модули дискретного и аналогового ввода/вывода, импульсного ввода предоставляют до 4000 каналов на один мастер-модуль.
Мастер-модуль выполняет основные вычислительные функции контроллера.
В своем составе он содержит:
Базовую плату мастер-модуля;
Процессорный модуль с процессором Pentium;
Плату коммуникационного адаптера Ethernet 10/100;
Гальванически развязанные порты RS485;
Контроллер шины ST BUS;
Энергонезависимое статическое ОЗУ;
Flash-диск;
ИК-порт;
Сторожевой таймер.
В шасси устанавливается следующие модули ввода/вывода (все модули ввода/вывода общепромышленного исполнения):
Модуль ION M732U - универсальный 8-канальный модуль ввода/вывода.
Конкретный тип канала задается установленным мезонином. Мезонин представляет собой монтируемый на модуль блок первичного преобразования сигнала. Применяются мезонины типа IDIG-24VDC, используемые для подключения дискретных сигналов 24VDC, и мезонины IANS 0-20 мА для подключения входных аналоговых сигналов 0-20 мА;
Модули M754D - 32 входных дискретных канала 24VDC;
Модули M754O - 32 выходных дискретных канала 24VDC;
Модули M743D - 16 входных дискретных канала 24VDC;
Модули M743O - 16 выходных дискретных канала 24VDC.
Все каналы изолированы. Кроме модулей ввода/вывода и мастер-модуля в шасси устанавливается модуль питания Р701 А, мощностью 40 Вт и обеспечивающий питание элементов контроллера. Для мезонинов аналогового ввода основная приведенная погрешность не превышает 0,025%. Для мезонинов аналогового вывода основная приведенная погрешность не превышает 0,1%. Преобразование осуществляется 16-разрядным ЦАП. Подробное описание модулей представлено на сайте фирмы TREI-GmbH.
Система отображения видеоинформации
В предлагаемом решении используются проекторы, построенные по технологии DLP™ от Texas Instruments. Технология DLP™ является стандартом «де- факто» в области видеостен благодаря отсутствию эффекта «выгорания» пикселей, свойственному плазменным панелям. Заявленная производителем наработка на отказ DLP проектора составляет не менее 100 000 часов (более 10 лет непрерывной работы). Предлагаемое решение базируется на XGA (1024х768) видеокубах Clarity-Synelec. Видеокубы имеют встроенный процессор, позволяющий обрабатывать поток цифровой информации со скоростью до 16 000 Мб/с, что в десятки раз больше быстродействия аналогичных систем. В отличие от встроенных сплиттеров - простых разделителей входящего сигнала, видеокубы Clarity-Synelec являются полноценным многоканальным цифровым процессором. Два входа DVI позволяют одновременно и независимо отображать два масштабируемых и перемещаемых информационных окна. Наличие независимых двух входов у видеокуба обеспечивает высокую надежность оборудования: при выходе из строя одного канала обработки видеоинформации второй канал остается работоспособным. Для получения наивысшего качества изображения в видеокубах Synelec применяются сверхчерные антибликовые просветные экраны. На сегодняшний день они являются наиболее качественными и высокотехнологичными просветными экранами на мировом рынке. Эти экраны предлагаются компанией Clarity-Synelec при самых высоких требованиях к качеству изображения (к графическому разрешению, четкости, контрастности). Они характеризуются широким сектором обзора и отсутствием бликов даже при сильной засветке посторонними источниками света (сверхчерный экран поглощает 99,5% света от внешних источников). По своим свойствам экраны обеспечивают практическое отсутствие межэкранных зазоров, а, следовательно, и наиболее комфортные условия наблюдения. Микроскопические оптические элементы обеспечивают высокую равномерность яркости на всей поверхности экрана, Широкий угол обзора: 180 градусов - по горизонтали, 180 градусов - по вертикали. Обеспечение наилучшей четкости и контрастности при отображении сигнала с высоким графическим разрешением обеспечивает возможность эффективной очистки загрязнений (большинство линзово-растровых оптических просветных экранов имеют микролинзовую наружную поверхность и позволяют очищать загрязнения только с помощью сжатого воздуха. Экраны имеют гладкую защитную наружную поверхность, допускающую эффективное очищение). Контроллер видеостены, сетевой контроллер PLI 8-16,- это мощная управляющая система для отображения в реальном масштабе времени насыщенной компьютерной графики и видеоизображений. В нем сочетаются современная аппаратная платформа и программное обеспечение, гарантирующие высокую производительность, надежность и удобство использования.
Видеостена может объединять в себе до 80 видеокубов. Контроллер PLI 8-16 формирует для нее полиэкранное изображение и управляет работой всего комплекса оборудования системы отображения. Благодаря особенностям архитектуры контроллера оцифровка и отображение видеоисточников происходит в режиме реального времени без загрузки центрального процессора и без потерь информации.
Контроллер использует самые передовые технологии и протоколы. В качестве интерфейса для передачи отображаемой информации выбран цифровой протокол DVI. Такое решение позволило избавиться от шумов, помех, частотных и фазовых искажений сигнала, характерных для аналоговых каналов передачи данных. Благодаря отсутствию в системе аналоговых каналов передачи информации изображение отличается превосходным качеством и стабильностью.
Контроллер PLI 8-16 позволяет запустить любое приложение из сети отображая его в окне либо на всем полиэкране, то есть так, как того требует сценарий отображения. Приложения из сети под управлением UNIX также могут быть запущены и продемонстрированы на полиэкране аналогичным образом. Количество окон с приложениями практически не ограничено. Каждое окно можно масштабировать, перемещать по экрану видеостены или увеличивать до размеров всего экрана. Контроллер прост в эксплуатации и не требует от оператора, знакомого с работой ОС Windows, каких-либо особых навыков. Отличительными особенностями контроллера PLI 8-16 являются:
Модернизированная аппаратная платформа, позволяющая строить полиэкраны размером до 80 видеокубов при использовании одного контроллера PLI. При использовании более сложных конфигураций размер видеостены не ограничен;
Высокопроизводительные графические процессоры с цифровыми выходами, обеспечивающими отображение сигнала без шумов, искажений и помех;
Возможность работы под управлением ОС Windows и Linux. Кроссплатформное программное обеспечение позволяет использовать контроллер как в сетях Windows и Unix, так и в смешанных сетях;
Универсальность и многозадачность. Контроллер может одновременно исполнять пользовательские приложения, оцифровывать видеосигналы, импортировать информацию из локальной вычислительной сети и отображать результаты работы на видеостене в виде свободно перемещаемых и масштабируемых окон;
Гибкость и масштабируемость. Контроллер легко перенастраивается для решения разнообразных задач и наращивается при необходимости расширить функциональность системы или размер полиэкрана. Промышленное исполнение контроллера позволяет устанавливать его в стандартный 19’’ рэковый шкаф, который обеспечивает повышенную помехозащищенность и улучшенную вентиляцию компьютерных компонентов.
Сетевой контроллер Clarity-Synelec PLI 8-16 позволяет:
Суммировать разрешения отдельных видеокубов, обеспечивая чрезвычайно высокое графическое разрешение полиэкрана (например, для видеостены в конфигурации 2х2 видеокубов разрешение полиэкрана составляет 1536х2048 точек);
Работать под управлением ОС Windows и Linux;
Исполнять локальные программы (например, используемые заказчиком SCADA-приложения);
Работать с сетевыми базами данных;
Отображать на видеостене копии окон сетевых приложений или копии мониторов сетевых рабочих станций;
Работать с любым изображением, как с обычным окном Windows: перемещать, масштабировать, сворачивать или разворачивать вплоть до размера всего полиэкрана;
Управлять сценариями отображения (в том числе с удаленных рабочих станций);
Формировать, сохранять и вызывать сценарии, требуемые для отображения в данный период времени (например, при разных оперативных ситуациях нормальная/аварийная);
Производить автоматический мониторинг оборудования с отображением состояния устройств (в том числе на удаленных рабочих станциях);
Формировать сообщения об ошибках, сбоях и неисправностях, производить заранее заданные действия, соответствующие каждой описанной проблеме (изменять сценарий, выключать и включать лампы и др.);
Отслеживать заданные сообщения в компьютерной сети и в последовательных портах, производить заранее заданные действия, соответствующие каждому описанному сообщению (часть искомого сообщения может использоваться в качестве переменной для выполняемого действия);
Производить заданные действия по расписанию (для каждого действия можно установить: время суток, дни недели, даты);
Сохранять в виде файла мгновенный «снимок» изображения на всем полиэкране.
Рис. Взаимодействие логических подсистем в момент генерации рисунка
Краткое описание программных компонентов
Как уже упоминалось выше, контроллер TREI-5В-02 является PC совместимым программируемым логическим контроллером. Этот контроллер работает под управлением операционной системы QNX. Архитектура этой операционной системы спроектирована специальным образом для применения в системах реального времени, что делает ее наиболее оптимальной для применения в качестве операционной системы контроллеров. Образ операционной системы и необходимые контроллеру файлы располагаются на flash-диске или disk-on-chip. На контроллере запущена целевая задача ISaGRAF, которая осуществляет опрос модулей ввода/вывода, выполняет алгоритмы. Целевая задача использует конфигурационный файл, содержащий описание алгоритмов и описание аппаратной конфигурации контроллера. Конфигурационный файл готовится с помощью программного пакета ISaGRAF. ISaGRAF инструментальная CASE система для технологического программирования контроллеров. Разработка фирмы CJ International. ISaGRAF - это полная поддержка всех языков стандарта IEC 1131 3. Среда разработки предоставляет полный набор средств для интерактивного создания программ, их эффективной отладки, документирования и архивации проектов.
Верхний уровень АСУ ТП строится на базе SCADА пакета iFIX фирмы General Electric. Данный программный пакет включает в себя как средства обработки, накопления и отображения информации, так и средства конфигурирования, позволяющие настроить компоненты системы в соответствии с требованиями конкретного объекта. Связь между контроллером и SCADA-системой обеспечивается с помощью ОРС-сервера фирмы Nautsilus, в качестве среды используется витая пара, транспортным протоколом является Ethernet.
Специализированное программное обеспечение
Для контроллера PLI 8-16 поставляется специализированный программный пакет Com.Base, представляющий собой интегрированную многопользовательскую систему управления оборудованием видеостены и процессом отображения информации. Com.Base разработан компанией Synelec Telecom Multimedia в качестве универсального программного комплекса, предоставляющего единый удобный и понятный пользовательский интерфейс для автоматизированного управления всем многообразием оборудования и процессов, присущих профессиональным системам отображения. Архитектура контроллера и программное обеспечение обеспечивают беспроблемную интеграцию в существующую вычислительную сеть. Использование TCP/IP в качестве основного протокола общения всеми устройствами и модулями системы позволяет производить удаленную диагностику и администрирование системы, в том числе - через Интернет. Для удаленного управления сетью или хост-компьютерами и разделения сетевых ресурсов может быть установлено дополнительное программное обеспечение. Полнофункциональный программный продукт Com.Base компании Synelec предоставляет диспетчеру всеобъемлющий набор средств управления видеостеной. Благодаря своей простоте и дружественному пользовательскому интерфейсу Com.Base обеспечивает эффективный контроль за системой на трех основных этапах работы системы: а) настройка системы, б) работа системы, в) обслуживание системы.
Рассмотрим взаимодействие основных подсистем в процессе автоматического создания мнемосхемы в среде iFix, находящейся в режиме конфигурирования: дан старт с задачей на построение рисунка, и блок «SOLOMON» начинает свою работу. Его цель - одна из первостепенных: подготовка, контроль и обслуживание основы объектной модели невидимого каркаса будущей схемы. Необходимые потоки данных запрашиваются через посредника связи «HERMES», который, в свою очередь, осуществляет контакт с хранилищем внешней информации посредством подсистемы «DARIUS» поддерживающей множественность и разномастность источников и преобразующей данные к единому внутреннему стандарту. Теперь для освоения нового типа хранилища достаточно, лишь унаследовав шаблон от специализированного класса, наполнить его реализацией доступа и обработки. При необходимости информационные каналы шифруются, дешифруются блоком «ARES». Важную роль здесь играет абстрактная сущность «ProClass», которая и является основным строительным материалом логики объектных конструкций. Ее структура не зашита в код, а динамически формируется с применением паттерна абстрактной фабрики и файлов инициализации, реализуя, конкретные потомки. Таким образом, появляется возможность вносить изменения в классы в не поля кода программы. Акцент сделан на двух составляющих - выделена логика (смысловое наполнение объекта) и делегирован набор скриптов, сопоставленных с ней. Создаются объекты, производится их инициализация. В объекты вносятся связи и группировки согласно создаваемой схеме. Опционально разработан механизм автоматической генерации имен тегов, который опирается на логическое положение объекта и его окружение. Как итог, подготавливается коллекция всех объектов задачи в едином хранилище.
Фактически блок «LEONARDO» отрабатывает три режима:
1_Подготовка к применению минимально неделимых графических объектов с точки зрения системы с конечным результатом - библиотекой примитивов («Atoms»). Необходимость этапа, прежде всего, обусловлена идеей ослабления тесной взаимосвязи с используемой SCADA средой.
2_На основании полученной библиотеки графических «атомов» производится построение более сложных сущностей класса «Symbol» - логически законченных образов внешнего вида экземпляров прообъектов. При необходимости происходит активизация их анимации. Каждый вид символа представлен в единственном числе.
3_Используя временное хранилище экземпляров символов и объектное поле, подготовленное блоком «SOLOMON», производится конечное создание элементов мнемосхемы и их размещение на рисунке. Передача информации между блоками и здесь проходит через единый центр. По окончанию вновь созданный рисунок сохраняется и помещается в логическое хранилище визуальных форм, чтобы позже быть использованным подсистемой интерфейса работы с пользователем «MEMPHIS».
Назначение . Мнемосхема (экранная форма) – наглядное графическое изображение технологического процесса, интегрированное со средствами контроля и управления. Она является важнейшим источником информации о характере и структуре связей, текущем состоянии переменных (в том числе связанных с нарушением технологических режимов, авариями и т. п.) и позволяет оператору-технологу:
· облегчить запоминание хода технологического процесса и назначения устройств и органов управления;
· определить способы действия при различных режимах работы объекта;
· способствовать упрощению поиска и опознания нужной информации для оперативного принятия правильных решений.
Графические компоненты . Все SCADA-системы имеют в своем составе средства, позволяющие создавать как статические элементы мнемосхем (контурные изображения технологических аппаратов, трубопроводы и т. д.), так и оживлять (анимировать) эти элементы (создавать динамические объекты). В состав этих средств входят:
· наборы графических примитивов рисования (линия, прямоугольник, эллипс, кривые, текст) и средства их компоновки для создания уникальных собственных объектов);
· готовые библиотеки типовых графических объектов: технологические объекты (аппараты, механизмы, машины и т. д.), табло, указатели, ползунки, кнопки, переключатели, служащие для отображения переменных и управления процессом. Данные библиотеки могут быть расширены пользователем. При построении мнемосхемы вначале осуществляется прорисовка
статического изображения рабочего окна. Обычно это аппараты технологического процесса или их технологическая последовательность, трубопроводы, фон, поясняющий текст и т. п.
Следующим шагом является придание мнемосхеме динамики, т. е. анимация нарисованных (или выбранных из библиотек) элементов. Под анимацией понимается способность элементов менять свои свойства при изменении переменных технологического процесса. Изменяемыми свойствами являются толщина, цвет и стиль линии, цвет и стиль заливки (если это фигура с заполнением), а также размеры, положение и ориентация элементов. Предусматривается также непосредственный ввод переменных (цифрами и текстом, ползунковыми устройствами) и управление процессом с помощью кнопок и переключателей (Пуск/Останов, Включение/Выключение, Вызов Окна и т. д.).
Принципы построения . При большом разнообразии технологических процессов спроектировать хорошую мнемосхему во многом искусство, но можно рекомендовать общие принципы построения:
– лаконичность и наглядность – мнемосхема должна быть простой (контуры и пропорции аппаратов приближены к виду реальных прототипов), не должна содержать второстепенных элементов, а отображаемая информация четкой и конкретной, удобной для восприятия и дальнейшей переработки. Мнемосхема должна предоставлять минимальное, но адекватное для контроля и управления количество переменных, не должна «перегружена» информацией для уточнения (второстепенные тренды), которую удобнее делать вложенной в виде всплывающих окон, вызываемых по требованию оператора;
– максимальная линейность изображения процесса, т.е. желательно выделять основную линию процесса, подчиняясь правилу визуальности: чтение «слева направо» и «сверху вниз», минимальное применение параллельных контуров, что значительно упростит восприятие
- автономность – обособление друг от друга участков мнемосхемы, соответствующих автономно контролируемым и управляемым объектам и агрегатам. Эти обособленные участки должны быть четко отделены от других и иметь завершенную, легко запоминающуюся и отличающуюся от других структуру.
– унификация – символы сходных объектов и процессов необходимо по возможности объединять и унифицировать;
- визуальный акцент к элементам контроля и управления – В первую очередь должны быть выделены (размерами, формой или цветом) элементы, существенные для оценки состояния, принятия решения и воздействия на управляемый объект (т.е. помогают быстро ориентироваться, определять и устранять отклонения и неисправности);
– учет человеческого фактора – мнемосхема должна разрабатываться и совершенствоваться с учётом мнения эксплуатирующего персонала.
Для оценки мнемосхем используются:
– коэффициент информативности – отношение числа пассивных (статических) элементов и активных (динамических);
– коэффициент заполнения поля – отношение числа пассивных элементов мнемосхем к общему числу элементов мнемосхемы.
При проектировании мнемосхем предлагают обычно несколько вариантов. Окончательный выбирают путем эксперимента (имитируют на компьютере деятельность оператора с различными вариантами мнемосхемы). Критериями оценки служат время решения задач и число допущенных ошибок.
На рис. 2 приведены основные зоны мнемосхемы. При горизонтальной доминанте подачи информации выделяют следующие зоны: зона основной информации – отражает общую структуру технологического процесса. В ней расположены основные аппараты, трубопроводы, а также информационная нагрузка, сопровождающая технологический процесс.
зона дополнительной информации – здесь могут располагаться кнопки графиков трендов, отчетов, «пуск/останов» и т. д.
зона переключения – обусловлена невозможностью рационального отображения всей информации в одном окне («проклятие формата»).
С помощью средств области, возможно вызывать дополнительные окна на которых более подробно детализированы сигнализации, тренды (за день, месяц, год), отдельные участки процесса. Такой подход разгружает мнемосхему, даёт возможность получить нужную информацию о том объекте, которой заслуживает внимания в данный момент. Явное отличие при вертикальной доминанте зон – область 2 (дополнительной информации) расположена правее области 1 (основной информации). Это связанно в первую очередь с размерами описываемых объектов (отображаемый процесс по объёму небольшой), что позволяет отвести больше пространства для поясняющей информации. Данную компоновку областей возможно применять для всплывающих окон, т. е. детального рассмотрения отдельных участков технологического процесса.
Для удобства наглядного восприятия функциональных схем объектов, контролируемых либо управляемых, применяют мнемосхемы - графические изображения схем этих объектов. Мнемосхема может отображать например цех станков с ЧПУ, какой-нибудь технологический процесс или систему, например энергетическую сеть. Другими словами, мнемосхема являет собой информационную условную модель системы или процесса в виде символов, обозначающих части системы, а также их связи.
Мнемосхема отражает графически структуру всей системы, облегчая тем самым работу оператора, который, благодаря такой схеме, сам легче запоминает структуру системы, взаимосвязи параметров, назначение тех или иных органов управления, приборов, станков и т. д.
Для оператора, управляющего процессами, мнемосхема служит, пожалуй, одним из важнейших источников информации о процессах, происходящих в данный момент в системе, о структуре и характере этих процессов, о текущем статусе системы, в частности, об авариях и нарушениях нормальных режимов работы.
Если управляемый объект обладает сложной структурой, имеет множество параметров, которые надлежит оперативно контролировать, и представляет собой технологически сложную схему. Если в процессе работы объекта сама технологическая схема может изменяться, - в этих случаях мнемосхемы оказываются весьма и весьма эффективными инструментами. Они могут отображать состояния отдельных устройств, машин, агрегатов, значения различных параметров, а также предоставлять общую информацию о протекании технологического процесса.
Оператор, работающий в условиях обилия поступающей к нему информации, благодаря мнемосхемам, может более эффективно осуществлять информационный поиск, поскольку мнемосхема всегда подразумевает логику, она отображает реальные связи между параметрами объекта, подлежащего управлению или контролю.
При помощи мнемосхемы, оператор легко систематизирует логически и своевременно обработает поступающую к нему информацию, техническая диагностика в случае отклонения от нормы также облегчается. Мнемосхема служит таким образом внешней опорой для принятия наилучшего решения и осуществления правильного управляющего воздействия.
Мнемосхемы всегда создают придерживаясь ряда принципов, которые сформировались за много лет практического применения мнемосхем. И одним из главных принципов является лаконичность. Мнемосхема не должна содержать ничего лишнего, она должна быть как можно более простой. В отсутствие затемняющих элементов, отображаемые данные должны отображаться четко и конкретно, по возможности наиболее кратко, дабы их легко можно было воспринять и в дальнейшем оперативно обработать.
Принцип унификации (обобщения) подразумевает выделение на мнемосхеме и использование в ней наиболее значимых особенностей объектов, то есть несущественных конструктивных особенностей системы отображать на мнемосхеме не нужно. Символы же сходных процессов и объектов следует объединять и унифицировать.
Принцип акцентирования элементов управления и контроля диктует необходимость прежде всего выделять формой, цветом и размером наиболее важные элементы, служащие для контроля за состоянием, и побуждающие для принятия важных решений относительно воздействия на объект управления.
Согласно принципу автономности, важно обособлять друг от друга части мнемосхемы, соответствующие автономно управляемым и контролируемым агрегатам и объектам системы. Обособленные части четко ограничиваются от других, подчиняясь принципу структурности, согласно которому они должны иметь структуру отличающуюся от других структур, и легко запоминаться, при этом структура должна соответствующим образом отражать на мнемосхеме характер и основные свойства объекта.
Принцип пространственного соответствия элементов управления и контроля обязует располагать индикаторы и контрольно-измерительные приборы строго согласно расположению соответствующих элементов управления, чтобы закон совместности реакции со стимулом соблюдался.
Одним из ключевых принципов при создании мнемосхем является принцип использования стереотипов и привычных ассоциаций. Условные обозначения параметров должны ассоциироваться у оператора со стандартными обозначениями данных параметров, которые общеприняты, и вместо абстрактных значков лучше использовать символы обозначающие именно соответствующие процессы и объекты.
На рисунке приведен пример различных обозначений одних и тех же параметров. Здесь в верхней строчке изображены буквенные обозначения, во второй строчке - их условные обозначения, а в третьей - мнемосимволы. Очевидно, мнемосимволы схожи своими контурами с начертаниями букв, поэтому именно мнемосимволы оказываются более предпочтительными.
Практика показывает, что использование мнемосимволов приводит к снижению числа ошибок и к сокращению времени, которое оператор затрачивает на распознавание символа на 40%.
При всем при этом, мнемосхема не обязательно должна полностью копировать техническую структуру. Ее задача - отобразить логику управляемых и контролируемых процессов, упростить для оператора поиск и опознание требуемой информации, помочь оперативно принять правильное решение и совершить вовремя нужную операцию.
Мнемосхемы бывают диспетчерскими и операторскими. Операторские отображают единый технологический комплекс, а диспетчерские - рассредоточенную систему, состоящую из объектов, комплексов, агрегатов и т. д. В связи с этим существуют различия между двумя этими видами мнемосхем по степени детализации и по подробности отображения объектов.
Если оператор выполняет прямо на мнемосхеме переключения, то такая операторская мнемосхема называется оперативной. Если мнемосхема служит только для информирования оператора, то это - неоперативная мнемосхема. Диспетчерские мнемосхемы по аналогичному признаку подразделяются на мимические и световые.
В состав оперативной мнемосхемы, помимо устройств отображения и измерительных приборов, сигнальных и изобразительных элементов, включены также и органы управления вызывного либо индивидуального типа. На мимических диспетчерских мнемосхемах имеются переключатели для ручного снятия сигналов и получения на мнемосхеме данных о текущем реальном состоянии объекта контроля.
Если на мнемосхеме каждый из информирующих элементов связан с индивидуальным датчиком, такая мнемосхема называется однообъектной или индивидуальной. Если имеется возможность переключения между несколькими однотипными объектами, то такая мнемосхема называется многообъектной или избирательной (вызывной).
Так, вызывные мнемосхемы могут переключаться между несколькими датчиками одного объекта либо между объектами. Вызывные мнемосхемы позволяют сократить площадь панели, вместо нескольких использовать одну, сэкономить на установке приборов и на системах обработки информации, а также облегчить труд оператора посредством упрощения схемы и сужения поля зрения.
Если на мнемосхеме отображается всегда постоянная схема одного и того же объекта, то такая мнемосхема и называется постоянной. Если в зависимости от режимов функционирования объекта, в зависимости от характера протекающих процессов, изображение сильно меняется такая мнемосхема называется сменной. Например, сначала отображается пусковая схема, затем схема нормального режима работы объекта, а в случае аварии - схема аварийная.
Мнемосхемы размещаются как на панели пульта, так и на отдельных панелях, на приставках к пульту, и на надстройках к приборному щиту. Отображение информации может быть представлено как в дискретной, так и в аналоговой форме или же в аналого-дискретной форме.
По форме условных обозначений агрегата, объекта, технологического оборудования, мнемосхемы подразделяются на объемные, плоские и рельефные. По способу кодирования - на символические и условные. Условные знаки никоим образом не ассоциируются с реальными процессами и объектами. На приведенном ранее рисунке, вторая строчка соответствует условному способу кодирования, третья - символическому.
По способу изображения на мнемосхемах символов или знаков, изображения могут быть прямой или обратной контрастности. Наносятся элементы фотоспособом, рисованием, наклейкой, электролюминесцентными источниками света, газоразрядными, светодиодными, лампами накаливания, .
Дисплеи нынче наиболее популярны, поскольку при сложной разветвленной структуре объекта, когда технологически регулярно процесс меняется, и нужно по сути несколько мнемосхем. Экран дисплея позволяет отобразить мнемосхему всей системы, либо схемы отдельных объектов или узлов. Вызов требуемой мнемосхемы на экран осуществляет сам оператор или компьютер.
В ходе разработки мнемосхемы подбирают наиболее оптимальную форму символов. Они должны быть при этом замкнутыми, а дополнительные линии и элементы не должны пересекаться с контуром символа, дабы не мешать считыванию информации оператором. К аварийным символам и к символам, сигнализирующим о функциональном состоянии требования особенно высоки.
Для индикации «включено» служит обычно зеленый цвет, для «отключено» - красный. Об изменении состояния информирует прерывистый сигнал нового состояния, например если сначала агрегат работал, и индикатор был зеленым, то при выключении мигает красный прерывистый. Частота вспышек - от 3 до 8 Гц, при длительности свечения не менее 50 мс. Сигнал о смене состояния может отключить лишь сам диспетчер.
Что касается соединительных линий на мнемосхеме, то они должны быть сплошными прямыми, по возможности как можно более короткими, и как можно меньше иметь между собой пересечений. Если мнемосхема очень крупная, на ней представлено много объектов, при этом цвета различны и ярки, зрение оператора перегружается. По этой причине, на мнемосхемах всегда стараются уменьшить количество переутомляющих глаза цветов: пурпурного, фиолетового и красного. Цвет фона не должен быть насыщенным, и лучше если цвет его будет светло желтым, светло серым или салатовым.
При оценке готовых мнемосхем учитывают соотношение между количествами пассивных и активных элементов, это говорит о степени информативности мнемосхемы, также вычисляют отношение количества пассивных элементов к общему количеству элементов мнемосхемы.
Вообще, при проектировании мнемосхемы рассматривают несколько ее конечных вариантов, и моделируя мнемосхему тем или иным способом, моделируют и процесс взаимодействия оператора с мнемосхемой. Чем быстрее оператор способен решать поставленные задачи, и чем меньше он допускает при этом ошибок, тем более удачной считается мнемосхема.
Спектр применения мнемосхем сегодня огромен. Мнемосхемы находят широкое применение в строительстве, в металлургии, в энергетике, в машиностроении, в приборостроении, в железнодорожной и вообще в транспортной отрасли, и во многих других промышленных и гражданских отраслях.
Компания ПОИСК - российский производитель диспетчерских щитов с 1995 года. За эти годы у нас сложилась целая технология проектирования и производства мнемощитов, которую мы называем ТЕХНОЛОГИЯ ПОИСК-ЩИТ . Постоянное, непрекращающееся развитие технологии, разработка новых решений и компонентов, применение лучших мировых достижений позволяют компании успешно конкурировать с любыми производителями диспетчерских щитов и видеостен. В настоящее время несколько сотен щитов производства компании ПОИСК работают в диспетчерских пунктах энергосистем, сетевых компаний, городских сетей, в сетях крупных промышленных и нефтегазодобывающих предприятий, а также на гидроэлектростанциях.
В понятие ТЕХНОЛОГИЯ ПОИСК-ЩИТ , которая сертифицирована по стандарту ISO 9001:2011, мы вкладываем не только техническую составляющую :
- технология проектирования и построения каркасов щитов (напольных, настенных, модульных - с передним или задним доступом обслуживания…),
- технология производства наборных полей (аппликативные ПОИСК-ЩИТ-А, мозаичные ПОИСК-ЩИТ-М, пленочные ПОИСК-ЩИТ-П, макромозаика ПОИСК-ЩИТ-ММ, LCD-панели, DLP-видеокубы, LED-экраны),
- технология производства мнемосимволов (аппликативных, мозаичных, пленочных, пассивных, активных, индикаторов…),
- системы управления и питания,
- управляющие серверы, графические серверы,
- программное обеспечение (в т.ч. диспетчерское ПО верхнего уровня),
- подбор материалов и комплектующих (пластики, пленки, алюминиевые профили, электронные компоненты, отделочные материалы…),
- общий дизайн щита и мнемосхемы,
- профессиональная диспетчерская мебель,
- подробные технические консультации, проработка решений и многовариантное коммерческое предложение,
- многоэтапное проектирование и согласование мнемосхемы,
- разработка полноценного подробного комплекта проектной/рабочей и эксплуатационной документации,
- обязательная полная контрольная сборка и отладка перед отгрузкой, на которой может присутствовать заказчик,
- анкетирование потребителей,
- гарантийное и послегарантийное обслуживание,
- техническая поддержка в течение всего жизненного цикла.
По технологии ПОИСК-ЩИТ производятся как традиционные диспетчерские щиты (двух видов: аппликативные и мозаичные ) с пластиковым наборным полем, так и видеощиты (видеостены):
АППЛИКАТИВНЫЙ ЩИТ
МОЗАИЧНЫЙ ЩИТ
ВИДЕОЩИТ(ВИДЕОСТЕНА)
Все основные компоненты и составные части технологии ПОИСК-ЩИТ, среди которых:
- каркасы и элементы декоративной облицовки,
- плитки и ячейки наборного поля,
- мнемосимволы и цифровые индикаторы,
- контроллеры и компоненты системы управления,
- программное обеспечение (диспетчерское ПО верхнего уровня – ПО ZNZ, драйверы контроллеров, программы в микроконтроллерах),
- все виды диспетчерской мебели…
При производстве щитов по технологии ПОИСК-ЩИТ применяются материалы высокого качества , в частности, пластики лучших зарубежных производителей . Благодаря этому обеспечены повышенные прочность и долговечность элементов мнемосхем, достигнуты четкая геометрия деталей, насыщенность и стабильность цвета мнемосимволов, отсутствие склонности к выцветанию, соответствие гигиеническим требованиям и повышенная огнестойкость мнемосхемы.
Технология ПОИСК-ЩИТ охватывает весь спектр разновидностей диспетчерских щитов (в т.ч. и нестандартные). Она одинаково хорошо приспособлена для создания мнемосхем:
- городских электрических сетей,
- районов электрических сетей (РЭС),
- предприятий электрических сетей (филиалы "облэнерго" из структуры Россетей),
- независимых сетевых компаний,
- гидроэлектростанций (ГЭС), атомных электростанций (АЭС), ТЭЦ, ГРЭС,
- внутренних сетей электроснабжения крупных промышленных предприятий,
- мнемосхем подстанций (ПС) – небольших настенных щитов с мнемосхемой одной подстанции,
- сетей электроснабжения нефтегазодобывающих предприятий,
- сетей электроснабжения в/ч,
- тепловых и водопроводных сетей,
- а также прочих сетей, таких, например, как:
- мнемосхема вентиляции, теплоснабжения, водоснабжения и канализации комплекса зданий,
- мнемосхема технологического процесса на химическом (или любом другом) производстве,
- мнемосхемы железнодорожных сетей,
- мнемосхемы сетей, выполненных на карте местности и т.д.
Для мнемосхем электрических сетей у технологии ПОИСК-ЩИТ нет никаких ограничений по номиналам напряжения отображаемых мнемосхем, а в целом она вполне подходит для создания любых щитов управления с любыми мнемосхемами.
Особое место в производственной программе компании ПОИСК занимают щиты-пульты управления такими объектами, как ГЭС, АЭС, ТЭЦ, ГРЭС…, называемые Главными щитами управления (ГЩУ) или Центральными пультами управления (ЦПУ). Такие щиты, помимо достаточно развитой мнемосхемы, содержат в себе еще и различные органы управления, а также большое количество измерительных/регистрирующих приборов и цифровых индикаторов. Чаще всего щиты ГЩУ/ЦПУ являются аварийными (критическими) средствами контроля за объектом , поэтому многие элементы индикации и управления на них имеют прямые связи с оборудованием, которым они управляют. К таким щитам предъявляются особые требования по конструкции, информативности, сложности и надежности.
Разновидностью щитов управления являются производимые компанией ПОИСК встраиваемые мозаичные пульты и панели управления и индикации . Такие панели, обычно, имеют небольшой размер (не более 2 кв.м) и предназначены для встраивания в пульты или столы оператора/диспетчера.
Технология ПОИСК-ЩИТ позволяет создавать диспетчерские щиты в диапазоне от очень простых пассивных (не имеющих светодиодной индикации и системы управления) настенных щитов размером менее 1 кв.м, до больших сложнейших активных щитов (комплексов визуализации мнемосхем) площадью 100 и более кв.м, с большим перечнем опций, оснащенных видеопанелями или встроенными видеостенами, предельно насыщенных электронными мнемосимволами и индикаторами, а также позволяет создавать видеощиты (видеостены).
Компания ПОИСК всегда ориентирована на выполнение полного цикла работ , охватывающего все этапы, - от технических консультаций и проектирования, до монтажа и пусконаладки с обучением. Вместе с тем, для удешевления, возможен заказ любого набора комплектующих для самостоятельной сборки щита или видеостены, а также любого объема работ из состава полного цикла.
При производстве видеощита (видеостены) компания ПОИСК, в отличие от конкурентов, предлагает заказчику весь комплекс услуг, необходимый для полноценной эксплуатации изделия (это достаточно редкое сочетание, позволяющее сразу приступить к работе с видеощитом):
- профессиональный подбор, производство и поставку комплекта оборудования видеощита (аппаратная часть), его сборку и пусконаладку (включая обучение персонала),
- поставку специализированного диспетчерского ПО ZNZ собственной разработки (программная часть),
- информационное наполнение программной части - создание электронной мнемосхемы (или комплексного многослойного проекта) сети заказчика в диспетчерском ПО ZNZ, а также ее конфигурирование и выполнение необходимых начальных настроек.
Компания ПОИСК работает на рынке электроэнергетики с 1993 года и имеет уникальный опыт проектирования более чем 400 мнемосхем различных типов для всех видов электросетей, а также прочих мнемосхем. Предлагаемый компанией цикл работ включает в себя многоэтапное последовательное согласование электронной мнемосхемы с заказчиком во время выполнения работ, что исключает возможность получения негативного результата на этапе их приемки.
На всем протяжении жизненного цикла диспетчерских щитов и видеощитов (видеостен) производства компании ПОИСК их сопровождает диспетчерское ПО ZNZ – разработка компании ПОИСК.
Компания ПОИСК имеет необходимый парк современного технологического оборудования , а также собственные производственные мощности , обеспечивающие технологии ПОИСК-ЩИТ гибкость, адаптивность и многофункциональность, а также позволяющие разрабатывать и изготавливать оригинальные конструктивные элементы, в т.ч. соответствующие индивидуальным пожеланиям заказчика.
Достаточно взглянуть на фотографии наших щитов/видеостен, чтобы убедиться, насколько они разнообразны. Используя различные приемы технологии ПОИСК-ЩИТ, мы придаем индивидуальный облик каждому изделию, но вместе с тем во всех них прослеживаются черты фирменного стиля. Увидев наш щит или видеощит, вы всегда узнаете в нем продукт компании ПОИСК - четкий, выразительный, яркий, контрастный рисунок мнемосхемы, высокая информационная насыщенность, легкий элегантный каркас, продуманная, полностью законченная и адаптированная к конкретному помещению конструкция, современные отделочные материалы…
Технология ПОИСК-ЩИТ обеспечивает высочайшее сочетание цены, качества и функциональности производимых компанией ПОИСК диспетчерских щитов и видеостен, что подтверждается количеством выполненных нами заказов.
Настоящий руководящий материал заменяет руководящий материал РМ 4-65-68 «Чертежи мнемонических схем на щитах и пультах управления. Указания по оформлению». В нем излагаются основные правила выполнения чертежей мнемосхем систем контроля и управления. В материале не рассматривается задача определения целесообразности применения мнемосхем, выявления необходимого вида мнемосхемы и другие задачи, решаемые проектировщиками при разработке функциональных схем систем контроля и управления.
Поскольку выполнение мнемосхем относится к одной из задач художественного конструирования, при решении которых необходим учет специфических требований технической эстетики и инженерной психологии, этот материал нельзя рассматривать как документ, жестко регламентирующий конструирование мнемосхем. Он является пособием для проектирования и его рекомендации необходимо учитывать совместно с другими требованиями, имеющими место при проектировании каждой конкретной системы контроля и управления.
1. ВВЕДЕНИЕ
В режиме неавтоматического управления объектом оператор следит за отклонениями параметров от заданных значений. Эти отклонения можно рассматривать как выходные величины, изменяющиеся вследствие изменения входных возмущающих воздействий. Воздействуя на причину отклонения, если это возможно, или на другую входную величину, изменение которой может компенсировать причину отклонения (возмущающее воздействие), оператор управляет объектом.
Из вышеизложенного следует, что оператору в процессе управления необходимо выявлять причинно-следственные взаимосвязи для выбора тех органов управления, которые позволят наиболее успешно ликвидировать нежелательные отклонения. Поскольку аналогичные отклонения одного и того же параметра могут вызываться разными причинами - возмущениями, воздействующими по разным каналам - входам, то выявление необходимых органов управления является сложной задачей. Одним из способов помощи оператору в выявлении необходимых ему причинно-следственных взаимосвязей является применение мнемонических схем.
Мнемосхемы являются графическими изображениями управляемых технологических объектов и, как правило, должны конструироваться с учетом требований технической эстетики и инженерной психологии. По этой причине в особо ответственных случаях, например, при проектировании мнемосхем для типовых объектов, в их разработке должны принимать участие специалисты по художественному конструированию (дизайнеры). С основами художественного конструирования и эргономики можно ознакомиться по следующей литературе:
1. Иоганек Т. и др. Техническая эстетика и культура изделий. М., 1969;
2. Сомов Ю.С. Композиция в технике. М., 1972;
3. Сидоров О.А. Физиологические факторы человека, определяющие компоновку поста управления машиной. М.,1962.
Приложенный к данному материалу пример мнемосхемы предназначен только для демонстраций применения рекомендаций данного материала при разработке мнемосхем. Типы и модификации комплектующих изделий, примененных в примере, не следует рассматривать как рекомендуемые. Их использование в примере не означает, что именно этим изделиям следует отдавать предпочтение при конструировании мнемосхем.
2. РОЛЬ МНЕМОСХЕМЫ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ
Логика, лежащая в основе мероприятий, применяемых оператором для ликвидации анормальных отклонений хода технологического процесса, во многом аналогична логике работы мастера, ремонтирующего сложные электрические и другие промышленные аппараты и системы. Знание и понимание технологической схемы управляемого (или ремонтируемого) объекта является необходимой предпосылкой успешной работы как оператора, так и ремонтника. Именно по этой причине для объектов со сложной, труднозапоминаемой или оперативно изменяемой технологической схемой иногда бывает целесообразно размещать на щите (или пульте) управления условное упрощенное графическое изображение управляемого технологического объекта, то-есть применять мнемосхему.
3. НЕКОТОРЫЕ ПРАВИЛА КОНСТРУИРОВАНИЯ МНЕМОСХЕМ
О необходимости учета требований технической эстетики и инженерной психологии при разработке мнемосхем указывалось во введении данного материала. Из вышеизложенного следует, что, по крайней мере в сложных случаях, в создании мнемосхем должен участвовать специалист по художественному конструированию. В более простых случаях разработку мнемосхем достаточно выполнять, руководствуясь нижеследующими правилами, соблюдение которых, обычно, дает приемлемые результаты:
а) на мнемосхеме не должны показываться второстепенные элементы технологического процесса, отвлекающие внимание оператора и затрудняющие поиск нужных ему органов информации и управления;
б) мнемосхема должна давать оператору возможность быстрой общей оценки хода процесса. Поэтому на ней должны быть отражены все основные контуры управления, однако степень детализации не должна быть чрезмерной, затрудняющей оценку течения процесса;
в) изображение схемы процесса должно быть не только красивым, но и достаточно компактным, обозримым;
г) плотность размещения символов на поле мнемосхемы не должна быть чрезмерной. Она должна позволять вносить необходимые изменения в дальнейшем, если будет модифицирована технология производства (схема процесса);
д) направление основного технологического потока на мнемосхеме, как правило, должно приниматься в соответствии с общепринятым направлением письма и чтения: слева направо;
е) символы технологических аппаратов, относящиеся к одному и тому же производственному участку, должны изображаться на поле мнемосхемы вблизи друг друга общей группой. В пределах таких групп символы следует размещать приблизительно равномерно. Такие группы следует выделять обособлением их друг от друга;
ж) символы технологических аппаратов необходимо размещать на поле мнемосхемы таким образом, чтобы свести к минимуму число пересечений линий мнемосхемы;
з) линии технологических потоков между символами аппаратов следует проводить по кратчайшему пути, но соблюдая требования п. ж;
и) на линиях технологических потоков через удобные для оператора интервалы, как правило около аппаратов, следует размещать стрелки «направление потока»;
к) все линии технологических потоков, не оканчивающиеся символами, должны оканчиваться стрелкой «направление потока» и, если это необходимо, поясняющей надписью».
4. СИМВОЛЫ
Символы мнемосхем представляют собой упрощенные изображения технологических аппаратов и других устройств, показываемых на мнемосхеме. Символы технологических аппаратов, как правило, должны быть приблизительно подобны соответствующим аппаратам.
Соблюдение какого-либо одного для всей мнемосхемы масштабного соотношения между фактическими размерами технологических аппаратов и им соответствующих символов, как правило, нецелесообразно.
Размеры (величины) символов должны приниматься с учетом дистанции чтения мнемосхемы оператором. Символами больших размеров следует изображать более ответственные аппараты (если размеры поля мнемосхемы это позволяют), что также необходимо при размещении в символах органов контроля, сигнализации и управления.
Минимально допустимые размеры символов с точки зрения их различимости оператором с расстояния l , определяется следующей формулой:
где S - размер символа;
l - расстояние до символа по линии взора (в тех же единицах измерения, что и S );
a - угол зрения (угловой размер) в угловых минутах (").
Для символов несложной формы (внутри и снаружи контура символа имеются несложные детали) a = 21" ? 1" при нормальных условиях освещения.
Для символов сложной формы величину a следует принимать равной 35", для наименьших его деталей - ? = 6". Вышеприведенные цифры являются минимальными. Оптимальная величина символа, обеспечивающая наиболее быстрое считывание, соответствует? =40" Размеры символов применяемых при разработке чертежей мнемосхем, следует проверять на их различимость с заданной дистанции чтения по графику приложение 1, построенному по формуле (1).
Плотность символов на мнемосхеме, то есть расстояние между соседними символами в угловых величинах, должна быть не менее 40". Символы разных технологических линий должны разноситься на большие расстояния.
Накладные символы, как правило, следует изготавливать из листового дюралюминия толщиной 1 - 2 мм. По договоренности с заводом-изготовителем мнемосхем символы и линии могут быть выполнены и из других материалов, например из пластических масс.
Линии технологических потоков, а также импульсные и командные линии приборов и регуляторов, должны изображаться накладными полосами из дюралюминия. Ширину полос целесообразно принимать из ряда 4, 6, 8, 10 и 12 мм, причем линии технологических потоков должны быть не менее чем в два раза шире импульсных и командных линий. Линии тоньше (уже) 4 мм следует наносить краской (крашеные линии). По усмотрению проектировщика, некоторые символы могут приниматься по альбому «Символы элементов мнемосхем щитов и пультов управления» (обозначения 4.855.600 - 4.855.723), ГПИ ПМА, 1973.
Размеры шрифтов надписей на мнемосхемах должны приниматься с учетом расстояний, с которых будут читаться эти надписи. Принятый для надписи размер шрифта следует проверять на дальновидимость по приложению 2.
5. КРАСКИ И ЦВЕТА
Большое разнообразие технологических сред и их параметров затрудняет стандартизацию номенклатуры цветов и их оттенков для изображения технологических линий и аппаратов на мнемосхемах. Как правило, цвета технологических аппаратов и линий должны приблизительно совпадать с фактической окраской технологических агрегатов и трубопроводов по ГОСТ 14202-69 «Трубопроводы промышленных предприятий. Опознавательная окраска, предупреждающие знаки и маркировочные щитки».
Ограниченность номенклатуры цветов, предусмотренных этим стандартом, делает целесообразным применение предписываемых этим стандартам цветов, главным образом для изображения основных технологических сред.
Вспомогательные среды приходиться изображать с отступлением от предписаний этого стандарта, в соответствии с рекомендациями специалистов по эргономике и проектировщиков технологической части проектируемого объекта.
Как правило, трубопровод на схеме изображается двумя параллельными линиями (как продольное сечение трубопровода). Поскольку чертежи мнемосхем обычно не раскрашиваются, то, для изображения цветов на чертеже, каждому цвету, изображающему технологическую среду, присваивается число, обозначающее цвет (среду), которое должно указываться в разрывах осевых линий. Расстояние между соседними числами в линии должно быть не менее 50 мм, см. рис. 1a.
а) двухлинейное изображение, б) однолинейное изображение
Числа, обозначающие цвета, соответствующие технологическим средам, следует присваивать, начиная с главной, в порядке убывания важности ее для технологии автоматизируемого процесса.
Технологические линии мнемосхем шириной 4 мм и менее допускается изображать одной линией, см. рис. 1б.
Ввиду большого разнообразия цветов, применяемых в мнемосхемах, для их раскраски целесообразно использовать масляные художественные краски первой группы по СТУ 30-12186-61. Мнемосхемы, использующие цвета, предусмотренные номенклатурой красок в ГОСТ 6465-63 и ГОСТ 926-63, допустимо раскрашивать эмалями ПФ-115 и ПФ-133 и другими эмалями, пригодными для нанесения кистью.
6. ЧЕРТЕЖ МНЕМОСХЕМЫ
Как правило, чертеж мнемосхемы должен выполняться в виде отдельного чертежа в масштабе М1:2. Другие стандартные масштабы могут применяться лишь в обоснованных случаях.
Чертеж мнемосхемы должен содержать следующие сведения:
а) габаритные размеры мнемосхемы и место ее размещения на щите или пульте. Мнемосхемы должны размещаться в удобных для оператора зонах щита (пульта) управления. При наличии в мнемосхеме органов управления (ключей, кнопок), размещение мнемосхемы должно обеспечивать удобство пользования ими. В этом случае органы управления должны размещаться на мнемосхеме на высоте 550 - 1600 мм от уровня пола помещения управления;
б) масштабное изображение мнемосхемы, на котором закоординировано размещение основных символов технологических аппаратов. Координаты символов допускается не указывать, если об этом есть договоренность с заводом-изготовителем мнемосхемы.
При построении и размещении символов, содержащих встроенные в них сигнальные лампы, кнопки и т.п., необходимо учитывать конструктивные особенности встраиваемых изделий, возможность и удобство их монтажа и обслуживания;
в) цвета всех символов, линий технологических потоков, импульсных и командных линий приборов и регуляторов. Рекомендации см. раздел 5 данного материала;
г) типы, цвета и количество встраиваемых в символы ламп, кнопок и других изделий;
д) поясняющие надписи, стрелки «направление потока» и, если это необходимо, обозначения контролируемых точек измерения и параметров;
е) номера позиций аппаратуры мнемосхемы по заказной спецификации и ее обозначения по электрическим (пневматическим) схемам;
ж) размеры символов и материал, из которого они изготавливаются;
з) указания о красках для раскрашивания символов и линий. См. раздел 5 данного материала;
и) номера чертежей типовых конструкций;
к) указания о креплении символов и линий мнемосхемы. Как правило, выбор способа крепления символов следует предоставлять заводу-изготовителю, о чем делается указание на поле чертежа по типу: «Крепление символов мнемосхемы производить по нормалям завода-изготовителя».
Основная надпись, перечень составных частей, перечень аппаратуры и таблица условных обозначений должны выполняться по формам руководящего материала РМ 4-59-70.
Пример оформления чертежа мнемосхемы приложен к настоящему руководящему материалу.
Приложение 1
Минимальные размеры символов и их деталей в зависимости от дистанции чтения (см. раздел 4)
Приложение 2
Размер шрифта надписей в зависимости от дистанций чтения
