中央控制室大屏幕显示系统设计

付 魏 钟 伟

四川七化建化工工程有限公司 成都 610000

中央控制室大屏幕显示系统设计

付 魏*钟 伟

四川七化建化工工程有限公司 成都 610000

主要叙述化工项目中央控制室大屏幕显示系统的设计。简单比较几种显示系统的优劣。结合某磷化工项目，讲述大屏幕显示系统的设计过程， 系统组成和配置，与控制室要求。

中央控制室 大屏幕显示系统 设计

随着化工企业自动化水平的提升，工艺流程精细化，仪表设备更趋于智能化，作为化工企业自动控制系统的核心，中央控制室面对大量的工厂数据，包括视频、图表等复杂信息的显示与处理上对控制系统的要求越来越高，大屏幕显示系统随之出现。随着信息技术的不断发展，大屏幕显示系统为工厂的指挥、调度、控制等提供了关键的信息支持，广泛应用在电力、电信、公共安全、消防应急指挥、交通和现代大型化工项目中。

1 大屏幕显示系统简介

大屏幕显示系统是由大屏幕拼接墙、多屏拼接控制器、信号切换系统、大屏控制软件及其它辅助软硬件组成。通过它可将多路视频监控信号、计算机显示信号和网络信号在大屏幕显示系统上综合的显示，从而实现对各个监控点动态直观实时监控，以便及时做出判断和处理，实现集中监控管理和辅助指挥调度的目的。

目前大屏幕拼接显示墙大致有以下四类主流产品。

(1)DLP拼接(DLP背投拼接系统)数字光学处理器(DLP, Digital Light Processor)。

DLP拼接屏幕具有良好的显示效果快速的响应时间和几乎无缝拼接的特点，在工业领域应用广泛。但存在价格较贵，结构复杂的缺点。

(2)PDP拼接(等离子拼接，Plasma Display Panel)。

PDP屏幕具有类似DLP的高画质和快速响应的特点，成本适中，但是由于等离子存在显示残留和小型化困难的技术缺陷，一般用于动态图像的较大面积的屏幕拼接。

(3)LCD拼接(液晶拼接，Liquid Crystal Display)。

LCD屏幕具有分辨率高、价格低廉、能耗低、画质适中、易保养维护的特点。但存在亮度较低和响应时间较长，及单屏大型化成本高，拼接缝较大的缺点，一般用于较小面积屏幕拼接或者较低要求的场所。

(4)LED拼接(发光二级管屏幕拼接，Light Emitting Diode)。

LED屏幕分辨率低，彩色LED显示屏幕体积大，耗能高，甚至需要设置空调系统。但是对环境适应性好，对比度、亮度高，单色或大面积屏幕成本相对较低，非常适用大型户外电子广告。

2 大屏幕显示系统设计

大屏幕显示系统设计时，需结合企业生产需要和成本，考虑满足用户的功能需求，还应满足相关的规范和标准，选用技术先进，易用，有高可靠性和兼容性，可扩展性的系统。

结合本项目情况，业主对显示效果要求较高，显示系统位置处于中央控制室内，主要功能是作为生产调度和应急指挥的显示系统，要求显示面积较大，响应迅速，对拼接缝容忍度较小。综合业主意见和项目投资情况，选择DLP大屏幕显示系统。

2.1 大屏幕显示系统的功能要求

大屏幕显示系统能实现高清晰度、高亮度、多画面、多功能的显示，用于显示视频、会议录像、高清播放器播放以及多媒体等。系统能实现每个DLP投影单元清晰独立地显示一路视频，或一路RGB图像，或一路网络图像。

(1)整个投影屏幕应具有较高分辨率、可调亮度和对比度范围宽，色彩还原真实，图像失真小，亮度均匀，显示清晰，单屏周边无眩光。

(2)大屏幕系统需采用外置多屏图像拼接处理器，整体画面效果好，显示单元之间均匀性好，画面显示速度快，同步性高，画面经过外置多屏处理器后，画面锐利清晰。画面可整屏显示，也可以分屏显示，画面能够自由缩放、移动、漫游，不受物理拼缝的限制，屏与屏之间拼缝不影响汉字和图像的正确显示。

(3)具有智能色域调整功能，不仅能分别调整红、绿、蓝三原色的色度和亮度，也能对青、紫、黄、白进行单独调整，从而使整个显示(各屏的显示)色彩达到真正的一致。

(4)大屏幕投影系统软硬件连接简单，不管现有的软件和网络硬件有何改变，大屏幕显示系统均可正常使用，确保整个系统的通用性及可任意扩展。

(5)大屏幕系统可被控制电脑或者中控系统进行整体控制，也可以对单屏幕控制。

(6)系统具有一定的扩展能力，在不对系统进行大规模调整的情况下，可以通过简单扩容方式增加输入信号的模式、数量。

(7)显示系统的各种功能操作支持计算机和中控两种方式。

(8)投影机系统的投影单元及控制系统均采用模块化、标准化、一体化，安装调试简单，易于维护保养。

2.2 大屏幕显示系统的硬件构成

该系统由大屏幕显示墙、画面拼接器、图像控制处理器、控制软件、机柜及其它相关辅助设备组成。

2.2.1 显示拼接单元

DLP显示拼接单元具有分辨率高、无辐射、单元显示面积大、画面稳定无闪烁、色彩还原性好，低能耗和环保等特点。DLP显示拼接单元由投影单元和屏幕两部分组成。

投影单元采用反射式的背投一体箱，首先须有防尘降温设计。选择箱体的防尘等级需达到IP5X或以上水平，投影机芯须达到IP6X或以上防尘等级。

显示拼接单元的排列方式布置，根据控制室的大小和功能选择组合方式，常用组合方式：2×3、2×4、3×3、3×4。

提问是新闻采访沟通的主要途径，记者通过对采访对象提问，让采访对象回答记者希望得到的信息。合理地设置问题，不仅能够让双方沟通得更加高效，还能够增加采访对象向外传达信息的效果，有效提高采访对象对电视台、记者的好感。[2]但是，一些记者在提问时，会专门提一些具有引导性的问题，并没有抓住事件的重点，使得提问和回答的信息传播效率很低，不利于采访的顺利进行，导致采访失败。

本项目中央控制室较大，选择3×4 矩阵拼接。

67寸的DLP单屏尺寸：1360mm(长)×1020mm(高)×915mm(厚)。

投影单元采用LED(节能光源，亮度高，寿命长)，工作寿命不小于60000小时，无需维护。

由于投影接缝是影响大屏幕显示系统的关键性能指标，在通常情况下DLP的投影单元屏幕之间的物理拼缝 <0.2 mm，单元之间的光学拼缝<1mm，以保证显示画面的完整性。

2.2.2 图像控制处理器

大屏幕系统的图像拼接处理器应可接受各种图像信号源输入，包含视频信号、VGA信号、DVI/HDMI信号及网络IP信号。该处理器应能直接驱动显示单元，并经分割放大后实时无失真的在大屏幕上显示。可以接收多种不同格式的信号源。该处理器处理过程应完全硬件化，不需要电脑和启动软件等操作，处理后显示的画面应无抖动、无延时、无拖尾现象、保证画面自然流畅、清晰、细腻。支持显示4K×2K的超高清信号，1080P高清信号，包含高清电视、视频监控信号和计算机图像信号。

本项目选择的图像控制处理单元型号为TMC41-i，复合视频信号输入：16路，数字信号输入：16路，VGA/DVI-I输出：12路。其功能特点如下：

图像控制器为专用大屏幕图像拼接控制器，具备全硬件系统，高速并行处理结构。具有高可靠性和高维护性的特点，电源采用1+1冗余电源，风扇采用冗余风扇，硬盘1+1冗余备份。并且所有电源模块、风扇和硬盘，图形卡、信号处理板卡均可以支持在不停机的状态下进行带电热插拔维护工作。更换后，无需任何设置就可以回复到原来正常的工作状态。

图像控制器采用纯硬件构架，系统采用模块化设计，方便扩展。模块数目随输入输出信号的多少而增减，整个系统封闭式运行，能够满足几乎各种监控、演示的需要，为集中控制多种信号源显示的系统提供完善的解决方案。

2.2.3 控制PC

控制PC(或服务器)选择要求为主流配置，以满足业主的使用要求为主。本项目选型：DELL强四核处理器E5-2609系列。

2.2.4 系统软件-

该系统应有控制专用软件，安装在控制PC上，操作简单快捷。其功能：远程操作、显示模式管理、信号源管理。

2.3 系统结构设计

根据上述对各个组件的选型，设备清单见表1。

表1 大屏幕显示系统的主要设备

根据系统结构含大屏幕显示系统的DCS系统配置见图1。

图中大屏幕显示系统位于CCR。现场PLC链接到DCS控制系统的上位机。数个DCS系统和PLC系统组成网络，通过TCP/IP协议传输到大屏幕显示系统。

2.4 相关系统接入功能

(1)该系统接入CCTV工业电视系统能实现对生产车间进行7×24小时的实时监控，并且能提供给CCR集中的视频监控画面。

(2)该系统接入火灾监控系统能对重点区域安全进行监控，对危险的设备，易燃易爆的生产环节进行报警信号监控和重点视频监控辅助确保安全。

图1 DCS系统配置

(3) 接入门禁系统后，能对进出厂区、办公楼、库房的所有场所进行视频监控，并辅以联动报警和录像。

(4) 接应急通讯广播系统后能由CCR对厂区周围环境监控和应急广播并能联动报警。

3 辅助工程设计

3.1 系统接地

根据《仪表系统接地设计规定》HG/T 20513-2014的有关规定，对大屏幕显示系统做安全接地处理，以保证设备和作业人员的安全。

3.2 系统供电

系统作为应急指挥系统和日常监控系统的重要核心部件，应设置在线式UPS，应至少保证30分钟的使用，大屏幕显示系统和CCR的其他控制设备采用独立电源供电回路。

4 结 语

中央控制室大屏幕显示系统在化工自动控制方面应用日渐广泛，也逐渐开始整合工业电视、火灾监控、应急指挥等系统的功能，已成为工业自动化系统的核心部件。大屏幕显示系统技术飞速发展进步，在设计及选型时要根据实际情况，充分考虑系统的先进性、稳定性和适用性，以保证自动化管理水平和提高生产效率。

1 陆德明，张振基，黄步余.石油化工自动控制手册(3版)[M].北京：化学工业出版社，2000：894-901.

2 GB 50115-2009,工业电视系统工程设计规范[S].

3 HG/T 20508-2014,控制室设计规定[S].

4 HG/T 20509-2014,仪表供电设计规定[S].

5 HG/T 20513-2014,仪表系统接地设计规定[S].

6 HG/T 20505-2014,过程检测与控制仪表的功能标志及图形符号[S].

2016-06-17)

*付 魏：工程师。2010年毕业于重庆理工大学自动化专业。从事自控设计工作。联系电话：18108292312， E-mail: fuwei@cc-7eng.com。