Лекция 8. Информационные подсистемы АСУ

8.1. Способы представления информации оператору

Информационные подсистемы АСУ ТП раз­рабатывают с учетом противоречивых требований. С одной сторо­ны, необходимо охватить измерениями 2000 и более парамет­ров, с другой — согласовать интенсивности потоков сигналов, по­ступающих от объектов управления и вышестоящих подсистем АСУ, с реальной производительностью оператора по их переработ­ке.

Виды информационных сигналов. Процесс восприятия (прие­ма) информации опытным оператором характеризуют двумя ос­новными свойствами: осмысленностью (отнесение сигнала к опре­деленной категории) и избирательностью, понимаемой как преи­мущественное выделение одних признаков по сравнению с други­ми. Наиболее четко оператор воспринимает зрительные и слу­ховые раздражители, а также тактильные (прикосновение к ис­точнику информации кончиками пальцев).

Технические средства передачи и отображения информации ча­ще всего рассчитаны на визуальный прием и реже на слух. Свет имеет преимущество в приеме дискретных сигналов, звук — в приеме непрерывных. Время реакции человека на звук меньше, чем на свет, но менее всего при тактильном раздражении (130 мс).

Слуховую и зрительную информацию человек воспринимает, находясь на расстоянии от источника. По тактильному каналу сиг­налы передаются только непосредственным прикосновением чело­века к их источнику. В связи с этим тактильный способ приема информации уступает зрительному и слуховому. Его используют сравнительно редко, например, при работе с клавишными аппара­тами. Для этого на клавишах укрепляют простые геометрические фигуры (квадрат, круг, треугольник и др.), что позволяет суще­ственно повысить скорость и точность действий оператора, в осо­бенности в системах управления и контроля по вызову.

Световые и звуковые сигналы Y в системах отображения информации должны укладываться в диапазон чувствительности, представляющий собой разность верхнего и нижнего порогов:

Значение верхнего порога чувствительности связано со значе­ниями сигналов, вызывающими у человека болевые ощущения (ослепляющий свет, оглушающий звук), нижнего — с невоспри­имчивостью сигналов.

Диапазон чувствительности светового сигнала весьма широк и составляет:

Оптимальное значение видимого сигнала находится в диапазоне чувствительности в пределах 10—10³ кд/м² .

Видимость сигналов (предметов) определяют также их конт­растом по отношению к фону. Наблюдение сигналов при прямом контрасте, когда предмет (сигнал) темнее фона, предпочтительнее для оператора по сравнению с обратным контрастом (предмет ярче фона).

Диапазон чувствительности акустического сигнала по частоте находится в пределах 16—20 кГц. Звуки, различные по интенсив­ности (амплитуде), воспринимаются человеком, как равные по громкости (шуму), если их частоты также различны. Например, звуковой сигнал с интенсивностью 80 дБ и частотой 50 Гц оцени­вают равным по громкости с сигналом, имеющим амплитуду 60 дБ и частоту 1000 Гц.

Зрительная индикация. Существуют три вида зрительной ин­дикации: стрелочная, знаковая и графическая.

Наиболее общие требования, предъявляемые к стрелочным ин­дикаторам, следующие:

достаточная площадь циферблата (диаметром не менее 50—80 мм и 120—130 мм для параметров, требующих высокой точности отсчетов);

клиновидная форма стрелки;

угловой размер цифр 30—60⁰ ;

оптимальная толщина оцифрованных штрихов шкалы 0,8—1,5 мм (оцифрован­ные штрихи должны быть толще остальных в 2—4 раза).

Стрелочная индикация отличается простотой и широким рас­пространением. Однако возможность передачи информации толь­ко об одном параметре и ее недостаточная наглядность часто вы­нуждают использовать другие средства.

Знаковая индикация широко используется как самостоятельный вид информации (цифры, буквы, простые геометрические фигу­ры). Кроме того, оптимальное начертание знаков играет важную роль при разработке конструкций многих видов зрительных инди­каторов (стрелочных приборов, счетчиков и др.).

Видимость знаков зависит от яркости свечения на фоне внешней освещенности и размеров. Порог опознания цифр при неограни­ченной выдержке времени находится в пределах 9—15'. При ог­раниченной экспозиции (до 0,05 с) размер контура цифр должен быть увеличен до 60', букв — до 40—50'. Слияние мелькающих цифр или букв в одно изображение наступает при частоте 14 Гц.

Графическая индикация применяется:

в системах оперативного управления для выявления тенденций в отклонениях медленно меняющихся параметров;

в системах диагностики для анализа аварийных ситуаций;

в информационных системах при расчете ТЭП в зависимости от решаемых задач отчетности и при определении динамических характеристик ТОУ.

Скорость движения ленты в системах графической индикации параметров обычно устанавливают в пределах 60—1200 мм/ч.

Кодирование. Под кодированием понимают преобразование зри­тельной информации в сигнал, удобный для передачи информации по выбранному каналу связи. При передаче визуальных сигналов под кодированием понимают способ представления информации оператору с помощью условных символов. Наиболее распростра­ненными служат следующие символы: цифры, буквы, геометричес­кие фигуры и цветовые составляющие спектра белого света (крас­ный, желтый, зеленый, синий).

Выбор кода зависит от вида решаемых задач по управлению и контролю. Например, в задачах опознания объектов наибольшей эффективностью с точки зрения скорости обнаружения обладают категории цвета. В задачах по управлению, связанных с запоми­нанием информации, наибольшей эффективностью обладают циф­ровой и буквенный коды, облегчающие образование оперативных единиц памяти. При выборе кода необходимо учитывать привыч­ные ассоциации человека-оператора. Так, размеры символов кода и его яркость ассоциируются с важностью объекта (параметра): красный цвет — с опасностью; желтый — с предупреждением; зе­леный — со спокойной обстановкой.

Кроме того, на эффект кодирования существенно влияют ком­поновки и размеры кодовых знаков. Они должны быть хорошо раз­личимы.

Акустическая индикация звуковых и речевых сигналов. Зву­ковые сигналы применяют в следующих случаях:

поступающая информация требует немедленной реакции;

появление новой зрительной информации уже ограничено ввиду перегрузки оператора существующей, а условия его работы, например, необходимость посто­янного перемещения в зоне трудовой деятельности, не позволяют осуществлять не­прерывный визуальный контроль;

необходимость предупреждения о поступлении последующего более важного сигнала или о предстоящей речевой связи.

Звуковые сигналы предпочтительнее речевых в случае исклю­чительной простоты передаваемой информации или же когда опе­ратор специально обучен понимать смысл простых закодирован­ных сигналов, например, чередованием длинных и коротких зву­чаний.

Источниками звуковых сигналов могут быть: гудок, колокол, генератор звуковых колебаний различной тональности. Для при­влечения внимания оператора используют прерывистые звуковые сигналы или непрерывные звуковые сигналы с модулированной частотой (биением).

Речевые сигналы применяются для передачи сложных сообще­нии или в случае двустороннего обмена оперативной информаци­ей. Они совершенно необходимы в двух случаях: сообщение отно­сится к будущему времени и требует подготовительных операций или же необычайно важно и реакция на него требует повышенного умственного и психического напряжения.

В связи с большой загруженностью операторов современных технологий визуальной информацией в последние годы предпри­нимают попытки разгрузить зрительный канал за счет слухового. Для этого используют следующие положительные стороны рече­вой информации:

текст речевых команд или сообщений обдумывается заранее, словесный состав информации может быть подобран в соответствии с имеющимися эксплуатацион­ными инструкциями;

голос, которым передается речевая информация в звукозаписи, лишен эмоцио­нальных оттенков, неизбежно связанных с тем или иным психическим состоянием лица, принимающего решение и передающего словесную информацию;

текст сообщения может быть многократно повторен, громкость звучания и то­нальность сообщения можно регулировать в зависимости от имеющихся звуковых помех и особенностей восприятия акустической информации каждым оператором.

Положительная сторона речевой системы состоит в значитель­ном сокращении загрузки визуального канала восприятия инфор­мации, недостаток — в возможности использования лишь в ба­зовом режиме работы энергетического оборудования из-за ограни­ченности единовременного потока речевой информации и в силу этого необходимости дублирования речевых сигналов визуальны­ми в переменных или пусковых режимах.

8.2. Теплотехнический контроль и сигнализация

Теплотехнический контроль. Большая часть информации для оперативного персонала поступает от систем теплотехниче­ского контроля. Теплотехническим контролем называют процесс измерения теплотехнических величин (температуры, давления, расхода пара, воды и т. п.) с помощью совокупности средств, осу­ществляющих эти измерения.

Большинство теплотехнических измерений выполняют с по­мощью измерительных систем дистанционного действия, состоя­щих из первичных измерительных преобразователей (датчиков), вторичных показывающих или самопишущих приборов и элект­рических или трубных линий связи между ними.

Современные системы теплотехнического контроля создают на основе использования унифицированных сигналов связи между первичными преобразователями и вторичными приборами. Физи­ческая сущность информационных унифицированных сигналов мо­жет быть различной: электрической, пневматической или гидрав­лической. Однако диапазон изменения их численных значений строго регламентируется. Так, для наиболее употребительных в теплоэнергетике электрических сигналов устанавливаются следую­щие пределы: 0—5 мА; 0—20 мА; 0—100 мА; 0—10 В постоянного электрического тока; для пневматического сигнала 0,2—1 кгс/см (0,02—0,1 МПа).

В то же время для целей оперативного контроля наиболее важ­ных величин продолжают применять независимый измерительный комплект, состоящий из отборного устройства, устанавливаемого на технологическом оборудовании, первичного бесшкального из­мерительного преобразователя (датчика), располагаемого вблизи или по месту измерения, вторичного прибора и соединительных линий между ними.

При выборе конкретного прибора или измерительного комплек­та и оценке его пригодности в информационных целях используют метрологические характеристики технических средств измерения. Основная из них — абсолютная погрешность средства измерения (измерительного комплекта) определяется разностью показаний средства измерения и действительного значения измеряемой ве­личины: