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高桥电站模拟图版加数字背投设计应用实践

点击数:93日期:2019-09-20

数字投影屏加常规静态模拟板一体化的系统结构方案, 目前在国内包括云南省内的一些电力调度中心已经开始有所运用, 其应用领域随着数字化时代的来临越来越广泛。采用数字背投屏加静态模拟板的方案, 使系统摒弃了传统模拟板显示内容的单一化, 充分发挥大屏幕动态显示的优势, 能显示各种计算机( 工作站) 、网络信号及各种视频信号, 画面能任意漫游、开窗、放大缩小和迭加, 促进设备的充分利用, 再配合静态模拟板, 直观地提供常规的视觉信息。现结合该系统在高桥电站的设计应用, 对数字背投屏技术作一介绍。

由于电力系统工作的特殊性, 电站数字背投系统须全年每天运行, 因此, 采用的大屏幕系统数字投影系统, 必须具有高可靠性、高稳定性, 以满足全年 365 d 的每天不小于 8 h 的连续工作, 为运行人员提供综合实用的电站监控信息的要求。在此环境下, 要实现良好的实时图像和数据的显示, 选择的设备按组建新型实用的多媒体大屏幕投影屏与模拟板一体化显示系统进行配置, 采用国际先进的投影屏系统技术, 同时将此技术与计算机自动化系统、网络系统、信息管理系统、视频系统、模拟板系统等有机的集成为一个高度自动化、高性能的监控调度系统。由高亮度、高分辨率和高清晰度的多功能投影屏显示系统提供高质量的、以各种高分辨率图形为背景的图形显示, 实现对各种实时信息进行实时监控, 并对各种警报、紧急信号和紧急情况做出及时的分析和反应。不仅实现了实时数据信息、调度信息、厂房内部电视监控信息、远程可视会议信息、电子地图信息等通过投影屏图像处理系统方便灵活的在大型投影屏上显示, 而且还可对各点实时监控视频信号和信息管理系统等计算机网络资源进行科学的监控、管理和演示。

配置规模为: 背投屏单屏 70 英寸( 178 cm) , 采用多晶硅微阵列技术的一体化投影机。静态屏采用单列0. 8 m @ 3 m 镶嵌屏, 共 7 列组屏, 整屏宽 @ 高为 518 m @ 3 m, 并配置一定数量的 YX 状态显示灯和遥测数码显示器, 显示必要的 YX、YC 信息。由于模拟板运用很多, 本文对高桥电站使用的模拟板部分不再叙述。

2  数字背投屏系统的特点

2.1 投影机及其技术

目前在国际投影机市场上有多种投影机, 继 CRT、LCD 投影技术后, 数字微反射镜片( Digital M-i cromirror Device 即 DMD) 成为第三代投影技术 DLP (Digital Light Processing 数字光学处理) 的代表。现就目前市场上流行的两种投影机 LCD、DLP 进行技术性能方面的介绍。

2.1.1   LCD 投影机的原理

LCD市场上有液晶光阀投影机和液晶板投影机两种。

液晶光阀投影机采用 CRT 管和液晶光阀作为成像器件, 是 CRT 投影机与液晶与光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾, 它采用外光源, 也叫被动式投影方式。一般的光阀主要由三部分组成: 光电转换器, 镜子, 光调制器, 它是一种可控开关。通过 CRT 输出光信号照射到光电转换器上, 将光信号转换为持续变化的电信号; 外光源产生一束强光, 投射到光阀上, 由内部的镜子反射, 经过光调制器, 改变其光学特性, 紧随光阀的偏振滤光片, 将滤去其它方向的光, 而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过, 这个光与 CRT 信号相复合后投射到屏幕上。它是目前为止亮度、分辨率最高的投影机, 亮度可达 6000ANSI 流明, 分辨率为 2500@ 2000, 适用于环境光较强、观众较多的场合, 如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所, 但其体积相对较大, 光阀不易维修。

液晶板投影机, 它的成像器件是液晶板, 也是一种被动式的投影方式。它利用外光源金属卤素灯或 UHP( 冷光源) , 若是三块 LCD 板设计的则把强光通过分光镜形成 RGB 三束光, 分别透射过 RGB 三色液晶板; 信号源经过模数转换, 调制加到液晶板上, 控制液晶单元的开启、闭合, 从而控制光路的通断, 再经镜子合光, 出光学镜头放大, 显示在大屏幕上。目前市场上常见的液晶投影机比较流行单片设计( LCD 单板, 光线不用分离) , 这种投影机体积小, 重量轻, 操作、携带极其方便, 价格也比较低廉, 但其光源寿命短, 色彩不很均匀, 分辨率较低, 最高分辨率为 1 024@ 768, 多用于临时演示或小型会议。这种投影机虽然也实现了数字化调制信号, 但液晶本身的物理特性, 决定了它的响应速度慢, 随着时间的推移, 性能将有所下降, 因而对于工业运用, 特别是满足电力系统的长时间运用不是太适合。

2.1.2 DLP 投影机的原理

数字微反射镜片( Digital Micromirror Device, 即 DMD) 属于第三代投影技术 DLP( Digital Light Process- ing 数字光学处理) 。DLP 成像方式的核心是 DMD, 其工作原理为: 用电信号控制位于硅片上的 14 Lm @ 14 Lm 大小的微型金属镜片的反射方向, 经过透镜投射到屏幕上形成图像。一块镜片对应一个像素, 从而可在屏幕上得到清晰的图像。这种成像技术不会像液晶板方式那样因偏振光而造成的光损失, 因而可以提供高亮度、高清晰度的画面显示。 DLP 投影机在技术上有两个关键优势, 首先是数字优势。数字技术的采用, 使图像灰度等级达 256~ 1 024 级, 色彩达 256 3~ 1 024 3种, 图像噪声消失, 画面质量稳定, 精确的数字图像可不断再现, 而且历久弥新; 其次是反射优势。反射式 DMD 器件的应用, 使成像器件的总光效率达 60% 以上, 对比度和亮度的均匀性都比较出色。DLP 与基于液晶的显示技术相比, 因为它是以 DMD 反射为基础, 不需要偏振光, 因此更有效, 使用寿命长; 封闭间隔的微反射镜使视频图像投影成具有更高可见分辨率的无缝隙图像。根据所用 DMD 的片数, DLP 投影机可分为: 单片机、两片机、三片机。DLP 投影机清晰度高、画面均匀, 色彩艳丽, 三片机亮度可达 1000 流明以上, 它抛弃了传统意义上的会聚, 可随意变焦, 调整十分便利; 只是分辨率不高, 不经压缩分辨率为 800@ 600 ( 有些机型的最新产品的分辨率已可达 1 280 @ 1 024) 。但由于是新技术, 维修的难度及费用较高。

2. 2 投影机屏幕

作为投影系统的显示部分, 投影机屏幕也是该系统能满足用户需要的重要组成部分。投影机屏幕一般都由菲涅尔透镜部分和屏幕部分组成( 如图 1) 。目前市场上流行的有玻璃屏幕或聚酯屏幕, 两者屏幕增益大于 1. 5 db; 水平视角大于或等于 160b, 垂直视角大于或等于 80b: 所谓的玻璃屏幕和聚酯屏幕的区别在于菲涅尔透镜部分外面的屏幕基材的选择上。目前用于制作屏幕的基材主要由有机材料( 如 PMMA) 和玻璃材料构成。聚酯屏幕是有机材料属于有机高分子聚合物( 聚丙烯酸甲酯) , 可以被加工出精细特殊的几何形状, 产生独特的光学效果, 因此可以实现较高的亮度增益, 重量很轻, 适合用于环境温度、湿度比较好的环境中; 玻璃屏幕比较硬, 平整度很好, 不易变形, 但重量很重, 而且有些玻璃屏幕有一定的反光。

不同的屏幕, 也是影响投影机的亮度指标的因素之一。由于各生产厂家使用的亮度指标各不相同, 目前标识亮度的单位有/ 光密度0( 或屏前亮度) 用 cd/ m 2表示; 有用ANSI 流明或 ftL(Foot- Lamberts) 来表示, 一般建议使用 ANSI 流明作为亮度指标考虑。

2. 3 显示控制系统

显示控制系统是整个背投系统的核心和关键, 该系统应有较高的性能, 友善的人机界面, 并方便今后的扩展。

所有显示图像要求达到分辨率倍增的效果, 即所有显示图像的逻辑分辨率可以与投影机实际物理分辨率相同; 有远程多鼠标操作功能, 多个调度员可以用本地机的鼠标或键盘同时远程操作大屏幕, 每个操作人员在大屏幕上打开或关闭应用窗口, 进行系统应用的操作控制。大屏幕系统应具备至少 2 路视频显示功能, 可以将用户的视频信号以开窗口的方式显示在大屏幕上, 该窗口也具备缩放功能, 或整屏显示 1 路视频信号的图像。汉字: 应用系统汉字的大小、颜色等 都能 按原 方式 正常 显示 ( 支持 GB2312及 GBK) 。提供今后应用系统的接口, 与开放式 的、支持 TCP/ IP 协 议、符 合 X - Windows、 X11R5/R6 或Windows NT 标准的系统均可连接。系统扩展能力: 系统具有二次开发功能, 能根据业主的具体要求, 生成和显示调度人员特殊要求的专用图, 提供图文互差的方式来查询现有的数据库, 并以直观的图形或表格形式, 在大屏幕上显示实时应用数据等。

3 结 语

通过高桥电站数字背投系统的应用, 以及考察部分调度中心的成功案例, 数字背投在电站中的应用不仅能满足工业条件下的运用, 而且能够及时为本站运行人员提供整个梯级电站的信息, 将为高桥电站确立梯调中心提供了信息保障。数字背投屏在高桥电站的运用可以为流域调度、地方调度、中心调度提供借鉴, 笔者脱稿时该背投系统已经随电站度过72 h 试运行, 达到了设计要求的性能指标。


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