煤矿监控大屏系统设计方案.docx

1、煤矿监控大屏系统设计方案煤矿监控大屏系统设计方案 山西和顺良顺煤业有限公司工业视频及大屏幕拼接系统项目 设计方案 太原佳泰兴科技有限公司2011年03月17日前言煤矿标准化调度中心的建设工是一个集建筑装饰学、美学、暖通净化专业、计算机及计算机网络专业、弱电控制专业、消防专业等多专业的综合工程。在设计施工中应采用先进、成熟、实用的技术,采用的技术和设备应符合标准化,考虑扩展性和灵活性,以确保系统的安全、可靠和实用。对供配电方式、空气净化、散热、安全防范措施以及防静电、防雷、防火、防潮、诸多方面给予高度重视,以确保系统设备的正常运行工作。根据山西省煤炭工业厅（2010）333号文件,为了适应全省煤

2、炭工业发展的需要，提高煤矿安全生产水平，规范调度工作，完善调度工作制度，充分发挥调度工作在煤矿生产协调指挥和保障生产安全中的作用, 规定调度室必须是本单位独立的组织机构，实行24小时值班，在单位生产副总经理（副矿长）直接领导下开展工作。根据山西省煤炭工业厅煤炭企业调度中新质量标准化标准及检查评分办法规定要求 ，其中应建立如下硬件条件1.大屏幕LED显示牌以显示原煤产量、开掘进度、外运量、原煤库存量及采掘开队当月逐日、全年逐月完成情况、重点采煤队、重点工程、采区接续、生产准备情况、采面初放收尾和巷道贯通等内容。2.调度通信系统 a.调度台必须与上一级调度室总机、矿区专网、市话公网通过环路中继或数

3、字中继等方式联网，应具有汇接、转接、录音、放音、扩音、群呼、组呼、强插、强拆等功能.应配备传真机 b. 矿调度总机对矿长、生产矿长、总工程师、安监矿长办公室、井区（科、区）调度站、采掘工作面、井下中央变电所（采区变电所）、上下山绞车房、井下主要水泵房、井底车场、运输调度室、带式输送机集中控制硐室、井下主要硐室、地面变电站（所）、通风机房、瓦斯集中抽放站、主、副井绞车房、水泵房、医院值班（急诊）室及井口保健站、小车队及集团公司公司总调度室设置专线直通电话 集团公司调度总机对董事长、总经理、生产副总经理、总工程师、安全副总经理办公室、救护队、医院、小车队及各矿调度室设置专线直通电话.3.视频系统

4、1）视频会议系统矿、集团公司以及上级管理部门之间要建立视频会议系统并能正常使用2）工业电视系统应在采煤队胶带运输机头、井底车场、主副井上下井口、外运装车点等主要场所安装工业电视监视器，并将信号送往矿调度室显示。图像存储时间应不小于7天，图像信号应能上传至集团公司调度室显示 集团公司调度室工业电视图像信号应能被上一级调度室访问4.大屏幕显示系统配备总面积不小于4平方米的大屏拼接显示系统。显示生产过程动态监控信息及各种图表。应保证画面清晰5.调度室供电调度室必须实现双回路供电，配备容量不低于3KVA的专用备用电源，并且与调度总机、传真机、计算机、应急照明等相连接，保证上述用电设备在常规供电中断时仍

5、能正常使用8小时以上.本方案中A:大屏幕拼接显示系统采用当前先进的LCD拼接系统，具体要求根据333号文件及矿方的实际应用需求而设计3x3的显示幕墙。B:直通电话根据文件要求在调度室与重要部门之间必须设置直通电话，设计两套16门直通电话。C:机房配电（供电和稳压）及防雷接地等都是按333号文件关于调度室供电要求及而进行设计。D:视频会议系统根据文件要求应该具备，矿方应与集团公司配套的视频会议主会场设备配套分会场设备。E:关于工业电视视频监控系统根据文件要求，对煤矿井上、井下的重点区域进行布置监控一、监控大屏系统设计方案第一章、 概述目前在室内拼接大屏幕显示行业，主要有LCD、DLP、MPDP三

6、种显示技术，其中LCD、MPDP为平板显示技术，近几年发展速度惊人，其市场占有率也连年攀升，越来越多地运用于公安、电力、煤矿、化工等重要领域。下面为几种显示技术的比较：LCD拼接与DLP拼接对比：1、可视角度远远大于所有的DLP拼接屏幕。LCD的可视角度为178度，在任意角度观看，整屏亮度、色彩的均匀性远高于DLP。再加上其分辨率（1366X768）比DLP（一般为1024X768）要高，LCD拼接的图象显示效果远远优于DLP。2、墙体平整度远远高于DLP背投影拼接屏幕DLP背投影拼接一般有两种屏幕玻璃屏幕和树脂屏幕，玻璃屏幕平整度较好，但对使用环境要求很高，需要固定的温度和湿度控制，树脂屏幕

7、由于是软幕，基本没有平整度可言，有些产品通过增加一块光学玻璃来达到较好的平整度，但这是牺牲了屏幕的亮度和对比度作为代价的，而液晶是建立在极佳的平整度上设计的，因此拼接显示后可达到一致的平整度。3、 DLP拼接方式可以保证拼接缝隙较小，一般为2MM，但整机体积较大，较为笨重，安装不便，大屏幕液晶拼接墙的墙体美观，整体结构紧凑，整体拼接的屏体厚度仅为同尺寸的DLP拼接墙厚度的1/3，节省了大量的空间。4、连续稳定运行时间远远大于DLP拼接显示屏。5、一般DLP拼接显示墙的灯泡使用寿命为50008000小时，（这取决与屏幕工作环境是否良好），而作为液晶最新科技的DID屏幕，可保证连续运行50000小

8、时，工作时间将近DLP屏幕墙连续工作时间的10倍，同时DLP拼接显示屏的亮度随着灯泡的老化不断变化，由于每台机器灯泡的老化程度不一样，因此在亮度上很难保证整体屏幕的统一，而大屏幕液晶拼接单元老化极为缓慢，能够长时间保持亮度的统一。 LCD拼接与PDP拼接屏幕的对比1、等离子拼接方式具有亮度高、对比度高、体积小等优点，但长时间连续使用容易使屏幕灼伤，出现画面色彩失真等现象，因此长期以来，等离子技术主要应用在不需要频繁使用和连续运行的场合，而不适应于需要连续不间断工作的控制系统。2、由于显示方式有别于等离子拼接屏幕，大屏幕液晶拼接单元即使长时间显示固定画面也不会出现灼伤，时刻保持着鲜艳、准确的颜色

9、和丰富的画面表现力。3、在重量上同尺寸的大屏幕液晶拼接单元明显比等离子拼接单元轻便，安装也更加方便、快速。4、相对于同尺寸等离子拼接屏幕，大屏幕液晶拼接单元具有高分辨率、功耗低等优点。液晶显示器与CRT显示器区别应该说在液晶显示器诞生之初，传统的CRT显示在亮度、可视角度、对比度等方面都具有一定的优势，但随着液晶显示技术的发展，现在的液晶显示产品已经逐步超越了CRT显示器，液晶显示器主要的优势在与以下几个方面：1、液晶（LCD）显示器能够完全消除灼伤现象，即长时间静态、高亮画面对于CRT显示器荧光造成衰减，从而产生重影留像的现象，液晶显示器采用的液晶面板，其本身是不发光的，没有荧光物质和电子束

10、，因此无论是静止还是动态画面，对于液晶而言都是一样的状态，不会产生灼伤。2、液晶显示器完全不会闪烁，采用CRT那时起，由于帧率和隔行消隐的问题，当屏幕进行扫描时，都会造成闪烁，引起使用者眼睛的疲劳，液晶是被动发光的，其发光光源经过滤光片、反光板后相当柔和，液晶晶体角度的偏转，是以一个点为单位一帧一帧显示，因此，液晶本身不会产生任何的闪烁。3、液晶显示器无聚焦现象，CRT监视器由于采用电子束，由于RGB到达屏幕表面是水平和垂直角度的不同，可能会造成RGB的会聚误差，其中心与四角的聚焦效果是不同的，通常中心较为精准，四角略有偏差，但液晶由于是逐点显示，故不寻在聚焦不良的问题。4、液晶显示器无受磁现

11、象，不需要进行消除处理。5、液晶先后四起采用固定像素，不会产生任何失真现象。从上述比较可以看出LCD拼接显示更有优势，更具发展潜力，特别是运用于需要显示大量监控信息的场所。因此，基于指挥中心大屏幕显示系统的实际运用，我们建议从图象显示的完美性、系统使用的长期性、经济性、显示系统的整体美观角度考虑，采用LCD拼接显示系统。第二章、 系统方案设计2.1 LCD显示系统本套技术建议书中提供的大屏幕系统方案是根据客户需求而设计的。它将国际最卓越的LCD高清晰度数码显示技术、无缝拼接技术、多屏图像控制处理技术、多路信号切换技术、网络技术、集中控制技术等的应用综合为一体，形成一个拥有高亮度、高清晰度、高智

12、能化、操作方法先进的大屏幕显示系统。整套系统的硬件、软件设计上已充分考虑到系统的安全性、可靠性、经济适用性、可维护性和扩展性等，存储和处理能力远远满足远期扩展的要求。系统架构示意图：系统组成主要由以下几部分组成：1)46 寸LCD拼接单元 9套 2)图像处理器 1套 3)安装钢架 1套4)大屏幕控制软件 1套5)RGB分配器 1套根据客户实际使用需求，我们推荐一套3*5LCD拼接显示墙（横向3行，纵向5列），系统采用我公司的图象处理器完成图像处理控制功能。规格如下：拼接屏面积如下：单屏显示面积：1025.6 mm (宽) 579.8mm (高) =0.595m整屏面积：1025.6mm (宽)

13、 3 579.8mm (高) 3 = 3076.8mm (宽) 1739.4mm (高) =5.4 m监视器独立显示单元如下：单屏显示面积：1048mm (宽) 600mm (高) =0.629m显示单元支架全部采用优质钢材制成，表面进行黑色喷塑处理，颜色与墙体的颜色一致，所有的安装、布线、调试全部安装相关国际、国家标准进行。整套大屏幕系统，能够实现显示内容和显示方式多样化，即所有的图文信息（RGB、VIDEO、网络等）都能在大屏上的任意地方、以窗口形式显示出来，包括单屏显示、跨屏显示、共屏显示等。在用户端采用中文界面操作软件，方便用户操作。在显示效果上，实现图像的无缝拼接、流畅显示、动感再现

14、信息的实际效果。结构外形简图如下： 显示功能：系统设计能够接入128路视频监控信号、10路RGB信号。整个LCD大屏幕显示系统既可以作为监控终端，同时显示所有的输入信号。又可以根据需要，把重要的信号在屏上任意位置放大显示。显示方式相当灵活。1)RGB信号的显示所有的RGB信号都能在大屏上的任意地方、以任意大小的窗口形式显示出来，包括单屏显示、跨屏显示、共屏显示、叠加显示和预案显示等。系统设计的多屏图像处理器提供8路RGB信号输入通道，通过RGB方式连接的8路计算机工作站可同时在大屏幕上任意位置、任意比例显示。接入RGB信号时信号系统显示分辨率不低于（13664）（7684）。2)Video信号

15、的显示所有的Video信号都能在大屏上的任意地方、以任意大小的窗口形式显示出来，包括单屏显示、跨屏显示、共屏显示、叠加显示、整屏漫游和预案显示等。系统设计Video信号的显示方式主要是Video信号直通图形处理器显示方式系统设计的多屏图像处理器提供16路Video信号输入通道，通过Video方式连接的128路视频信号可同时在大屏幕上任意位置、任意比例显示。接入Video信号时信号系统显示分辨率不低于（13664）（7684）。 显示系统整体功能系统整体功能如下：1)系统整体设计充分考虑到使用者的应用情况，无论是大屏幕显示单元和图像控制器的设计还是周边设备的配置都完全符合人机工程学的要求，使操作

16、人员方便监视、方便操作、使操作人员的疲劳程度最小化。2)系统采用世界先进的LCD拼接技术，任何两个显示单元间的物理拼缝小于7mm，全屏范围内显示无非线性失真，整个屏幕亮度均匀，无暗角或亮角等现象，画面稳定无闪烁，支持多屏图像拼接，画面可整屏显示，也可分屏显示。3)系统采用标准化、系统化、开放式的硬件结构，具有RGB信号和视频信号等连接方式。每一个连接到处理器上的信号均可以以开窗、跨屏等方式在大屏幕墙上显示。4)支持128路的全制式视频信号输入，视频监控信息、闭路电视等各类视频信号源均可接入到图像处理器处理，其中任一路视频信号可以组合窗口、全屏显示，全满足用户对系统整体功能的要求。5)支持10路

17、网络连接的VGA信号（如计算机信号、影碟机、录像机、摄像机、实物投影仪等）分别在投影显示墙上指定的任一个投影单元显示。6)图像处理器可支持分辨率为VGA、SVGA、XGA、SXGA和UXGA的计算机图像信号的输入和显示，可利用全屏显示超高分辨率的画面。7)图像处理器系统采用模块化结构、设计具有良好的可扩充性、维护性、安全性和可靠性。8)系统软件采用中文菜单式友好界面，灵活方便，操作简单并具有密码保护。9)系统具有良好的自检功能，连续工作的稳定性好，能适用于每周7天，每天24小时，一年365天不间断运行，故障率低，易于维护；经长时间工作后，图像质量包括亮度色彩等均不会发生明显变化。2.2 系统主

18、要设备配置清单序号材料/零部件名称型号/规格品牌/产地单位数量备注1LCD显示单元 LMWX044长虹套9显示单元2图像处理器CHMVP长虹套1图像拼接处理系统3RGB分配/驱动器RGB105长虹套104大屏幕控制软件CONTROL长虹套 15线缆VGA、视频线等长虹套1主要是各种连接线缆6安装支架CH4x4长虹套1用于安装单元第三章、系统主要设备性能3.1 LCD显示单元我公司设计的显示单元采用三星2009年7月上市的超笮边46寸DID（Digital Infomation Display） TFT(Thin-Film Transistor) LCD(Liquid Crystal Displ

19、ay)工程液晶屏。它是根据应用于安防、广播电视、医疗、工业及公共媒体发布等领域转业监视器的技术要求而设计和生产的，是继NB、PC以TV、DID之后的最新LCD产品。其以卓越的显示性能，极小的拼接缝隙（7mm）,已经成为人们认同的当前最高端、最理想的拼接大屏幕显示屏。该液晶屏具有高亮度、 高对比度、更好的彩色饱和度、更宽的视角、可靠性更好、纯平面显示、亮度均匀、影像稳定不闪烁、120HZ倍频刷新频率、更长使用寿命等特征。主要特性:LCD拼接幕墙技术特点长虹LCD拼接幕墙采用专业窄边设计液晶屏拼接而成,采用拼接阵列为硬件基础，并采用并行高速图形处理技术，实现了多路高速视频信号的统一处理，从根本上取

20、代插卡式拼接控制器，解决了VGA信号输入数量受到限制的问题。它将目前最卓越的高清晰度、高亮度与高色域的液晶显示技术、嵌入式硬件拼接技术、多屏图像处理技术、信号切换技术等合为一体，形成一个拥有高亮度、高清晰度、低功耗、高寿命，先进的LCD拼接幕墙显示系统。v高亮度与TV和PC液晶屏相比，专业窄边设计液晶屏拥有更高的亮度。TV或PC液晶屏的亮度一般只有250-300cd/(42)和400-500 cd/(46)，而专业窄边设计液晶屏的亮度可以达到700-800cd/(46)。v高清晰度和对比度专业窄边设计液晶屏具有极高的对比度，比传统PC或TV液晶屏要高出一倍以上，是一般背投的三倍。v高色彩饱和度

21、目前普通LCD和CRT的彩色饱和度只有72，而专业窄边设计液晶屏最高可以达到92%的高彩色饱和度，这得益于新开发的色彩校准技术，通过这个技术，除了对静止画面进行色彩校准外，还能对动态画面进行色彩的校准，这样才能确保画面输出的精确和稳定。v宽视角PVA（Patterned Vertical Alignment）技术即“图像垂直调整技术”，利用这种技术，可视角度可达双178以上(横向和纵向)。v高可靠性普通液晶屏为电视，PC显示器设计，不支持日夜连续使用；专业窄边设计液晶屏为工业级监视器、广告牌设计，支持在公众场合日夜连续使用。v图像高稳定度由于专业窄边设计液晶屏每一个点在接收到信号后就一直保持那

22、种色彩和亮度，而不像CRT那样需要不断刷新亮点。因此，LCD亮度均匀、画质高而且绝对不会闪烁。v120HZ倍频刷新频率专利的120Hz倍频液晶显示技术，能有效解决图像快速运动过程中的拖尾和模糊，增强图像的清晰度和对比度，使画面更清澈，人眼长时间观看也不易疲劳。v超长使用寿命普通的PC及TV使用的LCD液晶屏其背光源的使用寿命为1万至3万小时，而专业窄边设计液晶屏背光源的使用寿命均可达5万小时以上，这就确保了拼接幕墙使用的每片液晶屏在长时间使用后的亮度、对比度和色度的一致性并且确保幕墙的使用寿命不低于5万小时。v窄边设计专业窄边设计液晶屏在拥有超大显示面积的同时，还有厚度薄，重量轻等优势，可以方

23、便地拼接、安装。一般46英寸的专业窄边设计液晶屏，其重量只有20KG，厚度不到10公分，拼接专用的液晶屏，其优秀的窄边设计，使其边缘最小不到0.4公分，相对于46寸的大屏幕来说，这么小的边缘完全不影响幕墙的整体显示效果。单元的技术指标显示模式数字技术 分辨率1366768屏前亮度700 nit 对比度3000:1 均匀度95%色彩16.7M视角(HV)89度20000小时输入模拟RGB 1通道, 15BNC (RGBHV)视频1通道, BNC DVI1通道, TMDS电源交流电压220V(10)频率50Hz/60Hz功率300W (最大)工作条件工作温度040 ( 建议最佳工作温度：255 )

24、相对湿度1080%无凝露3.2 图像处理器我公司的图像处理器属于当今世界图象处理的尖端科技产品，具有技术先进、功能完善、性能优化、价格实惠的特点。拼接控制器以FPGA阵列为硬件基础，采用并行高速图形处理技术，实现了多路高速视频信号的统一处理，从根本上解决了图像显示延迟、VGA信号输入数量受到限制等问题。机器内部由多个硬件模块阵列构成，基本硬件全部外国进口，产品主要特点如下：独创的FPGA硬件图形并行处理技术FPGA(Field Programmable Gate Array)，称为现场可编程逻辑阵列，是最近新发展的硬件技术。FPGA芯片具有速度快，并行处理，功能灵活的特点，但芯片本身只是一个空

25、白的硬件平台，不具备任何功能，需要技术人员根据自己的要求对其进行硬件编程。该系列处理器的处理核心就是FPGA芯片阵列。系统具有高速信号处理技术，保证高分辨信号输入输出的实时处理。该系列的处理器采用DDR技术作高速数据缓存，运用流水线技术，对高速信号进行分级顺序处理，保证了信号的实时性。系统输入标准分辨率可高达1600x1200x60Hz(需要预定)，非标分辨率可以达到更高，并且保证每一祯都能够实时的处理完毕，输入与输出之间没有时间拖延。在多单元显示一路信号、一单元显示多路信号、多单元多信号漫游叠加等情况下，显示信号均无延迟。即便在所有输入信号都漫游叠加在一起的极限情况下，所有信号一样保持动态实

26、时性。系统采用基于输入端口的信号并行处理技术，有效的增加了输入信号个数。系统通过芯片阵列，对高速图形数据流进行逐级处理，每一路信号输入都对应一列处理器。这样就相当于很多处理器同时工作，做到数据的并行处理，极大的提高了系统运算速度。有效的使用并行处理技术使得数据得到分散处理，没有了工控机单处理器的速度瓶颈，从而使得系统对输入信号个数不敏感。就是说增加信号输入个数，并不增加系统的总体运算负担，这样系统就能够接纳多个高速信号。能够有效的进行多路VGA/RGB信号输入，是该系列的处理器与普通插卡式工控机相比，最大的性能优势。系统属于纯硬件数据处理，没有运行Windows和Linux操作系统，不是一台计

27、算机，不需要硬盘、光驱、显卡等辅助设备。最新的基于LVDS高速数字信号交换体系处理器采用所有输入通道并行方式进入核心处理模块，每条总线使用4个高速LVDS信号，这与工控机拼接控制器的PIC总线有本质上的区别。 普通工控机的PCI总线，基本结构是多个PCI插卡使用同一组总线，一般是32个数据位。多个卡使用同一PCI总线，实际上进入核心处理器的数据只能是其中的一个卡上的信号，PCI总线要分时复用。由于CPU核心处理器同一时间只能处理一个信号，这样的总线结构对于这样的CPU正好适合。处理器采用并行处理结构，这样的总线是远远达不到处理器速度需求的。为适应核心并行数据处理要求，采用并行总线接入方式，就是

28、说每个通道都有独自的总线接入核心处理系统。多个通道采用并行的方式可以实时的将数据送入核心的FPGA处理阵列。如果每个输入通道都使用PCI总线，那么最终形成的输入线数量会多得惊人。在FPGA核心处理部分中，也许要多组信号进行实时交换。如果也采用并行总线结构，那么系统间的连线数量会成几何上升，使得系统最终无法实际使用。为解决此结构问题，我们采用超高速LVDS进行信号传输。LVDS，是低电平数字信号的简称，其特点是用两根线差分传输一个数字状态，线间电压低，信号传输速度快，本系统中使用的LVDS信号速度为2.5G/S，信号额定最高速度可以达到4G/S以上。使用LVDS进行图像传输，4组线即可传送超高频

29、的显示信号。是用高速串行信号，极大的减少了系统连线的，使得每个输入输出通道只使用4组线与系统核心计算单元连接。LVDS信号与并行总线信号，最常见的体现是硬盘ATA的并行排线接口和新型硬盘SATA的LVDS接口。下图为该系列的处理器基本系统节构图。多通道并行总线结构及串行通信方式最新的NIOSII硬件控制系统处理器系统采用并行硬件系统，这样很大程度提高了系统数据处理速度，但并行处理，就意味着很多器件同时工作，增加了系统元件个数，这样，所有器件的同时统一控制，就成为重要问题。对于工控机而言，只有一个CPU进行核心运算，数据是串行处理的，因此配置一套接口，就可以控制所有的设备，而该系列的处理器需要用

30、一个高速控制器同时控制多于32个其他部件，同时又要能灵活的协调各部分顺序运行。为解决此问题，我们选用了基于FPGA的高速软内核NiosII。NiosII处理器是我公司为其FPGA产品配套开发的软核CPU。在逻辑功能上，它们是32位的精简指令集CPU；在实现方式上，它们是在FPGA上通过编程的方式实现的，这也是与传统的CPU的一个根本的差别。NiosII的总线采用了哈佛结构，在很大程度上提高了系统的处理速度。由于系统的总线控制器是在FPGA中实现的，可以进行灵活的配置，在某些外设需要具有冯诺依曼特性时又可以把两套总线合二为一，从而在局部实现冯诺依曼结构，这样就使得系统总线兼有哈佛结的高效率与冯诺

31、依曼结构的灵活性。NiosII系统总线自动对不同时钟域进行协调，可以使挂在总线上的组件工作在不同的主频下，使系统更为灵活。该系列的处理器使用一片FPGA，内嵌NiosII软内核，成为系统核心控制器。在这片FPGA上，还编程实现了64个外围通信控制模块，为系统提供64个可同时工作的基于LVDS的高速接口，与全部系统其他器件进行高速通信。系统工作时，数据计算FPGA阵列、输入输出端口、系统面板、红外接收器、网络端口、RS232控制口等元件向主控FPGA发送状态信息和请求指令。软核的外围通信控制模块先预处理这些信息，将其最主要的内容交给内核，其他附属信息不需要经过主控制程序，由外围器件自行应答。主控程序是在内核上运行的并行流水线流程控制程序，它负责整台机器的正常顺序工作和非常状态处理。程序根据用户指令和系统当前状态，向外围模块批量发送简单控制指令。由外围模块编译指令，通过LVDS高速串行口发送给系统其他设备。该系列的处理器使用基于FPGA的NiosII软核和并行外围通信控制模块