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.
Чаще всего мнемосхемы строятся на использовании технологических схем. Под технологической схемой понимается условное графическое изображение совокупности основных и вспомогательных элементов (оборудования) и связей между ними, определяющей основной технологический процесс.
Схемы выполняют в плоскостном изображении без соблюдения масштаба, не учитывают действительного пространственного расположения элементов либо учитывают его приближенно.
Например, к технологическим схемам электростанций и сетей относятся: тепловая схема энергетического объекта (ТЭС, АЭС) или установки (блока, агрегата, реактора), схема мазутного хозяйства с паромазутопроводами, схема комплекса химводоочистки, схема первичных и вторичных электрических соединений, а также схемы отдельных узлов (паропроводов, питательных линий, пусковая схема энергоблока, резервного возбуждения, оперативной блокировки разъединителей, источника питания собственных нужд 6 кВ, защит и т. п.).
На указанных схемах показываются все имеющиеся в действительности коммуникации, оборудование, арматура, элементы и детали с принятыми на электростанции обозначениями и необходимыми графическими и текстовыми пояснениями.
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, ЭЛТ и другими дисплеями.
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.