3.21 控制面板设计

控制面板设计
控制面板介绍
控制面板是人与机器的沟通通道，也称为人机界面。

人与机之间的信息交流和控制活动都发生在人机界面上。

机器的各种显示都“作用”于人，实现机-人信息传递；人通过视觉和听觉等感官接受来自机器的信息，经过脑的加工、决策，然后作出反应，实现人-机的信息传递。

人机界面的设计直接关系到人机系统的合理性。

人机工程学的最高目标是使人机系统相协调，以获得系统的最高效能。

而控制面板的设计目标是设计出一个友好、人性化的人机沟通界面，保证操作者与机器之间信息传递的准确顺畅，提高机器的工作效率。

控制面板的作用是操作者与机器沟通的媒介，它通过显示器向操作者传递机器的信息，再通过控制器向机器发布信息指令。

因此控制面板的设计主要包括了显示装置和操纵装置的选择、布局及其整体配合设计，还有控制面板的整体布局设计。

其设计过程必然涉及到人体测量尺寸，应符合人的心理、生理特点，了解感觉器官功能的限度和能力以及使用时可能出现的积劳成疾，以保证人、机器之间的最佳协调。

而这些正是人机工程学的研究内容，所以人机工程学是控制面板设计的设计准则和依据。

充分考虑有利于人们很好的完成任务，既能减轻人的负担又能改善人的工作条件。

控制面板的设计
视觉工效和操作要求在设计中的应用
控制面板的设计既要使操作者能方便、迅速、准确地观察到各种信息，又要符合人的人体测量尺寸及生理、心理特性，使操作者在工作时处于舒适的操作状态。

一、视区的划分：在头部保持静止，眼睛正常活动的状态下，根据人眼对视觉信号的辨认清晰程度和辨认速度可分为以下四个视区：中心视区、最佳视区、有效视区、最大视区。

在控制面板的尺寸、结构设计和布局要充分应用最佳视区和有效视区。

二、操作要求
在控制面板的操作中，多数情况是采用坐姿操作。

三、操纵装置的设计
操纵装置把操作者的输出信号转换成机器的输入信号，其动作必须由人施加适当的力和运动才能实现。

因此，操纵装置的设计要符合人机工程学，要适合人体力学和人体生理结构特征，使人操作最方便、反应最灵活的空间范围之内，否
则会造成操纵困难，工作效率低，甚至影响人的身体健康。

操纵装置的设计包括控制器的选择及其布局设计。

1、操纵器的选择
根据控制任务的需要和不同控制器的特点来选择符合要求的控制器。

对于开关量信息的输入，可采用按键或按钮的形式；对于多项选择信息的输入，可采用一排按键的形式；对于连续信息的输入，可采用滑块形式等。

2、操纵器总体布局
操纵器的位置与操作者的操作和观测位置形成一定的空间几何关系，且所有操纵器都应尽量处于操作者的最佳观察范围内，并且最好是等视距的。

要求精确调节的旋钮，最好设在与肩水平的上下区域内，尽量靠近被它控制的显示器附近。

操纵器可以按操作顺序、重要性、使用频繁程度安排，当控制器较多时，可按其功能分区，各区可用线框、色彩等方法加以区分。

且要符合人眼的运动特点，人眼的机能特点。

在设计和安装操纵器时，为了减少事故，人操作动作应与控制器的功能协调一致，如前进功能操作动作向上、向右。

对于机器系统的警戒装置，设计时应将警戒装置是否能引起操作人员的注意以达到告警为目的，以保证安全和工作顺利地进行。

四、显示和操纵的协调设计
人机系统中人、操纵装置及显示装置共同构成了物化的人机界面。

显控协调是信息沟通顺畅的关键，使显示与控制的关系于人们的期望达到一致性。

要实现显控协调应符合以下原则：
1、空间协调性
操纵器和显示器配合使用时，操纵器应该与其相联系的显示器紧密布置在一起，操纵器一般布置在显示器的下方。

当布置的空间受到限制时，控制器与显示器的位置之间，在空间位置上应有逻辑联系。

主要包括：1）显示与控制在设计上存在相似的形式特性；2）显示与控制在布置位置上存在对应或者逻辑关系。

控制与显示位置相合的目的主要是减少操纵者信息加工的复杂性，避免操纵错误，缩短操纵时间，提高工作效率。

2、运动协调性
根据人的生理和心理特性，人对显示界面与操纵界面的运动方向有一定的习惯定式。

如顺时针旋转或自下而上，人自然认为是增加的方向；顺时针旋转旋钮，表明量的增加，反之则减少。

控制器的运动方向与显示器或执行系统的运动方向在逻辑上是一致的。

显示指示部分的运动、所控制变量的增减方向是决定运动关系协调性的主要因素。

3、概念协调性
显示与控制在概念上与人的期望一致，如绿色表示安全，黄色表示警戒，红色表示危险。

五、控制面板的总体设计
由显示装置和操纵装置组合而成的作业单元称为面板，也称控制台或操纵台。

面板设计的基本要求有：1）尺寸宜人、能提供舒适的操作姿势和适宜的身体支承；2）显示器布局合理，适合人的视觉特性；3）操纵器布置合理、方便操作。

1、面板的水平作业区域
控制台的尺寸应符合人体尺寸数据。

2、面板布局设计
面板的布局设计除了符合美学原则外，还要适应操作者的人体功能特点，以达到操作方便，获得最高的操作效率与准确性的目的。

面板的布局设计应特别注意具有内在联系的显示装置和操纵装置的布置，使之符合操作者的逻辑。

面板的布局设计应符合三个原则：重要性原则、分组原则及相关性原则重要性原则：显示元件按重要性的大小，应依布置在面板的第1，2，3，4象限；操作元件应按使用频率的高低依次布置在第1，2，3，4象限。

分组原则：显示元件和操作元件应按功能分组，分组方法有线框围合法、颜色区分法、形状区分法和距离区分法等。

相关性原则：功能相关的显示元件和操作元件，在布置时应显示它们的内在逻辑关系。

在人-控制面板系统中，人在特定的环境中既要观察环境，又要正确操作机械设备。

运用人机工程学原理设计出合理的控制面板，既可以为操作者创造出舒适宜人的操作环境，又可以从客观条件上减少失误率，从而提高整个机器的工作效率。

在这里由于天车的控制并不需要过多的复杂控操作，所以我选用按钮的形式来实现自动控制和点动控制。

以下就是我设计的一个简易控制面板，并在后面说明每个按钮的作用和显示灯代表的意义。

其中按钮SB1、SB3、SB6、SB8、SB10、SB12实现对天车的前后、左右，升降的点动控制，HL1—HL显示天车相应的工作状态，即你按下哪个按钮，这个按钮里的灯就会接通，使这个按钮亮起来。

按钮SB5、SB7、SB9、SB11实现对天车左右，升降的连续控制，利用接触器的自锁性能。

按钮SB13、SB14实现对M2、M3电动机的急停控制，HL12、HL13显示M2、M3是否处于急停状态，按钮SB15、SB16实现对M2、M3急停后的复位。

HL14电源指示灯。

SB17总的急停按钮。