有关实验室电源远程监控系统的设计与实现

    有关实验室电源远程监控系统的设计与实现

   

 为实现实验室电源智能化管理，减少人力与物力的浪费，设计了实验室电源集控系统。该系统包括上位机集控程序、下位机基于 PLC的电源控制两大部分。

1.　系统总体设计

系统在设计时，需要实现以下内容：

（1）PLC通过串口接收的控制数据，对各个实验室的电器电源进行通断控制；

（2）根据串口发送来的命令，通过串口将当前PLC所控制的所有接口的实时状态返回给PC端；

（3）PC端监控软件拥有各实验室电源状况的监视功能，并能根据管理员的操作通过串口发送相应的控制代码至PLC端；

（4）定时发送状态请求命令，让PLC端定期返回各实验室电源的实时状况；

（5）PC端监控软件需要有人手控制与自动控制两种模式；

（6）PC端监控软件拥有实验室电源自动开启时间设置功能；

（7）PC端监控软件拥有读取数据库实验室借用信息数据的功能，并能根据管理员的设置确定是否对PLC 端自动发送控制命令。

 

与此对比，我们学校那套目前只实现远程监测功能，在上位机组态王上进行监视或者在通过云数据在手机APP上进行监视，还没加上远程控制这块，但是整体的构思和设计方案几乎一样，我们也是有手动控制和自动控制两种（在自动控制模式下，锁门两圈后，按照用户设置的断电延时时间来进行自动断电，在开门时亦会自动上电）

 

基于上述需要实现的功能，系统在设计时总共包含两大模块，即上位机模块与下位机模块，其中上位机部分主要以PC机为载体，实现对下位机硬件的监视与控制；而下位机部分，则是采用以PLC为核心的实验室电源控制系统，该系统的主要作用是接收上位机下发的控制或查询信号，处理后对连接在其上的各实验室电源进行控制或查询，并实时将各实验室的电源状态信息反馈给上位机。上下位机之间实现有线连接，两者间采用RS232协议进行通信，同时下位机之间采用RS485协议进行通信。系统具体框图如图1所示。系统的整体拓扑框图如图2所示。

系统上位机主要基于.NET进行编程设计，编程语言使用C#。该系统上位机并没有采用传统的组态王进行设计，原因是考虑到系统日后的功能扩展，如加入视频监控程序等，用组态王较为难以实现，故选用面向对象语言进行开发，方便日后对系统进行功能扩展。上位机程序主要包括串口连接设置功能、实验室电源状态监视与控制功能、实验室电源定时开关功能三个主要部分。

2.  系统上位机设计与实现

（1）实验室电源状态监视与控制功能

监视功能主要实现对 PLC 所控制的各电源实时情况进行监视。通过对 PLC 发送状态请求命令，然后再通过对PLC返回的状态命令进行约定协议的处理，再在软件界面进行相应的显示。控制功能主要实现对PLC所连接的所有电源进行控制。通过对PLC发送控制指令，然后PLC对所接收到的指令进行处理，然后控制相应的电磁继电器开合。（我们学校采用的是组态王这软件来监视）

（2）实验室电源定时开关功能

该功能主要用于设定每一间实验室的具体上课时间，上课时间以分段形式显示，分段依据按照某学院实际一天上课节数来划分。设定的内容存放于配置文件当中，每次打开软件后会自动获取文件中的设置内容并在软件界面中显示。控制模式的设定用于控制监控软件是否自动发送控制代码至PLC，若某实验室的控制模式为自动模式，则当前时间处于设定时间范围内时则会发送对应的电源开关信号给PLC。（我们学校那套虽然没有直接的电源定时开关功能，但是我们有断电延时时间，电源会依照设定的断电延时时间会控制电源的通断）

3. 系统下位机设计与实现

（1）硬件选型

所选用的核心控制器必须具备功能如表 1 所示。

（2）下位机系统硬件设计

根据实验室的实际环境，每个实验室中所用中间继电器选用正泰的电磁式继电器，并根据每个实验室的具体电器电源功率情况选用相应的型号与数量。部分硬件连接图如图 7所示。

电源的通断基本上都是通过继电器控制交流接触器实现的。

  

对比知网上一些有关实验室电源远程监控系统的设计可知，他们的设计方案都是大同小异的，系统的总运行机制一样：上位机首先给下位机发送查询或控制命令，下位机接收后进行处理，然后再将相应的数据上报给上位机，最后上位机显示各实验室的电源状态。连接方面一般都是采用有线通信模式，上位机与下位机的连接采用RS232协议，下位机之间则采用的是RS485。

不过有些知网上的则不采用组态王作为上位机，因为组态王相对于其他来说比较复杂

参考文献：

[1]黄家晖.实验室电源集控系统的设计与实现[J].信息与电脑(理论版),2017(13):96-98.

[2]钱建波,杨安康,谢娜,熊宏齐.物理实验室中远程电源监控系统的设计与开发[J].实验室研究与探索,2008(01):48-49+83.