一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制系统 |
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| 申请号 | CN202311607332.1 | 申请日 | 2023-11-28 | 公开(公告)号 | CN117908459A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 山东欧倍尔软件科技有限责任公司; | 发明人 | 仙保震; 陈波; 吴帅; 张超; 孙鹏; 张玉闯; 陈效龙; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了化工教育技术领域的一种应用广域网对吸收 解吸 实验装置的远程控制系统，包括，远程控制界面，用于状态显示与控制命令下发；远程客户端，用于数据的上传与下发； 数据库 ，建立现场与控制端的纽带，并作为DCS显示与评分的数据源；OPC 服务器 与OPC客户端，用于实现数据库与PLC 控制器 间的数据通讯；本发明通过采用远程控制系统，不仅能实现学生的远程操作，还可以对学生的实践课程学习的全流程进行评估，有利于改善目前教育资源分布不均的现状；对远程吸收解吸实验装置能够及时了解、及时反馈、及时处理，通过预警的设置，能够对实验室即将要发生的危险进行提前预警，保障实验人员的安全，较为实用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制系统，其特征在于，包括，远程控制界面，用于状态显示与控制命令下发； |
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| 说明书全文 | 一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制系统技术领域[0001] 本发明涉及化工教育技术领域，具体为一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制系统。 背景技术[0002] 化工原理实验课程是化学工程专业核心课程，是一门以化工单元操作过程原理和设备为主要内容、以处理工程问题的实验研究方法为特色的实践性课程。课程通过化工原理理论和实验理论及装置的结合，使学生在实验过程中加深对知识点的理解，有助于培养学生的工程能力，创新思维，创新能力以及安全环保意识等；但是化工原理实验课程的开展，必须要依托硬件设备，这为课程的开设造成了一定的门槛，许多大学因此无法开设；并且教学必须在线下开展，受到空间上的限制，当有突发情况出现，将会使教学活动无法正常进行。 [0003] 进而现有技术存在这些问题：1、现有的吸收解吸实验装置，由于只考虑应用于线下教学，所以设备上的阀门均为手动阀；压差测量使用U形管压差计，通过目视得到相关数据；其他诸如温度等参数，只能现场显示，不能满足远程控制的需求；2、远程吸收解吸实验装置所用测量仪表、智能仪表、PLC，为不同厂商生产的不同品牌，彼此之间，数据不能互通，现场数据需要进行采集与处理；3、现场采集得到的数据，需要点对点传输到远程操作页面，并且要进行合理的显示；4、现场采集得到的数据，需要点对点传输到远程操作页面，并且要进行合理的显示；5、实验过程中引发的现象、呈现的结果，现场装置的状态，需要清晰的呈现给使用者。 [0004] 为此我们提出一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制系统用于解决上述问题。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制系统，包括，远程控制界面，用于状态显示与控制命令下发； [0007] 远程客户端，用于数据的上传与下发； [0008] 数据库，建立现场与控制端的纽带，并作为DCS显示与评分的数据源； [0010] PLC控制器，用于远程实验装置控制，并作为数据库与运行系统数据交换的中间节点； [0012] 硬件设备，包括远程吸收解吸实验装置以及组成远程吸收解吸实验装置的设备，作为远程控制的对象，同时对现场状态进行检测。 [0013] 优选的，所述实现数据采集和数据的上传包括， [0014] 所述吸收解吸实验装置中现场温度、压力、液位检测结果以及阀门开度、变频器频率等接入到智能仪表；所述吸收解吸实验装置现场采集的数据经智能仪表处理，汇总到由运行系统的数据库中，然后写入到PLC控制器的存储器中，部分数据在经过缩放后，其中，所述数据类型为浮点型，且数据的上传采用直接寻址方式； [0016] 所述数据库中的数据经远程客户端处理后，通过网络通讯上传至远程控制界面，远程控制界面为SVG格式图片，并对远程控制界面进行更新。 [0017] 优选的，所述控制命令下发与实现远程实验装置控制包括， [0018] 通过操作所述远程控制界面，会使与相关色块或输入框绑定的变量的数值发生变化，并且数据实时下发至远程客户端，对数据库的数据进行更新； [0019] 当所述数据库的数据值发生变更时，将借助OPC服务器与OPC客户端，通过OPC通讯协议，写入到PLC控制器存储器的相关位置，经PLC控制器扫描后输出控制结果，改变中间继电器状态，以实现部分阀门、泵、空气压缩机等硬件设备的开关或启停； [0022] 当所述PLC控制器中数据，主要是阀门开度、变频器频率，写入到运行系统中，经缩放后，给到智能仪表，由智能仪表控制变频器与阀门开度。 [0023] 优选的，所述PLC控制器安装在远程吸收解吸实验装置上，且远程吸收解吸实验装置上的阀门均为电动阀，所述远程吸收解吸实验装置上的U形管压差计替换为差压变送器；所述远程吸收解吸实验装置上的现场液位计加装变送器，将测量值转换为标准电信号，接入到智能仪表中； [0024] 通过组态监控系统软件对远程吸收解吸实验装置上的设备进行组态，生成运行系统；所述智能仪表采集到的数据通过串口传输存入数据库；所述PLC控制器通过TCP\IP协议与数据库建立通讯；所述运行系统、PLC控制器、硬件设备彼此之间，均可实现双向传输，所有相关的参数与状态，最终全部存储在PLC控制器的相关存储位置； [0025] 所述PLC控制器中存储的数据，不能直接被数据库读取，需要通过OPC通讯协议实现两者的正常通讯，OPC通信需要OPC服务器与OPC客户端的支持；所述PLC控制器中数据更新策略设置为，当数据发生变化时进行更新。 [0026] 优选的，所述数据库中的数据由远程客户端通过HTTP协议传输到远程控制界面，并通过广域网实现点对点的数据传输。 [0027] 优选的，所述远程控制界面为SVG格式，可进行自由缩放；所述远程控制界面中的各元素连接对应变量，当变量的值发生改变时，元素状态随之变化。 [0028] 优选的，所述远程吸收解吸实验装置的现场设有用于监控的高清摄像头，所述高清摄像头拍摄的监控画面集成在远程控制界面中，且监控画面通过网络实时传输；当所述远程吸收解吸实验装置实验现象发生改变或有突发情况发生时，即可发出预警。 [0029] 优选的，所述远程吸收解吸实验装置的预警包括实验数值预警、空气成分预警、温度预警、突发情况预警；所述实验数值预警：通过对远程吸收解吸实验装置中的相关液位硬件设备预设上限值，当实验数值达到预设的液位上限值时，即可发出预警；空气成分预警：通过空气成分检测设备对远程吸收解吸实验装置所在的实验室进行空气成分的检测，对各种空气成分预设浓度上限值，当空气成分达到预设的浓度上限值时，即可发出预警；所述温度预警：通过温度传感器对远程吸收解吸实验装置中的硬件设备进行温度检测，当温度达到预设的温度上限值时，即可发出预警；所述突发情况预警检测到远程吸收解吸实验装置所在的实验室出现特殊现象时，即可发出预警。 [0030] 优选的，所述实验数值预警、空气成分预警、温度预警、突发情况预警均根据不同实验设置不同的上限值。 [0031] 一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制方法，包括以下步骤： [0032] S1、通过采集吸收解吸实验装置现场的数据，现场采集的数据经智能仪表处理，汇总到由运行系统的数据库中，然后写入到PLC控制器的存储器中； [0033] S2、当所述PLC控制器中的数据值发生变更时，将借助OPC服务器与OPC客户端，通过OPC通讯协议对数据库中对应变量的值进行修改； [0034] S3、所述数据库中的数据经远程客户端处理后，通过网络通讯上传至远程控制界面，并对远程控制界面进行更新； [0035] S4、通过操作所述远程控制界面，会使与相关色块或输入框绑定的变量的数值发生变化，并且数据实时下发至远程客户端，对数据库的数据进行更新； [0036] S5、当所述数据库的数据值发生变更时，将借助OPC服务器与OPC客户端，通过OPC通讯协议，写入到PLC控制器存储器的相关位置，经PLC控制器扫描后输出控制结果，改变中间继电器状态，以实现部分硬件设备的开关或启停； [0037] S6、当所述PLC控制器中数据写入到运行系统中，经缩放后，给到智能仪表，由智能仪表控制变频器与阀门开度。 [0038] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0039] 1.通过采用远程控制系统，不仅能实现学生的远程操作，还可以对学生的实践课程学习的全流程进行评估，如学生预习和实验操作的时长、虚仿实验中常出现的问题、实际或远程实验时出现的错误等数据，都可以进行记录，通过基于远程共享的大数据积累与分析，可以对学生的学习效果进行综合评估，形成学生学习全周期的过程性评价； [0040] 2.将大数据和物联网应用于实践教学，有利于教师在后续教学过程中强化重点和学生学习的薄弱环节，提升教学质量，也有利于卓越人才的培养与“新工科”理念在实践教学过程中的贯彻与实施；有利于改善目前教育资源分布不均的现状；当有突发情况出现时，可以转而进行线上教学，保证教学进度的正常进行； [0042] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0043] 图1为本发明中远程吸收解吸实验装置控制图； [0044] 图2为本发明中远程吸收解吸实验装置示意图。 具体实施方式[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0046] 实施例1 [0047] 请参阅图1至图2，本发明提供一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制系统技术方案：一种应用广域网对吸收解吸实验装置的远程控制系统，包括，远程控制界面，用于状态显示与控制命令下发； [0048] 远程客户端，用于数据的上传与下发； [0049] 数据库，建立现场与控制端的纽带，并作为DCS显示与评分的数据源； [0050] OPC服务器与OPC客户端，用于实现数据库与PLC控制器间的数据通讯； [0051] PLC控制器，用于远程实验装置控制，并作为数据库与运行系统数据交换的中间节点； [0052] 运行系统，与现场智能仪表通讯、实现数据采集、对阀门开度以及变频器频率的调节，且与PLC控制器进行数据交换； [0053] 硬件设备，包括远程吸收解吸实验装置以及组成远程吸收解吸实验装置的设备，作为远程控制的对象，同时对现场状态进行检测。 [0054] 实现数据采集和数据的上传包括， [0055] 吸收解吸实验装置中现场温度、压力、液位检测结果以及阀门开度、变频器频率等接入到智能仪表；吸收解吸实验装置现场采集的数据经智能仪表处理，汇总到由运行系统的数据库中，然后写入到PLC控制器的存储器中，部分数据在经过缩放后，其中，数据类型为浮点型，且数据的上传采用直接寻址方式； [0056] 当PLC控制器中的数据值发生变更时，将借助OPC服务器与OPC客户端，通过OPC通讯协议对数据库中对应变量的值进行修改； [0057] 数据库中的数据经远程客户端处理后，通过网络通讯上传至远程控制界面，远程控制界面为SVG格式图片，并对远程控制界面进行更新。 [0058] 控制命令下发与实现远程实验装置控制包括， [0059] 通过操作远程控制界面，会使与相关色块或输入框绑定的变量的数值发生变化，并且数据实时下发至远程客户端，对数据库的数据进行更新； [0060] 当数据库的数据值发生变更时，将借助OPC服务器与OPC客户端，通过OPC通讯协议，写入到PLC控制器存储器的相关位置，经PLC控制器扫描后输出控制结果，改变中间继电器状态，以实现部分阀门、泵、空气压缩机等硬件设备的开关或启停； [0061] 当PLC控制器中数据，主要是阀门开度、变频器频率，写入到运行系统中，经缩放后，给到智能仪表，由智能仪表控制变频器与阀门开度。 [0062] PLC控制器安装在远程吸收解吸实验装置上，且远程吸收解吸实验装置上的阀门均为电动阀，远程吸收解吸实验装置上的U形管压差计替换为差压变送器；远程吸收解吸实验装置上的现场液位计加装变送器，将测量值转换为标准电信号，接入到智能仪表中； [0063] 通过组态监控系统软件对远程吸收解吸实验装置上的设备进行组态，生成运行系统；智能仪表采集到的数据通过串口传输存入数据库；PLC控制器通过TCP\IP协议与数据库建立通讯；运行系统、PLC控制器、硬件设备彼此之间，均可实现双向传输，所有相关的参数与状态，最终全部存储在PLC控制器的相关存储位置； [0064] PLC控制器中存储的数据，不能直接被数据库读取，需要通过OPC通讯协议实现两者的正常通讯，OPC通信需要OPC服务器与OPC客户端的支持；PLC控制器中数据更新策略设置为，当数据发生变化时进行更新。 [0065] 数据库中的数据由远程客户端通过HTTP协议传输到远程控制界面，并通过广域网实现点对点的数据传输。 [0066] 远程控制界面为SVG格式，可进行自由缩放；远程控制界面中的各元素连接对应变量，当变量的值发生改变时，元素状态随之变化。 [0067] 远程吸收解吸实验装置的现场设有用于监控的高清摄像头，高清摄像头拍摄的监控画面集成在远程控制界面中，且监控画面通过网络实时传输；当远程吸收解吸实验装置实验现象发生改变或有突发情况发生时，即可发出预警。 [0068] 通过上述内容，远程吸收解吸实验装置依托网络，通过HTTP协议实现远距离的点对点的数据传输；通过OPC通讯协议，实现了软硬件间的数据交换；不仅能实现学生的远程操作，还可以对学生的实践课程学习的全流程进行评估，如学生预习和实验操作的时长、虚仿实验中常出现的问题、实际或远程实验时出现的错误等数据，都可以在智慧实验室中记录，通过基于远程共享的大数据积累与分析，可以对学生的学习效果进行综合评估，形成学生学习全周期的过程性评价；通过将大数据和物联网应用于实践教学，有利于教师在后续教学过程中强化重点和学生学习的薄弱环节，提升教学质量，也有利于卓越人才的培养与“新工科”理念在实践教学过程中的贯彻与实施；有利于改善目前教育资源分布不均的现状；当有突发情况出现时，可以转而进行线上教学，保证教学进度的正常进行。 [0069] 实施例2 [0070] 远程吸收解吸实验装置的预警包括实验数值预警、空气成分预警、温度预警、突发情况预警；实验数值预警：通过对远程吸收解吸实验装置中的相关液位硬件设备预设上限值，当实验数值达到预设的液位上限值时，即可发出预警；空气成分预警：通过空气成分检测设备对远程吸收解吸实验装置所在的实验室进行空气成分的检测，对各种空气成分预设浓度上限值，当空气成分达到预设的浓度上限值时，即可发出预警；温度预警：通过温度传感器对远程吸收解吸实验装置中的硬件设备进行温度检测，当温度达到预设的温度上限值时，即可发出预警；突发情况预警检测到远程吸收解吸实验装置所在的实验室出现特殊现象时，即可发出预警； [0071] 预警可通过预警设备对远程吸收解吸实验装置所在的实验室进行预警，也可通过弹窗对远程控制端、远程控制界面进行预警。 [0072] 实验数值预警、空气成分预警、温度预警、突发情况预警均根据不同实验设置不同的上限值。 [0073] 突发情况预警检测到远程吸收解吸实验装置所在的实验室出现特殊现象的步骤，包括：获取当前实验跟随时间/实验阶段产生的特殊现象图像，使用时间数据/实验阶段作为输出对特殊现象图像进行训练，多次训练后得到时间/实验阶段和特殊现象图像的对应关系，通过SIFT局部特征检测算法提取特殊现象图像的特征； [0074] 通过预设特殊现象图像的时间/实验阶段上限值，即可获得该时间/实验阶段对应的特殊现象图像的特征，当高清摄像头拍摄到非对应的特殊现象图像的特征，即可发出预警。 [0075] 通过上述内容，对远程吸收解吸实验装置能够及时了解、及时反馈、及时处理；通过预警的设置，能够对实验室即将要发生的危险进行提前预警，对使用者进行提醒，保障实验人员的安全；通过突发情况预警中时间/实验阶段和特殊现象图像的对应关系，从而在不同的实验阶段/时间对应有特殊现象图像的特征，进而能在高清摄像头拍摄到非对应的特殊现象图像特征时，发出预警，对使用者进行提醒，较为便捷；突发情况预警也可用于发生错误的实验阶段的提醒。 [0076] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 [0077] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。 |
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