高低溫試驗箱集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)

劉西強(qiáng)

（陜西省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗院 陜西 西安 710004）

高低溫試驗箱集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)

劉西強(qiáng)

（陜西省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗院 陜西 西安 710004）

論述了一種基于環(huán)境實驗室的高低溫試驗箱集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)。一個應(yīng)用型的環(huán)境實驗室通常有大量的高低溫試驗箱，對這些高低溫試驗箱集中控制系統(tǒng)都將面臨如下問題:不同協(xié)議類型；不同連接端口；不同操作方法；分布區(qū)域較大。針對不同環(huán)境實驗室內(nèi)高低溫試驗箱集中控制需求的需要，本文通過RS232轉(zhuǎn)RS485接口和基于Visual Basic軟件自行開發(fā)應(yīng)用軟件實現(xiàn)了對國防工業(yè)某研究所環(huán)境實驗室內(nèi)10余臺環(huán)境試驗箱的監(jiān)視和控制。經(jīng)過一年來的運(yùn)行，該系統(tǒng)將高低溫試驗箱的使用效率提高了60％且減低人工成本30％以上。

環(huán)境試驗；高低溫試驗箱；集中監(jiān)控；RS485

高低溫試驗箱是一種重要的環(huán)境試驗設(shè)備，用于軍工、機(jī)械、電子、通信等領(lǐng)域產(chǎn)品的恒定或交變高低溫試驗，以檢驗各產(chǎn)品對惡劣溫度環(huán)境的適應(yīng)性。由于高低溫試驗持續(xù)工作時間長，溫控精度高、有時要以快速的升/降溫速率工作，常常發(fā)生超溫、制冷失效等故障，這些故障如不能及時發(fā)現(xiàn)輕則可能由于溫度未在設(shè)定的溫度范圍而造成測試結(jié)果不正確，重則造成被測產(chǎn)品損壞事故，因此精準(zhǔn)地實現(xiàn)對高低溫試驗箱的監(jiān)控很有必要。應(yīng)某研究所高低溫實驗室環(huán)境試驗需要，設(shè)計了一套高低溫試驗箱集中監(jiān)控系統(tǒng)，本測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)10余臺日本ESPEC公司（ESPEC公司）生產(chǎn)的MC712高低溫試驗箱的集中監(jiān)控，該系統(tǒng)將高低溫試驗箱的使用效率提高了60％且減低人工成本30％以上。

1 高低溫試驗箱集中監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

1.1 集中監(jiān)控相關(guān)技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀

當(dāng)前市場上研發(fā)集中監(jiān)控產(chǎn)品的有廣州奧奇曼電子科技有限公司的維爾特Wandeor系統(tǒng)，海康威視iVMS-5000集中監(jiān)控管理平臺系統(tǒng)等比較有名。

維爾特Wandeor系統(tǒng)是基于b/s與c/s相結(jié)合架構(gòu)，采用了開源免費(fèi)的linux操作系統(tǒng)和mysql數(shù)據(jù)庫，用高效的c/c++語言開發(fā)的。 本系統(tǒng)是將各個獨(dú)立、分散的dvr監(jiān)控設(shè)備通過ip網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理、控制、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、報警聯(lián)動的一套全數(shù)字化、高度系統(tǒng)集成的智能安全防范系統(tǒng)。本系統(tǒng)還融入了“網(wǎng)絡(luò)視頻會議”通信技術(shù)，實現(xiàn)召開網(wǎng)絡(luò)視頻會議同時可以隨意調(diào)入事發(fā)現(xiàn)場的實時監(jiān)控圖像，讓與會者一起分析、商討現(xiàn)場情況，及時做出相應(yīng)決策，實現(xiàn)對現(xiàn)場的科學(xué)指揮和調(diào)度。

iVMS-5000集中監(jiān)控管理平臺基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組網(wǎng)、模塊化配置設(shè)計、強(qiáng)大的功能內(nèi)涵。平臺組成分為數(shù)據(jù)層（數(shù)據(jù)庫）、 業(yè)務(wù)層（PPS、VMS、AMS、VRM、MAG）、管理層（WEB、CMS、NMS）和媒體層（VTDU、NVR、PCNVR）。根據(jù)項目實際需要構(gòu)建多級級聯(lián)平臺，分控管理中心與前端監(jiān)控、報警等分點(diǎn)之間通過網(wǎng)絡(luò)或光纖專網(wǎng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)接入，再經(jīng)專網(wǎng)將接收到的信息傳給上一級控制中心或主控制中心，形成多級級聯(lián)平臺。

1.2 國外現(xiàn)狀集中監(jiān)控相關(guān)技術(shù)

在西方發(fā)達(dá)國家，由于科技發(fā)達(dá)，在集中監(jiān)控技術(shù)研究方面起步較早，集中監(jiān)控技術(shù)也比較成熟，在軍工、機(jī)械、電子、通信等重要行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，體現(xiàn)了以下幾個特點(diǎn):

1）網(wǎng)絡(luò)化程度高

隨著互聯(lián)網(wǎng)及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，西方發(fā)達(dá)國家普遍通過互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。如丹麥和瑞典合建的大坦跨海大橋監(jiān)控系統(tǒng)就是通過互聯(lián)網(wǎng)及無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對跨海大橋眾多檢測設(shè)備、控制設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。

2）對象專一、標(biāo)準(zhǔn)化程度高

由于集中監(jiān)控技術(shù)面向的監(jiān)控對象各異，采取的技術(shù)手段也有差別，國外在集中監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用上趨向于單一對象或領(lǐng)域，特別是在專用設(shè)備等行業(yè)。如在制冷設(shè)備領(lǐng)域，意大利ACS公司、德國Vouch公司、美國THERMOTRON公司均為自己生產(chǎn)的高低溫箱產(chǎn)品專門定制了集中監(jiān)控解決方案、制定了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些廠家集中監(jiān)控方案的共同特點(diǎn):對象單一僅適應(yīng)本公司產(chǎn)品、專用性太強(qiáng)，無法通用且監(jiān)控的高低溫箱數(shù)量受限，價格昂貴。

1.1.3 高低溫試驗箱集中監(jiān)控現(xiàn)狀

高低溫試驗箱設(shè)備一般都帶有溫度設(shè)定和顯示面板，但目前很多高低溫試驗箱設(shè)備都是人工控制且每個高低溫試驗箱都是獨(dú)立工作的，對于擁有較多高低溫試驗箱的單位不便于進(jìn)行集中管理，隨著單位高低溫試驗箱設(shè)備的增多，按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行分散維護(hù)和人工監(jiān)控，不僅浪費(fèi)人力、物力，可靠性不佳，還不能滿足高低溫試驗箱測試工作的需求。為了適應(yīng)新形勢新環(huán)境的要求，高低溫試驗箱設(shè)備維護(hù)工作必須向集中監(jiān)控、集中維護(hù)、集中管理的方向發(fā)展。因此對高低溫試驗箱設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢，開展對監(jiān)控系統(tǒng)的研究具有十分重要的意義。

2 系統(tǒng)方案總體設(shè)計

通過查閱各種文獻(xiàn)資料了解到，目前在己實現(xiàn)的高低溫試驗箱集中監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用上，己經(jīng)廣泛應(yīng)用的都是通過互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控或國外專業(yè)廠家針對自身廠家的多臺儀器設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控技術(shù)，由于提出研發(fā)高低溫試驗箱集中監(jiān)控的單位為保密要求嚴(yán)格的國防工業(yè)某研究所，不能采取無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控方案且研發(fā)經(jīng)費(fèi)受限又不能購買ESPEC公司專用的集中監(jiān)控解決方案。結(jié)合ESPEC公司高低溫試驗箱的特點(diǎn)，本高低溫試驗箱集中監(jiān)控系統(tǒng)由計算機(jī)、控制接口、報警裝置、多臺ESPEC公司生產(chǎn)的高低溫試驗箱及自研監(jiān)控軟件等組成。系統(tǒng)組成及連接關(guān)系圖見圖1。

圖1 集中監(jiān)控系統(tǒng)組成及連接關(guān)系圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 計算機(jī)及控制接口

考慮到惡劣的現(xiàn)場環(huán)境及高可靠性的要求，計算機(jī)采用凌華RK-610A工控機(jī)，配備標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行口COM1、COM2。要實現(xiàn)RS-485協(xié)議通信，控制接口采用RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器的方法。

本系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器選用UT-503，輸入接口接入RK-610A工控機(jī)的1路RS232接口COM1，輸出接口通過屏蔽線纜與1∽N臺高低溫試驗箱的RS485接口連接，一套UT-503轉(zhuǎn)換器可帶32臺高低溫試驗箱，亦即最多可使32臺高低溫試驗箱集中監(jiān)測。組網(wǎng)后充分利用工控機(jī)運(yùn)行速度快、存儲容量大、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)對眾多高低溫試驗箱集中監(jiān)控、集中維護(hù)、集中管理，避免了人工控制效率低，實時性差，可靠性不佳且不便于歷史數(shù)據(jù)的分析保存等缺點(diǎn)。

3.2 RS-485接口及總線

RS-485為20 mA電流環(huán)回路串行通訊接口，允許在簡單的一對屏蔽雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信，有良好的抗噪聲干擾性，高的數(shù)據(jù)傳輸速率，長的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)，已成為業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一。

RS-485接口的最大傳輸距離實際上可達(dá)1 200米左右，在總線上允許連接多達(dá)128個收發(fā)器，這樣可以利用單一的RS-485接口方便地聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成集中式測控系統(tǒng)。本系統(tǒng)RS485總線連接關(guān)系示意圖見圖2。

圖2 RS485總線連接關(guān)系示意圖

3.3 高低溫試驗箱

高低溫試驗箱為日本ESPEC公司生產(chǎn)的MC712高低溫試驗箱，其性能指標(biāo)符合GB，GJB，TEC60068-3-5等相關(guān)試驗標(biāo)準(zhǔn)，適用于工業(yè)產(chǎn)品的可靠性試驗，具有溫度控制精度高（溫度波動度0.5℃）、控制范圍寬（溫度范圍-75℃∽100℃）的特點(diǎn)，其與外部通訊接口為RS485。圖3為MC712通訊接口實物圖。

圖3 MC712通訊接口實物圖

4 系統(tǒng)軟件開發(fā)

要完成高低溫試驗箱的計算機(jī)集中監(jiān)控，關(guān)鍵工作在于自研監(jiān)控軟件的設(shè)計。在軟件設(shè)計中，遵循了模塊化設(shè)計思想，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方案，使之具有良好的模塊化和可移植性，主要包含監(jiān)視主界面軟件、主控制單元軟件、高低溫試驗箱軟件。

監(jiān)視主界面軟件在界面設(shè)計上，結(jié)合動畫圖形技術(shù)、圖標(biāo)控件及數(shù)據(jù)計算控件，力求界面友好、操作方便、數(shù)據(jù)處理便捷。自研監(jiān)控軟件主要包括以下幾個部分：

1）登陸界面，用于記錄操作者的信息及時間；

2）曲線界面，用于顯示實時溫度曲線、歷史溫度曲線及偏差趨勢曲線等；

3）數(shù)據(jù)界面，用于顯示實時溫度數(shù)據(jù)、歷史溫度數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)總攬等；

4）設(shè)置菜單，包括高低溫高低溫試驗箱的選擇、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、控制參數(shù)設(shè)置等。

主控制單元的軟件流程主要包括系統(tǒng)初始化、接口設(shè)置及通信、數(shù)據(jù)監(jiān)控、人機(jī)界面數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)存儲、報警處理和顯示等部分，主控制單元軟件流程圖如圖4所示。

圖4 主控制單元軟件流程圖

高低溫試驗箱軟件的具體功能如下:

1）可任意設(shè)定工作時間及升降溫速率；

2）可任意設(shè)定定值/程序工作方式及其監(jiān)控方式；

3）可任意設(shè)定運(yùn)行試驗箱的個數(shù)、控溫曲線或溫控程序；

4）可任意對高低溫試驗箱加熱及冷凍能力的設(shè)定及監(jiān)控；

5）可任意設(shè)置繼電器觸點(diǎn)的輸出數(shù)量及其編號和試驗過程中各種故障報警方式。

軟件采用 Visual Basic6.0（VB6）編程，VB6 是基于Windows的可視化程序設(shè)計語言，它簡單易用，方便快捷，適用面廣。在VB中添加NI公司的CWGraph及CWslide專用控件可方便實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)曲線的實時動態(tài)顯示。

在本測試系統(tǒng)當(dāng)中，由于高低溫試驗箱只有十幾臺，RS485總線通過轉(zhuǎn)換器直接連接到計算的標(biāo)準(zhǔn)com1口，可以直接使用VB6的通信控件Mscom32.ocx來實現(xiàn)串行通信程序開發(fā)。

5 系統(tǒng)測試

本高低溫試驗箱集中監(jiān)控系統(tǒng)在完成硬件設(shè)備的安裝、程序及模塊的開發(fā)、硬件連接調(diào)試完成后，需要對整套系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行詳細(xì)測試和驗證。

整套系統(tǒng)功能和性能調(diào)試主要包括：通訊功能測試，控制功能測試，系統(tǒng)管理功能測試，系統(tǒng)性能測試。

1）通訊功能測試：計算機(jī)控制系統(tǒng)能自動向高低溫試驗箱發(fā)送控制指令，高低溫試驗箱能正確接收和響應(yīng)計算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送的命令；

2）控制功能測試：通過計算機(jī)控制系統(tǒng)能對高低溫試驗箱進(jìn)行手動啟動，定時運(yùn)行，程序啟動，程序暫停，程序回復(fù)，報警復(fù)位等控制操作；

3）系統(tǒng)管理功能測試：系統(tǒng)具有用戶的權(quán)限管理、支持多個用戶同時登陸并將登陸者信息及登陸時間存入日志記錄文件中，系統(tǒng)支持通過日志記錄用戶的關(guān)鍵操作內(nèi)容及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

整套系統(tǒng)功能和性能驗證包括：環(huán)境試驗驗證，電磁兼容試驗驗證，電源波動試驗驗證等。

1）環(huán)境試驗驗證：計算機(jī)控制系統(tǒng)和高低溫試驗箱應(yīng)能在高低溫試驗室可能出現(xiàn)的最高和最低溫濕度條件下可靠工作，設(shè)備MTBF大于2 200小時；

2）電磁兼容試驗驗證：計算機(jī)控制系統(tǒng)和高低溫試驗箱能正常工作在強(qiáng)電磁干擾工作環(huán)境，電磁兼容試驗滿足國標(biāo)或國軍標(biāo)的相關(guān)要求；

3）電源波動試驗驗證：供電電源（AC220V、AC380V）±10％波動時，計算機(jī)控制系統(tǒng)和高低溫試驗箱應(yīng)能可靠工作。

6 結(jié)論

文中詳細(xì)論述了一種基于微型計算機(jī)、控制接口及自研監(jiān)控軟件實現(xiàn)對不少于10臺ESPEC公司生產(chǎn)的MC712高低溫高低溫試驗箱集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)。解決了國防工業(yè)某研究所因研發(fā)經(jīng)費(fèi)受限且保密原因無法通過采取無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控技術(shù)對高低溫試驗室10余臺高低溫高低溫試驗箱進(jìn)行集中監(jiān)控的問題，為試驗測試人員提供了實時、形象、動態(tài)的監(jiān)控方法和手段，該系統(tǒng)通過了現(xiàn)場功能及性能的全面測試實驗，實驗表明系統(tǒng)能實現(xiàn)對10余臺MC712高低溫高低溫試驗箱的集中監(jiān)控，將高低溫高低溫試驗箱的使用效率提高了60％且減低人工成本30％以上。同時系統(tǒng)采用RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器UT-503的方法最多可對32臺高低溫高低溫試驗箱集中監(jiān)測。

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The conputer based centralized testing system for high-low temperature test chambers

LIU Xi-qiang
（Shaanxi Electronic Information Products Supervision and Inspection Institute， Xi'an 710004， China）

This paper mainly discusses the a Based on environmental laboratory of high-low temperature test chamber design and realization of the centralized monitoring system.For a high-low temperature test laboratory，many environmental test are needed.Any central control system design for them would face the problems listed as follow:different protocol types，different connecting interfaces，different operating methods， large distributed area.Facing these problems， this paper proposes a laboratory central control system architecture.By using RS232-485 hardware equipments， application software（Visual Basic） is then developed to monitor and control 10 high-low temperature test chambers in The defense industry institute of China ，after a year of operation ，the high-low temperature test chamber of the system will use efficiency increased by 60％and To reduce labor costs by more than 30％。

environmental test；high-low temperature test chambers； centralized monitoring；RS485

TN2

：A

：1674－6236（2017）15-0122-04

2017-04-14稿件編號：201704085

劉西強(qiáng)（1969—），男，陜西西安人，工程師。研究方向：試驗檢測設(shè)備的研究和銷售。