基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

農(nóng)春仕 徐波

摘要：本系統(tǒng)以O(shè)neControl智能控制系統(tǒng)為依托，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)為通信基礎(chǔ)，通過(guò)云平臺(tái)，系統(tǒng)提供對(duì)OneControl智能網(wǎng)關(guān)以及通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入的各種主流廠家的有線、無(wú)線傳感器及視頻監(jiān)控的管理控制，通過(guò)移動(dòng)終端等遠(yuǎn)程訪問(wèn)和控制智能化系統(tǒng)。本項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了對(duì)照明管理、有機(jī)氣體監(jiān)控、大型儀器工作狀況監(jiān)控、火災(zāi)監(jiān)控、視頻監(jiān)控等方面功能。

關(guān)鍵詞：OneControl智能控制；物聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)程訪問(wèn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）08-0019-03

Design and Development of Laboratory Control System Based on Internet of Things Technology

NONG Chun-shi，XU Bo

（ Laboratory and Base Management Office，Nanjing Forestry University Laboratory ，Nanjing 210032，China）

Abstract：The system is based on the OneControl intelligent control system， The existing network of the laboratory is the communication foundation. Through the cloud platform，the system provides management control for OneControl smart gateways and wired， wireless sensors and video surveillance from various major manufacturers accessing the gateway， implements remote access and control intelligent system through mobile terminals etc.The project has realized lighting management， organic gas monitoring， large-scale instrument working condition monitoring， fire monitoring， and video monitoring.

Key words： OneControl intelligent control； Internet of Things； remote access

1 引言

國(guó)內(nèi)高校實(shí)驗(yàn)室安全事故時(shí)有發(fā)生，安全狀況不容忽視。近年來(lái)發(fā)生了諸如：2016年9月21日，東華大學(xué)松江校區(qū)化學(xué)與生物工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆炸致；2016年1月10日，北京化工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室著火；2018年11月11日，翰林學(xué)院發(fā)生爆燃事件，高校實(shí)驗(yàn)室安全再次成為關(guān)注點(diǎn)，教育部重申高校要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全管理。目前實(shí)驗(yàn)室安全管理的手段幾乎還是集中在實(shí)驗(yàn)室消防、硬件設(shè)備配置、實(shí)驗(yàn)原料等管理方面，這些手段大多集中在事前預(yù)防和事后補(bǔ)救，對(duì)于環(huán)境、設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、事故苗頭出現(xiàn)時(shí)的隱患消除都缺乏有效的處置手段。因此，研究制定一套可以代替人工監(jiān)管并能自動(dòng)根據(jù)環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行情況處置各類(lèi)危險(xiǎn)狀況的技術(shù)或方法非常必要，這樣既可以極大地提高實(shí)驗(yàn)室安全，又可以節(jié)約人工成本提升實(shí)驗(yàn)室安全事件的響應(yīng)速度，最大程度地降低損失。

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室安全管理手段更多從實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)上考慮，管理軟件則更多采用的是門(mén)禁系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、樣品的安全、儀器的安全、環(huán)境的安全、視頻監(jiān)控等模塊的功能集成，管理途徑過(guò)分依賴(lài)管理員。針對(duì)各類(lèi)設(shè)備之間的智能聯(lián)動(dòng)策略的研究，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、安全隱患第一時(shí)間及時(shí)發(fā)現(xiàn)并利用現(xiàn)有設(shè)備自動(dòng)控制隱患、異常情況實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程報(bào)警等方面鮮有考慮。

開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室安全管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的全面安全管理。

2 技術(shù)方案

本文著重介紹基于OneControl平臺(tái)的多類(lèi)電器綜合管控方案。介紹如何使用OneControl物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以靈活的通信接入方式，給客戶提供燈光、空調(diào)、通風(fēng)、電源、水源、門(mén)禁等控制功能（就地控制+遠(yuǎn)程控制+自動(dòng)控制）。

OneControl系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的控制系統(tǒng)，可涵蓋空調(diào)、地暖、新風(fēng)、照明、節(jié)能等各種遠(yuǎn)控功能，可以讓用戶通過(guò)手機(jī)、PAD、PC等多種方式進(jìn)行控制和管理，也可以在環(huán)境傳感器和邏輯編程控制器的作用下，自動(dòng)執(zhí)行各種任務(wù)。

實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控設(shè)備包括：智能移動(dòng)設(shè)備（如：智能空開(kāi)、紅外空調(diào)控制器、智能插座（監(jiān)控大型儀器）、智能開(kāi)關(guān)、窗簾電機(jī)、紅外人體感應(yīng)、空氣質(zhì)量傳感器、光照度傳感器、煙霧傳感器、現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)有機(jī)氣體傳感器等）、可編程邏輯控制器PLC、攝像頭等。

本地智能網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程服務(wù)器有線或無(wú)線連接；本地智能網(wǎng)關(guān)與可編程邏輯控制器PLC電連接，可編程邏輯控制器PLC與強(qiáng)電設(shè)備電連接，攝像頭與遠(yuǎn)程服務(wù)器無(wú)線連接；本地智能網(wǎng)關(guān)包含數(shù)據(jù)采集軟件，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊、實(shí)時(shí)報(bào)警模塊和智能聯(lián)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊。

攝像頭將實(shí)時(shí)采集的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)圖像發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)器；可編程邏輯控制器PLC用于控制強(qiáng)電設(shè)備并采集強(qiáng)電設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)回傳給本地智能網(wǎng)關(guān)；本地智能網(wǎng)關(guān)用于將現(xiàn)場(chǎng)智能移動(dòng)設(shè)備和可編程邏輯控制器PLC發(fā)送的設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程服務(wù)器。

遠(yuǎn)程服務(wù)器中安裝有實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)安全管理平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)安全管理平臺(tái)系統(tǒng)用于對(duì)智能移動(dòng)設(shè)備、可編程邏輯控制器PLC、強(qiáng)電設(shè)備、攝像頭等在線監(jiān)視控制，并對(duì)各類(lèi)設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、處理、分析、聯(lián)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)安全管理平臺(tái)包含網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、系統(tǒng)配置模塊、人機(jī)界面設(shè)計(jì)工具、聯(lián)動(dòng)設(shè)置模塊、腳本計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、報(bào)警模塊、手機(jī)APP、微信發(fā)布模塊。實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)安全管理平臺(tái)系統(tǒng)預(yù)留數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)接口用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)室接入時(shí)的軟硬件接入。

3 解決方案

本系統(tǒng)針對(duì)實(shí)驗(yàn)室不同負(fù)載類(lèi)型選用合理控制方式：用可編程邏輯控制器（PLC）完成燈光自控，可燃、有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)及排風(fēng)控制，插座及實(shí)驗(yàn)室總電源控制；空調(diào)遠(yuǎn)控接入OneControl智能控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制。控制系統(tǒng)如圖2所示。

該設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是設(shè)備智能化控制、集中控制、條件聯(lián)動(dòng)，且具有強(qiáng)大的接入能力，可接入中央空調(diào)、智能門(mén)鎖、照明、水電綜合控制，所有設(shè)備均可遠(yuǎn)程通過(guò)PC、手機(jī)、PAD等完成狀態(tài)監(jiān)測(cè)、控制。同時(shí)可擴(kuò)展性強(qiáng)，后期可靈活擴(kuò)展接入其他設(shè)備，性?xún)r(jià)比也比較高。

系統(tǒng)中對(duì)照明的控制是更換原有斷路器為智能斷路器，可以進(jìn)行就地及遠(yuǎn)程操作，并進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察實(shí)驗(yàn)室內(nèi)氣體環(huán)境復(fù)雜，而單一的有毒氣體探測(cè)器只能檢測(cè)一種氣體。現(xiàn)針對(duì)空氣中有毒氣體大多為有機(jī)物的特殊情況配備VOC（可揮發(fā)性有機(jī)化合物）探測(cè)儀。

在實(shí)驗(yàn)室安裝可燃?xì)怏w探測(cè)器裝置和有毒氣體探測(cè)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中可燃、有毒有害氣體濃度，PLC根據(jù)所讀取濃度數(shù)據(jù)自行啟、停排風(fēng)裝置。PLC與現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)控制箱連接，以保留現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程的手動(dòng)啟停功能。

在此方案中以現(xiàn)場(chǎng)可燃、有毒氣體濃度自控為優(yōu)先級(jí)，即可燃、有毒氣體濃度高于設(shè)定值時(shí)無(wú)法完成手動(dòng)停止排風(fēng)機(jī)，更大程度保證安全。另風(fēng)機(jī)電源獨(dú)立控制（保留風(fēng)機(jī)電源空開(kāi)），不受實(shí)驗(yàn)室總控開(kāi)關(guān)控制，以保證風(fēng)機(jī)電源的接通狀態(tài)。

當(dāng)監(jiān)測(cè)到可燃、有毒氣體濃度高于警戒值時(shí)，OneControl智能控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)發(fā)送手機(jī)短信和APP推送的方式通知用戶。

手機(jī)端開(kāi)發(fā)如圖3、4、5所示：

在系統(tǒng)首頁(yè)面中我們提供了對(duì)所有設(shè)備的全開(kāi)/全關(guān)操作，顯示了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室的溫度、VOC值、光照度以及可燃?xì)怏w的濃度等，通過(guò)首頁(yè)面我們可以總體的了解該實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的“在線”狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前該系統(tǒng)只是一種技術(shù)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，我校共有500多間實(shí)驗(yàn)室，其中有一半以上的化學(xué)生物類(lèi)實(shí)驗(yàn)室，以及分散在全校的大型儀器。未來(lái)我方向是通過(guò)該物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把全校的大型儀器的管理和共享以及化學(xué)生物類(lèi)實(shí)驗(yàn)室全部納入該系統(tǒng)，并分析各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的特性指定特定的部署方案。

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【通聯(lián)編輯：王力】