CN106094770A - 一种实验室电源集中管理与控制系统 - Google Patents

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侍寿永
朱静
薛云星
吴海晨
夏路兵
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Abstract

本发明公开了一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述管理控制系统包括电源总开关（1）、电源通断控制电路（2）、稳压电源模块（5）、控制器PLC模块（8）和其外围模块以及触摸屏（14），本发明有效解决了传统的实验室电源采用电源总控台模式，首先安全系数低，存在较大安全隐患问题，其次教学效率低，老师在教学过程中需要频繁往返于实验台和总控台之间，最后浪费电能严重，出现人离电未断的情况。

Description

一种实验室电源集中管理与控制系统
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种实验室电源集中管理与控制系统。
背景技术
随着高等教育的快速发展，很多院校都投入了大量设备，用来提高学生实践操作技能，但由于实验室电源没有实现有效的集中管理与控制，学生触电事故时有发生。虽然目前已有很多院校实验室设有电源总控台，在预防触电事故方面起到一定作用，但是教学效率及节约电能源等方面还存在很多不足之处：
1、安全系数低：部分学生在未征得教师的许可情况下，擅自接通电源，存在较大的安全隐患。
2、教学效率低：为了通断设备操作台上的电源，在上课期间教师不得不频繁往返于学生实验台和总控台之间，这则增加了教师的工作量，使得教学效率低下。
3、浪费电能严重：电源总控台、照明、风扇及空调等易出现人离电未断现象，各种用电设备仍在运行，则造成电能源的大量浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实验室电源集中管理与控制系统，本发明有效解决了传统的实验室电源采用电源总控台模式，首先安全系数低，存在较大安全隐患问题，其次教学效率低，老师在教学过程中需要频繁往返于实验台和总控台之间，最后浪费电能严重，出现人离电未断的情况。
本发明通过以下技术方案实现：
一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述管理控制系统包括电源总开关（1）、电源通断控制电路（2）、稳压电源模块（5）、控制器PLC模块（8）和其外围模块以及触摸屏（14）；
所述电源通断控制电路（2）包括熔断器（101）、急停按钮（102）、启动按钮（103）、中间继电器KA0常闭触点（105）、交流接触器KM0的线圈（106）及常开触点（104）；
所述外围模块包括遥控发射模块（6）、无线接收模块（7）、开关模块（9）、按钮模块（10）、继电器模块（11）、接触器模块（12）、指示灯模块（13），控制器PLC（8）的输入端与无线接收模块（7）、开关模块（9）、按钮模块（10）相连，输出端与继电器模块（11）、指示灯模块（13）相连，控制器PLC（8）通过以太网端口与触摸屏（14）相连；
所述电源总开关（1）经电源通断控制电路（2）将单相电源输送给稳压电源模块（5）和控制器PLC（8），经接触器模块（12）的各常开触点给室内用电设备供电。
本发明进一步技术改进方案是：
所述稳压电源模块（5）输出直流24V和直流5V电源，直流24V电源给开关模块（9）和按钮模块（10）、继电器模块（11）、指示灯模块（13）及触摸屏（14）供电，直流5V电源给无线接收模块（7）供电。
本发明进一步技术改进方案是：
所述遥控发射模块（6）用于发射室内用电设备电源通断的信号。
本发明进一步技术改进方案是：
所述无线接收模块（7）用于接收遥控发射模块（6）的无线信号，并将该控制信号作用于控制器PLC（8）的输入端。
本发明进一步技术改进方案是：
所述开关模块（9）包括“手动/远程”模式钥匙旋转切换开关、“考核/实践”模式切换开关、人体红外感应检测开关。
本发明进一步技术改进方案是：
所述按钮模块（10）用于在“手动”操作模式下通断继电器模块（11）线圈的电源。
本发明进一步技术改进方案是：
所述继电器模块（11）为多个直流24V中间继电器，用于控制器PLC（8）与交流接触器模块（12）的隔离。
本发明进一步技术改进方案是：
所述接触器模块（12）为多个交流220V交流接触器，通过其常开触点通断室内用电设备电源。
本发明进一步技术改进方案是：
所述指示灯模块（13）为多个电压等级为直流24V的指示灯，用于室内用电设备的供电指示及操作模式指示。
本发明进一步技术改进方案是：
所述触摸屏（14）用于设置“考核”模式下设备工作台电源通断时间及实验室无人使用断开所有用电设备电源时间，并设有“手动”模式下通断室内用电设备电源的按钮控件及系统时间控件。
本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：
本发明采用PLC及触摸屏控制技术，对实验室电源进行集中管理与控制。本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、安全系数高：只有实验室管理人员或任课教师才能通过钥匙进行“手动/远程”模式的切换，在“考核”模式下只有实验室管理人员或监考教师通过密码进入调整设备工作台电源通断时间，这样可避免学生自由通断设备工作台电源，造成触电事故的发生，提高了用电安全；
2、操作方便：在“远程”模式下，任课教师可通过远程遥控自由通断相应设备工作台电源，或一键全部打开或全部断开，无需频繁往返于电源总控台与设备工作台之间，操作简单方便，提高了教学效率；
3、功能全面：系统设为多种操作模式，如“手动/远程”模式、“考核/实践”模式。在发送或接收无线信号发生异常时，可通过钥匙旋转切换到“手动”模式，保证室内用电设备的正常使用；
4、节能效果好：通过人体红外感应检测开关，在实验室无人使用电源一段时间（此时间亦可调节）后，系统可自动全切断室内所有设备电源，包括控制器PLC本身，最大限度地起到节约电能源作用。
附图说明
图1为本发明控制系统结构框图；
图2为本发明电源通断控制电路原理图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括电源总开关1、电源通断控制电路2、稳压电源模块5、遥控发射模块6、无线接收模块7、控制器PLC 8、开关模块9、按钮模块10、继电器模块11、接触器模块12、指示灯模块13、触摸屏14、设备工作台1至N 20、风扇21、照明22、空调23、墙体电源插座24、接触器常开触点3、4、15、16、17、18、19；所述控制器PLC 8的输入端与无线接收模块7、开关模块9、按钮模块10相连，控制器PLC 8的输出端与继电器模块11、指示灯模块13相连，控制器PLC 8通过以太网端口与触摸屏14相连；所述电源总开关1为设置在实验室墙体内配电箱中集多种保护为一体的总电源断路器；所述电源通断控制电路2，包括熔断器101、急停按钮102、起动按钮103、中间继电器KA0常闭触点105、交流接触器KM0的线圈106及常开触点104，电源通断控制电路2工作后，经交流接触器KM0 106的常开触点3将单相电源输送给稳压电源模块5和控制器PLC 8，经交流接触器KM0 106的常开触点4及接触器模块12中各交流接触器常开触点15、16、17、18和19给室内用电设备包括设备工作台1至N 20、风扇21、照明22、空调23、墙体电源插座24供电，设备工作台1至N 20均设有断路器及电源指示灯，风扇21、照明22和空调23是否起动受其设置的开关控制；所述稳压电源模块5输出直流24V和直流5V电源，直流24V电源给控制器PLC8的输入元件包括开关模块9和按钮模块10、控制器PLC8的输出元件包括继电器模块11、指示灯模块13及触摸屏14供电，直流5V电源给无线接收模块7供电；所述遥控发射模块6用于发射室内用电设备电源通断的信号；所述无线接收模块7用于接收遥控发射模块6的无线信号，并将该控制信号作用于控制器PLC 8的输入端；所述开关模块9，包括“手动/远程”模式钥匙旋转切换开关、“考核/实践”模式切换开关、人体红外感应检测开关；所述按钮模块10用于在“手动”操作模式下通断继电器模块11中其元件线圈的电源，所述继电器模块11为若干个直流24V中间继电器，用于控制器PLC 8与交流接触器模块12的隔离，所述接触器模块12为若干个交流220V交流接触器，通过其常开触点通断实验室内用电设备电源，稳压电源模块5和控制器PLC 8除外，所述指示灯模块13为若干个电压等级为直流24V的指示灯，用于实验室内用电设备的供电指示及操作模式指示；所述触摸屏14用于设置“考核”模式下设备工作台电源通断时间及实验室无人使用断开所有用电设备电源时间，并设有“手动”模式下通断室内用电设备电源的按钮控件及系统时间控件等。
所述遥控发射模块6包括遥控发射模块和无线接收模块，通常设有微控制器、数字及功能按键、液晶显示屏及无线发射元件等，采用型号为E39-TTL-100模块。
所述开关模块9“手动/远程”模式，其默认状态即钥匙未插入插孔状态为“远程”模式。
所述按钮模块10与指示灯模块13中的按钮和指示灯合为一体，为带灯按钮，且通断相应设备电源时只设有一个按钮。
所述触摸屏14在设置或调整设备工作台电源通断时间参数或实验室无人使用切除所有用电设备电源时间参数，需通过密码进入相应设置或调整界面。
所述控制器PLC 8采用带有以太网端口的西门子S7-200 SMART PLC系列中CPUSR60。
结合图1、2简述本发明的工作原理：
实验室管理人员或任课教师进入实验室需要给室内用电设备供电时，首先合上设置在实验室墙体内配电箱中的电源总开关1，然后按下电源通断控制电路2中的起动按钮103，交流接触器KM0线圈106得电，其常开触点KM0_0 104闭合，形成自锁回路。同时，其常开触点KM0_1 3闭合，将单相电源220V传输给稳压电源模块5和控制器PLC 8的电源输入端；其常开触点K M0_2 4闭合，将单相和三相电源传输给接触器模块12中各交流接触器的常开触点输入端，包括15、16、17、18和19；因其“手动/远程”模式开关默认状态为“远程”状态，若使用“远程”模式，则无需要插入钥匙，再将“考核/实践”模式开关切换至“实践”模式，这时实验室管理人员或任课教师可根据需要通过遥控发射模块6发射接通相应设备工作台1到N 20中某个设备工作台的电源信号，此信号被无线接收模块7接收后送至控制器PLC 8的输入端，控制器PLC 8根据接收到的信号使其继电器模块11中相应的直流24V中间继电器线圈得电，再通过其常开触点接通接触器模块12中相应的交流接触器线圈的交流220V电源，此交流接触器线圈得电后，其常开触点KM1 1_1N 15中某个常开触点闭合，将三相五线制电源引入到相应设备工作台中。此时，设置在遥控发射模块6上的液晶显示屏上显示接通电源的设备工作台台号和接通电源的设备工作台总数，总数在原总数基础下加1，同时，指示灯模块13中接通电源的设备工作台相应指示灯亮。学生或其他使用者再合上设置在相应设备工作台1到N 20上的断路器，此时设置在设备工作台1到N 20上电源指示灯亮。使用完毕后，实验室管理人员或任课教师再通过遥控发射模块6发射断开相应设备工作台1到N 20中某个设备工作台的电源信号，此时，交流器模块12中相应交流接触器线圈失电，常开触点KM1 1_1N15中对应的某个常开触点复位而断开，此时相应设备工作台电源断开，指示灯模块13中相应设备工作台指示灯熄灭，同时，设置在遥控发射模块6中液晶显示屏上相应设备工作台台号消失，接通电源设备工作台总数减1。实验室管理人员或任课教师也可以一键通断设备工作台1到N 20的所有电源，其工作原理同上所述。若“远程”模式发生异常，实验室管理人员或任课教师可通过钥匙将“手动/远程”模式切换为“手动”模式，学生或其他使用者可通过按钮模块10中相应按钮通断相应设备工作台的电源。若选择“考核”模式，则实验室管理人员或监考教师可通过密码进入触摸屏14的时间设置或调整界面，进行通断电源时间设置。在给实验室设备供电情况下，若需打开风扇、照明或空调等设备，可通过其相应开关打开或关闭风扇、照明或空调电源，使其工作或停止运行。
若实验室处在无人使用状态，开关模块9中人体红外感应检测开关检测到实验室内无人时，将此信号传输给控制器PLC 8，控制器PLC 8根据触摸屏14中设置的断时时间参数，在断时时刻到达后，控制器PLC 8输出一信号使继电器模块11中的直流24V中间继电器KA0线圈得电，其常闭触点105动作断开，这时电源通断控制电路2中交流接触器KM0的线圈106失电，其常开触点104、3和4复位断开，这样使得实验室内所有用电设备，包括控制器PLC8本身也失去供电电源，做到最大限度的节约电能源。在实验室内发生用电异常情况时，实验室管理人员或任课教师通过按下遥控发射模块6中设置的功能急停键或按下电源通断控制电路2中急停按钮102来使得电源通断控制电路2中交流接触器KM0的线圈106失电，使其实验室内所有用电设备断电，其工作原理同上所述。
可根据实验室内设备工作台数量，选择控制器PLC 8的型号，若输入/输出点数不够，可通过其扩展模块来增加输入/输出点数，扩展模块的型号及数量亦根据实验室设备数量总数需求来确定。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述管理控制系统包括电源总开关（1）、电源通断控制电路（2）、稳压电源模块（5）、控制器PLC模块（8）和其外围模块以及触摸屏（14）；
所述电源通断控制电路（2）包括熔断器（101）、急停按钮（102）、启动按钮（103）、中间继电器KA0常闭触点（105）、交流接触器KM0的线圈（106）及常开触点（104）；
所述外围模块包括遥控发射模块（6）、无线接收模块（7）、开关模块（9）、按钮模块（10）、继电器模块（11）、接触器模块（12）、指示灯模块（13），控制器PLC（8）的输入端与无线接收模块（7）、开关模块（9）、按钮模块（10）相连，输出端与继电器模块（11）、指示灯模块（13）相连，控制器PLC（8）通过以太网端口与触摸屏（14）相连；
所述电源总开关（1）经电源通断控制电路（2）将单相电源输送给稳压电源模块（5）和控制器PLC（8），经接触器模块（12）的各常开触点给室内用电设备供电。
2.根据权利要求1所述的一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述稳压电源模块（5）输出直流24V和直流5V电源，直流24V电源给开关模块（9）和按钮模块（10）、继电器模块（11）、指示灯模块（13）及触摸屏（14）供电，直流5V电源给无线接收模块（7）供电。
3.根据权利要求1或2所述的一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述遥控发射模块（6）用于发射室内用电设备电源通断的信号。
4.根据权利要求1或2所述的一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述无线接收模块（7）用于接收遥控发射模块（6）的无线信号，并将该控制信号作用于控制器PLC（8）的输入端。
5.根据权利要求1或2所述的一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述开关模块（9）包括“手动/远程”模式钥匙旋转切换开关、“考核/实践”模式切换开关、人体红外感应检测开关。
6.根据权利要求1或2所述的一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述按钮模块（10）用于在“手动”操作模式下通断继电器模块（11）线圈的电源。
7.根据权利要求1或2所述的一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述继电器模块（11）为多个直流24V中间继电器，用于控制器PLC（8）与交流接触器模块（12）的隔离。
8.根据权利要求1或2所述的一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述接触器模块（12）为多个交流220V交流接触器，通过其常开触点通断室内用电设备电源。
9.根据权利要求1或2所述的一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述指示灯模块（13）为多个电压等级为直流24V的指示灯，用于室内用电设备的供电指示及操作模式指示。
10.根据权利要求1或2所述的一种实验室电源集中管理与控制系统，其特征在于：所述触摸屏（14）用于设置“考核”模式下设备工作台电源通断时间及实验室无人使用断开所有用电设备电源时间，并设有“手动”模式下通断室内用电设备电源的按钮控件及系统时间控件。
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