CN108827756A - 电子蠕变及持久试验机远程测控系统 - Google Patents

电子蠕变及持久试验机远程测控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电子蠕变及持久试验机远程测控系统，本发明安全、便捷、低成本、易操作。现场数据采集系统采用RS485总线通讯，解决了现场设备容错能力和通讯模式不统一问题；系统提供了DCS、WEB、APP客户端三个子系统，每台工控机可同时测控32台蠕变机，服务器端可通过路由器对8台工控机实验数据进行操作，实现对多达256台蠕变试验的现场与远程测控，同时能及时、自动的推送报警信息，改善了传统现场测控系统的滞后性，提高了便捷性与适用性；将监控权和测控权分别设置在不同子系统中，保证系统的安全。

Description

电子蠕变及持久试验机远程测控系统
技术领域
本发明涉及一种电子蠕变及持久试验机远程测控系统。
背景技术
目前国内电子式蠕变及持久实验机多采用现场总线上位机监测模式，尚未实现多台试验机群的远程监测与控制，因现场仪表种类多、信息交换频繁以及各种设备容错能力和通讯模式不一致，导致现有试验机测控系统在实时性、可靠性、适应性和远程测控等方面与实际需求还有一定差距。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子蠕变及持久试验机远程测控系统，成本低、易操作、稳定性高、可远程操作，能够基于TCP/IP的多种设备和平台均可接入该系统，实现蠕变与持久实验的远程测控，提高了系统的安全性、便捷性与适用性。
为解决上述问题，本发明提供一种电子蠕变及持久试验机远程测控系统，包括：
硬件部分，包括现场仪表数据采集及控制单元和与所述现场仪表数据采集及控制单元连接的供电电源模块，其中，所述数据采集及控制单元的软件部分包括：现场DCS测控系统、B/S远程监测系统及C/S监测系统；
其中，所述现场仪表数据采集及控制单元，用于蠕变及持久实验过程中的温度、位移与断裂信号采集，以及试验温度和载荷参数的采集与控制，所述现场仪表数据采集及控制单元包括：
温度采集及控制模块、蠕变变形采集模块、断裂试验采集模块、试验载荷量采集及控制模块；
所述供电电源模块作为事故停电时的供电电源。
进一步的，在上述系统中，所述的温度采集及控制模块包括：
热电偶、温度控制仪、PCI-1611U数据通讯卡和工控机，用于实现蠕变及持久实验的温度采集和控制，其中，温度控制仪与高温炉内的三个热电偶连接，通过温度控制仪的RS-485通讯端口与上位机相连，所述上位机采用Modbus通讯协议读取或设置温度控制仪的温度控制曲线。
进一步的，在上述系统中，所述蠕变变形采集模块包括：
LVDT位移传感器、A/D转换模块、PCI-1611U数据通讯卡、工控机设备，用于实现蠕变实验的变形采集，其中，在蠕变实验过程中，试样产生的位移经LVDT位移传感器采集，经所述A/D转换模块转换成数字信号，由上位机通过PCI-1611U数据通讯卡发送读取命令，实现蠕变位移数据的实时采集与存储。
进一步的，在上述系统中，所述断裂试验采集模块包括：
低压直流电源、行程开关、A/D转换模块、PCI-1611U数据通讯卡、工控机，用于实现蠕变持久断裂实验的断裂采集，其中，在蠕变持久断裂实验中，试样断裂后触发行程开关并启动报警电路，经A/D转换模块转换成数字信号，上位机通过PCI-1611U数据通讯卡发送读取命令，实现持久实验断裂时的自动报警和记录。
进一步的，在上述系统中，所述试验载荷量采集及控制模块包括：
压力传感器、拉杆、伺服电机、西门子S7-200PLC、PCI-1611U数据通讯卡、工控机，用于持久断裂实验中载荷参数的采集及控制，其中，上位机通过PLC的RS485接口与试验载荷采集及控制模块连接，在持久断裂实验中，由上位机向PLC发送载荷参数，伺服电机按设定值施加载荷，通过压力传感器采集压力数据传送至PLC，采用Modbus通讯协议，上位机对PLC进行控制及数据采集，实现持久断裂实验数据的实时采集与存储。
进一步的，在上述系统中，所述现场DCS测控系统为基于WinXP平台采用VB6.0开发的现场DCS系统，利用串口通讯控件及Timer控件对多台蠕变机数据进行自动读取，通过ADO控件向ACCESS2003及SQL server数据库写入实验数据，同时利用RDO控件向服务器端SQLserver数据库写入数据。
进一步的，在上述系统中，所述B/S远程监测系统基于http应用层通讯协议，由eclipse编程工具开发，利用JSP、CSS和JavaScript语言格式开发了WEB前端页面，由servlet处理数据库操作，以动态页面显示，实现包括登录验证、人员管理、动态图表、紧急停止、留言板、帮助的功能。
进一步的，在上述系统中，所述C/S远程监测系统采用Socket长连接模式，由Java程序采用XML语言格式开发了APP用户界面，利用基于TCP/IP协议的Socket API，及时接收服务端推送的包括断裂、高温、断电的报警信息。
与现有技术相比，本发明的蠕变及持久实验远程测控系统的特点为：安全、便捷、低成本、易操作。现场数据采集系统采用RS485总线通讯，解决了现场设备容错能力和通讯模式不统一问题；系统提供了DCS、WEB、APP客户端三个子系统，每台工控机可同时测控32台蠕变机，服务器端可通过路由器对8台工控机实验数据进行操作，实现对多达256台蠕变试验的现场与远程测控，同时能及时、自动的推送报警信息，改善了传统现场测控系统的滞后性，提高了便捷性与适用性；将监控权和测控权分别设置在不同子系统中，保证系统的安全。
附图说明
图1是本发明一实施例的电子蠕变及持久试验机远程测控系统的现场DCS结构图；
图2是本发明一实施例的系统信号传输原理图；
图3是本发明一实施例的系统软件框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种电子蠕变及持久试验机远程测控系统，包括：
硬件部分，包括现场仪表数据采集及控制单元和与所述现场仪表数据采集及控制单元连接的供电电源模块，其中，所述数据采集及控制单元的软件部分包括：现场DCS测控系统、B/S远程监测系统及C/S监测系统；
其中，所述现场仪表数据采集及控制单元，用于蠕变及持久实验过程中的温度、位移与断裂信号采集，以及试验温度和载荷参数的采集与控制，所述现场仪表数据采集及控制单元包括：
温度采集及控制模块、蠕变变形采集模块、断裂试验采集模块、试验载荷量采集及控制模块；
所述供电电源模块作为事故停电时的供电电源，保证整个实验能够不中断的连续进行。
在此，本发明提供了一种成本低、易操作、稳定性高、可远程操作的电子蠕变及持久试验机测控系统，基于TCP/IP的多种设备和平台均可接入该系统，实现蠕变与持久实验的远程测控，提高了系统的安全性、便捷性与适用性。
为了保证系统的安全性，将系统的软件部分分成了现场DCS测控系统、B/S远程监测系统以及C/S远程监测系统三个子系统。用户可采取现场测控系统、web浏览器、手机APP等多种方式进行监测和控制。为了提高系统的保密性，现场测控系统具有测控权，网络用户仅有监测权限，用户取得权限后方可访问实验数据。
本发明的电子蠕变及持久试验机远程测控系统一实施例中，所述的温度采集及控制模块包括：
热电偶、温度控制仪、PCI-1611U数据通讯卡和工控机，用于实现蠕变及持久实验的温度采集和控制，其中，温度控制仪与高温炉内的三个热电偶连接，通过温度控制仪的RS-485通讯端口与上位机相连，所述上位机采用Modbus通讯协议读取或设置温度控制仪的温度控制曲线。
本发明的电子蠕变及持久试验机远程测控系统一实施例中，所述蠕变变形采集模块包括：
LVDT位移传感器、A/D转换模块、PCI-1611U数据通讯卡、工控机设备，用于实现蠕变实验的变形采集，其中，在蠕变实验过程中，试样产生的位移经LVDT位移传感器采集，经所述A/D转换模块转换成数字信号，由上位机通过PCI-1611U数据通讯卡发送读取命令，实现蠕变位移数据的实时采集与存储。
本发明的电子蠕变及持久试验机远程测控系统一实施例中，所述断裂试验采集模块包括：
低压直流电源、行程开关、A/D转换模块、PCI-1611U数据通讯卡、工控机，用于实现蠕变持久断裂实验的断裂采集，其中，在蠕变持久断裂实验中，试样断裂后触发行程开关并启动报警电路，经A/D转换模块转换成数字信号，上位机通过PCI-1611U数据通讯卡发送读取命令，实现持久实验断裂时的自动报警和记录。
本发明的电子蠕变及持久试验机远程测控系统一实施例中，所述试验载荷量采集及控制模块包括：
压力传感器、拉杆、伺服电机、西门子S7-200PLC、PCI-1611U数据通讯卡、工控机，用于持久断裂实验中载荷参数的采集及控制，其中，上位机通过PLC的RS485接口与试验载荷采集及控制模块连接，在持久断裂实验中，由上位机向PLC发送载荷参数，伺服电机按设定值施加载荷，通过压力传感器采集压力数据传送至PLC，采用Modbus通讯协议，上位机对PLC进行控制及数据采集，实现持久断裂实验数据的实时采集与存储。
本发明的电子蠕变及持久试验机远程测控系统一实施例中，所述现场DCS测控系统为基于WinXP平台采用VB6.0开发的现场DCS系统，利用串口通讯控件及Timer控件对多台蠕变机数据进行自动读取，通过ADO控件向ACCESS2003及SQL server数据库写入实验数据，同时利用RDO控件向服务器端SQL server数据库写入数据。
在此，为了确保底层数据采集的可靠性，基于Win XP平台采用VB6.0开发现场DCS系统，提供参数设定、数据标定、试验操作、历史记录和帮助等功能。利用串口通讯控件及Timer控件对多台蠕变机数据进行自动读取，实现对上述炉温、位移、断裂、载荷等信号的自动采集及控制。通过ADO控件向ACCESS2003及SQL Server数据库写入实验数据，同时利用RDO控件向服务器端SQL Server数据库写入实时数据，实现对数据的自动存储、备份，同时提供文字、动画、图表三种方式显示加热炉温度、试样位移和试验载荷等实时数据，使系统能够及时、精确地对每一台试验机进行实时监控。
为了增强系统后台服务器程序的可移植性及跨平台性，网络软件由eclipse编程工具开发，可运行于任何安装了Java虚拟机的服务器端，系统由Java web服务程序、处理程序和线程管理程序和SQL Server数据库等软件构成，利用SQL Sever的差异备份功能，实现SQL Sever数据库的自动备份。服务器端提供本地接口，为每台工控机设置固定IP，通过Socket长连接方式与现场测控系统连接，保证报警信息的及时推送；有远程客户端接口供APP客户连接。
本发明的电子蠕变及持久试验机远程测控系统一实施例中，所述B/S远程监测系统基于http应用层通讯协议，由eclipse编程工具开发，利用JSP、CSS和JavaScript语言格式开发了WEB前端页面，由servlet处理数据库操作，以动态页面显示，实现包括登录验证、人员管理、动态图表、紧急停止、留言板、帮助的功能。
本发明的电子蠕变及持久试验机远程测控系统一实施例中，所述C/S远程监测系统采用Socket长连接模式，由Java程序采用XML语言格式开发了APP用户界面，利用基于TCP/IP协议的Socket API，及时接收服务端推送的包括断裂、高温、断电的报警信息。
在此，用户通过客户端APP登陆后，可通过人性化的图形展示，在手机端直观、及时的了解到实验状况。
本发明的蠕变及持久实验远程测控系统的特点为：安全、便捷、低成本、易操作。现场数据采集系统采用RS485总线通讯，解决了现场设备容错能力和通讯模式不统一问题；系统提供了DCS、WEB、APP客户端三个子系统，每台工控机可同时测控32台蠕变机，服务器端可通过路由器对8台工控机实验数据进行操作，实现对多达256台蠕变试验的现场与远程测控，同时能及时、自动的推送报警信息，改善了传统现场测控系统的滞后性，提高了便捷性与适用性；将监控权和测控权分别设置在不同子系统中，保证系统的安全。
具体的，下面结合图1对系统的场仪表数据采集及控制单元进行说明。现场仪表数据采集及控制单元包括温度采集及控制模块、蠕变位移采集模块、断裂试验采集模块、试验载荷量采集及控制模块等。
其中，所述的温度采集及控制模块包括安装在高温炉上、中、下三段的TC热电偶TC1、TC2、TC3、温度控制仪、PCI-1611U数据通讯卡、工控机等，其中温度控制仪与高温炉内的三个热电偶连接，上位机通过温度控制仪的RS-485通讯端口与之相连，采用Modbus通讯协议进一步的读取或设置温度控制仪的温度曲线。然后由温度控制仪依据设定的目标温度和PID参数控制蠕变高温炉的温度曲线。
所述的蠕变位移采集模块包括安装在位移计左右两侧的两个LVDT位移传感器(LD和RD)、A/D转换模块、PCI-1611U数据通讯卡、工控机等设备。在蠕变实验过程中，LVDT位移传感器采集试样产生的位移后，经A/D模块进行模数转换，由上位机通过PCI-1611U数据通讯卡发送读取命令,实现蠕变位移数据的实时、自动采集及存储。
所述的断裂试验采集模块由低压直流电源、行程开关(TS)、A/D转换模块、PCI-1611U数据通讯卡、工控机等连接而成。在持久断裂实验中，试样断裂后触发行程开关并启动报警电路，经A/D模块进行模数转换后，上位机通过PCI-1611U数据通讯卡发送读取命令，实现持久实验断裂时的自动报警和记录。
所述的持久试验载荷量采集及控制模块包括压力传感器(P)、拉杆、伺服电机、西门子S7-200PLC、PCI-1611U数据通讯卡、工控机等设备。上位机通过PLC的RS485接口与之连接，在持久断裂实验中，用户可通过上位机和PLC设定和施加载荷量，由压力传感器采集加载量传至PLC。采用Modbus通讯协议对PLC进行控制及数据采集。实现持久断裂实验数据的实时采集及存储。
图2为系统信号传输原理图，包括多台工控机、工业路由器及服务器等。多台工控机通过工业路由器与服务器连接，利用TCP/IP技术，服务器端可与8台工控机连接通讯，实现对多台蠕变试验机的数据访问。采用基于TCP/IP协议的Socket长连接通讯模式进行通讯，保证报警信息的及时传递。由服务器端进行网络发布，基于Http应用层通讯协议实现WEB终端的远程访问。同时服务器端设置远程通讯接口，通过套接字实现客户端和服务器端的远程实时通讯。其中，套接字是指源IP地址和目的IP地址以及源端口号和目的端口号的组合。
图3为系统软件框图，为了确保底层数据采集的可靠性，基于Win XP平台采用VB6.0开发DCS监测系统，提供参数设定、数据标定、试验操作、历史记录和帮助等功能。利用地址区分技术，现场测控系统可处理32台蠕变机，并利用串口通讯控件及Timer控件对多台蠕变机数据进行自动读取，实现对上述炉温、位移、断裂、载荷等信号的自动采集及控制。通过ADO控件向ACCESS2003及SQL Server数据库写入实验数据，同时利用RDO控件向服务器端SQL Server数据库写入数据，实现对数据的自动存储、备份，同时提供文字、动画、图表三种方式显示加热炉温度、试样位移和试验载荷等实时数据，使系统能够及时、精确地对每一台试验机进行现场实时监控。
为增强系统后台服务器程序的可移植性及跨平台性，网络软件由eclipse编程工具开发，可运行于任何安装了Java虚拟机的服务器端，系统由Java web服务程序、处理程序和线程管理程序和SQL server数据库等软件构成，利用SQL Sever的差异备份功能，实现SQL Sever数据库的自动备份。服务器端提供本地接口，为每台工控机设置固定IP，通过Socket长连接方式与现场测控系统连接，保证报警信息的及时推送；设有远程客户端接口供APP客户连接。
所述的B/S远程监测系统，基于Http应用层通讯协议，由eclipse编程工具开发，利用JSP、CSS和Java Script语言格式开发了WEB前端页面，由Servlet处理数据库操作，以动态页面显示，实现了登录验证、人员管理、动态图表、紧急停止、留言板、帮助等功能。
其中，Servlet是一种用Java编写的服务器端程序，运行在Web服务器或应用服务器上的程序，它作为来自Web浏览器请求和服务器数据库或应用程序之间的中间层，其主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态Web内容。包括：读写数据库，连接其他应用等。具体的工作原理是：客户端发送请求至服务器端；服务器将请求信息发送至Servlet；Servlet生成响应内容并将其传给服务器。服务器将响应返回给客户端。以此实现动态内容的访问处理。
所述的C/S远程监测系统，采用Socket长连接模式，由Java程序采用XML语言格式开发了APP用户界面，利用基于TCP/IP协议的Socket API，及时接收服务端推送的断裂、高温、断电等报警信息。用户通过客户端APP登陆后，可通过人性化的图形展示，在手机端直观、及时的了解到实验状况。
综上，本发明提供的蠕变及持久实验远程测控系统，解决了现场设备容错能力和通讯模式不统一造成的问题；提供多个子系统，将检测权和控制权分别设置在不同子系统中，改善了传统现场测控系统缺点，提高了系统的安全性、便捷性与适用性。以上只是对本发明技术方案的综述和说明，而不是对本申请技术方案的限定，本领域的技术人员可以对本申请权利要求所限定的内容作出改进。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种电子蠕变及持久试验机远程测控系统，其特征在于，包括：
硬件部分，包括现场仪表数据采集及控制单元和与所述现场仪表数据采集及控制单元连接的供电电源模块，其中，所述数据采集及控制单元的软件部分包括：现场DCS测控系统、B/S远程监测系统及C/S监测系统；
其中，所述现场仪表数据采集及控制单元，用于蠕变及持久实验过程中的温度、位移与断裂信号采集，以及试验温度和载荷参数的采集与控制，所述现场仪表数据采集及控制单元包括：
温度采集及控制模块、蠕变变形采集模块、断裂试验采集模块、试验载荷量采集及控制模块；
所述供电电源模块作为事故停电时的供电电源。
2.如权利要求1所述的电子蠕变及持久试验机远程测控系统，其特征在于，所述的温度采集及控制模块包括：
热电偶、温度控制仪、PCI-1611U数据通讯卡和工控机，用于实现蠕变及持久实验的温度采集和控制，其中，温度控制仪与高温炉内的三个热电偶连接，通过温度控制仪的RS-485通讯端口与上位机相连，所述上位机采用Modbus通讯协议读取或设置温度控制仪的温度控制曲线。
3.如权利要求1所述的电子蠕变及持久试验机远程测控系统，其特征在于，所述蠕变变形采集模块包括：
LVDT位移传感器、A/D转换模块、PCI-1611U数据通讯卡、工控机设备，用于实现蠕变实验的变形采集，其中，在蠕变实验过程中，试样产生的位移经LVDT位移传感器采集，经所述A/D转换模块转换成数字信号，由上位机通过PCI-1611U数据通讯卡发送读取命令，实现蠕变位移数据的实时采集与存储。
4.如权利要求1所述的电子蠕变及持久试验机远程测控系统，其特征在于，所述断裂试验采集模块包括：
低压直流电源、行程开关、A/D转换模块、PCI-1611U数据通讯卡、工控机，用于实现蠕变持久断裂实验的断裂采集，其中，在蠕变持久断裂实验中，试样断裂后触发行程开关并启动报警电路，经A/D转换模块转换成数字信号，上位机通过PCI-1611U数据通讯卡发送读取命令，实现持久实验断裂时的自动报警和记录。
5.如权利要求1所述的电子蠕变及持久试验机远程测控系统，其特征在于，所述试验载荷量采集及控制模块包括：
压力传感器、拉杆、伺服电机、西门子S7-200PLC、PCI-1611U数据通讯卡、工控机，用于持久断裂实验中载荷参数的采集及控制，其中，上位机通过PLC的RS485接口与试验载荷采集及控制模块连接，在持久断裂实验中，由上位机向PLC发送载荷参数，伺服电机按设定值施加载荷，通过压力传感器采集压力数据传送至PLC，采用Modbus通讯协议，上位机对PLC进行控制及数据采集，实现持久断裂实验数据的实时采集与存储。
6.如权利要求1所述的电子蠕变及持久试验机远程测控系统，其特征在于，所述现场DCS测控系统为基于WinXP平台采用VB6.0开发的现场DCS系统，利用串口通讯控件及Timer控件对多台蠕变机数据进行自动读取，通过ADO控件向ACCESS2003及SQL server数据库写入实验数据，同时利用RDO控件向服务器端SQL server数据库写入数据。
7.如权利要求1所述的电子蠕变及持久试验机远程测控系统，其特征在于，所述B/S远程监测系统基于http应用层通讯协议，由eclipse编程工具开发，利用JSP、CSS和JavaScript语言格式开发了WEB前端页面，由servlet处理数据库操作，以动态页面显示，实现包括登录验证、人员管理、动态图表、紧急停止、留言板、帮助的功能。
8.如权利要求1所述的电子蠕变及持久试验机远程测控系统，其特征在于，所述C/S远程监测系统采用Socket长连接模式，由Java程序采用XML语言格式开发了APP用户界面，利用基于TCP/IP协议的Socket API，及时接收服务端推送的包括断裂、高温、断电的报警信息。
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