CN206573149U - 基于dcs实验装置的状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于DCS实验装置的状态监测系统，以解决现有技术中有线传输距离受限制的问题。本实用新型以无线传输模块取代了现有技术中单片机与上位机之间的有线传输模块，省去了传输线。不仅简化了架设系统的操作步骤、减少了布线时间，还解除了传输线对传输距离的限制。同时，将成熟的无线技术引入课堂，将传统的固定上机式实验仿真过程升级为灵活度高、可实时操作、占地少、实验人员更加自由的智慧课堂形式，减少人工负担的同时也增强了同学们的实验积极性及趣味性。

Description

基于DCS实验装置的状态监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于DCS实验装置的状态监测系统。

背景技术

分散控制系统(DCS)是电厂控制系统的主流，在实验室中借助仿真实验柜对实验装置的实际运行状态进行监测能够指导并改良工业生产。现有技术中在实验室中对分散控制系统进行监测时，采用的是有线控制系统，信号传输的距离会受线长的限制。同时，在分散控制系统中需要一对多传输，这就需要布设多路传输线，不仅增加了布线时间，还需要对布线走向进行合理规划。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于DCS实验装置的状态监测系统以解决现有技术中有线传输距离受限制的问题。

为实现上述目的，本实用新型的基于DCS实验装置的状态监测系统采用的技术方案为：

基于DCS实验装置的状态监测系统，包括仿真实验柜，设置在仿真实验柜内的用于采集仿真水箱内参数的数据传感器，与数据传感器信号连接的单片机及上位机，单片机与上位机之间通过无线传输模块实现信号连接。

仿真实验柜内设有用于向水箱供、排水的水泵，所述水泵通过水泵继电器与单片机电控制连接，所述数据传感器包括用于检测水箱内水位的水位传感器。

所述水泵包括开度可调节的、与所述单片机电控制连接的阀门，所述数据传感器包括用于检测阀门开度的开度传感器。

所述水泵为双向水泵。

仿真实验柜内设有用于控制实验装置通断电的总开关，所述数据传感器包括用于检测水箱内温度的温度传感器，所述温度传感器通过总开关继电器与仿真实验柜的总开关电控制连接。

所述无线传输模块包括设置在单片机上的第一wifi无线模块及设置在上位机上的第二wifi无线模块。

所述单片机、仿真实验控制柜的IO端口、第一wifi无线模块及数据传感器的接口集成在一块PCB板上。

所述上位机包括上位机显示屏及带有基于LABVIEW的人机交互界面的电路模块。

所述单片机电连接有单片机显示屏。

本实用新型的有益效果如下：由于本实用新型以无线传输模块取代了现有技术中单片机与上位机之间的有线传输模块，省去了传输线。不仅简化了架设系统的操作步骤、减少了布线时间，还解除了传输线对传输距离的限制。同时，将成熟的无线技术引入课堂，将传统的固定上机式实验仿真过程升级为灵活度高、可实时操作、占地少、实验人员更加自由的智慧课堂形式，减少人工负担的同时也增强了同学们的实验积极性及趣味性。

附图说明

图1为本实用新型的基于DCS实验装置的状态监测系统的一个实施例的原理图；

图2为图1中水位监测控制的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

基于DCS实验装置的状态监测系统用于对实验装置的运行状态进行监测，包括水箱的实验装置用于模拟电厂生产。

状态监测系统包括一个仿真实验柜，STM32单片机，局域网wifi通信模块及上位机。仿真实验柜内设置有执行元件及用于测量水箱内温度、水位和阀门开度的相应类型的数据传感器。执行元件与STM32单片机之间通过继电器电控制连接以被STM32单片机驱动并采取相应动作以使水箱状态达到设定状态。

各个温度传感器、水位传感器和阀门开度传感器共同组成了数据传感器。数据传感器与STM32单片机的输入端连接以便将采集到的数据传送给STM32单片机。STM32单片机通过采用局域网无线协议的第一wifi无线数据模块将数据发出，上位机上配置有同样协议的第二wifi无线数据模块用于接收STM32单片机传输的数据(该数据为实测值)。所以在局域网的覆盖范围内上位机均可通过无线模块接收到相应的数据信息。上位机将其内预先设定的设定值与实测值进行对比，并将对比结果同样地通过采用局域网无线协议的第二wifi无线数据模块传送给STM32单片机上的配置同样协议的第一wifi无线数据模块，单片机发出指令控制执行器件动作。各执行元件的动作以使实测值与设定值一致为最终目标。

由于STM32单片机与上位机之间的数据通过wifi通信模块传输，所以可以快速方便地实现一对多或多对一的传输模式，能够方便地将多个水箱的运行状态均传送至上位机由上位机分别操作，也可以将水箱的各种检测数据分别送至不同的上位机，由指定的上位机完成某一状态的监测及控制。因而本实用新型的无线传输模式比起有线传输模式更加适合大规模的数据监测。

本实施例中，执行元件包括用于向水箱中送水或将水箱中的水放出的水泵及用于控制实验装置总开关通断的总开关继电器，水泵通过水泵继电器与STM32单片机电控制连接，水泵包括开度可调节的阀门。

本实施例中的水泵为双向泵。当上位机接收到的水位数据低于设定水位时，STM32单片机向水泵发出控制指令使水泵向水箱中送水；当上位机接收到的水位数据高于设定水位时，STM32单片机向水泵发出控制指令使水泵将水箱中的水放出。

当上位机接收到的温度数据超出设定温度值范围时，STM32单片机向总开关继电器发出控制指令使总开关断开，此时实验装置被强制停止而可避免实验装置出现故障。

在水泵执行动作的过程中，为能够在实现快速进、出水的同时实现对进、出水量的精确控制，STM32单片机根据上位机所反馈的实测值与设定值之间的偏差对水泵中阀门的开度大小进行控制。当偏差值较大时，STM32单片机向阀门发出增大开度的命令使阀门的开度增加，此时可实现快速进、出水；当偏差逐步减小时，STM32单片机向阀门发出减小开度的命令使阀门的开度减小，此时进、出水的速度随之减慢而实现进、出水量的精确控制。

在其他实施例中，水泵也可以是单向泵，此时进水和出水可由两个不同的泵控制。

本实施例中，单片机上设置有可显示实测值的单片机显示屏，单片机显示屏为液晶显示屏。在其他实施例中，STM32单片机还可以被其他型号的单片机所代替。

上位机具有上位机显示屏，在本实施例中上位机显示屏为液晶显示屏。上位机接收到的STM32单片机传输的实测值会实时显示在上位机显示屏上以便用户能够直观地了解实验装置的状态。为便于对实验装置状态灵活调控，上位机具有带有人机交互界面的电路模块，该人机交互界面是基于LABVIEW的，因此用户可在人机交互界面上根据需要设置各种参数的设定值。在其他实施例中，上位机也可以集成在仿真实验柜中。

在本实施例中，为了进一步地优化监测系统，减小主控系统的面积，STM32单片机、第一wifi无线数据模块、各种形式的传感器接口及用于连接仿真实验柜的实验柜IO端口均集成在一块PCB板上。当需要检测其他信号时，可以直接在PCB板上集成相应的传感器接口。

Claims (7)

1.基于DCS实验装置的状态监测系统，包括仿真实验柜，设置在仿真实验柜内的用于采集仿真水箱内参数的数据传感器，与数据传感器信号连接的单片机及上位机，其特征在于：单片机与上位机之间通过无线传输模块实现信号连接；仿真实验柜内设有用于向水箱供、排水的水泵，所述水泵通过水泵继电器与单片机电控制连接，所述数据传感器包括用于检测水箱内水位的水位传感器；所述水泵包括开度可调节的、与所述单片机电控制连接的阀门，所述数据传感器包括用于检测阀门开度的开度传感器。

2.根据权利要求1所述的基于DCS实验装置的状态监测系统，其特征在于：所述水泵为双向水泵。

3.根据权利要求1所述的基于DCS实验装置的状态监测系统，其特征在于：仿真实验柜内设有用于控制实验装置通断电的总开关，所述数据传感器包括用于检测水箱内温度的温度传感器，所述温度传感器通过总开关继电器与仿真实验柜的总开关电控制连接。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的基于DCS实验装置的状态监测系统，其特征在于：所述无线传输模块包括设置在单片机上的第一wifi无线模块及设置在上位机上的第二wifi无线模块。

5.根据权利要求4所述的基于DCS实验装置的状态监测系统，其特征在于：所述单片机、仿真实验控制柜的IO端口、第一wifi无线模块及数据传感器的接口集成在一块PCB板上。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的基于DCS实验装置的状态监测系统，其特征在于：所述上位机包括上位机显示屏及带有基于LABVIEW的人机交互界面的电路模块。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的基于DCS实验装置的状态监测系统，其特征在于：所述单片机电连接有单片机显示屏。