CN218238034U - 一种用于超低温冰箱的智能监控设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于超低温冰箱的智能监控设备，包括：顺序连接的传感器、通讯单元、处理单元、控制器和上位机；传感器设置在超低温冰箱处并能将其感应的数据如冰箱的内部温度和/或电压以有线或无线方式发送；通讯单元能将接收到的传感器的数据转换为第一格式的数据并传送至处理单元；处理单元将第一格式的数据转换为第二格式的数据并传送至控制器；控制器对第二格式的数据进行处理并将处理后的数据传送至上位机进行分析和输出分析的结果。本实用新型能够对超低温冰箱状态进行实时智能监控。

Description

一种用于超低温冰箱的智能监控设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于超低温冰箱的智能监控设备，特别是涉及一种基于视窗控制中心(WinCC)的超低温冰箱智能监控设备。

背景技术

在生物制药等技术领域，经常使用制冷设备，例如内部温度通常低至-80℃的超低温冰箱(又称超低温冰柜、超低温保存箱等)，用于对生物材料、生物制品、生物样本、化学试剂等(如菌种、疫苗等)进行低温保存。在生物制药过程中，超低温冰箱是一种重要设备，例如用于存储生物种毒或保存纯化高倍浓缩的抗原。

目前，对于超低温冰箱的温度、电压等数据，只能由工艺人员到现场进行查看和记录。此外，如果超低温冰箱出现断电或者温度异常，工艺人员往往无法及时发现，从而可能导致保存的种毒达不到低温要求而融化，使得种毒效价降低；情况严重时会直接造成种毒报废，对后续正常生产带来直接影响。另外，如果存储的抗原的实际温度低于该抗原的保存温度，抗原内部结构的有效成分可能会降解，导致产品质量的降低，同时影响正常疫苗的配置，延误成品生产。现有的超低温冰箱的监控数据需要工艺人员去现场确认和记录，不能实现实时数据的监控，效率较低。

因此，如何开发一种智能监控设备，特别是针对超低温冰箱的智能监控设备，使得用户能够对超低温冰箱进行有效监控，例如使得工艺人员能够掌握超低温冰箱数据的实时变化，制定优化的智能数据管理策略，这成为本领域亟待解决的问题。

背景技术部分公开的信息只是为了加强对本实用新型的一般背景的理解，不应视为承认或默认这种信息构成本领域技术人员已知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种用于超低温冰箱的智能监控设备，特别是涉及一种基于视窗控制中心(WinCC)的超低温冰箱智能监控设备，实现针对超低温冰箱的有效监控。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案来实现的。

根据本实用新型的实施例，提供了一种用于超低温冰箱的智能监控设备，所述智能监控设备包括：顺序连接的传感器、通讯单元、处理单元、控制器和上位机；所述传感器设置在所述超低温冰箱处，并且能将与所述超低温冰箱的状态相对应的数据以有线或无线方式发送；所述通讯单元能将接收到的所述传感器的数据转换为第一格式的数据，并将第一格式的数据传送至所述处理单元；所述处理单元将第一格式的数据转换为第二格式的数据，并将第二格式的数据传送至所述控制器；所述控制器对第二格式的数据进行处理，并将处理后的数据传送至所述上位机；并且所述上位机对处理后的数据进行分析，输出分析的结果实现对超低温冰箱状态的实时监控。

根据本实用新型的优选实施例，在所述智能监控设备中，所述传感器为分别接入所述超低温冰箱的温控传感器和/或电压传感器，其中温控传感器能感测超低温冰箱的内部温度，电压传感器接入超低温冰箱的电路，所述超低温冰箱的状态是所述超低温冰箱的内部温度和/或电压。

根据本实用新型的优选实施例，在所述智能监控设备中，所述智能监控设备还包括置于所述超低温冰箱外部的超低温冰箱显示板，所述超低温冰箱显示板能接收并显示所述温控传感器和/或所述电压传感器发送的数据。

根据本实用新型的优选实施例，在所述智能监控设备中，所述超低温冰箱显示板连接至所述通讯单元，并且能将接收的来自所述温控传感器和/或所述电压传感器的数据发送至所述通讯单元。

根据本实用新型的优选实施例，在所述智能监控设备中，所述通讯单元可以是RS485通讯单元。

根据本实用新型的优选实施例，在所述智能监控设备中，所述第一格式可以是Modbus通讯数据格式。

根据本实用新型的优选实施例，在所述智能监控设备中，所述第二格式可以是Profinet通讯格式。

根据本实用新型的优选实施例，在所述智能监控设备中，所述控制器可以是PLC可编程逻辑控制器。

根据本实用新型的优选实施例，在所述智能监控设备中，所述上位机可以包括Wincc人机界面，并且可以通过所述Wincc人机界面向用户提供分析的结果。

根据本实用新型的优选实施例，在所述智能监控设备中，所述Wincc人机界面可以包括报警器，所述报警器设置为可以在所述超低温冰箱的状态在阈值范围以内时输出正常显示信息，并且在所述超低温冰箱的状态超出所述阈值范围时输出报警信息。

根据本实用新型的智能监控设备，能够对超低温冰箱进行智能监控，克服数据兼容问题，增强监控时效性，降低监控成本，提高数据管理的便利性。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的智能监控设备的示意性框图。

图2是根据本实用新型实施例的智能监控设备的具体应用场景的示意图。

图3是利用根据本实用新型实施例的智能监控设备对超低温冰箱进行监控的示意性流程图。

附图标记说明：

10：传感器；

20：通讯单元；

30：处理单元；

40：控制器；

50：上位机；

1：电压传感器；

2：RS485接口模块；

3：智能标准协议转换模块；

4：Modbus通讯总线；

5：RS485通讯处理模块；

6：Profinet IO设备接口模块；

7：CPU；

8：Profinet通讯总线；

9：SimaticWincc人机界面。

为了清楚地进行描述，省略了与本实用新型技术实质无密切关系的部分；并且在说明书和附图中，相同或相似的元件由相同的附图标记表示。应理解的是，为了说明本实用新型的基本原理及各个特征，附图呈现一定程度的简化表示，本实用新型的范围并不限于附图中表示的形式。

具体实施方式

以下，参照附图，对本实用新型的优选实施方式进行详细的说明。尽管结合示例性实施例描述了本实用新型，但应该理解，本说明书并未意欲将本实用新型限制于这些示例性实施例。相反，本实用新型不仅意欲覆盖这些示例性实施例，而且也覆盖包含在由所附权利要求书限定的本实用新型的实质和范围内的各种替代、修改、等价形式。

尽管本实用新型实施例仅针对用于超低温冰箱的智能监控设备进行说明，但本实用新型并不限于这种特定情形包括，还覆盖本领域普通技术人员能够显而易见地获得的所有其他实施例，例如涉及温度、湿度、电流、电压监控应用场景下的各种其他实施例。

图1是根据本实用新型实施例的智能监控设备的示意性框图。

如图1所示，根据本实用新型实施例的智能监控设备包括传感器10、通讯单元20、处理单元30、控制器40和上位机50，其中，传感器10以有线或无线方式连接至通讯单元20，通讯单元20、处理单元30、控制器40和上位机50通过各种通讯总线以有线或无线方式依次连接。

传感器10设置在超低温冰箱处，并且将超低温冰箱的状态转换为电信号，并将基于电信号的数据发送至通讯单元20。例如，超低温冰箱也可以是其他需要监控的设备，超低温冰箱的状态是超低温冰箱的内部温度或电压，传感器10可以将与超低温冰箱的内部温度或电压相对应的数据以有线或无线方式进行发送。

传感器10可以是分别接入超低温冰箱的温控传感器和/或电压传感器。此外，智能监控设备还可以包括置于超低温冰箱外部的超低温冰箱显示板，超低温冰箱显示板能接收并显示温控传感器和/或电压传感器发送的数据。超低温冰箱显示板可以连接至通讯单元20，并且能将接收的来自温控传感器和/或电压传感器的数据发送至通讯单元20。

通讯单元20能将接收到的传感器10的数据转换为第一格式的数据，并将第一格式的数据传送至处理单元30。例如，参见下文具体应用场景的描述，第一格式可以是标准的Modbus通讯数据格式。

处理单元30将第一格式的数据转换为第二格式的数据，并将第二格式的数据传送至控制器40。例如，参见下文具体应用场景的描述，第二格式可以是Profinet通讯格式。

控制器40对第二格式的数据进行处理，并将处理后的数据传送至上位机50。例如，控制器40可以是PLC可编程逻辑控制器。

上位机50对处理后的数据进行分析，并向用户提供分析的结果。例如，上位机50可以包括Wincc人机界面，并且通过Wincc人机界面向用户提供分析的结果。

Wincc人机界面可以包括报警器，报警器设置为在监控对象的状态在阈值范围以内时输出正常显示信息，并且在监控对象的状态超出阈值范围时输出报警信息。

图2是根据本实用新型实施例的智能监控设备的具体应用场景的示意图。

也就是说，图2示出了本实用新型应用于超低温冰箱的典型应用场景，其中超低温冰箱可用于存储生物种毒、抗原以及其他生物材料、生物制品、生物样本、化学试剂等。本领域技术人员应该理解，这种应用场景只是示例，并不构成对本实用新型专利范围的限制。

根据本实用新型实施例的涉及超低温冰箱的具体应用场景，如图2所示，智能监控设备包括以下组成部件：传感器、超低温冰箱显示板、RS485通讯单元、Profinet IO系统单元、PLC可编程控制器以及上位机系统。其中，各个组成部件之间建立有线或无线连接，从而实现各个组成部件之间的能量输送或数据传输。例如，传感器和超低温冰箱显示板可以视为本地，上位机系统可以视为远程，从而能够实现远程监控。

如图2所示，传感器包括电压传感器1和温控传感器，其中温控传感器接入能感测超低温冰箱的内部温度的位置，电压传感器可接入超低温冰箱的电路，通过温控传感器、电压传感器分别感测超低温冰箱的内部温度、电压，电压传感器1输出与超低温冰箱的电压相对应的数据(例如电信号)，温控传感器输出与超低温冰箱的内部温度相对应的数据(例如另一电信号)。电压传感器1和温控传感器分别将数据输出，可以直接发送至RS485通讯单元，也可发送至超低温冰箱显示板。

超低温冰箱显示板配置在超低温冰箱本地外部，可与超低温冰箱连接或不连接，其能接收传感器发送的数据，还可以显示相应的数据如超低温冰箱的电压、冰箱内部温度。例如，能通过显示板实时显示超低温冰箱的内部温度在-80摄氏度至20摄氏度的范围内。超低温冰箱显示板亦可连接通讯单元，如此也能通过超低温冰箱显示板将来自传感器(如温控传感器和/或电压传感器)的数据发送至RS485通讯单元。

RS485通讯单元包括24V电源模块、RS485接口模块2和智能标准协议转换模块3，其中24V电源模块、RS485接口模块2分别连接至智能标准协议转换模块3。超低温冰箱显示板连接至RS485接口模块2，并将数据发送至RS485接口模块2。电压传感器1和温控传感器也可以分别将数据发送至RS485接口模块2。

RS485是由电信行业协会和电子工业联盟定义的定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。本领域技术人员可以理解，这里的RS485通讯只是举例说明，并不构成对本实用新型的限制。

RS485接口模块2将数据发送至智能标准协议转换模块3，智能标准协议转换模块3通过报文解析的方式将数据转换为标准的Modbus通讯数据格式。这里的报文解析例如可以指通过数据包提供的起始地址、校验等建立通讯过程。

Modbus是Modicon公司(现在的施耐德电气Schneider Electric)为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表的串行通信协议。本领域技术人员可以理解，这里的Modbus通讯数据格式只是举例说明，并不构成对本实用新型的限制。

RS485通讯单元通过Modbus通讯总线4连接至Profinet IO系统单元。Profinet IO系统单元包括彼此连接的RS485通讯处理模块5和Profinet IO设备接口模块6。Modbus通讯总线4起到兼容性连接的作用，并将数据上传到RS485通讯处理模块5。通过Profinet IO设备接口模块6的组态连接，数据可以从Modbus通讯数据格式转换为Profinet通讯数据格式。这里的兼容性连接可以指智能标准协议模块和西门子通讯处理模块之间的兼任性连接。此外，各个接口模块属于硬件设备，需要在PLC进行系统的软件组态连接才能够使用该硬件设备，从而能够通过Profinet通讯总线和PLC以太网建立连接，上传数据。

Profinet是由PROFIBUS国际组织推出的新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准，其为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，并且可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线技术。这里的Profinet通讯数据格式只是举例说明，并不构成对本实用新型的限制。

Profinet IO系统单元通过Profinet通讯总线连接至PLC可编程控制器。PLC可编程控制器包括CPU(中央处理单元)7和与其连接向其供电的电源模块。数据通过Profinet通讯总线发送至CPU 7，CPU 7对数据进行处理和存储。例如，将通讯单元上传回的温度、电压等实时值数据，通过PLC控制程序将偏差转化为标准数据(实时数据存在偏差)。处理前是未做任何处理的数据(例如原始数据rawdata)，处理后为标准的可使用数据。

PLC可编程控制器通过Profinet通讯总线8连接至上位机系统。上位机系统包括SimaticWincc人机界面9。数据通过Profinet通讯总线8发送至SimaticWincc人机界面9，并且，可以通过SimaticWincc人机界面9向用户提供上位机对数据进行分析的结果。例如，可以提供数据实时监控温度、电压值等，历史趋势跟踪，报警线的设置和故障事件，故障维护服务等等。

Wincc(Windows Control Center)视窗控制中心，是西门子公司提出的一种经典过程监视系统。本领域技术人员应该理解，其并不构成对本实用新型的限制。

SimaticWincc人机界面可以包括报警器或报警模块，其设置为在监控对象的状态在阈值范围以内时输出正常显示信息，并且在监控对象的状态超出所述阈值范围时输出报警信息。

阈值范围的上限和下限也称为报警线。根据本实用新型的实施例，温控传感器将通过中间处理各个单元将数据在PLC可编程控制器处理后将于上位机系统中存储的报警线做对比，如果超低温冰箱的内部温度高于20摄氏度或低于-80摄氏度，则触发报警器报警，并显示在上位机系统。类似的，当超低温冰箱故障时，如欠电压或者电压不稳，和温度类似，电压传感器1发送数据并通过上位机触发报警，并显示在上位机系统。

根据本实用新型实施例的智能监控设备的具体应用场景，可以将现场采集的数据转化为标准的Modbus通讯数据兼容到主流平台上，可以实现在统一平台上的数据监控、预警、故障消除的及时性，可以降低因兼容性带来的成本浪费，并且可以实现统一平台的数据管理(例如，记录趋势曲线)。

图3是利用根据本实用新型实施例的智能监控设备对超低温冰箱进行监控的示意性流程图。

如图3所示，显示板数据(非标)经过数据格式转化，再建立数据通讯。通过通讯连接，实现多台设备通讯数据接收、发送。通过数据处理，再判断是否超数据通讯周期。如果超过数据通讯周期，则返回到数据处理；如果未超过数据通讯周期，则判断监控数据显示是否正常。如果监控数据显示正常，则正常显示；如果监控数据显示不正常，则报警并提示报警信息。

也就是说，显示板数据(此数据格式为非标准格式)通过连接的RS485接口模块和标准协议转化模块转化为标准格式。

通过RS485通讯处理模块建立与标准数据的通讯，在PLC可编程控制器上对多台设备的通讯数据进行轮询，实现对多台设备对应地址的发送和检测数据的实时接收。

对接收的数据进行有效处理，当数据接收时间超出数据通讯周期时，将通过滤波，做溢出处理，并将在监控人机界面上显示。

如果监控数据超出或者低于报警限制，则触发报警并在报警列表显示报警信息。

综上所述，根据本实用新型的智能监控设备，能够对超低温冰箱进行智能监控，克服数据兼容问题，增强监控时效性，降低监控成本，提高数据管理的便利性。

Claims (10)

1.一种用于超低温冰箱的智能监控设备，其特征在于，所述智能监控设备包括：顺序连接的传感器、通讯单元、处理单元、控制器和上位机；

所述传感器设置在所述超低温冰箱处，并且能将与所述超低温冰箱的状态相对应的数据以有线或无线方式发送；

所述通讯单元能将接收到的所述传感器的数据转换为第一格式的数据，并将第一格式的数据传送至所述处理单元；

所述处理单元将第一格式的数据转换为第二格式的数据，并将第二格式的数据传送至所述控制器；

所述控制器对第二格式的数据进行处理，并将处理后的数据传送至所述上位机；并且

所述上位机对处理后的数据进行分析，并输出分析的结果。

2.根据权利要求1所述的智能监控设备，其特征在于：

所述传感器为分别接入所述超低温冰箱的温控传感器和/或电压传感器，其中温控传感器能感测超低温冰箱的内部温度，电压传感器接入超低温冰箱的电路，所述超低温冰箱的状态是所述超低温冰箱的内部温度和/或电压。

3.根据权利要求2所述的智能监控设备，其特征在于：

所述智能监控设备还包括置于所述超低温冰箱外部的超低温冰箱显示板，所述超低温冰箱显示板能接收并显示所述温控传感器和/或所述电压传感器发送的数据。

4.根据权利要求3所述的智能监控设备，其特征在于：

所述超低温冰箱显示板连接至所述通讯单元，并且能将接收的来自所述温控传感器和/或所述电压传感器的数据发送至所述通讯单元。

5.根据权利要求1所述的智能监控设备，其特征在于：

所述通讯单元是RS485通讯单元。

6.根据权利要求1所述的智能监控设备，其特征在于：

所述第一格式是Modbus通讯数据格式。

7.根据权利要求1所述的智能监控设备，其特征在于：

所述第二格式是Profinet通讯格式。

8.根据权利要求1所述的智能监控设备，其特征在于：

所述控制器是PLC可编程逻辑控制器。

9.根据权利要求1所述的智能监控设备，其特征在于：

所述上位机包括Wincc人机界面，并且通过所述Wincc人机界面向用户提供分析的结果。

10.根据权利要求9所述的智能监控设备，其特征在于：

所述Wincc人机界面包括报警器，所述报警器设置为在所述超低温冰箱的状态在阈值范围以内时输出正常显示信息，并且在所述超低温冰箱的状态超出所述阈值范围时输出报警信息。

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