高低温试验箱集中监控系统的设计及实现

刘西强

（陕西省电子信息产品监督检验院 陕西 西安 710004）

高低温试验箱集中监控系统的设计及实现

刘西强

（陕西省电子信息产品监督检验院 陕西 西安 710004）

论述了一种基于环境实验室的高低温试验箱集中监控系统的设计及实现。一个应用型的环境实验室通常有大量的高低温试验箱，对这些高低温试验箱集中控制系统都将面临如下问题:不同协议类型；不同连接端口；不同操作方法；分布区域较大。针对不同环境实验室内高低温试验箱集中控制需求的需要，本文通过RS232转RS485接口和基于Visual Basic软件自行开发应用软件实现了对国防工业某研究所环境实验室内10余台环境试验箱的监视和控制。经过一年来的运行，该系统将高低温试验箱的使用效率提高了60％且减低人工成本30％以上。

环境试验；高低温试验箱；集中监控；RS485

高低温试验箱是一种重要的环境试验设备，用于军工、机械、电子、通信等领域产品的恒定或交变高低温试验，以检验各产品对恶劣温度环境的适应性。由于高低温试验持续工作时间长，温控精度高、有时要以快速的升/降温速率工作，常常发生超温、制冷失效等故障，这些故障如不能及时发现轻则可能由于温度未在设定的温度范围而造成测试结果不正确，重则造成被测产品损坏事故，因此精准地实现对高低温试验箱的监控很有必要。应某研究所高低温实验室环境试验需要，设计了一套高低温试验箱集中监控系统，本测试系统可以实现10余台日本ESPEC公司（ESPEC公司）生产的MC712高低温试验箱的集中监控，该系统将高低温试验箱的使用效率提高了60％且减低人工成本30％以上。

1 高低温试验箱集中监控系统研究现状

1.1 集中监控相关技术国内外现状

当前市场上研发集中监控产品的有广州奥奇曼电子科技有限公司的维尔特Wandeor系统，海康威视iVMS-5000集中监控管理平台系统等比较有名。

维尔特Wandeor系统是基于b/s与c/s相结合架构，采用了开源免费的linux操作系统和mysql数据库，用高效的c/c++语言开发的。 本系统是将各个独立、分散的dvr监控设备通过ip网络进行统一管理、控制、存储、转发、报警联动的一套全数字化、高度系统集成的智能安全防范系统。本系统还融入了“网络视频会议”通信技术，实现召开网络视频会议同时可以随意调入事发现场的实时监控图像，让与会者一起分析、商讨现场情况，及时做出相应决策，实现对现场的科学指挥和调度。

iVMS-5000集中监控管理平台基于TCP/IP网络协议组网、模块化配置设计、强大的功能内涵。平台组成分为数据层（数据库）、 业务层（PPS、VMS、AMS、VRM、MAG）、管理层（WEB、CMS、NMS）和媒体层（VTDU、NVR、PCNVR）。根据项目实际需要构建多级级联平台，分控管理中心与前端监控、报警等分点之间通过网络或光纤专网实现联网接入，再经专网将接收到的信息传给上一级控制中心或主控制中心，形成多级级联平台。

1.2 国外现状集中监控相关技术

在西方发达国家，由于科技发达，在集中监控技术研究方面起步较早，集中监控技术也比较成熟，在军工、机械、电子、通信等重要行业的应用非常广泛，体现了以下几个特点:

1）网络化程度高

随着互联网及无线网络技术的发展和应用，西方发达国家普遍通过互联网或无线网络实现对设备的远程集中监控。如丹麦和瑞典合建的大坦跨海大桥监控系统就是通过互联网及无线网络实现对跨海大桥众多检测设备、控制设备的远程集中监控。

2）对象专一、标准化程度高

由于集中监控技术面向的监控对象各异，采取的技术手段也有差别，国外在集中监控技术应用上趋向于单一对象或领域，特别是在专用设备等行业。如在制冷设备领域，意大利ACS公司、德国Vouch公司、美国THERMOTRON公司均为自己生产的高低温箱产品专门定制了集中监控解决方案、制定了相关行业标准。这些厂家集中监控方案的共同特点:对象单一仅适应本公司产品、专用性太强，无法通用且监控的高低温箱数量受限，价格昂贵。

1.1.3 高低温试验箱集中监控现状

高低温试验箱设备一般都带有温度设定和显示面板，但目前很多高低温试验箱设备都是人工控制且每个高低温试验箱都是独立工作的，对于拥有较多高低温试验箱的单位不便于进行集中管理，随着单位高低温试验箱设备的增多，按照传统方式进行分散维护和人工监控，不仅浪费人力、物力，可靠性不佳，还不能满足高低温试验箱测试工作的需求。为了适应新形势新环境的要求，高低温试验箱设备维护工作必须向集中监控、集中维护、集中管理的方向发展。因此对高低温试验箱设备进行集中监控已经成为发展的必然趋势，开展对监控系统的研究具有十分重要的意义。

2 系统方案总体设计

通过查阅各种文献资料了解到，目前在己实现的高低温试验箱集中监控系统的应用上，己经广泛应用的都是通过互联网、无线网络实现远程集中监控或国外专业厂家针对自身厂家的多台仪器设备进行集中监控技术，由于提出研发高低温试验箱集中监控的单位为保密要求严格的国防工业某研究所，不能采取无线网络远程集中监控方案且研发经费受限又不能购买ESPEC公司专用的集中监控解决方案。结合ESPEC公司高低温试验箱的特点，本高低温试验箱集中监控系统由计算机、控制接口、报警装置、多台ESPEC公司生产的高低温试验箱及自研监控软件等组成。系统组成及连接关系图见图1。

图1 集中监控系统组成及连接关系图

3 系统硬件设计

3.1 计算机及控制接口

考虑到恶劣的现场环境及高可靠性的要求，计算机采用凌华RK-610A工控机，配备标准的RS-232串行口COM1、COM2。要实现RS-485协议通信，控制接口采用RS232转RS485转换器的方法。

本系统转换器选用UT-503，输入接口接入RK-610A工控机的1路RS232接口COM1，输出接口通过屏蔽线缆与1∽N台高低温试验箱的RS485接口连接，一套UT-503转换器可带32台高低温试验箱，亦即最多可使32台高低温试验箱集中监测。组网后充分利用工控机运行速度快、存储容量大、数据处理能力强的优势，实现对众多高低温试验箱集中监控、集中维护、集中管理，避免了人工控制效率低，实时性差，可靠性不佳且不便于历史数据的分析保存等缺点。

3.2 RS-485接口及总线

RS-485为20 mA电流环回路串行通讯接口，允许在简单的一对屏蔽双绞线上进行多点双向通信，有良好的抗噪声干扰性，高的数据传输速率，长的传输距离和多站能力等优点，已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一。

RS-485接口的最大传输距离实际上可达1 200米左右，在总线上允许连接多达128个收发器，这样可以利用单一的RS-485接口方便地联网构成集中式测控系统。本系统RS485总线连接关系示意图见图2。

图2 RS485总线连接关系示意图

3.3 高低温试验箱

高低温试验箱为日本ESPEC公司生产的MC712高低温试验箱，其性能指标符合GB，GJB，TEC60068-3-5等相关试验标准，适用于工业产品的可靠性试验，具有温度控制精度高（温度波动度0.5℃）、控制范围宽（温度范围-75℃∽100℃）的特点，其与外部通讯接口为RS485。图3为MC712通讯接口实物图。

图3 MC712通讯接口实物图

4 系统软件开发

要完成高低温试验箱的计算机集中监控，关键工作在于自研监控软件的设计。在软件设计中，遵循了模块化设计思想，采用结构化程序设计方案，使之具有良好的模块化和可移植性，主要包含监视主界面软件、主控制单元软件、高低温试验箱软件。

监视主界面软件在界面设计上，结合动画图形技术、图标控件及数据计算控件，力求界面友好、操作方便、数据处理便捷。自研监控软件主要包括以下几个部分：

1）登陆界面，用于记录操作者的信息及时间；

2）曲线界面，用于显示实时温度曲线、历史温度曲线及偏差趋势曲线等；

3）数据界面，用于显示实时温度数据、历史温度数据及数据总揽等；

4）设置菜单，包括高低温高低温试验箱的选择、运行参数设置、控制参数设置等。

主控制单元的软件流程主要包括系统初始化、接口设置及通信、数据监控、人机界面数据交互、数据存储、报警处理和显示等部分，主控制单元软件流程图如图4所示。

图4 主控制单元软件流程图

高低温试验箱软件的具体功能如下:

1）可任意设定工作时间及升降温速率；

2）可任意设定定值/程序工作方式及其监控方式；

3）可任意设定运行试验箱的个数、控温曲线或温控程序；

4）可任意对高低温试验箱加热及冷冻能力的设定及监控；

5）可任意设置继电器触点的输出数量及其编号和试验过程中各种故障报警方式。

软件采用 Visual Basic6.0（VB6）编程，VB6 是基于Windows的可视化程序设计语言，它简单易用，方便快捷，适用面广。在VB中添加NI公司的CWGraph及CWslide专用控件可方便实现实时数据曲线的实时动态显示。

在本测试系统当中，由于高低温试验箱只有十几台，RS485总线通过转换器直接连接到计算的标准com1口，可以直接使用VB6的通信控件Mscom32.ocx来实现串行通信程序开发。

5 系统测试

本高低温试验箱集中监控系统在完成硬件设备的安装、程序及模块的开发、硬件连接调试完成后，需要对整套系统的功能和性能进行详细测试和验证。

整套系统功能和性能调试主要包括：通讯功能测试，控制功能测试，系统管理功能测试，系统性能测试。

1）通讯功能测试：计算机控制系统能自动向高低温试验箱发送控制指令，高低温试验箱能正确接收和响应计算机控制系统发送的命令；

2）控制功能测试：通过计算机控制系统能对高低温试验箱进行手动启动，定时运行，程序启动，程序暂停，程序回复，报警复位等控制操作；

3）系统管理功能测试：系统具有用户的权限管理、支持多个用户同时登陆并将登陆者信息及登陆时间存入日志记录文件中，系统支持通过日志记录用户的关键操作内容及系统运行状态。

整套系统功能和性能验证包括：环境试验验证，电磁兼容试验验证，电源波动试验验证等。

1）环境试验验证：计算机控制系统和高低温试验箱应能在高低温试验室可能出现的最高和最低温湿度条件下可靠工作，设备MTBF大于2 200小时；

2）电磁兼容试验验证：计算机控制系统和高低温试验箱能正常工作在强电磁干扰工作环境，电磁兼容试验满足国标或国军标的相关要求；

3）电源波动试验验证：供电电源（AC220V、AC380V）±10％波动时，计算机控制系统和高低温试验箱应能可靠工作。

6 结论

文中详细论述了一种基于微型计算机、控制接口及自研监控软件实现对不少于10台ESPEC公司生产的MC712高低温高低温试验箱集中监控系统的设计及实现。解决了国防工业某研究所因研发经费受限且保密原因无法通过采取无线网络远程集中监控技术对高低温试验室10余台高低温高低温试验箱进行集中监控的问题，为试验测试人员提供了实时、形象、动态的监控方法和手段，该系统通过了现场功能及性能的全面测试实验，实验表明系统能实现对10余台MC712高低温高低温试验箱的集中监控，将高低温高低温试验箱的使用效率提高了60％且减低人工成本30％以上。同时系统采用RS232转RS485转换器UT-503的方法最多可对32台高低温高低温试验箱集中监测。

[1]杜芬芳.华数传媒机房集中监控系统的设计与实现[D].杭州：浙江工业大学，2015.

[2]陈战.浅谈计算机在冶金自动化控制中的应用[J].电子测试， 2013（8）:106-107.

[3]王文光，胡爱军.关于温湿度检定箱校准参数的探讨[J].电子产品可靠性与环境试验，2017（1）:62-63.

[4]徐小品，王建新，仇高贺.通断试验的闪络监测装置的设计应用 [J].电气与能效管理技术，2016（4）:58-63.

[5]朱志斌.计算机软件工程的管理及应用[J].电子技术与软件工程， 2016（6）:72-73.

[6]陈爱金，李安福，蔡淑珍.环境试验箱的检测与校准[J].经营管理者，2015（2）:394-395.

[7]文小飞，万俊，杨炯.二次压板远程监视系统的应用[J]. 自动化应用，2015（8）:101-104.

[8]邓锐，魏武.连接器接触瞬断监测技术与方法[J].电子产品可靠性与环境试验，2016（5）:42-43.

[9]宋睿.基于loushang平台的专卖管理与控制体系信息系统的设计与实现[D].济南：山东大学，2012.

[10]刘燕.基于Web Service的远程机房监控系统设计与实现[D].上海：中国海洋大学，2012.

[11]崔阳.Windows环境下 HID设备通讯接口的设计[J].计算机与现代化，2013（7）:172-175.

[12]徐农.智能视频监控系统的分析与设计[D].北京：北京邮电大学，2012.

[13]邓磊.移动通信综合集中监控呈现系统的设计与实现[D].南京：南京邮电大学，2012.

[14]何蕴良，耿淑琴，汪金辉.基于ZigBee无线传感的空气温湿度监测系统设计 [J].现代电子技术，2015（18）:133-136.

[15]潘可佳.基于物联网技术的机房智能监控系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.

[16]淡海英.关于软件测试技术的工作流程解析[J].工业仪表与自动化装置，2016（5）:20-22.

The conputer based centralized testing system for high-low temperature test chambers

LIU Xi-qiang
（Shaanxi Electronic Information Products Supervision and Inspection Institute， Xi'an 710004， China）

This paper mainly discusses the a Based on environmental laboratory of high-low temperature test chamber design and realization of the centralized monitoring system.For a high-low temperature test laboratory，many environmental test are needed.Any central control system design for them would face the problems listed as follow:different protocol types，different connecting interfaces，different operating methods， large distributed area.Facing these problems， this paper proposes a laboratory central control system architecture.By using RS232-485 hardware equipments， application software（Visual Basic） is then developed to monitor and control 10 high-low temperature test chambers in The defense industry institute of China ，after a year of operation ，the high-low temperature test chamber of the system will use efficiency increased by 60％and To reduce labor costs by more than 30％。

environmental test；high-low temperature test chambers； centralized monitoring；RS485

TN2

：A

：1674－6236（2017）15-0122-04

2017-04-14稿件编号：201704085

刘西强（1969—），男，陕西西安人，工程师。研究方向：试验检测设备的研究和销售。