摘要：本文基于改進(jìn)目前高低溫試驗(yàn)箱集中監(jiān)控系統(tǒng)可靠性差、成本高、效率低的目的，采用WIFI無線通訊監(jiān)控技術(shù)和基于C十-軟件自主開發(fā)的應(yīng)用軟件，結(jié)合高低溫試驗(yàn)箱的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對某軍工單位研發(fā)實(shí)驗(yàn)室10余臺(tái)不同種類高低溫試驗(yàn)箱的集中監(jiān)控，通過兩年多的試驗(yàn)驗(yàn)證，得出采用WIFI無線通訊監(jiān)控技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對多臺(tái)環(huán)境試驗(yàn)箱的遠(yuǎn)程可靠監(jiān)控，為試驗(yàn)測試人員提供了實(shí)時(shí)形象、動(dòng)態(tài)的監(jiān)控方法和手段，提高了設(shè)備工作效率60%且減低人工成本30%以上。

高低溫試驗(yàn)箱是廣泛應(yīng)用于材料、電子、通信等領(lǐng)域，對電器產(chǎn)品、材料及零部件進(jìn)行交變或恒定高低溫試驗(yàn)重要的可靠性試驗(yàn)設(shè)備，用來檢驗(yàn)各類元器件、產(chǎn)品對不同溫度環(huán)境的適應(yīng)性，從而保證元器件、產(chǎn)品在不同惡劣溫度環(huán)境使用中的可靠性、適應(yīng)性和安全性，是檢驗(yàn)、提升產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性的主要基礎(chǔ)試驗(yàn)手段之一，高低溫試驗(yàn)箱在科學(xué)研究及試驗(yàn)中起不可或缺的作用，但高低溫試驗(yàn)箱的可靠云行是保證高低溫試驗(yàn)的前提條件，在實(shí)際工作中由于高低溫試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長以及外部環(huán)境的影響，常常出現(xiàn)由于傳感器、控制器、調(diào)節(jié)器、接觸器等電氣部分的損壞造成高低溫試驗(yàn)箱運(yùn)行過程中突然停止或失控。還常常出現(xiàn)由于壓縮機(jī)、制冷部件接觸不良、電磁閥控制、冷卻系統(tǒng)不正常而引起的制冷工作異常。當(dāng)試驗(yàn)過程中高低溫試驗(yàn)箱出現(xiàn)故障時(shí)，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或關(guān)機(jī)輕則可能造成測試結(jié)果不正確，重則造成被測試樣由于過熱而損壞甚至發(fā)生火災(zāi)事故并威脅試驗(yàn)人員的人身安全，因此實(shí)現(xiàn)對高低溫試驗(yàn)箱的可靠監(jiān)控具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

如果試驗(yàn)室擁有較多數(shù)量的高低溫試驗(yàn)箱則需要更多的試驗(yàn)人員操作并監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行，造成了大量人力資源的浪費(fèi)，因此對于擁有較多數(shù)量高低溫試驗(yàn)箱的單位，對安全可靠地進(jìn)行高低溫試驗(yàn)提出了更高的要求：要求在無人職守的情況下，完成對高低溫試驗(yàn)箱的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控、報(bào)警、故障隔離、歷史記錄查詢等功能。近年來，隨著網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，我們根據(jù)多年工作體會(huì)，設(shè)計(jì)了一套高低溫試驗(yàn)箱遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)利用WIFI技術(shù)實(shí)現(xiàn)10余臺(tái)高低溫試驗(yàn)箱的集中監(jiān)控，為試驗(yàn)測試人員提供了實(shí)時(shí)、形象、動(dòng)態(tài)的監(jiān)控方法和手段，該系統(tǒng)如果成功，不僅是互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)在環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備的一次運(yùn)用，同時(shí)提高了設(shè)備工作效率60%且減低人工成本30%以上。

高低溫試驗(yàn)箱示意圖

1、高低溫試驗(yàn)箱控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀

現(xiàn)階段國內(nèi)外高低溫實(shí)驗(yàn)設(shè)備的控制方式基本分為兩種：程序控制和定值控制，這兩種控制方式都是安排專人對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場操作并對各種數(shù)據(jù)的記錄與處理，不同的是采用的控制儀表和控制設(shè)計(jì)不一樣，即所采用的控制系統(tǒng)不同定值控制是用設(shè)備進(jìn)行單一溫度的控制試驗(yàn)，開機(jī)后將儀表控制溫度設(shè)定為試驗(yàn)要求的某一溫度，到達(dá)要求溫度后按照試驗(yàn)要求的時(shí)間計(jì)時(shí)，運(yùn)行到達(dá)要求的時(shí)間后關(guān)機(jī)完成試驗(yàn)任務(wù)。定值控制屬于單一性試驗(yàn)，一個(gè)試驗(yàn)結(jié)束后，如需再做其他定值試驗(yàn)，須重新設(shè)定試驗(yàn)溫度值，不可能一次做不同溫度組合試驗(yàn)是定值控制的特點(diǎn)。目前定值控制的高低溫箱選配的溫控儀表大多為普通的PID溫控儀表，如：日本神港的JCD-33A、臺(tái)儀的FU96等儀表它們只有定值控制功能，一次只能做單一溫度試驗(yàn)程序控制是指可以事先將很多組試驗(yàn)參數(shù)(溫度目標(biāo)值、運(yùn)行時(shí)間)設(shè)在一個(gè)試驗(yàn)程序中，程序開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備開始按程序設(shè)定的順序和控制時(shí)間開始運(yùn)轉(zhuǎn)，不必中途更改試驗(yàn)設(shè)定值，即程序控制時(shí)，可以做很多不同溫度的組合試驗(yàn)。

另外同一程序內(nèi)部程序間，可以設(shè)定跳段和循環(huán)，不同程序之間還可以設(shè)定程序鏈接。目前程序控制的高低溫箱選配的程序溫控儀表，如：日本 ESPEC公司的計(jì)測裝置P-300、韓國三元TEMI880、韓國韓榮TH500等儀表兼有定值控制與程序控制，兩種功能可以互相切換?？蛻艨梢愿鶕?jù)需要選擇定值控制或程序控制。

1.2目前高低溫試驗(yàn)箱控制系統(tǒng)技術(shù)的缺陷及發(fā)展趨勢

目前國內(nèi)外高低溫試驗(yàn)箱設(shè)備一般都帶有溫度設(shè)定和顯示面板，但絕大多數(shù)高低溫試驗(yàn)箱都是人工控制且每個(gè)高低溫試驗(yàn)箱都是獨(dú)立工作的，對于擁有較多高低溫試驗(yàn)箱的單位不便于進(jìn)行集中管理，隨著單位高低溫試驗(yàn)箱設(shè)備的增多，按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行人工監(jiān)控和分散維護(hù)，不僅浪費(fèi)人力、物力可靠性不佳，還不能滿足高低溫試驗(yàn)箱測試工作的需求。

為了適應(yīng)新形勢新環(huán)境的要求，利用新技術(shù)進(jìn)行高低溫試驗(yàn)箱集中監(jiān)控已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢，有一些監(jiān)控系統(tǒng)開始出現(xiàn)。在實(shí)際工作應(yīng)用中，我們認(rèn)為這些監(jiān)控系統(tǒng)盡管比傳統(tǒng)的控制器控制方式進(jìn)步很大，但由于各種原因，還是存在設(shè)備通訊接口和軟件常常無法很快兼容、需要通訊電纜線連接、容易造成信號(hào)衰竭以及人機(jī)分離不徹底等問題，這兩年隨著互聯(lián)網(wǎng)尤其是WIFI技術(shù)的迅猛發(fā)展，如果通過工控機(jī)將設(shè)備控制的信號(hào)發(fā)出通過路由器接收到控制設(shè)備同時(shí)將設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行的信號(hào)傳回工控機(jī)，由工控機(jī)進(jìn)行信息處理，形成人們需要的溫度隨時(shí)間變化的各種數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確清晰，易于分析、保存，將避免現(xiàn)有集中監(jiān)控系統(tǒng)的一些缺陷，也將成為國家鼓勵(lì)的互聯(lián)網(wǎng)+的一次實(shí)際運(yùn)用。這種設(shè)想目前尚未見實(shí)際應(yīng)用。下面我們以國際著名品牌 ESPEC高低溫箱為例展開論述。

2、系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì)

通過查閱各種文獻(xiàn)資料了解到，目前在已實(shí)現(xiàn)的高低溫試驗(yàn)箱集中監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用上，己經(jīng)廣泛應(yīng)用的都是通過互聯(lián)網(wǎng)、有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控或國外專業(yè)廠家針對自身廠家的多臺(tái)儀器設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控技術(shù)，結(jié)合 ESPEC公司高低溫試驗(yàn)箱的特點(diǎn)，本高低溫試驗(yàn)箱集中監(jiān)控系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、控制接口、報(bào)警裝置、WIFI無線設(shè)備、局域網(wǎng)、HMI顯控控制器、多臺(tái) ESPEC公司生產(chǎn)的高低溫試驗(yàn)箱及自研工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件等組成。系統(tǒng)顯控控制器是畫面組態(tài)和梯形圖編程一體的 HMI/PLC一體機(jī)，遠(yuǎn)程通信控制器專為工業(yè)40時(shí)代定制，打通數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)，通過移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)對高低溫試驗(yàn)箱遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上下載、監(jiān)控髙低溫試驗(yàn)箱狀態(tài)、故障診斷、數(shù)據(jù)分析等，工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)畫面編輯軟件是一種用于快速構(gòu)造和生產(chǎn)嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。

在匯集了多年組態(tài)軟件開發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用目前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

本系統(tǒng)組成采用深圳顯控 SamkoonSK觸摸屏，以 MODBUS協(xié)議為通信協(xié)議的PLC的“一屏多機(jī)”的連接方式。即一臺(tái)觸摸屏可以直接操作與之相連接的多臺(tái)PLC的寄存器地址。在系統(tǒng)設(shè)置時(shí)需將觸摸屏的通信口屬性的“一般”選項(xiàng)中的“內(nèi)設(shè)備服務(wù)項(xiàng)”選擇為“ Modbusrtu”“ Modbusrtumaster”，使觸摸屏做為[主站]，PC都做從站]。觸摸屏對寄存器地址的操作，即對支持 MODBUS協(xié)議的PLC內(nèi)相應(yīng)的寄存器地址進(jìn)行操作。因?yàn)橹С?MODBUS協(xié)議的PLC寄存器名稱都能和 MODBUS協(xié)議中的寄存器名稱相對應(yīng)。

屏一機(jī)或一屏多機(jī)連接關(guān)系圖見圖1

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1計(jì)算機(jī)及顯控控制接口

考慮到惡劣的現(xiàn)場環(huán)境及高可靠性的要求，計(jì)算機(jī)采用商用機(jī)，顯控采用 SamkoonSK系列AK070AS，配備標(biāo)準(zhǔn)的RS-232(485)串行口COM1、COM2。要實(shí)現(xiàn)RS-485協(xié)議通信，控制接口采用RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器的方法見圖2。

本系統(tǒng)選用深圳顯控AK07OAS，內(nèi)部安裝4G電信物聯(lián)卡，通過WIFI無線設(shè)備與當(dāng)?shù)厝我庥?jì)算機(jī)相連，UT-503轉(zhuǎn)換器通過屏蔽線纜與1～N臺(tái)高低溫試驗(yàn)箱的RS485接口連接，一套UT-503轉(zhuǎn)換器可帶32臺(tái)高低溫試驗(yàn)箱，亦即最多可使32臺(tái)高低溫試驗(yàn)箱集中監(jiān)測。WIFI設(shè)備以802.11協(xié)議為基礎(chǔ)，使用2.4G頻率為載體，傳輸無線數(shù)字信號(hào)。計(jì)算機(jī)控制WIFI設(shè)備工作，通過基于80211協(xié)議自動(dòng)組網(wǎng)組網(wǎng)成功后充分利用顯控機(jī)運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)容量大、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對眾多高低溫試驗(yàn)箱集中監(jiān)控、集中維護(hù)、集中管理，避免了人工控制效率低，實(shí)時(shí)性差，可靠性不佳且不便于歷史數(shù)據(jù)的分析保存等缺點(diǎn)。

32RS-485接口及總線RS-485為20mA電流環(huán)回路串行通訊接口，最大傳輸距離實(shí)際上可達(dá)1200m左右，允許在簡單的對屏蔽雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信，有良好的抗噪聲干擾性、長的傳輸距離、高的數(shù)據(jù)傳輸速率及多站能力等優(yōu)點(diǎn)，已成為控制界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一。

RS-485在總線上允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器，這樣可以利用單一的RS-485接口方便地聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成集中式測控系統(tǒng)。本系統(tǒng)RS485總線連接關(guān)系示意圖見圖3。

3.3高低溫試驗(yàn)箱

高低溫試驗(yàn)箱為日本 ESPEC公司的MC712型高低溫試驗(yàn)箱，其性能指標(biāo)符合GJB，GB，TEC60068-3-5等相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，適用于軍用產(chǎn)品及眾多工業(yè)產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)，該溫箱具有溫度控制精度高(溫度精度度±0.5℃)、控制范圍寬(溫度范圍-75℃～+100℃)的特點(diǎn)，其與外部通訊接口為RS485接口。圖4為MC712型高低溫試驗(yàn)箱的通訊接口實(shí)物圖。

圖4 MC712型高低溫試驗(yàn)箱的通訊接口實(shí)物圖

4、系統(tǒng)軟件開發(fā)

高低溫試驗(yàn)箱的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，關(guān)鍵工作之一在于自研監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中，采用C++軟件自主開發(fā)應(yīng)用軟件，遵循模塊化設(shè)計(jì)思想，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方案，使之具有良好的模塊化和可移植性，主要包含遠(yuǎn)程監(jiān)控主控制單元軟件、主界面軟件、高低溫試驗(yàn)箱控制軟件。監(jiān)控界面是建立在 SK Workshop組態(tài)軟件二次開發(fā)而成，根據(jù)需要設(shè)置“高低溫箱連接名稱”和“PLC連續(xù)地址間隔”，主界面軟件在界面設(shè)計(jì)上，結(jié)合圖形技術(shù)、圖標(biāo)控件及數(shù)據(jù)計(jì)算控件，力求界面友好、操作方便、數(shù)據(jù)處理便捷?？梢酝瓿蓪Ω叩蜏叵錅囟仍O(shè)定、溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控、PLC的遠(yuǎn)程上傳和下載PLC程序；通過電腦，以WIFI傳輸為媒介，可以遠(yuǎn)距離查看、修改PLC程序。

自研監(jiān)控軟件主要包括以下幾個(gè)部分：

（1）觸摸屏系統(tǒng)主界面，主參數(shù)設(shè)置見圖6，用于操作者密碼、時(shí)間設(shè)置、PLC控制、變量控制、窗口等；

圖6 軟件主參數(shù)界面

（2）遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)定，用于計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程管理，實(shí)現(xiàn)顯控和計(jì)算機(jī)WIFI設(shè)備連接，在軟件中配置wifi設(shè)備用戶名和登錄密碼，添加連接端口，在顯控機(jī)上啟動(dòng)遠(yuǎn)程服務(wù)，操作畫面和顯控觸摸屏一致，設(shè)定步驟：首先對 WIFI設(shè)備設(shè)置，再設(shè)置當(dāng)?shù)責(zé)o線路由器在路由器“轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則”下“添加新條目”，添加743、843端口，P地址按觸摸屏自動(dòng)獲取的I地址見圖7。設(shè)置成功后點(diǎn)擊“啟動(dòng)遠(yuǎn)程服務(wù)”按鈕。然后點(diǎn)擊“主畫面”按鈕，回到主頁面點(diǎn)擊“遠(yuǎn)程監(jiān)控”按鈕，出現(xiàn)下面界面，上面出現(xiàn)本設(shè)備IP地址和端口號(hào)，按提示進(jìn)行操作連接進(jìn)行遠(yuǎn)程操作見圖8。

（3）變量參數(shù)設(shè)置，用于顯示實(shí)時(shí)溫度曲線、歷史溫度曲線及偏差趨勢曲線等；

（4）手動(dòng)遠(yuǎn)程操作，用于高低溫試驗(yàn)箱啟動(dòng)、運(yùn)行、控制參數(shù)設(shè)置等見圖9；

（5）報(bào)警信息，用于高低溫試驗(yàn)箱的溫度異常PLC故障信息、通信故障等見圖10。

主控制單元的軟件流程主要包括系統(tǒng)初始化接口設(shè)置及通信、遠(yuǎn)程監(jiān)控、人機(jī)界面數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警處理和顯示等部分。

高低溫試驗(yàn)箱遠(yuǎn)程軟件的具體功能如下：

（1）可通過任何一臺(tái)連接WIFI計(jì)算機(jī)對顯控機(jī)實(shí)時(shí)操控；

（2）可依據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定任何高低溫實(shí)驗(yàn)箱工作溫度、時(shí)間及升降溫速率；

（3）可依據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定任何高低溫實(shí)驗(yàn)箱定值/程序工作方式及其遠(yuǎn)程監(jiān)控；

（4）可依據(jù)試驗(yàn)要求對高低溫試驗(yàn)箱加熱及冷凍能力進(jìn)行設(shè)定及遠(yuǎn)程監(jiān)控；

（5）可依據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)置高低溫實(shí)驗(yàn)箱試驗(yàn)過程中各種故障報(bào)警；

（6）可依據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定任何運(yùn)行試驗(yàn)箱的個(gè)數(shù)、控溫曲線或溫控程序軟件簡單易用，界面友好，方便快捷，適用范圍廣。

工程設(shè)計(jì)人員在PC機(jī)上進(jìn)行工程畫面組態(tài)的編輯，然后通過USB把最終的組態(tài)畫面和所需的通信驅(qū)動(dòng)下載到觸摸屏的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)中運(yùn)行，再通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)和串口通信對PLC或其它的連接設(shè)備建立通信并進(jìn)行相應(yīng)的控制和監(jiān)視。

5、系統(tǒng)測試

本高低溫試驗(yàn)箱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在進(jìn)行硬件安裝、計(jì)算機(jī)程序及模塊的開發(fā)、硬件連接調(diào)試完成后，需要對該系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行詳細(xì)運(yùn)轉(zhuǎn)測試和效果驗(yàn)證。

該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)功能和性能調(diào)試符合常規(guī)國家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際工作要求，主要包括：WIFI通訊功能測試，試驗(yàn)箱控制及運(yùn)行功能測試，軟件系統(tǒng)功能測試，系統(tǒng)性能測試；整套系統(tǒng)功能和性能驗(yàn)證包括：環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證，電磁兼容試驗(yàn)驗(yàn)證，電源波動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證等。

6、結(jié)論

文中詳細(xì)論述了一種基于微型計(jì)算機(jī)、控制接口及自研監(jiān)控軟件通過網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)WIFI技術(shù)實(shí)現(xiàn)對高低溫高低溫試驗(yàn)箱遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該監(jiān)控系統(tǒng)已運(yùn)用于實(shí)際工作中，不僅解決了很多單位因研發(fā)經(jīng)費(fèi)受限且保密原因無法通過購買無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)對髙低溫高低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的問題，為試驗(yàn)測試提供了實(shí)時(shí)、形象、動(dòng)態(tài)的監(jiān)控方法和手段，同時(shí)規(guī)避了傳統(tǒng)操作方式的很多弊端，將高低溫高低溫試驗(yàn)箱的使用效率提高了60%且減低人工成本30%以上。而且系統(tǒng)可以對多臺(tái)高低溫高低溫試驗(yàn)箱集中監(jiān)測，是互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)在環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備的一次成功運(yùn)用。