專利名稱：一種遠程實驗室仿真控制系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于自動控制和電子技術領域，更具體地涉及一種遠程實驗室仿真控制系統。
背景技術：
遠程實驗室是隨著網絡技術的飛速發展而產生的，它是網絡技術與自動化技術結合的產物。目前，對于遠程實驗室技術的研究正處于積極的探索中，國內外都展開了積極的研究。國外一些大學已經組建遠程實驗室，例如，美國的田納西州大學為控制系的學生建立的在線實驗室可以提供包括脈沖輸入響應、按比例反饋系統等15個控制系統；德國哈 恩大學基于Java構建的遠程實驗室同樣也是用于“控制理論”教學的，世界各地的學生可以通過網絡為該實驗室的控制器選擇控制算法和改變控制參數；還有其它類型的遠程實驗室，比如研究晶體管特性的微電子實驗，電子顯微鏡的遠程實驗室，遠程示波器和壓力容器實驗室等。在國內，各高校也開始了遠程實驗室的研究。浙江海洋學院、浙江大學、上海交通大學電子信息學院等都研制出了基于C/S構架的遠程實驗室。浙江海洋學院設計的網絡實驗室系統，網絡實驗室作為網絡管理、網絡組網以及校企合作的實驗平臺，在做實驗、課題研究的同時，也可充分利用其自身優勢，提供社會服務，為校內乃至校外的各種網絡愛好者提供更多的學習機會和實踐展示的機會。浙江大學電氣工程學院設計的遠程實驗室系統，將一系列真實實驗設備連入互聯網而組成遠程實驗室，達到了遠程實驗和實驗設備共享的目的。遠程實驗室系統由服務器、控制器、實驗設備、客戶端和網絡5個部分組成，客戶端和服務器間采用C/S模式，服務器和客戶端軟件采用Java語言實現的。客戶端通過網絡訪問系統的主服務器，主服務器處理所有的請求，并根據用戶的請求向控制器發送命令，并存貯所有和實驗以及用戶相關的數據。上海交通大學電子信息學院研制了一套機器人遠程控制系統。該系統是基于C/S模型的遠程控制，實現了對機器人的運動以及產品加工過程的控制。客戶端和服務器以自定義RPC (遠程過程調用)作為通訊協議基礎。客戶端發出請求調用RPC存根函數，通過存根函數將請求轉換，并且為調用請求和變元進行網絡傳輸，服務器接收到數據后再調用RPC存根函數轉換控制命令，進而實現對設備的遠程控制。以上遠程實驗室都在某個課題滿足了用戶的要求，但是無法滿足綜合性的實驗需求。
發明內容
發明的目的是為了避免不同的仿真實驗需采用不同的實驗室仿真系統，并且受地點時間的限制，使用起來不方便而提出了一種遠程實驗室仿真控制系統，為教師與學生之間提供一個學習和交流的平臺，可以綜合地通過網絡遠程管理實驗室、遠程控制實驗過程。本發明所采用的技術方案為
遠程實驗室仿真控制系統總體設計包括硬件結構設計和軟件結構設計，遠程實驗室系統的硬件結構分為兩層遠程網絡、實驗室網絡。遠程網絡由接入Internet的遠程客戶端以及相應的網絡器件組成，實驗室網絡分為服務器層、控制層、監控層和設備層。在軟件結構設計中，包括視頻監控設計、網站設計和數據庫設計、仿真控制系統設計。
服務器層主要由Web服務器、數據庫服務器、Web Navigator服務器、視頻監控服務器組成。Web Navigator服務器,是WinCC實現Web功能的組件；視頻監控服務器提供現場實驗設備的實時視頻監控圖像；數據庫服務器存放實驗設備運行的實時數據和歷史數據；Web服務器采用Tomcat軟件來搭建Web服務器,在Web服務器中運行遠程實驗室網站。遠程實驗服務器是整個遠程實驗系統中重要的組成部分，主要作為WinCC WebNavigator發布遠程實驗的平臺，接受遠程客戶的命令和參數，并為用戶提供過程監控畫面,并把必要的數據歸檔存入數據庫,生成過程數據趨勢圖。遠程網絡模塊劃分為新聞發布模塊、注冊登錄模塊、用戶管理模塊、資料上傳與下載模塊、網上答疑模塊、實驗查詢模塊、預定實驗模塊、遠程實驗模塊。本發明產生的有益效果為遠程實驗室仿真控制系統將實驗室通過網絡與操作界面連接，以實現實驗數據采集、分析以及遠程監控的一個系統。它是一個無墻實驗室，通過計算機網絡遠程控制與交互系統，研究人員或學生將不受時空限制，使其能夠利用遠程網絡，進行實驗的預習，了解相關的實驗和儀器資料，隨時隨地與同行協作、共享或獨占儀器設備、共享數據和計算機資源、并利用計算機模擬仿真軟件對實驗進行模擬仿真，還可以通過遠程網絡得到教師的遠程指導。
圖I為遠程實驗室總體設計流程圖。圖2為遠程實驗室仿真控制系統軟件結構圖。圖3為遠程實驗室網站功能結構圖。
具體實施方式
實施例遠程實驗功能是很重要的部分，用戶完成注冊后，就可以登陸遠程實驗室。用戶可以選擇通過首頁登錄鏈接進入，也可以登陸之后在用戶界面選擇遠程實驗功能。登陸遠程實驗室的用戶界面包括管理員界面、用戶界面兩部分。用戶界面可以看到實驗分類，以及查詢管理員安排的實驗時間和分配的登陸的用戶名/密碼。學生可以通過這些信息進入所選擇的實驗登陸遠程實驗室。根據實驗室管理員提供的不同的用戶名和密碼，點擊不同的實驗便可以進入(用戶名與實驗是對應的)，用戶可以遠程操作實驗，察看實驗數據、趨勢圖、報警信息等實時信肩、O遠程實驗室系統的硬件結構分為兩層遠程網絡、實驗室網絡，實驗室網絡分為服務器層、控制層、監控層和設備層；軟件結構主要分為Web服務器、遠程實驗服務器、視頻監控服務器三個部分。服務器層主要由Web服務器、數據庫服務器、Web Navigator服務器、視頻監控服務器組成。Web Navigator服務器,是WinCC實現Web功能的組件,通過它可以實現遠程用戶通過Internet訪問遠程實驗室，服務器上運行專門為遠程實驗室設計的網站系統，當遠程用戶進行遠程操作時，通過身份驗證登錄網站，下載相應頁面，進行遠程操作。視頻監控服務器提供現場實驗設備的實時視頻監控圖像，用戶可以通過IE訪問，在瀏覽器中看到實驗室真實的實驗環境。
數據庫服務器用于存放實驗設備運行的實時數據和歷史數據，以及實驗用戶的相
關信息。Web服務器是遠程客戶端與實驗服務器的接口，目前系統采用Tomcat軟件來搭建Web服務器。在Web服務器中運行遠程實驗室網站，供用戶瀏覽信息、注冊并登陸遠程實驗室，并為實驗室管理員提供用戶信息，方便管理以及安排實驗。遠程實驗服務器是整個遠程實驗系統中重要的組成部分，主要作為WinCC WebNavigator發布遠程實驗的平臺，該平臺主要是接受遠程客戶的命令和參數，并為用戶提供過程監控畫面，并把必要的數據歸檔存入數據庫，以便于生成過程數據趨勢圖，供給實驗者觀察。視頻監控中心裝有視頻監控系統軟件，支持市場上出售的各種攝像頭，只要在服務器上安裝攝像頭驅動，進行正常攝像即可實現本地與遠程視頻監控。控制器主要采用西門子公司中端控制器S7-300和軟件控制器S7-PLCSM。控制器是根據事先給定的控制程序發出控制信息，使控制系統按照程序指令一步一步的執行，它是整個控制系統的神經中樞，同樣，它也是遠程實驗室系統的控制核心。監控主要采用西門子監控軟件WinCC對整個控制系統的傳感器、執行器、運行狀態進行監控。遠程實驗室被控對象除了實際被控對象，還有各種仿真被控對象。遠程實驗室系統Web網站是遠程實驗室系統的數據服務中心，負責向不同權限的用戶提供不一樣的服務。按照遠程實驗室網站的實際要求，可以把遠程網絡劃分為新聞發布模塊、注冊登錄模塊、用戶管理模塊、資料上傳與下載模塊、網上答疑模塊、實驗查詢模塊、預定實驗模塊、遠程實驗模塊。上述實施例不以任何方式限制本發明，凡是采用等同替換或等效變換的方式獲得的技術方案均落在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種遠程實驗室仿真控制系統，其特征在于遠程實驗室系統的硬件結構分為兩層遠程網絡、實驗室網絡，實驗室網絡分為服務器層、控制層、監控層和設備層；軟件結構主要分為Web服務器、遠程實驗服務器、視頻監控服務器三個部分。
2.根據權利要求I所述的遠程實驗室仿真控制系統，其特征在于服務器層主要由Web服務器、數據庫服務器、Web Navigator服務器、視頻監控服務器組成。
3.根據權利要求I所述的遠程實驗室仿真控制系統，其特征在于控制層中的控制器主要采用西門子公司中端控制器S7-300和軟件控制器S7-PLCSM。
4.根據權利要求I所述的遠程實驗室仿真控制系統，其特征在于采用Tomcat軟件來搭建Web服務器。
5.根據權利要求I所述的遠程實驗室仿真控制系統，其特征在于遠程網絡部分劃分為新聞發布模塊、注冊登錄模塊、用戶管理模塊、資料上傳與下載模塊、網上答疑模塊、實驗查詢模塊、預定實驗模塊、遠程實驗模塊。
全文摘要
本發明屬于自動控制和電子技術領域，公開了一種遠程實驗室仿真控制系統。遠程實驗室系統總體設計包括硬件結構設計和軟件結構設計，遠程實驗室系統的硬件結構分為兩層遠程網絡、實驗室網絡，其中遠程網絡由接入Internet的遠程客戶端以及相應的網絡器件組成，實驗室網絡分為服務器層、控制和監控層、設備層三層結構；在軟件結構設計中，包括視頻監控設計、網站設計和數據庫設計、仿真控制系統設計。本發明可以綜合地通過網絡遠程管理實驗室、遠程控制實驗過程。
文檔編號G05B17/02GK102722108SQ201210202789
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者孫瑜, 戚湧, 方賡, 朱長林, 滕詣迪, 黃文斌 申請人:南京理工大學常熟研究院有限公司