崔 琳， 彭 勇， 丁 立

(清華大學(xué) 化學(xué)工程系 化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，北京 100084)

基于RS-485及無(wú)線局域網(wǎng)的在役化工實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息化改造

崔 琳， 彭 勇， 丁 立

(清華大學(xué) 化學(xué)工程系 化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，北京 100084)

介紹了一種對(duì)現(xiàn)有化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)中心級(jí)別的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能的方法。在實(shí)驗(yàn)室層次使用采集站經(jīng)由RS-485總線及RS-232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而后將數(shù)據(jù)匯總至中心服務(wù)器供教師和學(xué)生實(shí)時(shí)查看、分析和下載。這一數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)可以提高數(shù)據(jù)采集精度和頻率，減少學(xué)生用于記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程課內(nèi)教學(xué)效果。

化工實(shí)驗(yàn)； 數(shù)據(jù)采集； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 無(wú)線局域網(wǎng)

0 引言

化工原理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及綜合實(shí)驗(yàn)是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程“化工原理”的配套實(shí)驗(yàn)課程，屬于化工專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是化工工藝、高分子等專(zhuān)業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)?！盎ぴ怼笔且婚T(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，因此，國(guó)內(nèi)外各高?；は嚓P(guān)專(zhuān)業(yè)均開(kāi)設(shè)該課程及配套實(shí)驗(yàn)，但是也正由于它是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，各?；ぴ韺?shí)驗(yàn)室建設(shè)較早，多存在設(shè)備老舊、功能單一等情況[1]。就我系實(shí)驗(yàn)中心試驗(yàn)設(shè)備情況來(lái)看，多數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置僅配備現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表或控制器，有的僅配備直接讀數(shù)型的測(cè)量?jī)x表，儀表數(shù)據(jù)讀取及操作需要在儀表柜或裝置上進(jìn)行，不具備現(xiàn)代的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)自動(dòng)處理等能力。

這類(lèi)在役實(shí)驗(yàn)裝置就其工作原理和性能方面，仍基本能夠滿足化工原理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求。但學(xué)生使用這些裝置在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有諸多不便，學(xué)生往往花費(fèi)相當(dāng)多精力用于人工計(jì)時(shí)、記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的記錄頻率、精度、準(zhǔn)確性等有相當(dāng)大不穩(wěn)定性，相當(dāng)于向?qū)嶒?yàn)結(jié)果中引入了較大的人為因素誤差，對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，因?yàn)樾枰涗洈?shù)據(jù)，學(xué)生的注意力不能全部集中于實(shí)驗(yàn)本身，往往沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行充足的思考和討論。

化工原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目地主要是讓學(xué)生實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)裝置，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，了解掌握化工原理的各個(gè)單元操作。而對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確讀取及記錄能力已經(jīng)在諸如普通物理等基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)完成了訓(xùn)練，故不應(yīng)作為實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容。因此，如能在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集能力，可以節(jié)省學(xué)生的一部分時(shí)間和精力，讓學(xué)生更注重實(shí)驗(yàn)原理本身，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和討論[2]。對(duì)某些實(shí)驗(yàn)，例如精餾等，通過(guò)實(shí)時(shí)分析可以綜合多個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制相應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線等并直接與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做比對(duì)，方便隨時(shí)調(diào)整裝置。

使用以往的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的學(xué)習(xí)方式從原理、實(shí)驗(yàn)、報(bào)告分析再回到原理，其學(xué)習(xí)反饋周期很長(zhǎng)，而有了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力以后，學(xué)習(xí)反饋周期可以縮短，實(shí)驗(yàn)效果也能夠有效提升。此外，節(jié)約的時(shí)間也可以用于增加更多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以充分利用有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)。

化工原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，需要裝置數(shù)量較多，多為定制型裝置，將裝置本身全部更新一方面限于條件短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，另一方面也實(shí)無(wú)必要。因此為實(shí)現(xiàn)上述的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，在部分實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了信息化改造的嘗試，以現(xiàn)有技術(shù)裝置為基礎(chǔ)，添加少量硬件設(shè)備，輔以軟件配套，實(shí)現(xiàn)裝置整體的數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化。

1 硬件部分

1.1 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)中心各個(gè)實(shí)驗(yàn)分布在同一建筑內(nèi)相鄰的若干較小的實(shí)驗(yàn)室房間，各個(gè)房間沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)連接。為實(shí)現(xiàn)全實(shí)驗(yàn)中心各個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，同時(shí)避免進(jìn)行大量硬件布線工作，不使用常用的PLC方案[3-4]及直接計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)方案[5-7]，而是設(shè)計(jì)使用了如圖1所示的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。

圖1 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)硬件結(jié)構(gòu)圖

每個(gè)實(shí)驗(yàn)室有一臺(tái)計(jì)算機(jī)采集站負(fù)責(zé)采集本室的各儀表數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)架設(shè)無(wú)線局域網(wǎng)，各數(shù)據(jù)采集站通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)同步至中心數(shù)據(jù)服務(wù)器。各采集站負(fù)責(zé)進(jìn)行與儀表的通信采集工作，不長(zhǎng)期保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的保存、讀取、下載等均使用中心服務(wù)器。中心服務(wù)器以Web Server形式提供數(shù)據(jù)服務(wù)，教師、學(xué)生均可訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該中心服務(wù)器與現(xiàn)有的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)預(yù)約服務(wù)器連接，可以使用學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)約信息進(jìn)行訪問(wèn)許可管理，學(xué)生僅可以訪問(wèn)自己實(shí)驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)采集接口

化工原理實(shí)驗(yàn)中需要采集的數(shù)據(jù)有溫度、壓力、質(zhì)量、流量等，在實(shí)驗(yàn)中心的大部分實(shí)驗(yàn)裝置上，這些常規(guī)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè)量已經(jīng)逐步使用顯示儀表取代了直接測(cè)量式儀表，各參數(shù)已經(jīng)被儀表轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。數(shù)據(jù)采集站進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集首先需要計(jì)算機(jī)與這些儀表的數(shù)據(jù)通信接口。

在各種通信接口中，RS-485通信接口是一種被智能儀表廣泛使用的數(shù)據(jù)通信接口[8-10]。它誕生于20世紀(jì)80年代，是一種成熟可靠的低成本通信電氣標(biāo)準(zhǔn)。RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)僅定義了通信的電氣規(guī)范，因此可以實(shí)現(xiàn)從最簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信到復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)總線通信等各種通信模式。RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)是一種兩線制總線型通信標(biāo)準(zhǔn)，允許在一條雙線的總線上接多臺(tái)設(shè)備構(gòu)成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，具有抗干擾能力強(qiáng)，帶負(fù)載能力強(qiáng)，線路連接方式簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，非常適合工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)通信，因此，在數(shù)字化儀表中被廣泛采用，成為數(shù)顯儀表的標(biāo)準(zhǔn)配置已經(jīng)有了10年以上的歷史。

經(jīng)檢查確認(rèn)，中心現(xiàn)有的數(shù)字式顯示、控制儀表大部分都帶有RS-485串行通信接口或預(yù)留了RS-485通信模塊的位置。因此，硬件通信方案主要使用RS-485通信接口，并給現(xiàn)有儀表配齊了RS-485模塊，把所有帶有RS-485接口的儀表接入實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的RS-485數(shù)據(jù)采集總線。部分儀表沒(méi)有RS-485接口的，使用單獨(dú)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)RS-485的接口模塊，也可以接入485通信總線。

數(shù)據(jù)采集站計(jì)算機(jī)使用RS-485轉(zhuǎn)USB的方式連接RS-485采集總線，由于RS-485是總線型通信協(xié)議，故一臺(tái)采集站就可以連接整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的全部RS-485儀表。

部分實(shí)驗(yàn)室另有少量使用RS-232接口的設(shè)備，RS-232是PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口，可以直接接入采集站計(jì)算機(jī)，但是它是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型通信接口，不能一對(duì)多，因此，若設(shè)備數(shù)量少于2個(gè)，可以直接使用計(jì)算機(jī)上自帶的2個(gè)RS-232接口；如果數(shù)量較多，則使用RS-232轉(zhuǎn)USB轉(zhuǎn)接附件接入。

數(shù)據(jù)采集站計(jì)算機(jī)基本不需要與人員進(jìn)行交互，無(wú)需顯示器、鍵盤(pán)等人機(jī)設(shè)備。由于它也不進(jìn)行計(jì)算任務(wù)，故對(duì)其性能要求很低。為降低成本，實(shí)際使用的是其他實(shí)驗(yàn)室淘汰的舊計(jì)算機(jī)，并加裝了無(wú)線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。

中心服務(wù)器通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與各個(gè)采集站聯(lián)系，只要一臺(tái)硬件配置達(dá)到當(dāng)前主流水平的計(jì)算機(jī)即可，無(wú)需特殊硬件。

綜上，系統(tǒng)硬件改造部分工作量并不多，包括部分儀表的更換，RS-485數(shù)據(jù)采集的布線和計(jì)算機(jī)采集站、服務(wù)器的準(zhǔn)備。信息化改造的主要工作是軟件配套。

2 軟件配套

2.1 軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中心實(shí)驗(yàn)室信息化改造的主要目的是代替人工數(shù)據(jù)采集，并提供一定程度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力，為學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)分析數(shù)據(jù)提供可能。為滿足以上需求，需要設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)配合。根據(jù)上述硬件平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件系統(tǒng)也被設(shè)計(jì)為2個(gè)層次：實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集站軟件和中心服務(wù)器軟件，其中中心服務(wù)器軟件又可以分為數(shù)據(jù)同步存儲(chǔ)部分和用戶界面兩部分。這些軟件在不同層級(jí)上分別完成不同任務(wù)。

2.2 數(shù)據(jù)采集站軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集站的軟件需求有2項(xiàng)：使用RS-485通信接口從各個(gè)儀表采集數(shù)據(jù)，向服務(wù)器傳送采集到的數(shù)據(jù)。雖然實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀表均帶有RS-485數(shù)據(jù)采集接口，但由于設(shè)備制造時(shí)間，采用的儀表批次等均不同，RS-485通信指令也存在大同小異的現(xiàn)象，而且各個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中需要采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)的數(shù)值換算，采集頻率等也都不同，需要逐個(gè)定義，因此，軟件需要逐個(gè)進(jìn)行適配。

數(shù)據(jù)采集站需要連接RS-485通信電纜，需要擺放在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，但是為避免干擾學(xué)生實(shí)驗(yàn)，也避免數(shù)據(jù)采集任務(wù)被意外中斷，所以不配備顯示器、鍵盤(pán)等人機(jī)交互設(shè)備，學(xué)生不能操作數(shù)據(jù)采集站，所以需要采集站軟件能夠進(jìn)行無(wú)人值守全自動(dòng)運(yùn)行。采集站的數(shù)據(jù)最終會(huì)匯總到服務(wù)器，數(shù)據(jù)的上傳方式一般有2種：可以使用采集站定期或?qū)崟r(shí)自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)，或服務(wù)器輪詢各個(gè)采集站進(jìn)行數(shù)據(jù)收取。考慮到服務(wù)器負(fù)載、數(shù)據(jù)有效性和安全性，采用了服務(wù)器輪詢的方式。這種方式由服務(wù)器控制數(shù)據(jù)上傳活動(dòng)，在每個(gè)時(shí)刻只與一個(gè)采集站通信，避免各個(gè)采集站競(jìng)爭(zhēng)的情況。同時(shí)各個(gè)采集站也必須具備自己的數(shù)據(jù)緩存，這樣在服務(wù)器故障時(shí)，數(shù)據(jù)仍能夠保持完整，保障了系統(tǒng)安全。采集站軟件的模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集站軟件模塊

儀表通信模塊從配置文件讀取一個(gè)實(shí)驗(yàn)室需要采集的儀表的配置信息，包括采集的各點(diǎn)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，通信地址，采集頻率，數(shù)據(jù)單位換算方法，數(shù)據(jù)采集指令等，而后按照讀取到的配置信息進(jìn)行對(duì)各個(gè)儀表進(jìn)行定時(shí)輪詢式數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)緩存處理模塊將采集到的數(shù)據(jù)保存到采集站上的緩存數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)也提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口供其他模塊訪問(wèn)數(shù)據(jù)。保存的數(shù)據(jù)包括原始數(shù)據(jù)，變換后對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理量數(shù)據(jù)，儀表地址，采集時(shí)間等。數(shù)據(jù)服務(wù)模塊與無(wú)線局域網(wǎng)連接，接受來(lái)自服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸命令。每次收到數(shù)據(jù)傳輸命令后，通過(guò)數(shù)據(jù)緩存處理模塊訪問(wèn)緩存數(shù)據(jù)庫(kù)，將最新的數(shù)據(jù)返回給服務(wù)器。等待服務(wù)器確認(rèn)后，將已傳送的數(shù)據(jù)標(biāo)注為已傳送，而后歸檔儲(chǔ)存，以備數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)使用。

采集站軟件以 HTTP服務(wù)的形式開(kāi)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人工干預(yù)。這一軟件模式將來(lái)可以增加新的服務(wù)內(nèi)容，例如來(lái)自服務(wù)器的對(duì)儀表的操作命令。或來(lái)自學(xué)生或教師的對(duì)歷史緩存的原始數(shù)據(jù)的訪問(wèn)等。

2.3 中心服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)

服務(wù)器軟件可以分為圖3所示的若干模塊。

圖3 中心服務(wù)器軟件模塊

數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)系統(tǒng)配置信息，按照一定的頻率輪詢各個(gè)數(shù)據(jù)采集站，發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，接受返回的數(shù)據(jù)并向采集站發(fā)送確認(rèn)信息；數(shù)據(jù)庫(kù)同步模塊負(fù)責(zé)將各個(gè)采集站采集回的數(shù)據(jù)存入中央數(shù)據(jù)庫(kù)，并負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性、重復(fù)性檢查；數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊也提供接口供其他模塊檢索其中的數(shù)據(jù)；用戶權(quán)限管理模塊負(fù)責(zé)與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)連接，獲取各學(xué)生用戶可以訪問(wèn)的來(lái)源采集站和數(shù)據(jù)時(shí)間段，并提供接口將獲取到的權(quán)限數(shù)據(jù)供其他模塊使用；用戶接口模塊在以上兩個(gè)模塊提供的接口基礎(chǔ)上，以HTTP服務(wù)的形式提供給用戶各種數(shù)據(jù)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)處理等服務(wù)。目前提供的服務(wù)有：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格瀏覽、趨勢(shì)圖顯示、數(shù)據(jù)下載3項(xiàng)主要服務(wù)。HTTP服務(wù)可以使用Web瀏覽器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，用戶不需要安裝客戶端軟件，所以學(xué)生和教師可以很方便地使用個(gè)人計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)等設(shè)備經(jīng)無(wú)線局域網(wǎng)連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)時(shí)查看實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、趨勢(shì)。考慮到系統(tǒng)需要兼容小屏幕的智能手機(jī)等移動(dòng)終端，系統(tǒng)界面盡可能地使用了簡(jiǎn)潔的模式。

3 系統(tǒng)使用

目前整個(gè)實(shí)驗(yàn)中心的改造仍在逐步進(jìn)行中，已經(jīng)進(jìn)行改造的實(shí)驗(yàn)裝置包括干燥實(shí)驗(yàn)、管路流體實(shí)驗(yàn)等幾個(gè)[11]。以干燥實(shí)驗(yàn)中的紅外干燥實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)為例，干燥實(shí)驗(yàn)是化工原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)必修環(huán)節(jié)，紅外干燥實(shí)驗(yàn)的原有內(nèi)容是對(duì)一份干重1 g左右，濕重3～5 g的濕潤(rùn)的試樣在紅外干燥器中進(jìn)行干燥，記錄從開(kāi)始至干燥完成過(guò)程中各時(shí)刻的時(shí)間及試樣的質(zhì)量，進(jìn)而獲取試樣的干燥曲線與干燥速率曲線，了解和掌握干燥這一傳質(zhì)過(guò)程的特性[12]。

實(shí)驗(yàn)所得干燥速率曲線上應(yīng)有2個(gè)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，為取得理想實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需清楚地顯現(xiàn)干燥曲線的這一特征，整個(gè)曲線應(yīng)由至少30個(gè)以上數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合而成。由于試樣整體質(zhì)量較小，視紅外干燥器的輸出功率大小，每次干燥過(guò)程可以在6～20 min完成。

以往學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生需要2人配合，1人看表讀數(shù)，另1人持紙筆記錄。如在干燥功率較大情況下，實(shí)驗(yàn)過(guò)程在不到10 min即完成，平均每個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔不足20 s或更短，對(duì)時(shí)間的記錄很難保證精確。因此，一般學(xué)生都會(huì)選擇較小紅外加熱功率來(lái)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，避免數(shù)據(jù)的過(guò)大誤差。這樣整個(gè)實(shí)驗(yàn)課可以進(jìn)行的干燥次數(shù)多為4～6次，可以進(jìn)行對(duì)比測(cè)試、重復(fù)測(cè)試的試樣種類(lèi)和干燥條件都比較有限。而且整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生都在忙于記錄數(shù)據(jù)，無(wú)暇觀察和思考。

改用計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄以后。數(shù)據(jù)記錄頻率可以提高至2 s/次，時(shí)間與物料質(zhì)量同步獲取，數(shù)據(jù)記錄誤差大大縮小。隨數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔的縮短，每次實(shí)驗(yàn)所獲取到的數(shù)據(jù)量也大大增加，實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合曲線的精確度有明顯提高。而且由于數(shù)據(jù)采樣速度提高，允許使用較短的時(shí)間完成每次干燥過(guò)程，以及進(jìn)行更多樣的實(shí)驗(yàn)條件比對(duì)和不同試樣的比對(duì)，學(xué)生可以測(cè)試各種不同物料、不同干燥條件下的干燥過(guò)程進(jìn)行比對(duì)分析。

4 結(jié) 語(yǔ)

我中心進(jìn)行的對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改造過(guò)程以現(xiàn)有設(shè)備為基礎(chǔ)，進(jìn)行少量硬件變更，輔以配套軟件，實(shí)現(xiàn)了部分設(shè)備的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理。這一改造避免了對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的影響，在不影響實(shí)驗(yàn)課程的情況下，增強(qiáng)了試驗(yàn)設(shè)備的可用性，使得在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上可以更好地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集把學(xué)生從機(jī)械地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄活動(dòng)中解放出來(lái)，在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)，學(xué)生可以把更多精力和時(shí)間放到對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的思考、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的討論中，有效地提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果。這一改造需要的軟硬件成本并不高，適合一些設(shè)備不易更換的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、老舊實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用。

目前的改造僅限于自動(dòng)讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)完全支持對(duì)儀表的控制。只要在現(xiàn)有軟件系統(tǒng)中增加相應(yīng)功能模塊，即可對(duì)可以控制輸出的環(huán)節(jié)，例如干燥實(shí)驗(yàn)中的溫度控制等，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控、調(diào)整等操作。

這一改造大幅度減少了學(xué)生記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間，對(duì)某些實(shí)驗(yàn)而言相當(dāng)于大量增加了有效實(shí)驗(yàn)時(shí)間，故需要向?qū)嶒?yàn)課程增加更多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)填充實(shí)驗(yàn)時(shí)間，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，這也是實(shí)驗(yàn)中心下一步要進(jìn)行的主要工作內(nèi)容。

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·名人名言·

我們應(yīng)該不虛度一生，應(yīng)該能夠說(shuō)，“我已經(jīng)做了我能做的事?！?/p>

——居里夫人

The Approach of Informatization on the Existing Chemical Engineering Experiment Equipment Based on RS-485 and Wireless Network

CUILin，PENGYong,DINGLi

(Chemical Engineering Experiment and Teaching Center, Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

In this paper, the authors presented an approach of modifying the existing chemical engineering experiments equipment. After the modification, students and teachers can acquire the experiment data via a unified data transfer network which covers the whole experiment center. The data were acquired via RS-485 and RS-232 communication interface by the data acquiring station in each laboratory. Then data acquiring stations transfer the data bundle to the data center server. The users, including students and teachers, can access the data center server, analyze, inspect and download the data online. Comparing with the manually data recording manner, the data acquiring network can increase the data accuracy and record frequency, decrease the time cost of data recording. It is helpful for improving the chemical engineering experiment education.

chemical engineering experiments; data acquisition; experiment education; wireless local network

2016-07-20

崔 琳(1975-)，男，河南濟(jì)源人，博士，工程師，研究方向：實(shí)驗(yàn)技術(shù)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理，實(shí)驗(yàn)設(shè)備與自控。

Tel.：13661243043；E-mail: mr.cuilin@mail.tsinghua.edu.cn

彭 勇(1974-)，男，上海人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事實(shí)驗(yàn)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與自控方面的研究。

TP 29

A

1006-7167(2017)03-0133-04