探究科技館集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施

付叢茂

摘 要：科技館主要依靠展品來展示科學(xué)原理，供觀眾體驗(yàn)，并從中收到啟發(fā)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和觀眾參觀心里的影響，越來越多的科技館開始研究展品的集中控制和管理。由于科技館展品門類繁多，而且單件展品往往也綜合了光電、機(jī)械、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)的應(yīng)用。這些客觀因素就造成集控系統(tǒng)的控制及切換冗雜，如何提高展品的操控效率，已經(jīng)成為各科技館所面臨的技術(shù)難題。因而，應(yīng)認(rèn)真了解和利用集中控制系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)科學(xué)合理的集控系統(tǒng)來改善設(shè)備配置，并解決上述問題。

關(guān)鍵詞：科技館；集控系統(tǒng)；設(shè)備監(jiān)測(cè)

隨著高新技術(shù)及集成控制技術(shù)的出現(xiàn)，科技館也相應(yīng)地提出科技館特有的展品集控系統(tǒng)理念，用集控系統(tǒng)控制所有展品的通斷電、運(yùn)行、報(bào)錯(cuò)等一系列功能實(shí)現(xiàn)。集控系統(tǒng)涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、應(yīng)用信息技術(shù)、視覺媒體及其控制技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)等多種技術(shù)手段，因而應(yīng)重點(diǎn)了解科技館集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分，并設(shè)計(jì)科學(xué)合理的集控系統(tǒng)，本文對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行了初步分析。

1 科技館展品集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分

1.1 系統(tǒng)層

系統(tǒng)層主要是由web端應(yīng)用管理系統(tǒng)、智能控制服務(wù)端和云端管理體系構(gòu)成，系統(tǒng)層借助web端應(yīng)用管理系統(tǒng)對(duì)智能控制服務(wù)終端和云端管理體系進(jìn)行相應(yīng)管理，然后由服務(wù)網(wǎng)端的接收控制終端發(fā)送執(zhí)行命令，從而快速有效地控制展品設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是指在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將展品設(shè)備的一端與控制器、連網(wǎng)設(shè)備連接在一起，中間部分是網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，而另一端與網(wǎng)絡(luò)光纜和受控制的展覽設(shè)備連接在一起，因而網(wǎng)絡(luò)層具備信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)交換作用。底層的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和中心控制機(jī)房的交換機(jī)均使用了6千兆網(wǎng)線，寬帶速度為1000 M，其中中心交換機(jī)使用的交換機(jī)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管。

1.3 執(zhí)行層

執(zhí)行層通常涉及與展覽品相關(guān)的開關(guān)和傳感器等執(zhí)行、控制結(jié)構(gòu)，它們經(jīng)由控制層和網(wǎng)絡(luò)層聯(lián)系在一起。同時(shí)它還借助MODBUS 通信協(xié)議與RS-485通訊方式，為新增展品的智能設(shè)備預(yù)留控制接口。

2 設(shè)計(jì)科技館展品的集中控制系統(tǒng)

科技館展品集中控制系統(tǒng)最主要的設(shè)計(jì)原則是“經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性、開放性、體驗(yàn)性、互動(dòng)性、教育性”。集中控制系統(tǒng)主要針對(duì)的是場(chǎng)館中弱電與強(qiáng)電展品設(shè)備的集中控制及管理。該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)設(shè)備監(jiān)視端、采集端、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制終端及控制模塊共同組成，還可分為數(shù)據(jù)采集監(jiān)控與設(shè)備控制兩大系統(tǒng)，二者可獨(dú)立運(yùn)行也可相互結(jié)合運(yùn)行。一旦數(shù)據(jù)采集監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)生緊急狀況，系統(tǒng)就會(huì)將該信號(hào)發(fā)送到控制系統(tǒng)，相應(yīng)的控制系統(tǒng)會(huì)迅速做出各種應(yīng)急命令，從而安全有效的規(guī)避了場(chǎng)館風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，隨之，設(shè)備損耗也降低了?，F(xiàn)將設(shè)計(jì)科技館展品集中控制系統(tǒng)所用的各項(xiàng)技術(shù)介紹如下。

2.1 展品的開關(guān)控制技術(shù)

展品的開關(guān)控制技術(shù)通常涉及智能控制模塊、執(zhí)行結(jié)構(gòu)和控制終端等內(nèi)容。使用者可以經(jīng)由控制終端把不同信號(hào)傳送至控制模塊，通過智能模塊處理后，再借助PLC向動(dòng)力柜和開關(guān)等主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動(dòng)作指令，進(jìn)而促進(jìn)展覽品相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂平K端的主要采用手持式和臺(tái)式這兩種控制方式，它經(jīng)由控制模塊和網(wǎng)絡(luò)連接在一起，進(jìn)而達(dá)到遠(yuǎn)程控制展品的目的。

2.2 數(shù)據(jù)采集監(jiān)視

數(shù)據(jù)采集監(jiān)視系統(tǒng)的出現(xiàn)，為科技館順利監(jiān)視展覽設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。展覽項(xiàng)目控制人員可以根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況來了解各展品的運(yùn)轉(zhuǎn)情況和運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，并及時(shí)將展品運(yùn)轉(zhuǎn)信息和數(shù)據(jù)輸入監(jiān)視系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控不同展品的真實(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如果設(shè)備運(yùn)行欠佳，需提醒有關(guān)人員及時(shí)檢修。

3 通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳輸格式

通信協(xié)議又被稱為鏈路控制規(guī)程，它屬于一種網(wǎng)絡(luò)通用語(yǔ)言，即系統(tǒng)間通信雙方為了控制數(shù)據(jù)傳送而進(jìn)行的特別約定，它為不同硬件體系與不同操作系統(tǒng)的連接提供了重要的通信支持。該約定統(tǒng)一規(guī)定了數(shù)據(jù)傳送的同步方式、數(shù)據(jù)格式、控制字符的定義、傳送步驟、傳送速度及糾錯(cuò)方式等問題，簽訂通信協(xié)議的雙方必須要一起遵守。

4 科技館展品集控系統(tǒng)的跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)控制終端

科技館展品的集中控制系統(tǒng)不僅應(yīng)用了“TCP/IP”協(xié)議，還采用了多用戶、多進(jìn)程遠(yuǎn)程控制的訪問設(shè)計(jì)模式；使用者要想登錄網(wǎng)絡(luò)控制終端，必須輸入已被授權(quán)的有效密碼和用戶名，其中各類控制程序和控制界面間互不影響，該集控系統(tǒng)還運(yùn)用了可視化看中模式，操作方法簡(jiǎn)單、方便。

5 科技館展品集控系統(tǒng)的管理后臺(tái)

管理員登錄集控系統(tǒng)后臺(tái)后，可以針對(duì)一般系統(tǒng)管理員進(jìn)行相應(yīng)權(quán)限的修改、增加、刪除；該管理后臺(tái)的應(yīng)用可以根據(jù)展廳的差異給管理員分配相應(yīng)的管理權(quán)限，同時(shí)還能管理、查詢所有展覽設(shè)備狀態(tài)以及管理員操作日志，并能遠(yuǎn)程控制展覽設(shè)備的電源通訊功能和開關(guān)。

6 場(chǎng)館內(nèi)集中控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用

科技館展品項(xiàng)目眾多，尤其是應(yīng)用集中控制系統(tǒng)來控制大型項(xiàng)目的展示更受歡迎，如“熱帶雨林展品”通過模擬熱帶雨林的環(huán)境展現(xiàn)其主要的生物群落及多樣性，讓游客親身體驗(yàn)熱帶雨林奇觀和物種的多樣性。整個(gè)熱帶雨林集中控制系統(tǒng)參考了植物學(xué)、生態(tài)學(xué)及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、人工智能等內(nèi)容，設(shè)計(jì)了植物補(bǔ)光、變頻加濕、幕墻防結(jié)露、仿真演播和傳感監(jiān)控等集中控制系統(tǒng)，1-2人便可控制整個(gè)展區(qū)的機(jī)房管理工作。

7 小結(jié)

集中控制系統(tǒng)是針對(duì)科技館所用弱電設(shè)備和強(qiáng)電設(shè)備而設(shè)計(jì)的一類軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)不同場(chǎng)館的特定功能進(jìn)行相應(yīng)管理。在設(shè)計(jì)展覽場(chǎng)館集中控制系統(tǒng)的過程中，應(yīng)秉持“資源共享、集中管理、分散控制”的理念，在這一理念統(tǒng)領(lǐng)下根據(jù)各科技館實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)施。隨著技術(shù)的發(fā)展，集中控制系統(tǒng)在科技館的實(shí)施肯定會(huì)越來越廣，也肯定能夠營(yíng)造出具有更智能、更強(qiáng)視覺沖擊力，更佳體驗(yàn)感的參觀環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡隆良，黎堅(jiān).基于展品管理的中央控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].硅谷，2009，01：90.

[2] 陳戈.科技館互動(dòng)體驗(yàn)展品的設(shè)計(jì)研究[J].海峽科學(xué)，2015，08：64-67.

[3] 劉衛(wèi)莊，邢金龍，李春.科技館展品集中控制器的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2015，08：107-109.

[4] 張杰，賴華.互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的數(shù)字科技館[J].科技廣場(chǎng)，2008，12.