基于云服务的电工电子实验设备管控平台的研究

温玉龙

摘要：电工电子实验是工科专业最基础的实验之一。电工电子实验室是开展电工电子实验教学的场所。《教育部财政部关于实施中国特色高水平高职学校和专业建设计划的意见》提出，国家“双高”建设学校和专业群要“打造技术技能人才培养高地”。在“双高”建设中要“坚持工学结合、知行合一，加强学生认知能力、合作能力、创新能力和职业能力培养”。在培养学生过程中要“培育和传承工匠精神，引导学生养成严谨专注、敬业专业、精益求精和追求卓越的品质”。与此同时，还要打造高水平双师队伍，提升信息化水平。因此，国家“双高”电工电子实验室建设是一项需要综合考量的系统工程。

关键词：云服务；电工电子；管控平台；实验室管理

引言

很多学者对实验设备安全管控做了深入研究。构建了基于多技术融合的高校实验设备安全管理系统，用于解决高校实验室设备、器材等财物丢失、管理混乱等问题；通过分析目前实验室存在的各种安全隐患，探索并构建了智能控制实验室的安全管理机制；陈玲针对高校实验室安全管理面临的问题，从制度等层面提出了相关措施和对策。然而，目前大多数研究都是从宏观的制度等层面对实验室进行安全管控，很少涉及从技术层面对实验设备安全管控的内容。尽管市面上有厂家为设备配备了相关的安全管控系统，但大多只针对于单台/套的实验设备。因此，利用物联网、云服务等技术，结合实验室的实际情况，构建用于以实验室为单位的设备管控平台具有非常重要的意义。这样既能够帮助实验管理人员有效管理实验设备，又能在实验设备发生异常时配合保护装置及时断电。同时，通过平台分析设备管理数据，能够为设备及实验室的日常管理提供参考。

1设备安全管控策略

在实际的实验教学过程中，实验设备一般以实验室为单位存放管理和开展相关实验，因此提出了以实验室为单位的设备安全管控策略。因为实验人员数量少，所以通常情况下实验人员会管理多个实验室。同一时间存在多个实验室同时开设实验的情况，而有些实验室又不在同一楼层。在这种情况下，同一实验人员不可能在同一时间身处不同的实验室，难以及时了解每个实验室的实验真实情况，因此构建以实验室为单位的实验设备安全管控策略具有非常重要的意义。实验人员只需一个平板或手机，就能查看自己管理的每个实验室内实验设备的运行情况。当出现状况时，能够与在实验室内现场上课的教师及时沟通，提高设备运行效率。而且以实验室为单位，将实验室内的实验过程设备运行数据上传至云服务器，然后把数据的分析结果反馈给实验人员或授课教师，对其进一步改进实验教学方法起到重要作用。实验设备安全管控主要进行设备运行参数自动化监测和三相电源自动保护。设备运行参数自动化监测主要用于监测实验设备运行时的过程参数，包括三相/单相交流电流、电压和功率等，可在控制终端显示参数并自动上传至云服务器。三相电源自动保护主要通过监测设备运行参数来判断设备的运行状态，当出现漏电、电压过低或过高、电流过大或出现缺相时，自动判断故障类型，可设置保护参数，便于进行管理。例如，漏电保护：在漏电流超过阈值时，及时断电并预警；欠/过压保护：设备输入电源出现某相或多相欠压或过压时，及时断电并预警

2实验室的布局与建设

电工电子实验室的布局与建设在一定程度上影响着实验教学的效果。安全舒适的实验室布局与建设有利于电工电子实验教学的顺利开展。国家“双高”电工电子实验室布局与建设主要考虑三项基本因素：一是学生的基本特点，他们好奇心强，活泼好动，喜欢对实验设施进行各种尝试，部分学生侥幸心理较强，有时会忽视实验要求；二是教学的实际需要，包括教师的演示与指导，学生的观察和练习，还要进行团队合作；三是教育发展趋势，包括“教、学、做”一体化项目的铺开，虚拟仿真、增强现实技术的发展，线上线下混合式教学以及新型专业的涌现。综合以上实验室布局与建设的基本因素及具体情况，国家“双高”电工电子实验室的布局与建设要考虑以下问题：各种实验设施在安全问题上至少要有两项以上保障措施，以确保学生的人身安全；主要设施要坚固耐用；实验室内各种设施的布局要在细节上充分考虑师生之间的有效互动，以利于提高教学效果；实验台和桌椅的摆放要考虑到需要团队合作的实验项目，布局要有利于学生之间相互交流，相互帮助；实验室的布局要有利于实施“教、学、做”一体化教学模式；实验室的建设要考虑到与虚拟仿真实训的有效衔接；作为线下进行实验教学的实验室，在建设规划上要考虑与线上实验教学的相互配合；实验室的布局与建设要有前瞻性，便于以后的拓展；实验室所创设的实验环境要有利于学生开展实验，并通过营造人文环境培养学生刻苦钻研精神。

3平台软硬件设计与实现

3.1平台硬件设计

平台硬件设计主要为控制终端硬件设计，控制终端主要由处理器、电压检测模块、电流检测模块、功率采集模块、电能采集模块、设备控制模块、网络模块、语音播报模块、开关量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块组成。处理器采用32位高性能微处理器，用于算数运算和逻辑运算；电压检测模块用于设备中单/三相交流、直流电压的检测；电流检测模块用于设备中单/三相交流、直流电流的检测；功率采集模块用于设备中单/三相交流功率的采集；电能采集模块用于设备中单/三相交电能的采集；设备控制模块，用于设备启停控制；网络模块用于将设备连接到组网设备中；语音播报模块用于设备发生故障时及时语音播报提醒现场操作人员；开关量输入/输出模块为拓展模块，用于设备中开关量信号采集和控制开关量器件；模拟量输入/输出模块为拓展模块，用于设备中模拟信号采集和控制模拟量器件。

3.2平台软件设计

平台软件设计包括控制终端嵌入式软件、云服务器数据存储软件和手持设备App软件设计。其中，控制终端嵌入式软件采用单片机C语言编程，运行于控制终端的处理器中。云服务器数据存储软件采用C#语言编程，运行于云服务器操作系统中，数据库为MicrosoftSQLServer2008。手持设备App软件是一款基于Android平台的App程序，运行于手机或平板电脑上。以实验室10台设备为例，手持设备App软件电源控制界面如图3所示，既可对10台设备同时开启、定时开启和关闭电源，又可独立控制各设备电源的开启、定时开启和关闭电源。

结束语

作为共享型课程的配套实验室电工电子实验室的建设必须站在国家的高度进行规划建设。此实验室的建设完成将成为渤海船舶职业学院电工电子实验教学的新起点，在培养高级技术技能人才的过程中发挥更大的作用。学生在电工电子实验中所培养的基本技能、吃苦耐劳的作风、敢于面对失败的态度以及勇于探索创新的精神将为其后续学习打下良好的基础。

参考文献

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