[发明专利]一种用于自动化合成设备的控制系统架构设计方法

说明书

本发明提供了一种用于自动化合成设备的控制系统架构设计方法。该方法主要包括驱动层、接口层、核心层和用户层等四层架构。驱动层负责各执行子系统的独立控制，其中包括运动控制子系统、化学反应子系统、设备辅助子系统、数据采集子系统；接口层进行控制系统的接口实现，其中包括设备控制接口、设备维护接口、数据采集接口；核心层实现控制系统的整体逻辑，其中包括设备管理、实验设计、实验执行、实验数据；用户层负责开发用户或外部系统接口，实现控制系统的人机交互功能。本发明所提出的控制系统架构设计方法可以将控制系统的实现变得更加便捷、规范，进而加快自动化合成设备的研发进度，提升实验室智能化、无人化水平。

技术领域

本发明属于实验室自动化领域，具体的说是一种用于自动化合成设备的控制系统架构设计方法。

背景技术

在实验室自动化领域，自动化合成设备扮演着极其重要的角色，其具备微量、快速、灵敏、全自动化、准确等特征，是提高研发效率、降低研发成本、缩短研发周期的利器。当下自动化合成设备大都以进口为主，以Freeslate、Chemspeed为代表的国外产品占据了绝大部分市场。国外设备存在价格高昂、数据封闭、无法进行灵活定制的问题。

为了进一步推进自动化合成设备国产化，解决实验室自动化领域“卡脖子”的问题，提升我国科技创新核心竞争力，本发明提出了一种用于自动化合成设备的控制系统架构设计方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种控制系统架构设计方法，基于该方法可以对自动化合成设备控制系统进行实现，进而推进自动化合成设备国产化进度，提升实验室自动化水平。

本发明的技术方案为：一种用于自动化合成设备的控制系统架构设计方法，包括驱动层、接口层、核心层和用户层；

驱动层，用于通过接口层接收核心层控制指令，并驱动现场实验设备实现操作；

接口层，包括设在现场实验设备与核心层控制器之间的通讯接口，用于驱动层、核心层的指令和数据传输；

核心层，包括控制器，用于根据用户指令输出控制信号至驱动层控制现场设备完成化学实验，以及实时采集现场设备状态数据、监控实验流程；

用户层，为面向用户的可视化界面，用于采集用户输入的实验相关指令发送至后台核心层，以及向用户展示实验相关的状态及数据，实现人机交互。

所述驱动层包括：

运动控制子系统，用于接收核心层实验执行单元的运动控制指令，进而转换为现场实验设备的运动或操作；

化学反应子系统，用于接收核心层实验执行单元的反应控制指令，并转换为现场实验设备的温度、压力等控制操作；

设备辅助子系统，包括监控设备、示教设备、照明设备，用于实验监测、设备调教、光线调节；

数据采集子系统，用于实时记录实验过程中的数据，上传至核心层。

所述现场实验设备包括：三轴直线运动平台、末端夹持设备、反应控制设备，三轴直线运动平台用于实现样品转移操作，末端夹持设备用于实现夹持物体的抓取、旋转、倾倒以及搅拌动作，反应控制设备用于提供化学反应所需的温度、压力等反应条件。

所述接口层包括：

设备控制接口，运动系统和化学反应系统的接口控制；

设备维护接口，实现设备定义、设备状态等设备基础信息的维护操作；

数据采集接口，实现设备数据、实验数据的数据采集功能。

所述核心层包括：

设备管理单元，用于实现核心层与现场实验设备之间的指令映射，包括设备参数定义指令、设备状态控制指令、设备维护指令、单步控制指令、设备自检指令；