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【智能实验室】实验室物理环境的数字化

数字化的实验室,除了先进的仪器设备、功能完善的实验室配备,数字化、智能化的实验室信息管理系统,环境技术的要求也是实验室管理体系中的重要一环,节能减排和安全环保已成为实验室建设中的重要内容。

环境数字化概述

随着实验室技术的不断发展,实验室各类规模大小的不等,设备种类、数量不同的配套环境设备也日趋增多,作为实验室正常、稳定运行基本保证的环境因素——通风、空调、电源等设备的运行状况以及实验室环境的安全状况也日渐凸显出其重要性。许多重要的环境设备是24小时不间断运行的,而管理人员很难保证时时刻刻对设备情况进行监测,一层通过技术手段实现24小时不间断监测显得非常必要。

 

环境监测系统通过通信和软件的集成,可实现对温湿度、气体浓度、气体压力、供电等实验室环境状态的数字化和网络化监测,并实时生成报警信息发送给相关的管理人员。鉴于实验室环境监测实现思路的通用性,下面一实验室环境通用的温湿度、电力保障、有毒有害气体等参数进行分析。

温湿度环境数字化

实验室精密检测仪器设备以及一些检测工作对空气质量有较高的要求,而智能实验室各类采集监测设备本身均为微电子、精密机械设备,亦对工作环境有较高的要求。

 

温湿度参数是实验室物理环境中最为基础的参数,是保障实验室设备的正常运转,增加使用寿命的基本保证,也是智能实验室在设计建设时必须要提前考虑额重点考虑的前提条件。

 

温湿度的数字化可概括为温湿度采集手段的数字化和温湿度调控手段的数字化。

 

温湿度的采集功能主要靠布置在房间内的感应器实现。实施时需要在实验室的个各位置装设温湿度检测模块,记录温湿度曲线。一旦温湿度超出范围,即刻报警,用于及时调整空调的工作设置值或调整实验室内设备分布情况。

 

温湿度的调控功能主要对空调系统的调控来实现,其采用的是通信协议采集模式。空调在设定参数后通过室内温湿度传感变送器的反馈控制调节阀进行功率模式的调度,达到调节的目的。

电力保障数字化

数字化实验室依托各类硬件仪器设备进行数据采集分析,持续稳定的电力保障系统是一切的保证。为此,电力保障系统的数字化侧重在触发的敏感性和报警的及时性上。

 

另外,电力保障系统数字化也是智能实验室的一部分,相关参数对实验室基础保障工作的量化管理和硬件设备的使用损耗估算有着重要意义,从资产管理的角度上,也属于信息云的一部分。

 

电力保障系统所传输的数据一般可分为出发报警类及实时报送类。前者包括各条线路及模块的故障信息,后者包括实时反馈的变电数据。电力保障系统中,市电、UPS、电池、配电柜四类信息均属于智能设备采集到的数据,在实现数字化时属于通讯协议类。在具体应用时又有不同侧重点。

 

1市电数字化采集

 

市电属于公共资源接入范畴,不考虑其输入值的波动情况,仅考虑输入的通断情况。

 

2UPS数字化采集

 

作为电力保障系统的核心节点,UPS设备的关键参数较多,主要包括内部整流器、逆变器、电池、旁路、负载等个部件的运行状态进行实时监测,一旦有部件发生故障,系统会自动报警,并且实时监测UPS的各种电压、电流、频率、功率等参数。

 

实验室环境中对于UPS的监测一律只采用监视、不控制的模式,避免由于监测系统的失误带来断电的风险。

 

3电池组数字化采集

 

电池和电池组是电力系统的最后屏障。其关键参数包括电池组内阻、总电流及总电压实时数据,对于单体电池而言要涵盖电池的表面温度、单体电池的电流、电压的实时状况。

 

4配电柜数字化采集

 

配电柜作为向仪器设备提供电力的最后环节,其稳定性和运行情况对实验室系统造成最直接的影响。在对其进行数字化采集时,要注意两个方面的参数收集:

 

用电情况监视。主要对配电系统的电流、电压、功率等参数进行监视。当一些重要参数超过危险界限时进行报警。

 

视配电开关的状态监视。配电开关控制着设备的电源,当其故障跳闸时应尽快发现并迅速排除故障。

 

有毒有害气体监测数字化

在实验室的日常工作中,经常使用各种化学制剂和仪器设备,大多数化学试剂和药品都有不同程度的毒性,尤其是有机化学实验,前处理准备阶段,会产生或挥发有毒有害的气体,可通过呼吸道、消化延和皮肤进入人体而发生中毒现象,对人体产生不良影响,直接影响实验人员的身体健康。随着实验室检测业务的增多,实验室人员受到有毒有害气体的威胁日益增高,因此,对实验室环境进行有效监控确保实验室人员不受有毒有害气体危害势在必行。所以,这里我们将实验室有毒有害气体监控数字化建设单独提出来,重点阐述。实验室智能环境监控系统是针对实验室常见的有毒有害气体进行监测,超过安全线后进行自动预警。

 

目前,实验室中常见的有毒有害气体为:苯类物质,氨气,氢气,酸雾,乙酸乙酯,醚类等易挥发有机试剂等等,这些气体如果泄漏,对实验室工作人员人身安全有很大的危害。系统应对常见有毒有害气体进行实时监测,对超出警戒值进行预警,并根据设定对通风装置等基础设备进行控制,实现有效预警有效处理。

 

1经常性校准检测

 

对环境气体浓度数据的采集是系统的基础,系统需要根据实验室仪器设备、实验流程等实际情况,提供一套传感器选型、传感器设定、监控数据的传输的解决方案,确保数据稳定传输采集。

 

有毒有害气体检测传感器也同其他的分析检测仪器一样,经常性对仪器进行校准都是保证传感器准确的必不可少的工作。注意各种不同传感器间的检测干扰。在选择一种气体传感器时,都应当尽可能了解其他气体对该传感器的检测干扰,以保证它对于特定气体的准确检测。注意各类传感器的寿命。各类气体传感器都具有一定的使用年限,即寿命。要随时对传感器进行检测,尽可能在传感器的有效期内使用,传感器的安装应具备方案更换的特性。有毒有害传感器的设定、安装的原则为:选择对气体监测最佳的位置,不影响现有实验设备的布局,安装位置应不影响实验室操作且便于更换,监测数据的传输,系统应提供一套测试数据传输的方案,确保数据从传感器到监控主机的稳定传输。

 

2传感器选型

 

一般而言,每种传感器都对应一种特殊的检测其他,对于有毒有害气体需要选择对对应的传感器,在选择传感器时应注意以下几点:

 

提供检测数据的综合管理。

检测数据的智能判断。

有效的预警服务。

监控数据记录和综合查询。

提供对外部基础设备控制协议。

 

一套完善的环境监测系统对实验室环境的电力、温度、湿度、空气质量等诸多环境变量,UPS、空调、通风等诸多设备运行状态变量进行24小时实时监测和智能化调节控制,对保证实验室组织的安全、稳定、高效运行,保证实验室仪器设备的良好运行状态和设备使用寿命与安全具有重要的意义。

 

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