李可欣，張鳳梅，楊根嶺，徐 磊，高 杰，楊 青，潘永全，潘 劼

(1.重慶醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，重慶 400016；2.遵義醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，貴州 遵義 563000；3.重慶展業(yè)空調(diào)凈化工程有限公司，重慶 400050；4.重慶醫(yī)科大學(xué)基本建設(shè)指揮部，重慶 400016)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是生命科學(xué)研究中的重要科技資源，直接關(guān)系到科研成果的完成與評(píng)價(jià)[1]。隨著生命科學(xué)的發(fā)展，對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的質(zhì)量及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求也越來(lái)越嚴(yán)格[2-3]。標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和支撐條件，而屏障設(shè)施作為目前國(guó)內(nèi)外最常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼育和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)施，是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的重要保障[4-5]。

目前，國(guó)內(nèi)許多實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施通過(guò)集成軟硬件技術(shù)，涵蓋變頻傳動(dòng)技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)等，盡管這種自動(dòng)化控制系統(tǒng)一定程度上能夠提高設(shè)施運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性并且節(jié)約了人力，但是使用過(guò)程中也常出現(xiàn)參數(shù)達(dá)不到預(yù)定目標(biāo)，甚至?xí)霈F(xiàn)因?yàn)樽詣?dòng)化控制系統(tǒng)失效而采用手動(dòng)控制的現(xiàn)象[6-7]。

本文基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)建成實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)物屏障設(shè)施的恒溫恒濕控制系統(tǒng)、壓差控制系統(tǒng)、空調(diào)主機(jī)及送排風(fēng)等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和移動(dòng)終端遠(yuǎn)程有效控制。探討遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)模式在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施中的運(yùn)用規(guī)范和運(yùn)用模式。便于管理者對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。是對(duì)管理者理論知識(shí)的有益補(bǔ)充和拓展，便于提高管理效率。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)模式由DCS/PLC信息采集系統(tǒng)、儀表檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)組成，主要功能包括設(shè)備運(yùn)行管理，環(huán)境安全監(jiān)督，實(shí)驗(yàn)過(guò)程狀態(tài)監(jiān)控，應(yīng)急突發(fā)事件實(shí)時(shí)記錄及信息遠(yuǎn)程發(fā)布四大模塊[8]。其中，信息采集系統(tǒng)、儀表檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。

通過(guò)安裝在系統(tǒng)各個(gè)部位的各種傳感器、檢測(cè)儀表，將實(shí)驗(yàn)人員所需要的各種數(shù)據(jù)傳送到控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)各種數(shù)據(jù)的比對(duì)、運(yùn)算，將指令發(fā)送到各個(gè)部位的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。整個(gè)控制過(guò)程中的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)警信號(hào)等均存儲(chǔ)在上位機(jī)中供查詢(見(jiàn)圖2～5)。系統(tǒng)運(yùn)行狀況的查詢、輸入指令等，在授權(quán)后，除了在現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏管理辦公室的上位機(jī)可以操作外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)系統(tǒng)，也可通過(guò)筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)智能終端進(jìn)行操作(見(jiàn)圖6)。

圖1 屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)模式系統(tǒng)構(gòu)成Figure 1 Schematic diagram of the remote monitoring and alarm system of barrier facilities

圖2 空調(diào)主機(jī)、冷水系統(tǒng)、純水機(jī)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物專用滅菌器控制及查詢界面Figure 2 The air conditioner, cold water system, water purifier, and sterilizer for the laboratory animal control and query interface of the monitoring and alarm system

圖3 屏障設(shè)施參數(shù)控制及狀態(tài)查詢界面Figure 3 The barrier facility parameter control and status query interface

圖4 空調(diào)機(jī)組、排風(fēng)機(jī)組、溫濕度、壓差等操作及查詢界面Figure 4 The operation and query interface of the air conditioning unit, exhaust fan unit, temperature and humidity, and pressure difference.

圖5 獨(dú)立通風(fēng)籠盒(IVC)運(yùn)行狀態(tài)查詢界面Figure 5 The independent ventilation cage(IVC) operation status query interface

圖6 遠(yuǎn)程監(jiān)控參數(shù)及通訊設(shè)置查詢界面Figure 6 The remote monitoring parameter and communication setting query interface

2 探索研究對(duì)象

探索研究對(duì)象1為某醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心的新建實(shí)驗(yàn)動(dòng)物大樓，是標(biāo)準(zhǔn)的屏障設(shè)施。參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施》(GB 14925-2010)、《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》(GB 50447-2008)。該設(shè)施分為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)和動(dòng)物生產(chǎn)區(qū)兩個(gè)區(qū)域，總面積1110 m2。該設(shè)施共3套潔凈空調(diào)機(jī)組，其中動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)2套，動(dòng)物生產(chǎn)區(qū)1套。每個(gè)區(qū)域分別擁有一套獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施專用控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)系統(tǒng)。其中溫、濕度的控制方式采用在空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)管上設(shè)置溫濕度傳感器，夏季通過(guò)調(diào)節(jié)表冷器的冷水量和再熱水閥來(lái)達(dá)到室內(nèi)溫度和濕度的控制要求，冬季則是通過(guò)調(diào)節(jié)熱水閥和加濕器的加濕量以滿足要求。凈化送排風(fēng)機(jī)組裝有聯(lián)動(dòng)風(fēng)閥，實(shí)現(xiàn)主、備用機(jī)組的自動(dòng)切換；為了控制潔凈度，確保系統(tǒng)潔凈風(fēng)的送風(fēng)量，系統(tǒng)設(shè)有風(fēng)機(jī)變頻裝置，通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)供電頻率，改變風(fēng)機(jī)輸出壓力來(lái)適應(yīng)系統(tǒng)因過(guò)濾器阻尼變化帶來(lái)的風(fēng)量變化，保持潔凈風(fēng)的送風(fēng)量恒定。在此基礎(chǔ)上，每個(gè)受控功能房間的排風(fēng)上均裝有比例調(diào)節(jié)風(fēng)閥，根據(jù)房間壓差的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，精確控制各受控功能房間的壓差。每個(gè)區(qū)域有各自獨(dú)立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)及脈動(dòng)真空滅菌器，此外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)含有獨(dú)立通風(fēng)籠盒(independent ventilation cage, IVC)系統(tǒng)。

探索研究對(duì)象2為某醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心在使用中的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施，該設(shè)施于2010年建成投入使用，設(shè)施面積750 m2，為SPF實(shí)驗(yàn)級(jí)動(dòng)物科研提供專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)施，目前系統(tǒng)設(shè)施運(yùn)行正常[9]。該動(dòng)物設(shè)施采用獨(dú)立潔凈空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)的溫度、濕度、壓差、照明系統(tǒng)等均在自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下運(yùn)行。2017年經(jīng)過(guò)技術(shù)升級(jí)，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，采用了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警糾錯(cuò)系統(tǒng)是由物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)與移動(dòng)通訊控制平臺(tái)兩部分組成。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)利用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有儀器設(shè)備的集中管理和自動(dòng)監(jiān)測(cè)，確保所有儀器設(shè)備的安全運(yùn)行[10]。

3.1.1 物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的監(jiān)控范圍

監(jiān)控范圍包括恒溫恒濕系統(tǒng)、壓差控制系統(tǒng)、空調(diào)主機(jī)和送、排風(fēng)控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、脈動(dòng)真空滅菌器和傳遞控制系統(tǒng)、IVC系統(tǒng)、節(jié)能措施系統(tǒng)、環(huán)保措施系統(tǒng)以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所應(yīng)用的儀器和設(shè)備等。

3.1.2 物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的監(jiān)控形式

監(jiān)控形式是通過(guò)安裝于機(jī)房服務(wù)器與監(jiān)控主機(jī)，公共區(qū)域的壁掛式觸控電腦，或者筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)智能終端設(shè)備，來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控形式。

3.1.3 物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容

監(jiān)控內(nèi)容主要包括：空調(diào)主機(jī)的通信及控制、電預(yù)熱的控制與通訊、加濕器的控制與通訊、表冷器與再熱量的控制與通訊、送/排風(fēng)機(jī)變頻控制及空調(diào)機(jī)組的聯(lián)動(dòng)控制、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)面板的控制與通訊；送風(fēng)(新風(fēng))多位定風(fēng)量閥、排風(fēng)比例調(diào)節(jié)變風(fēng)量閥等控制設(shè)備的信息收集、處理與控制；初、中、高效和活性炭過(guò)濾器失效報(bào)警，電加熱高溫報(bào)警和斷電保護(hù)控制，加濕缺水故障報(bào)警與保護(hù)控制、空調(diào)風(fēng)機(jī)故障報(bào)警、空調(diào)主機(jī)故障報(bào)警、排風(fēng)機(jī)故障報(bào)警、系統(tǒng)壓力梯度故障報(bào)警、潔凈室高溫與低溫報(bào)警；管道壓力、潔凈室壓差、潔凈室溫濕度、新風(fēng)溫濕度的數(shù)據(jù)收集、識(shí)別、顯示、處理、調(diào)節(jié)、控制；純水系統(tǒng)、脈動(dòng)真空滅菌器及IVC系統(tǒng)設(shè)備、節(jié)能系統(tǒng)設(shè)備、環(huán)保系統(tǒng)設(shè)備等智能儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制管理[11-13]。

3.2 移動(dòng)通訊平臺(tái)

移動(dòng)通訊平臺(tái)就是將物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的模擬有線控制模式轉(zhuǎn)換為數(shù)字化程控模式，并通過(guò)通訊接口將物聯(lián)網(wǎng)管理信息以通訊形式進(jìn)行遠(yuǎn)程發(fā)布。該系統(tǒng)以安全性為設(shè)計(jì)核心，以節(jié)能效果為目標(biāo)，以先進(jìn)性、前瞻性為標(biāo)準(zhǔn)。具備開(kāi)放性通訊端口，兼容標(biāo)準(zhǔn)通訊數(shù)據(jù)上傳，具有無(wú)限擴(kuò)展性，可承載多系統(tǒng)、多專業(yè)、多畫(huà)面，同時(shí)可提供系統(tǒng)不斷地升級(jí)、軟件更新、系統(tǒng)等優(yōu)化服務(wù)。

4 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)系統(tǒng)運(yùn)行模式

物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)是在建立移動(dòng)通訊平臺(tái)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，所使用的系統(tǒng)軟件基于WEB的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，保證利用已有的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和資源(3G/4G/WIFI)，從而高效的組建一個(gè)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)通訊平臺(tái)能保證移動(dòng)終端可以在任何場(chǎng)地任何時(shí)間快速穩(wěn)定的訪問(wèn)控制項(xiàng)目并得到想要的任何數(shù)據(jù)，移動(dòng)設(shè)備和遠(yuǎn)端站點(diǎn)設(shè)備之間能直接建立通信連接。在任何有移動(dòng)數(shù)字信號(hào)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(3G/4G/WIFI)的地方，都可通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)置設(shè)備(如筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦等)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施系統(tǒng)的直觀瀏覽、了解與控制。

移動(dòng)通訊平臺(tái)支持無(wú)限的可擴(kuò)展性，后期擴(kuò)容可添加更多變量。移動(dòng)通訊平臺(tái)支持無(wú)限的移動(dòng)客戶端，目前主流的IOS、Android系統(tǒng)移動(dòng)終端APP應(yīng)用程序，該APP支持Modbus Top/Profinet/Ethernet IP等標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，可有效的與各監(jiān)控設(shè)備集成，其中Android系統(tǒng) APP采用Native Development Kit開(kāi)發(fā)工具，IOS 系統(tǒng)APP采用 Xcode開(kāi)發(fā)工具，最終確保移動(dòng)終端在物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)服務(wù)器連接不良情況下，依然可能獲得穩(wěn)定的監(jiān)控信息。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)系統(tǒng)運(yùn)行，具有自動(dòng)發(fā)現(xiàn)故障并自動(dòng)采取安全措施、自動(dòng)修復(fù)、自動(dòng)報(bào)告、監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控信息跨平臺(tái)無(wú)障礙數(shù)據(jù)鏈接與分享、遠(yuǎn)程預(yù)警與報(bào)告、智能化系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)受控房間的潔凈風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等進(jìn)行24小時(shí)全程實(shí)時(shí)監(jiān)控及移動(dòng)終端遠(yuǎn)程控制。在設(shè)備隱患升級(jí)為故障之前提供解決方案和突發(fā)事件及時(shí)記錄并實(shí)時(shí)發(fā)送信息。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警糾錯(cuò)系統(tǒng)模式是移動(dòng)通訊控制-網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)和自動(dòng)化控制模式有機(jī)的結(jié)合，使得各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)均在國(guó)標(biāo)要求的范圍內(nèi)。系統(tǒng)具有安全可靠、穩(wěn)定、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，最大限度的延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命，同時(shí)節(jié)省了人力成本。為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)備安全運(yùn)行提供了可靠保障，為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的繁育生產(chǎn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的飼養(yǎng)管理提供基礎(chǔ)條件保障[14-15]。