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)實驗動物中心，重慶 400016；2.遵義醫(yī)學(xué)院實驗動物中心，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)

實驗動物是生命科學(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價[1]。隨著生命科學(xué)的發(fā)展，對實驗動物的質(zhì)量及動物實驗環(huán)境的要求也越來越嚴格[2-3]。標(biāo)準(zhǔn)化的實驗動物是醫(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)施作為目前國內(nèi)外最常用的實驗動物飼育和動物實驗設(shè)施，是實現(xiàn)實驗動物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的重要保障[4-5]。

目前，國內(nèi)許多實驗動物屏障設(shè)施通過集成軟硬件技術(shù)，涵蓋變頻傳動技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)等，盡管這種自動化控制系統(tǒng)一定程度上能夠提高設(shè)施運行的穩(wěn)定性和可靠性并且節(jié)約了人力，但是使用過程中也常出現(xiàn)參數(shù)達不到預(yù)定目標(biāo)，甚至?xí)霈F(xiàn)因為自動化控制系統(tǒng)失效而采用手動控制的現(xiàn)象[6-7]。

本文基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)建成實驗動物屏障設(shè)施遠程監(jiān)控與報警糾錯系統(tǒng)，實現(xiàn)了對動物屏障設(shè)施的恒溫恒濕控制系統(tǒng)、壓差控制系統(tǒng)、空調(diào)主機及送排風(fēng)等系統(tǒng)的實時監(jiān)控和移動終端遠程有效控制。探討遠程監(jiān)控與報警糾錯模式在實驗動物屏障設(shè)施中的運用規(guī)范和運用模式。便于管理者對相關(guān)知識的理解。是對管理者理論知識的有益補充和拓展，便于提高管理效率。

1 系統(tǒng)簡介

實驗動物屏障設(shè)施遠程監(jiān)控與報警糾錯模式由DCS/PLC信息采集系統(tǒng)、儀表檢測系統(tǒng)、計算機控制管理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)組成，主要功能包括設(shè)備運行管理，環(huán)境安全監(jiān)督，實驗過程狀態(tài)監(jiān)控，應(yīng)急突發(fā)事件實時記錄及信息遠程發(fā)布四大模塊[8]。其中，信息采集系統(tǒng)、儀表檢測系統(tǒng)、計算機控制管理系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

通過安裝在系統(tǒng)各個部位的各種傳感器、檢測儀表，將實驗人員所需要的各種數(shù)據(jù)傳送到控制系統(tǒng)，經(jīng)過控制系統(tǒng)對各種數(shù)據(jù)的比對、運算，將指令發(fā)送到各個部位的執(zhí)行機構(gòu)，確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行。整個控制過程中的各種運行數(shù)據(jù)、報警信號等均存儲在上位機中供查詢(見圖2～5)。系統(tǒng)運行狀況的查詢、輸入指令等，在授權(quán)后，除了在現(xiàn)場觸摸屏管理辦公室的上位機可以操作外，通過實驗動物屏障設(shè)施遠程監(jiān)控與報警糾錯系統(tǒng)，也可通過筆記本電腦、智能手機、平板電腦等移動智能終端進行操作(見圖6)。

圖1 屏障設(shè)施遠程監(jiān)控與報警糾錯模式系統(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、冷水系統(tǒng)、純水機、實驗動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)機組、排風(fēng)機組、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 獨立通風(fēng)籠盒(IVC)運行狀態(tài)查詢界面Figure 5 The independent ventilation cage(IVC) operation status query interface

圖6 遠程監(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 探索研究對象

探索研究對象1為某醫(yī)學(xué)院實驗動物中心的新建實驗動物大樓，是標(biāo)準(zhǔn)的屏障設(shè)施。參照國家標(biāo)準(zhǔn)《實驗動物環(huán)境及設(shè)施》(GB 14925-2010)、《實驗動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》(GB 50447-2008)。該設(shè)施分為動物實驗區(qū)和動物生產(chǎn)區(qū)兩個區(qū)域，總面積1110 m2。該設(shè)施共3套潔凈空調(diào)機組，其中動物實驗區(qū)2套，動物生產(chǎn)區(qū)1套。每個區(qū)域分別擁有一套獨立的實驗動物屏障設(shè)施專用控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了實驗動物屏障設(shè)施遠程監(jiān)控與報警糾錯系統(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，夏季通過調(diào)節(jié)表冷器的冷水量和再熱水閥來達到室內(nèi)溫度和濕度的控制要求，冬季則是通過調(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)機組裝有聯(lián)動風(fēng)閥，實現(xiàn)主、備用機組的自動切換；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)機變頻裝置，通過調(diào)整風(fēng)機供電頻率，改變風(fēng)機輸出壓力來適應(yīng)系統(tǒng)因過濾器阻尼變化帶來的風(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)房間壓差的波動進行調(diào)節(jié)，精確控制各受控功能房間的壓差。每個區(qū)域有各自獨立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)及脈動真空滅菌器，此外動物實驗區(qū)含有獨立通風(fēng)籠盒(independent ventilation cage, IVC)系統(tǒng)。

探索研究對象2為某醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心在使用中的實驗動物屏障設(shè)施，該設(shè)施于2010年建成投入使用，設(shè)施面積750 m2，為SPF實驗級動物科研提供專業(yè)實驗平臺的設(shè)施，目前系統(tǒng)設(shè)施運行正常[9]。該動物設(shè)施采用獨立潔凈空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)的溫度、濕度、壓差、照明系統(tǒng)等均在自動控制系統(tǒng)的控制下運行。2017年經(jīng)過技術(shù)升級，對自動控制系統(tǒng)進行改造升級，采用了實驗動物屏障設(shè)施遠程監(jiān)控與報警糾錯系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

實驗動物屏障設(shè)施遠程監(jiān)控和報警糾錯系統(tǒng)是由物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)與移動通訊控制平臺兩部分組成。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)利用現(xiàn)代化的計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)對所有儀器設(shè)備的集中管理和自動監(jiān)測，確保所有儀器設(shè)備的安全運行[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)以及動物實驗所應(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)控形式是通過安裝于機房服務(wù)器與監(jiān)控主機，公共區(qū)域的壁掛式觸控電腦，或者筆記本電腦、智能手機、平板電腦等移動智能終端設(shè)備，來實現(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)機變頻控制及空調(diào)機組的聯(lián)動控制、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測面板的控制與通訊；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、高效和活性炭過濾器失效報警，電加熱高溫報警和斷電保護控制，加濕缺水故障報警與保護控制、空調(diào)風(fēng)機故障報警、空調(diào)主機故障報警、排風(fēng)機故障報警、系統(tǒng)壓力梯度故障報警、潔凈室高溫與低溫報警；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、識別、顯示、處理、調(diào)節(jié)、控制；純水系統(tǒng)、脈動真空滅菌器及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 移動通訊平臺

移動通訊平臺就是將物聯(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，并通過通訊接口將物聯(lián)網(wǎng)管理信息以通訊形式進行遠程發(fā)布。該系統(tǒng)以安全性為設(shè)計核心，以節(jié)能效果為目標(biāo)，以先進性、前瞻性為標(biāo)準(zhǔn)。具備開放性通訊端口，兼容標(biāo)準(zhǔn)通訊數(shù)據(jù)上傳，具有無限擴展性，可承載多系統(tǒng)、多專業(yè)、多畫面，同時可提供系統(tǒng)不斷地升級、軟件更新、系統(tǒng)等優(yōu)化服務(wù)。

4 實驗動物屏障設(shè)施遠程監(jiān)控與報警糾錯系統(tǒng)運行模式

物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)是在建立移動通訊平臺的基礎(chǔ)上運行，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數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)。移動通訊平臺能保證移動終端可以在任何場地任何時間快速穩(wěn)定的訪問控制項目并得到想要的任何數(shù)據(jù)，移動設(shè)備和遠端站點設(shè)備之間能直接建立通信連接。在任何有移動數(shù)字信號與移動網(wǎng)絡(luò)(3G/4G/WIFI)的地方，都可通過移動終端設(shè)置設(shè)備(如筆記本電腦、智能手機、平板電腦等)，實現(xiàn)對實驗動物屏障設(shè)施系統(tǒng)的直觀瀏覽、了解與控制。

移動通訊平臺支持無限的可擴展性，后期擴容可添加更多變量。移動通訊平臺支持無限的移動客戶端，目前主流的IOS、Android系統(tǒng)移動終端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開發(fā)工具，IOS 系統(tǒng)APP采用 Xcode開發(fā)工具，最終確保移動終端在物聯(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

實驗動物屏障設(shè)施遠程監(jiān)控與報警糾錯系統(tǒng)運行，具有自動發(fā)現(xiàn)故障并自動采取安全措施、自動修復(fù)、自動報告、監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控信息跨平臺無障礙數(shù)據(jù)鏈接與分享、遠程預(yù)警與報告、智能化系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)分析等優(yōu)點。對受控房間的潔凈風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等進行24小時全程實時監(jiān)控及移動終端遠程控制。在設(shè)備隱患升級為故障之前提供解決方案和突發(fā)事件及時記錄并實時發(fā)送信息。實驗動物屏障設(shè)施遠程監(jiān)控與報警糾錯系統(tǒng)模式是移動通訊控制-網(wǎng)絡(luò)信息平臺和自動化控制模式有機的結(jié)合，使得各項環(huán)境指標(biāo)均在國標(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，最大限度的延長了設(shè)備的壽命，同時節(jié)省了人力成本。為實驗動物屏障設(shè)備安全運行提供了可靠保障，為實驗動物的繁育生產(chǎn)和動物實驗的飼養(yǎng)管理提供基礎(chǔ)條件保障[14-15]。