CN102063141B - 一站式实验室控制系统 - Google Patents

Abstract

一站式实验室控制系统，集显示、触控、网络通讯技术为一体的平板电脑及触摸屏，触摸屏上显示有时钟、空调系统、灯光操、报警状态、事件记录、主画面主操作等触摸按键，通过触摸按键和主机相应的程序控制各实验室的灯光、空调、警铃或红绿灯，并对各个程序进行的时间、事件描述、事件类型进行记录。控制屏中可以完全控制实验房间环境的所有要求，如温度、湿度、压力等，并可为事件进行详细记录，为实验的条件分析保存和积累了数据，方便查询。对设备运行状态电脑屏幕显示，发生故障会安全报警，使实验安全得到充分的保障。实验结束后，通过显示屏方便地关闭灯光或空调等设备，避免出现忘记关闭电器的情况发生，有效节约了电能。

Description

一站式实验室控制系统

技术领域

本发明涉及实验室领域，特别是一种实验室控制系统。 

背景技术

目前，大中院校、研究所的物理、化学或生物实验室在教学和研究方面担当着很重要的角色。一个好的实验室，必须要具备空调器调节温度、抽湿机控制湿度、合适亮度的照明灯光、适合实验项目的气压控制装置以及其它影响实验效果的设备，实验时，通过调节这些设备使实验在理想的外部条件之下进行，从而使实验得到最精确的结果。然而现有的实验室，空调器、抽湿机、照明灯等设备都是各自设置独立的控制开关，实验时，要分别去调节控制，这样使用起来很不方便，而且，当某个环境因素超标时，这种系统的实验室也难于作出警示，也没能对事件做跟踪记录，从而难于对实验条件的数据查询和分析。 

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种对实验室内温度、湿度、光亮、气压等指标进行一站式调控，遇到不正常状况发出警报和对事件进行跟踪记录的实验室控制系统。 

本发明的技术方案是这样实现的：一站式实验室控制系统，具有如下特征：集显示、触控、网络通讯技术为一体的平板电脑及触摸屏，触摸屏作为 整个实验室的操作及显示人机界面，触摸屏上显示有时钟触摸键、空调系统触摸键、灯光操作触摸键、报警状态触摸键、事件记录触摸键、主画面主操作触摸键等触摸按键，通过触摸按键和主机相应的程序控制各实验室的灯光、空调、警铃或红绿灯，并对各个程序进行的时间、事件描述、事件类型进行记录，具体是： 

1)、空调系统触摸键，通过显示屏动态显示空调风机运行状态，包括 

显示实验室控制温度和湿度参数； 

显示调节水阀、加湿器、电加热的输出状态； 

显示机组运行报警状态以及初中效过滤器运行状况； 

显示排风机总管压力； 

显示空调机组的开停操作； 

动态显示空调风机运行状态，一键可开机或停机、设置及操作。 

2)、灯光操作触摸键，包括照明灯控制域和紫外灯控制域，照明灯控制域和紫外灯控制域均设有总开触摸键、总停触摸键、设置触摸键、换鞋间触摸键、更衣间触摸键、缓冲间触摸键、污物走廊触摸键、准备间触摸键、培养室触摸键、操作室触摸开关。 

3)、报警状态触摸键，包括： 

净化机运行状态显示，设有送风机指示灯和排风机指示灯； 

机组报警状态显示包括以下指示灯：机组缺风报警、机组高温报警、机组中效报警、实验室负压报警、送风机故障报警、排风机压力报警、送风机压力报警。以上情况出现可亮红灯报警，或声音报警； 

4)、事件记录触摸键，可以通过日期和事件类型对事件进行筛选，事件以文件的形式存在，可以用Excel表格打开；记录所有操作人员的操作事件， 便于相关事件的追踪；记录的事件包括：系统操作、机组操作、照明设备操作、排风机操作、辅助设备操作、修改参数操作、消毒设备操作和系统报警，事件信息包括事件发生时间、事件描述和事件类型，可单选、多选或全选。 

进一步地，本发明还包括洁净机通风控制系统，洁净区控制系统由触摸屏、控制器、输入输出模块、传感器、变频器组成，每台风机设置独立变频器，控制系统实现以下控制功能： 

1)、温度控制，根据回风温度与设定温度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节表冷器进水阀门的开度或加热器档位，使受控环境的温度保持在要求的范围内； 

2)、湿度控制，根据回风湿度与设定湿度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节加湿阀门开度，使受控环境的温度保持在要求的范围内； 

3)、节能运行，包括以下状态： 

(a)、自动状态：检测新、回风温湿度，通过控制器的焓运算，根据新、回风的焓值机热湿负荷，自动调节新风阀、回风阀及排风阀的开度比例，使空调节能运行； 

(b)、手动状态：洁净室送风机运行频率随各房间送风阀门开启的数量来调节变频器的上限运行频率(多级控制)，排风系统采用定静压控制来调节排风机变频器运行频率； 

4)、定静压控制，对正压洁净室，检测回风管静压值与设定静压值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，一方面调节排风机的变频器输出频率，另一方面调节新阀门的开度，使系统新风量、回风量及排风量维持动 态平衡，保证整个系统正压； 

5)、联锁控制，包括： 

(a)、新风阀门、回风阀门、排风阀门、加热器、加湿阀、排气风机、消防联动控制装置等均与洁净系统送风机联锁； 

(b)、开机程序，新风阀优先回风阀开启，送风机优先排风机开启，新风阀优先送风机开启；各实验室送风阀门优先于回风阀门开启； 

(c)、停机程序，洁净系统的排风机优先送风机关闭，确保整个系统正压；当所有风阀关闭时，风机自动停止运行； 

(d)、排风机处于运行状态时洁净系统送风机严禁关闭；当处于消防状态时，消防中心同时发出报警信号及停机联动信号，控制系统延时3分钟后洁净区域所有风机自动停止运行； 

(e)、当风速传感器检测到实时风速低于系统值班状所维持的最小送风量对应的风速时，加热器严禁启动；当高温开关动作时，加热器停止工作； 

6)、房间恒压控制，对正压洁净室，房间压差传感器检测到房间实时压差低于设定值时，自动减少回风阀门的开度，当回风阀门处于最低开度时房间压差仍未达到设定值，则自动增大送风机转速。 

本发明洁净机通风控制系统的触摸屏实现以下功能： 

1)、控制设备可独立控制每个风阀、水阀及每台风机的运行状态，可手动调节变频器运行频率，可设定为工作状态和值班状态、白天及夜晚四种工况； 

2)、设定系统的温度、湿度、风压、风阀开度、风机运行频率等参数； 

3)、监测新风、回风、送风及各房间的温湿度，各风阀、水阀的开度， 风机手动、自动运行状态，送风管风速，风机运行频率，房间实时压差值、通风柜排风系统工作状态、消防状态等等； 

4)、风机热过载报警、变频器超载报警、过滤器堵塞报警、低温报警、加热器高温报警、房间压差报警、消防状态报警、防火阀动作报警等等； 

5)、每台风机实现手动、自动、定时等多种运行模式，工频与变频切换，当变频器故障时，可转换到工频运行。 

本发明一站式实验室控制系统与传统实验室控制系统的比较： 

1.本发明实验室控制系统为一站式控制，在控制屏中可以完全控制实验房间环境的所有要求，如温度、湿度、压力等，并可为事件进行详细记录，为实验的条件分析保存和积累了数据，方便查询。而传统实验室控制系统的要单独调节空调的温度、以及单独调节抽湿机的湿度等烦琐事项，传统的实验室方式中对事件没有跟踪记录。 

2.传统实验室需专业人员检查才能了解使用设备运行状态，实验人员很难了解是否可安全操作。本发明对设备中的各部件运行状态电脑屏幕显示，如发生故障会安全报警，使实验安全得到充分的保障。 

3、实验结束后，通过显示屏方便地关闭灯光或空调等设备，避免出现忘记关闭电器的情况发生，有效节约了电能。 

下面结合附图对本发明作进一步的说明。 

附图说明

图1为本发明一站式实验室控制系统的原理示意图； 

图2为本发明灯光操作系统的原理示意图； 

图3为本发明空调系统的原理示意图； 

图4为本发明报警系统的原理示意图； 

图5为本发明事件记录的原理示意图。 

具体实施方式

如图1所示，本发明为一站式实验室控制系统，具体采用17寸全真彩色液晶显示和触摸屏，提供丰富全面实时信息的显示画面及简洁的“一键式”操作界面，充分体现以人为本的设计理念；先进低功耗主板和低发热电源的设计及全铝合金面结构等专门设计为系统的长期可靠运行提供可靠保证；采用集显示、触控、网络通讯技术为一体的平板电脑及触摸屏，触摸屏作为整个实验室的操作及显示人机界面，触摸屏上显示有时钟触摸键、空调系统触摸键、灯光操作触摸键、报警状态触摸键、事件记录触摸键、主画面主操作触摸键等触摸按键，通过触摸按键和主机相应的程序控制各实验室的灯光、空调、警铃或红绿灯，并对各个程序进行的时间、事件描述、事件类型进行记录，具体是： 

1)、空调系统触摸键，如图3所示，通过显示屏动态显示空调风机运行状态，包括： 

显示实验室控制温度和湿度参数； 

显示调节水阀、加湿器、电加热的输出状态，电加热状态包括电加热一段指示灯、电加热二段指示灯、电加热三段指示灯； 

显示机组运行报警状态以及初中效过滤器运行状况，机组运行报警状态包括机组缺风报警、机组高温报警、机组中效报警、实验室负压报警、送风机故障报警、排风机压力报警、送风机压力报警； 

显示排风机总管压力； 

显示空调机组的开停操作； 

动态显示空调风机运行状态，一键可开机或停机、设置及操作。 

2)、灯光操作触摸键，如图2所示，包括照明灯控制域和紫外灯控制域，照明灯控制域和紫外灯控制域均设有总开触摸键、总停触摸键、设置触摸键、换鞋间触摸键、更衣间触摸键、缓冲间触摸键、污物走廊触摸键、准备间触摸键、培养室触摸键、操作室触摸开关。通过按使用房间的触摸键来开关照明灯灯以及杀菌消毒灯。 

3)、报警状态触摸键，如图4所示，包括： 

净化机运行状态显示，设有送风机指示灯和排风机指示灯； 

机组报警状态显示包括以下指示灯：机组缺风报警、机组高温报警、机组中效报警、实验室负压报警、送风机故障报警、排风机压力报警、送风机压力报警。以上情况出现可亮红灯报警，或声音报警。 

4)、事件记录触摸键，可以通过日期和事件类型对事件进行筛选，事件以文件的形式存在，可以用Excel表格打开；如图5所示，记录所有操作人员的操作事件，便于相关事件的追踪；记录的事件包括；系统操作、机组操作、照明设备操作、消毒设备操作和系统报警；事件信息包括事件发生时间、事件描述和事件类型。设置下拉菜单可以选择事件记录类型：系统操作、机组操作、排风机操作、辅助设备操作、照明设备操作、修改参数操作、系统报警等，选择哪一个记录类型则屏幕显现数据，可以单选、多选也可以全选。 

本发明还包括洁净机通风控制系统，洁净区控制系统由触摸屏、控制器、输入输出模块、传感器、变频器组成，每台风机设置独立变频器，控制系统实现以下控制功能： 

1)、温度控制，根据回风温度与设定温度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节表冷器进水阀门的开度或加热器档位，使受控环境 的温度保持在要求的范围内； 

2)、湿度控制，根据回风湿度与设定湿度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节加湿阀门开度，使受控环境的温度保持在要求的范围内； 

3)、节能运行，包括以下状态： 

(a)、自动状态：检测新、回风温湿度，通过控制器的焓运算，根据新、回风的焓值机热湿负荷，自动调节新风阀、回风阀及排风阀的开度比例，使空调节能运行； 

(b)、手动状态：洁净室送风机运行频率随各房间送风阀门开启的数量来调节变频器的上限运行频率(多级控制)，排风系统采用定静压控制来调节排风机变频器运行频率； 

4)、定静压控制，对正压洁净室，检测回风管静压值与设定静压值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，一方面调节排风机的变频器输出频率，另一方面调节新阀门的开度，使系统新风量、回风量及排风量维持动态平衡，保证整个系统正压； 

5)、联锁控制，包括： 

(a)、新风阀门、回风阀门、排风阀门、加热器、加湿阀、排气风机、消防联动控制装置等均与洁净系统送风机联锁； 

(b)、开机程序，新风阀优先回风阀开启，送风机优先排风机开启，新风阀优先送风机开启；各实验室送风阀门优先于回风阀门开启； 

(c)、停机程序，洁净系统的排风机优先送风机关闭，确保整个系统正压；当所有风阀关闭时，风机自动停止运行； 

(d)、排风机处于运行状态时洁净系统送风机严禁关闭；当处于消防状态时，消防中心同时发出报警信号及停机联动信号，控制系统延时3分钟后洁净区域所有风机自动停止运行； 

(e)、当风速传感器检测到实时风速低于系统值班状所维持的最小送风量对应的风速时，加热器严禁启动；当高温开关动作时，加热器停止工作； 

6)、房间恒压控制，对正压洁净室，房间压差传感器检测到房间实时压差低于设定值时，自动减少回风阀门的开度，当回风阀门处于最低开度时房间压差仍未达到设定值，则自动增大送风机转速。 

本发明洁净机通风控制系统触摸屏实现以下功能： 

1)、控制设备可独立控制每个风阀、水阀及每台风机的运行状态，可手动调节变频器运行频率，可设定为工作状态和值班状态、白天及夜晚四种工况； 

2)、设定系统的温度、湿度、风压、风阀开度、风机运行频率等参数； 

3)、监测新风、回风、送风及各房间的温湿度，各风阀、水阀的开度，风机手动、自动运行状态，送风管风速，风机运行频率，房间实时压差值、通风柜排风系统工作状态、消防状态等等； 

4)、风机热过载报警、变频器超载报警、过滤器堵塞报警、低温报警、加热器高温报警、房间压差报警、消防状态报警、防火阀动作报警等等； 

5)、每台风机实现手动、自动、定时等多种运行模式，工频与变频切换，当变频器故障时，可转换到工频运行。 

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一站式实验室控制系统，具有如下特征：集显示、触控、网络通讯技术为一体的平板电脑及触摸屏，触摸屏作为整个实验室的操作及显示人机界面，触摸屏上设置有触摸按键，触摸按键包括显示有时钟触摸键、空调系统触摸键、灯光操作触摸键、报警状态触摸键、事件记录触摸键和主画面主操作触摸键，通过触摸按键和主机相应的程序控制各实验室的灯光、空调、警铃或红绿灯，并对各个程序进行的时间、事件描述和事件类型进行记录，具体是：

1)、空调系统触摸键，通过显示屏动态显示空调风机运行状态，包括显示实验室控制温度和湿度参数；

显示调节水阀、加湿器、电加热的输出状态；

显示机组运行报警状态以及初中效过滤器运行状况；

显示排风机总管压力；

显示空调机组的开停操作；

动态显示空调风机运行状态，一键可开机或停机、设置及操作；

2)、灯光操作触摸键，包括照明灯控制域和紫外灯控制域，照明灯控制域和紫外灯控制域均设有总开触摸键、总停触摸键、设置触摸键、换鞋间触摸键、更衣间触摸键、缓冲间触摸键、污物走廊触摸键、准备间触摸键、培养室触摸键和操作室触摸开关；

3)、报警状态触摸键，包括：

净化机运行状态显示，设有送风机指示灯和排风机指示灯；

机组报警状态显示包括以下指示灯：机组缺风报警、机组高温报警、机 组中效报警、实验室负压报警、送风机故障报警、排风机压力报警和送风机压力报警，以上情况出现亮红灯报警，或声音报警；

4)、事件记录触摸键，可以通过日期和事件类型对事件进行筛选，事件以文件的形式存在，可以用Excel表格打开；记录所有操作人员的操作事件，便于相关事件的追踪；记录的事件包括：系统操作、机组操作、照明设备操作、排风机操作、辅助设备操作、修改参数操作、消毒设备操作和系统报警，事件信息包括事件发生时间、事件描述和事件类型，能够单选、多选或全选。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：还包括洁净机通风控制系统，洁净区控制系统由触摸屏、控制器、输入输出模块、传感器和变频器组成，每台风机设置独立变频器，控制系统实现以下控制功能：

1)、温度控制，根据回风温度与设定温度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节表冷器进水阀门的开度或加热器档位，使受控环境的温度保持在要求的范围内；

2)、湿度控制，根据回风湿度与设定湿度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节加湿阀门开度，使受控环境的温度保持在要求的范围内；

3)、节能运行，包括以下状态：

(a)、自动状态：检测新、回风温湿度，通过控制器的焓运算，根据新、回风的焓值机热湿负荷，自动调节新风阀、回风阀及排风阀的开度比例，使空调节能运行；

(b)、手动状态：洁净室送风机运行频率随各房间送风阀门开启的数量来调节变频器的上限运行频率，排风系统采用定静压控制来调节排风机变频器 运行频率；

4)、定静压控制，对正压洁净室，检测回风管静压值与设定静压值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，一方面调节排风机的变频器输出频率，另一方面调节新阀门的开度，使系统新风量、回风量及排风量维持动态平衡，保证整个系统正压；

5)、联锁控制，包括：

(a)、新风阀门、回风阀门、排风阀门、加热器、加湿阀、排气风机和消防联动控制装置均与洁净系统送风机联锁；

(b)、开机程序，新风阀优先回风阀开启，送风机优先排风机开启，新风阀优先送风机开启；各实验室送风阀门优先于回风阀门开启；

(c)、停机程序，洁净系统的排风机优先送风机关闭，确保整个系统正压；当所有风阀关闭时，风机自动停止运行；

(d)、排风机处于运行状态时洁净系统送风机严禁关闭；当处于消防状态时，消防中心同时发出报警信号及停机联动信号，控制系统延时3分钟后洁净区域所有风机自动停止运行；

(e)、当风速传感器检测到实时风速低于系统值班状所维持的最小送风量对应的风速时，加热器严禁启动；当高温开关动作时，加热器停止工作；

6)、房间恒压控制，对正压洁净室，房间压差传感器检测到房间实时压差低于设定值时，自动减少回风阀门的开度，当回风阀门处于最低开度时房间压差仍未达到设定值，则自动增大送风机转速。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：所述触摸屏实现以下功能： 

1)、控制设备能够独立控制每个风阀、水阀及每台风机的运行状态，能够手动调节变频器运行频率，能够设定为工作状态和值班状态、白天及夜晚四种工况；

2)、设定系统的温度、湿度、风压、风阀开度和风机运行频率；

3)、监测新风、回风、送风及各房间的温湿度，各风阀、水阀的开度，风机手动、自动运行状态，送风管风速，风机运行频率，房间实时压差值、通风柜排风系统工作状态和消防状态；

4)、风机热过载报警、变频器超载报警、过滤器堵塞报警、低温报警、加热器高温报警、房间压差报警、消防状态报警和防火阀动作报警；

5)、每台风机实现手动、自动和定时多种运行模式，工频与变频切换，当变频器故障时，能够转换到工频运行。 

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