海洋環境監測船載實驗室建設探討

2023-05-29 admin

實驗室自動控制系統

實驗室自動控制系統針對實驗室內各種設備進行集中管理和監控。在整個實驗室范圍內,通過整套實驗室自動控制系統及其內置最優化控制程序和預設時間程序,對所有機電設備進行集中管理和監控。自控系統建設應充分考慮以下幾點:

進性:應采用代表當今世界先進技術水平的成熟穩定的系統設備,并建立一個可擴展的平臺,充分保護前期項目投資和后續擴展,使系統具有先進性;

全性、可靠性:應采用集散型總線控制,安全性高,系統將任務分配給系統中每個現場控制單元(就地控制器/實驗室控制單元),免除因系統內某個設備的損壞而影響整個系統的運行;

塊化及擴展性:系統應采用模塊化設計,總體規劃,分步實施;具有良好的可擴充性,可將不同廠商的設備通過各種方式集成,系統可在日后任何地方加插現場控制器及操作員終端而不影響本系統操作;

用及方便性:系統應可滿足不同的控制管理需要;

放性、標準化:系統應采用開放式結構,提供標準的數據接口;

理性及經濟性:系統應能最大限度的降低設備的運行成本,以滿足節能需求;

容性:系統應能保證未來與信息化數據中心系統平臺的聯網兼容性,以滿足垂直管理的需要。

船載實驗室自動控制系統的設計應結合與國內外標準接軌的“定風量排/補風聯動控制”等技術與理念,以達到安全、節能、舒適、可靠、經濟的性能要求。全新風系統將實驗區排風后所需空調全新風由相應的全新風空調機組通過316L新風管道送至各需要補風的實驗區末端送風口,與排風無縫銜接,維持房間的壓力平衡,并保證室內空氣質量。

于各實驗室分別配置室內溫濕度變送器、實驗室壓差變送器、現場操作監控觸摸屏并連接至對應實驗室控制單元;通過對觸摸屏的“一鍵開關”,定義實驗室的當前工作模式為啟動或關閉;系統接收此信息后,應自動把相關的實驗室專用全新風機組及實驗室專用排風機組的啟動或關閉。當實驗室開啟后,實驗室內壓力應根據需求將其控制為微負壓(正)壓環境。

實驗室自動控制系統建設實現對船載實驗室各設備的狀態監視與聯動控制;包括:


 銜接并聯動氣體泄漏報警及實驗室漏水報警。


 通過相關網關與第三方系統(海氣通量觀測系統、海域水生態環境在線監測系統、空氣質量在線監測系統、前端感知數據采集系統、船舶實驗室分析系統、海洋環境監測系統及監督執法系統)進行數據集成。同時用于監測房間溫度、濕度、壓力、漏水報警及氣體泄漏報警等。


 配電系統監測:對變電所內設備的進行狀態進行監視、電能參數測量和故障報警。包括市供電品質,即電壓、電流、頻率、功率因素、有功功率、無功功率的監測,高低壓重要回路開關狀態監控,變壓器溫度測量,每天日用電容量使用統計分析等。


 照明系統監控:對一些重要場所的照明及建筑物立面照明進行監視和控制。

 空調系統監控:對冷熱源設備、通風設備、空調設備及環境監測設備進行監視、測量、控制。


 給排水系統監控:對生活水池、消防水池與水箱、給排水設備等進行監視、測量、控制。

智能走航集中采水系統

智能走航集中采水系統是結合實驗室工藝布置、實驗設備規格及安裝位置,設置統一的走航水樣進水口,系統設置統一的接口與實驗室內走航儀器快速聯接,走航采集的水樣通過管路直接送到走航儀器中進行走航監測。

系統由定量蠕動泵、隔離閥、耐腐蝕過濾器以及軟硬管聯接系統構成,采用先進的PLC聯動控制方式,實現不同點位的走航監測儀器的同步定量進水樣的需求,同時,系統與純水系統相連接,設計一鍵清洗管路,確保系統管路清潔度及水樣的代表性,系統進水口裝有攝像頭及相應傳感器,走航采樣深度、gis位置信息、水溫等系列環境信息實時傳輸到系統,并上傳至中央管控平臺。進行實時監控、遠程報警、記錄存檔、查詢導出、集成顯示等功能組。

實驗室中央高純氣體管路系統

船載實驗室業務運轉需要用到多種儀器,如分光光度計、鹽度計、流動注射儀器、滴定儀、自動萃取設備、CTD、加酸設備及分析儀器等,其中部分儀器需要用到高純氣體,傳統的做法是采用獨立鋼瓶分散供氣的模式,這種供氣模式每臺儀器設備單獨配置氣體鋼瓶,分別滿足每臺儀器設備的使用,但隨著近年來實驗室投資的不斷加大,儀器設備的迅速增加,用氣量也逐年增加,傳統的供氣模式已經難以滿足儀器設備增加的需求,同時分散供氣模式帶來的實驗室布局混亂,鋼瓶的頻繁更換也對實驗室的管理和維護造成了困難,為了解決以上兩個方面的問題,就需要采用一套安全性高且能實現集中分配供氣的系統完成從氣源向儀器的供氣。

實驗室集中供氣管道系統涉及氣體管路的設計、材質選擇、工程安裝和驗收等方面的工作,是一項專業性較強的工作,由于實驗室通常配備許多精密大型儀器設備,如果工程材質不合格、施工工藝不精密,使用過程中可能會產生泄漏,引入雜質降低高純氣體純度,直接導致儀器設備無法正常使用,因此必須謹慎的設計、選材和施工。實驗室高純氣體集中供氣管道系統主要由氣源自動切換系統、管道系統、調壓系統、用氣點、監控及報警系統組成。實驗室主要使用氣體種類包括氮氣和壓縮空氣,考慮到安全因素,建設時將氣瓶柜放置在艙外,以集中管網的形式供應到各使用點。

實驗室裝飾裝修系統

針對近海生態環境監測執法船實驗室的功能特點,以實驗室功能需求為導向,綜合考慮實驗室的減震降噪、電磁兼容、空調通風的需求,從實驗室設計理念與思路、空氣流環境分析、實驗室噪音控制、照明環境設計、實驗室環境系統構建等方面進行精裝修整體設計及施工。實驗室裝飾材料除應滿足船舶裝修標準要求外,還須滿足各實驗室功能需要及相應的技術規范要求:


 滿足實驗室通風環境要求;


 滿足家具配置滿足各實驗室功能需要;


 滿足實驗室電磁屏蔽控制要求;


 滿足本船噪聲值應低于MSC.337(91)的規定和CCS船級符號“COMF(NOISE2);COMF(VIB2)”的要求和LR船級符號”CAC2”的要求。

考慮船體空間的狹小及不穩定性,實驗室凈高不高于2000mm。同時考慮到在船上作業工況,所有家具應設法避免有尖角、凌刺,邊緣要求圓弧過渡。實驗臺和櫥柜應靈活和可重組,設施要考慮防浪措施,家具臺面應考慮防止物品滑出措施。相關實驗室設有甲板螺栓網格,間距需與移動實驗室家具協調。實驗室裝修材料應使用新型復合材料,而且須滿足防腐要求。對空間采用嚴格的保溫,隔熱,隔音,防污染施工措施,保證空間的使用不受外界環境因素影響。

近海生態環境監測“數智”平臺

通過建設近海生態環境智能移動監測中心,系統集成場景中心集成船舶航行助航狀態數據、智能實驗室環境數據、監測設備數據、監控視頻數據以及環境監測數據,利用地圖、電子海圖、二維/三維模擬仿真等場景展示手段,全場景展示和監測執法船、智能實驗室、監測設備等運轉情況、實時環境監測信息以及安全信息,滿足近海生態環境監測執法船智能化全集成全場景展示、監控需求,提升近海監測執法“非現場”決策指揮能力結合近海生態環境監測執法船內的水文水質監測、海洋氣候監測、無人機、無人艇等儀器設備監測數據,對江蘇近海海洋生態環境監測、海上污染事故應急監測及執法監測等監測活動進行管理,并實現近海生態環境監測“數智”平臺以“三中心、一大腦”架構,圍繞海洋生態環境業務工作方向,推動近海生態環境監測和生態環境執法工作同步發展。

FUTURE

總結與展望


海洋環境監測船載實驗室的創新建設,改變了原有的海洋環境監測質控模式,有效的解決了海洋監測數據新鮮度不足問題,在實驗室內可以搭載多種走航在線監測設備,滿足自動化在線監測需求,同時解決了樣本量少,數據成本高的等問題。通過對自動化以及物聯網技術等應用,數據采集更加迅捷容易,數據更加立體。便于更加深入掌握了解海洋環境動態。同時為未來海洋大數據深層次挖掘和綜合分析研判,發揮數據資產的價值提供了數據基礎。







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文獻參考來源:未來實驗室學苑







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