新疆新能源（集团）准东环境发展有限公司 新疆昌吉 831100
摘要：科学技术的快速发展带动我国快速进入现代化发展阶段，给予各行业更大的发展空间。气候环境实验室是我国目前建设体量最大、综合能力最强、能够模拟全球地表极端气候的大型基础实验设施，可为各类飞机及武器装备环境适应性研究提供模拟环境，室内可模拟多种自然环境，如低温、高温、降雪、冻雨等。
关键词：气候环境实验室；安全控制系统设计
引言
我国经济建设自改革开放发展至今已经取得了非常不错的成就和成果，为我国基础建设贡献力量。随着工业生产和工程应用需求的增加，对安全方面的规范更为严格，对安全控制方面的需求也更加迫切，安全控制系统应运而生。安全控制系统是指符合一定安全级别，能够对设备可能出现的故障进行动作的控制系统，其可以迅速、正确地对事故做出响应，最终能够完全避免事故的发生或者至少能减少对设备、人员和环境造成的危害。
1系统功能分析
1.根据实际试验状态，监控基础环模安全控制器、特殊环模控制器（PLC）工作状态，如果发现某个控制器运行异常，记录安全事件并报警。2.制定系统级连锁方案，对设备开启提供使能授权，对不符合连锁的设备运行状态进行报警并记录安全事件。3.对于基础环模系统出现的安全事件，由基础环模安全控制器自行处理；安全事件及处理方式记录在安全事件日志中。4.特殊环模系统的一般安全事件，可由各特殊环模控制器直接上传给操作员工作站，由操作员工作站进行判断决策，并由安全控制器记录安全事件。5.系统级安全事件处理（软急停）：在试验前预设的安全策略中，对于不在各控制器监控范围但涉及多个子系统的安全事件处理程序进行设定，最多可设定24路输入。当安全控制器监测到此类安全事件时，依次发送优先级高于操作员工作站子系统的停止指令到各控制器并记录在安全事件日志中。6.急停功能（硬急停）：当出现其他威胁人身安全、实验室安全的事件时，发送系统设备急停指令，紧急关闭全部试验系统；根据试验情况，安全控制器可利用DO输出端口对现场某些执行器件（如隔离门、泄压窗等）进行直接控制。
2实验室特殊工艺要求对消防的影响
1.外房和夹层应严格按照国家有关规范采取相应的消防措施。但内房为全封闭体，外房的所有消防措施无法直接作用到主实验室内部。2.主实验室内部将模拟自然环境下极端气候条件，特别是低温和高温环境的大温差将导致常规消防设备和设施的损坏，如某些探测感应装置、控制装置、阀门组件等。3.之所以将主实验室和机房划分在一个区域内，是因为两者之间需通过送风管道和回风管道相通，且每个连通口部尺寸约为5m×2m，管道内送回风温度比室内温度更加极端，最低温度约–70℃，因此无合适的产品能够满足其安装要求。即使存在这样的产品也不能安装在风管内，其原因在于一旦此产品出现故障将引起风管一端堵塞，从而室内因送风量或回风量剧烈变化引起室内压力变化瞬间超越应急泄压装置承受能力，导致结构主体破坏。
3实验室加湿系统工作原理
实验室选用干蒸汽加湿器，由蒸汽锅炉供给加湿器汽源，蒸汽进入喷管后在蒸汽压力作用下向前运动，到达截面积较大的蒸发室后，流动速度下降，蒸汽减速和挡流板的作用，使蒸汽中所含有的凝结水被分离出来。分离出冷凝水的蒸汽经过蒸发室顶部进入预热的干燥室。经过干燥室内配备的不锈钢滤网先使残留水分过滤和分离；再通过调节阀降低干燥室内压力，使蒸汽内的残留水分再次汽化，从而实现对饱和蒸汽的干燥处理、汽水分离及水分的二次汽化。经干燥处理的饱和蒸汽经过调节阀进入中心喷管，再通过喷管孔逆向喷入风道，最后进入风道末端且安装在实验室顶部散流器，经散流器的散射均匀喷向实验室内，完成对实验室内空气的循环式加湿。干蒸汽加湿系统的特点是：加湿量大，加湿效率高，相对湿度可达95%以上；加湿速度快，反应灵敏；加湿的成本消耗较低；结构简单，可靠性高等。
4系统工作原理
视频监控系统基于B/S模式的网络构架，主要用于对实验室、试验件及工艺设备的实时监控，便于试验人员监视试验现场情况。视频监控工作站运行视频监控管理软件，实现系统控制；综合视频平台采用Linux系统，集成设备管理功能，可对网络信号进行解码，视频信号进行切换，输出视频信号进行显示、拼接、分割，并且把接入综合视频平台的各类信号投影至外部显示设备上；存储服务器对视频监控信号进行存储；显示屏用于显示环境试验视频监控画面及各控制工作站数据画面，为试验人员进行试验指挥、掌握试验进度、应对试验突发情况、开展关键技术研讨等提供信息支持。视频监控系统工作原理：通过室内摄像机将视频画面记录并转换为网络信号接入交换机，传输至存储服务器（硬盘录像机）进行存储，视频监控工作站通过视频监控软件向综合视频平台发送控制指令，通过软件云台控制摄像头的旋转、对焦等；同时，测控间各工作站通过HDMI接入综合视频平台，通过视频监控软件控制显示屏的显示。
5软件设计
1.下位机软件功能，（1）信息采集：实现现场设备I/O事件的采集；接收各工艺子系统控制器上传的安全事件，记录并反馈给安全监控工作站，在安全监控上位机软件进行显示；接收并记录基础环模安全控制器上传的安全事件；硬急停按钮状态发生变化时，采集状态变化量，并反馈给安全监控工作站，在安全监控上位机软件进行显示。（2）安全事件处理：对一般安全事件进行记录，并在安全监控上位机软件进行显示；对于定义策略的系统级安全事件，监测到事件触发条件的发生，则执行相应的安全处理措施，以软急停的方式向相关系统发送急停信号；对于单系统现场出现的异常紧急情况，危及设备、试验或人身安全时，以硬急停按钮的方式向对应系统发送急停信号。（3）信息通信：实现安全控制系统监控工作站与安全PLC之间的数据交换处理，确保通信无误，通过合理的通信机制，保证安全事件上传和处理策略接收的实时性。2.上位机软件功能，安全控制系统上位机软件的主要功能如下。（1）安全事件设置：根据不同的气候环境试验，自定义系统级安全事件的控制范围、安全事件的内容，以及相应安全事件的处理等级及处理方法，并生成相应的安全事件自定义报表。例如，操作人员可以通过软件设置某个系统的安全故障以及在该安全故障发生时采取的措施，如关闭某个特殊环境模拟系统等，以保证基础环境模拟系统和特殊环境模拟系统的安全。（2）安全事件显示：可在软件界面上分类显示安全事件，通过软件界面实时显示各个安全事件点的状态。（3）安全事件打印存储：即安全事件日志，能够对安全事件进行记录。（4）安全事件通信：软件具有与安全PLC及数据中心服务器的通信功能。
结语
气候环境实验室安全控制系统采用西门子故障－安全型PLC，并采用独立的安全控制网络，通过采集各子系统安全故障信息、定义系统级安全策略，使用硬急停和软急停相结合的方式，可对实验室使用中安全故障进行响应、记录和应急处理，达到了实验室对可靠性和安全性的使用需求。
参考文献：
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作者简介：
藏吉鹏（1992-） 性别：男 学历：本科 籍贯：甘肃张掖 现任新疆新能源（集团）准东环境发展有限公司危废检测中心分析工程师，主要从事检测中心实验室建设及危险废物项目检测工作。