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1、基于普适计算的实验室管理系统,环境监测系统应用,John国内软件业务部,Page 2,基于普适计算的实验室管理系统在环境监测中的应用,主要内容,Page 3,什么是实验室管理系统(LIMS),Page 4,实验室信息管理系统（Laboratory Information Management Systems，缩写为LIMS）作为现代信息技术、现代管理科学与现代分析技术完美结合的产物，在过去的三十年中，在全世界范围内取得了令人惊叹的技术进展和应用成就，为各种规模实验室的高效、科学的运作以及各类信息的存贮、交流和二次加工利用提供了强有力的平台，从而促进了实验室及所在企业/机构工作的各个环节能够实现
2、全面量化评价和质量目标管理。目前，LIMS已经成为实验室信息化、自动化的关键技术，并成功地引发了世界各国各行各业的实验室在管理机制、组织结构、测试技术方面的巨大而深刻的变革，因此LIMS被誉为是“重新设计的催化剂（catalyst for re-engineering）”,实验室管理系统的定义,Page 5,实验室管理系统的主要传统功能,Page 6,实验室管理系统的发展过程及SWOT分析,Page 7,实验室管理系统的发展过程,第一代,第二代,第三代,实验室自主开发，功能少，维护升级困难,出现于1982年：用户的需求基本都能考虑到，软件升级、技术支持容易，使用寿命可以很长。,基于C/S结构的
3、商品化软件而不需要用户编写任何程序安装后不需要用户化工作，只需要按照用 户的具体要求进行简单的设置,Page 8,实验室系统发展分析,LIMS市场从横向发展经过了从单一实验室集中管理到多实验室分布式检测的发展过程，纵向的技术发展历程经过了从实验室自己设计实施到商业化软件的发展，一路走来，LIMS技术和市场发展到现在的主要特征就是分布式实验室协同工作，要求完善的终端控制与通讯，能够实现远程数据的采集，分析，处理，传输，多个实验室相互交换数据，协同处理的特点越来越显现。,Page 9,实验室管理系统纵向横向发展,横向应用发展经过了单一实验室想分布式检测实验室的发展纵向技术发展经历了集中控制系统向分
4、布式远程控制系统的发展现在正处于新旧技术交替，市场应用转换的时机，基于普适计算的实验室管理系统契合了市场发展的趋势,Page 10,实验室管理系统发展过程分析,实验室管理系统技术的发展相对于实验室应用的演进也经过了三代技术的更新，早起的实验室管理系统主要是集中式大型机管理实验室数据，管理系统局限在单机上处理，系统结构简单所能实现的功能也较有限。随着多个实验室协调工作的需求，第二代实验室管理系统技术主要特点是多个实验室间协调数据的传输控制，涉及到不同实验室管理系统网路协议，操作系统等不同，在异构的网络环境下的数据传输控制问题，这时实验室管理系统往往需要与多个实验室系统进行交换，网络化是其主要特征
5、；基于普世计算的实验室管理系统是随着分布式实验室应用的巨大市场需求迅速发展起来，基于普适计算的实验室管理系统对移动终端设备的远程管理，以实现数据的自动采集，传输，远程控制等，主要的应用有环境监测，水质监测，冷链温度控制等，这些应用的主要特点是众多移动终端的使用，地理分布广泛，需要对终端的有效管理和数据传输，主要技术有普适计算，地理信息系统(GIS)，网络长短程传输技术等。,Page 11,SWOT是一种分析方法，用来确定企业本身的竞争优势，竞争劣势，机会和威胁，从而将公司的战略与公司内部资源、外部环境有机结合。因此，清楚的确定公司的资源优势和缺陷，了解公司所面临的机会和挑战，对于制定公司未来的
6、发展战略有着至关重要的意义,分析,Page 12,分析,Page 13,环境监测应用,Page 14,环境监测,环境监测，指通过对影响环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量（或污染程度）及其变化趋势。环境检测的过程一般为接受任务，现场调查和收集资料，监测计划设计，优化布点，样品采集，样品运输和保存，样品的预处理，分析测试，数据处理，综合评价 等。,.监视性监测（例行监测、常规监测）.特定目的监测（特例监测、应急监测）3.研究性监测（科研监测）,Page 15,环境监测,按监测介质或对象分类 可分为水质监测、空气监测、土壤监测、固体废物监测、生物监测、噪声和振动监测、电磁辐射监测、放射性监测、
7、热监测、光监测、卫生监测（病原体、病毒、寄生虫等）等 专业部门分类 气象监测、卫生监测、资源监测等。此外，又可分为：化学监测、物理监测、生物监测等监测区域分类 厂区监测和区域监测,Page 16,环境监测应用,Page 17,MBR污水处理实验自控系统,MBR实验设备主要处理生活污水，处理水量约为0.41.0m3/h，处理后的水可作为工业或农业用水。处理装置为24小时连续运行。MBR自动控制程序的设计是根据实际情况和工艺要求而定的，主要采用可控制编程器并实现触摸屏控制，部分实验控制参数需输出并显示在控制室电脑显示器上。主要分进水的控制、厌氧池搅拌器的控制、鼓风系统的控制、出水抽吸泵的控制、真空
8、泵的控制、反冲洗泵的控制以及污泥回流泵的控制等部分。,Page 18,拓扑结构图,Page 19,MBR污水处理实验自控系统总结,MBR污水处理实验自控系统为分布式终端的自动控制提供了一个很好的技术解决方案，该解决方案的特点是技术难度较低，自动控制的逻辑通过PLC编程控制，但是系统各控制部件的信息传递方式不灵活，不适合检测终端设备分布地域较广分散的实验室环境，对此方案的改进可针对终端间数据传递方式，采用ZigBee技术针对终端设备的短距离数据传输控制，采用GPRS,3G技术满足终端设备远距离数据传输控制问题。,Page 20,配料系统,定量配料系统是配料工艺过程控制和质量控制的关键环节之一,同
9、时也是实现生产过程自动化、企业科学管理化、安全稳定生产和节能降耗的重要技术手段。定量配料系统在生产中的应用不仅可以提高配料质量和产量,也大大减轻了岗位工人的劳动强度,提高了生产效率。该系统应用工控技术、现场总线技术的中央集控系统,整个系统采用集散型结构，开放性好、易于扩展、性能稳定可靠。结构模式：“PLC系统固体配料控制仪表”，结构简单、稳定可靠。,Page 21,系统功能,1.PLC能对流量的脉冲信号进行实时处理，对流量进行统计计算，并发出开/关信号控制电磁阀开闭。2.可以将每次的配方进行备份和保存,以便下次再次调用。3.配方的查看或者修改需要密码才能进入，确保系统安全,Page 22,配料
10、系统结构图,Page 23,配料系统总结,配料系统技术解决方案的特点是集中控制，便于对控制逻辑的修改，数据的采集和分析，系统架构简单。但是该解决方案集中控制的缺点是不具备各分布终端短距离自组网自主控制功能，所有自动控制的实现必须要将数据传输回集中控制器处理，当应用环境不具备相应远距离传输网络环境时，系统的功能就无法实现。针对该技术解决方案的改进主要针对以短距离自组网控制以弥补集中控制之不足，Zigbee短距离通信技术就具有移动终端的自组网特点，将主要功能放到集中控制器统一控制，部分功能放到移动终端自组网控制，不仅简化了系统架构，更满足了特定环境下的具体要求。,Page 24,关键技术,Page
11、 25,蓝牙，WIFI，IrDA技术，Zigbee，NFC技术，RS-232-C等,基于普适计算技术，具有试验终端仪器自动化控制,管理多种地理空间实体数据及其关系,包括空间定位数据,图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程,解决复杂的规划,决策和管理问题,布计算系统是由多个相互连接的处理资源组成的计算系统，它们在整个系统的控制下可合作执行一个共同的任务，最少依赖于集中的程序、数据和硬件。,关键技术,Page 26,GIS在实验室管理系统中的应用,GIS应用到实验室的管理后，可以提供在空间上更加方便直观的方法。它在如下几个方面能发挥其他技术所不能替代
12、的作用：大型联合实验室，这类实验室在空间上分布在广阔的地理区间。如整个长江流域的水质监测系统；大型企业不 同生产线周围的检测设备；环境监测的流动检查车等等。对它们的管理往往因为空间位置的不明确而难以开展工作。显然，引入GIS后这个问题可以迎刃而解。仪器管理 即使是处在同一幢建筑物内，规模较大的实验室有时也难免在方位上搞不清仪器的具体位置。采用GIS，每一个房间、给一台仪器的具体方位一目了然。Call Center 对于商业实验室，如何给客户提供周到的服务是至关重要的。客户来到实验室后往往不知道该到哪个部门办手续，更不知道这个部门怎么走，这是个很实际的问题。大型的实验室甚至有人专门从事向导工作。
13、那么，实验室建立以Call Center为主的客户服务机构就很有必要了，再配以GIS，效果会更好。,Page 27,系统架构,Page 28,基于普适计算的实验室管理系统的系统结构,基于普适计算的实验室管理系统应用在环境监测，水质检测等具有检测点分布局域广且分散，需要检测终端设备自动化控制程度高的实验室系统中，具有巨大的优势。以下以环境监测实验室应用为例介绍基于普适计算的实验室管理系统的系统结构，其余水质监测等系统的系统结构和关键技术基本一致。,Page 29,系统结构,Page 30,环境监测应用,检测节点通过zigbee将检测数据传递到zigbee中继节点，由于zigbee有自组网的特点，
14、zigbee检测节点本身自己也可以作为中继节点，当有新的设备加入到网络时，系统不需要重新设置，便能够自动识别网络和新设备，重新组网，进行信息的传递和控制，自动化程度较高。对于近距离的数据传输和自动化控制可以通过ZigBee自组网传输，对于需要远距离传输的数据，当ZigBee网络无法满足时，可以通过处于检测环境的zigbee节点将数据传递给控制器，再通过RS232接口传递到GPRS采集数据集中器统一发送到检测中心，进行数据分析。除了通过GPRS网络进行数据的远程传输外，还可以通过3网络进行传输。对终端设备的自动控制可以通过两种方式，集中式控制和分布式控制。集中式控制将控制逻辑放在集中控制器端，需
15、要检测设备将检测数据统一汇总到集中控制器进行分析处理后再将控制信号发送回终端控制器进行相应的控制。集中式控制结构简单，但是实时性较差，在网络情况较差时，不能满足工作需要。分布式控制弥补了集中式控制的不足，是集中式控制的有效补充。分布式控制在移动终端的zigbee自组网中实现监测数据的采集，处理和控制信号的产生发送，实时性好。,Page 31,基于普适计算的实验室管理系统的硬件构成,基于普适计算的环境监测系统主要的硬件构成有：检测设备，zigbee模块，控制器，采集数据集中器，应用服务器，数据服务器，电脑控制终端，移动控制终端。,Page 32,硬件构成-检测设备,检测设备：各种环境监测项目的检
16、测设备，能够采集检测对象的具体检测指标，并进行数字化处理。可分为水质监测、空气监测、土壤监测、固体废物监测、生物监测、噪声和振动监测、电磁辐射监测、放射性监测、热监测、光监测、卫生监测（病原体、病毒、寄生虫等）等,Page 33,Zigbee模块,Zigbee模块：ZigBee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。,Page 34,控制器，采集数据集中器,控制器：能够根据控制信号实现对控制对象的自动控制，如环境污染检测应用中，检测器不
17、间断的检测污染指标，当污染超过规定值时，通过控制器自动切断污染源的排放，最大限度减少环境污染。采集数据集中器：汇总检测设备发送来的监测数据，统一发送到远程服务器，通过采集数据集中器统一发送数据不仅实现了远程数据传输的要求，统一发送3更能够降低网络传输成本，提高了系统的可靠性，采集数据集中器根据具体需求，也能够具有从远程服务器接受数据发送给终端设备的能力。采集数据集中器主要有zigbee节点，控制单元和GPRS Model等模块构成,Page 35,服务器和终端,应用服务器：对数据进行处理，一般包含传统LIMS系统所具有的数据输入，数据处理，设备管理，人员管理的应用管理，在集中式实验室管理结构中还包括控制信号数据的产生。数据服务器：包含有数据库，存储各种数据以供查询增加，修改等电脑控制终端：用于实验室管理人员对整个实验室系统的控制，掌握实验室数据的维护，实验数据的查看等。,Page 36,移动控制终端,移动控制终端:满足移动业务的需要，能够脱离桌面电脑的舒服，通过手机，UPad就能够在各种移动环境中随时随地掌握实验室的运行情况。,感谢观赏海尔软件2010-08-07,
