仪器分析实验室开放与安全管理系统的设计和运用

魏 鸿，陈民助，赵国明

（1.四川大学 实验室及设备管理处，四川 成都 610065；2.四川大学 化学学院，四川 成都 610065）

作为提升国民知识基础的主力军，高等学校在人才培养和科学研究方面的重要性日益突出。加大实验室的开放力度是提高实验仪器设备的使用效率、真正实现资源共享的客观需求，也是学习和实践科学发展观，落实以人为本、服务师生的迫切要求。学生创新活动的大力开展也对实验室的开放工作提出很大需求。因此，有必要探索和改进开放实验室的运行模式和管理手段。通过管理手段的创新，可以做到开放实验室管理的信息化、网络化，实现面向教学和科研、开放、安全的实验室的管理目标，为创新人才的培养创造良好的环境条件[1－3]。

在总结多年来实验室开放运行的基础上，笔者根据教学与科研工作对实验室全面开放运行的新需求，设计、实现了基于校园网的仪器分析实验室开放与安全管理系统。系统具有网上预约、用户准入认证、仪器使用控制、使用信息保存、实验室安全监控与事故报警等功能，为师生提供了便捷、自主预约使用的分析测试仪器公共平台。

1 建立实验室开放与安全管理系统的基本架构

实验室作为教学和科研极为重要的场所，其运行状况、效率和管理水平直接关系到人才培养和科研成果的质量。特别是在实验室的开放力度日益加大的情势下，利用计算机网络技术、数据库开放技术及先进电子测控技术来提升实验室的管理水平，从而提高仪器设备的使用效率、保证实验室的安全运行，就显得十分必要[4－5]。

四川大学在化学学院的仪器分析实验室建立了实验室开放与安全管理系统。该系统是利用校园网、数据库和测控部件构建起来的，它主要由3个模块组成：（1）使用仪器的网上预约模块；（2）实验室准入及仪器使用信息记录模块；（3）实验室安全事故预防与事件报警模块。将3个模块有机组合后，就构成了实验室全方位、全天候的管理体系。师生能够便捷、高效率地利用实验室的资源，并确保实验室的安全运行。仪器分析实验室开放与安全管理系统功能框架如图1所示。

图1 仪器分析实验室开放与安全管理系统功能框架图

2 仪器使用网上预约模块

网上预约模块由数据库和预约系统两部分构成。

数据库用Microsoft Office Access构建，存放在校园网管理中心的服务器上。数据库存有经过培训合格用户的相关信息和实验室每台仪器的开放时间段信息，管理人员和用户均可以通过校园网访问该数据库。用户信息主要包含姓名、编号、密码、权限，其中权限用于限定用户可预约使用的仪器。实验室管理人员通过登录管理页面，可以修改用户信息或公布实验室开放时间。根据实验室的实验教学安排情况，管理人员提前公布可以对用户开放的时间。

实验室开放的时间分为3个单元，即上午、下午和晚上，每个单元又分为多个时（间）段，时段的长短根据不同的仪器而有所不同。有的仪器以0.5h为时段，有的仪器以1h为时段。开放时间具有灵活性，例如某台仪器14：30—16：00有学生实验课，那么该单元就只开放剩下的时段。

基于ASP语言制作了界面友好的网上预约网页。经过培训合格的师生被授予使用相应仪器设备的权限。教师和学生用户利用校园网上的公共开放管理平台，在任何一台终端都可以对拟使用的仪器设备进行使用预约。经授权的合格用户通过浏览器进入学院主页，点击仪器预约系统后，输入自己的用户编号、密码及验证码后，就可查询实验室各台仪器设备的开放信息，对拟使用的仪器进行预约。

为了对数据库进行维护，设有管理员的专用入口，凭密码才可进入，而一般用户是不能登录管理页面的。管理员可动态更新每台仪器设备的开放时间段和用户信息，可根据需要对用户进行注册、删除，对用户密码、权限进行修改。此外，管理员还可随时了解仪器设备的使用和预约情况。如果某台仪器设备使用的人较少，就可减少开放时间，以使仪器相对集中开机，提高开机利用效率，延长仪器使用寿命；反之，就可以增加某台仪器设备的开放时间，以满足用户的使用需求。

仪器分析实验室实行网上预约后，学生和教师可以方便地通过校园网预约仪器分析实验室的仪器设备，实验室实现了对全校师生的全天候开放，包括非工作时段和节假日的开放，切实提高了仪器分析实验室开放程度，大大增强了仪器分析实验室服务教学和科研的力度，同时更有利于实验室的管理[6]。

3 实验室准入及仪器使用信息记录模块

实验室准入制度是保障开放实验室安全的重要环节，能够从根源上有效预防和减少实验室的安全事故，维护实验室仪器设备的安全运行秩序。实验室准入及仪器使用信息记录模块就是要实现仪器用户自动认证、准入及仪器使用的控制，使不具备上机操作资格的人员和非法人员禁入，以确保开放实验室的安全。经过认证的用户由计算机控制的自动门就可进入实验室，自动门延迟数秒后自动关闭。用户认证一方面是甄别预约者的身份，另一方面是判断当前时间是否在该预约者预约的时间段内，二者有一项不符就禁入[7]。

仪器设备的使用控制是通过USB测控模版来实现的。该系统采用了北京中泰研创科技有限公司的USB7408N光隔离16路开关量输入输出模块和通用继电器端子板PS-002。USB7408N模块适用于各种开关信号的自动控制以及计算机与数字仪器的接口。模块采用了光电隔离技术，通过计算机与现场信号之间的隔离，提高了计算机与本模块在工作中的抗干扰能力和抗损毁能力，同时也不会对实验室的仪器设备造成干扰。

通过USB7408N测控模版，结合所编软件，就实现了用户的准入、仪器设备的使用控制和使用机时数的自动记录。管理人员可打开数据库查看仪器设备使用情况，还可通过数字录像系统的视频了解、监管仪器分析实验室的运行。通过远程桌面连接，管理人员还可异地了解、查看实验室及仪器设备的运行情况。在开放期间，如果有仪器设备损坏或其他事故发生，管理人员可通过调取录像回放和核查仪器设备的使用记录数据库，对实验室的异常情况、违规操作及仪器设备的损坏进行查证[8]。

4 实验室安全事故预防与报警模块

化学实验室的安全是一项十分重要的工作，必须常抓不懈。但仅靠传统的安全措施不能满足实验室开放与安全的需要。通过安装门禁系统、视频监控系统、传感器监测报警系统等，建立了可靠的实验室安全监控系统，当有偷盗、火灾、危险气体泄漏、淹水等情况时，可以保证及时、准确报警。安全事故预防与报警模块能够确保实验室的安全运行，是实现仪器分析实验室全天候开放的有力保障[9]。

管理人员可通过视频监控了解各实验室的实时运行情况，对实验室的异常情况、违规操作仪器及仪器设备损坏情况，可以调取录像回放，这样做到对事件的处理有据可查。

在技术方面，安全事故预防与报警模块采用网络技术、传感器技术、数字视频技术和移动通信技术，在实验室必要的部位设置摄像头和人体红外线传感器、烟雾传感器、湿度传感器、危险气体传感器，它们都与主控微机相连接，实现自动监控、电子抓拍、报警。报警的方式有3种：一是向大楼值班室发出报警（声、光）信号；二是通过微机自动进行电话拨号，给管理人员播放预先定制的IC语音报警信息；三是通过微机自动向管理人员手机发送短信息。通过传感器—电脑—电话的连接，可实现全天候自动监控和报警，并记录事件发生的时间和位置[10]。

5 结束语

仪器分析实验室开放管理与安全监控系统的设计，以用户和实验室管理需求为出发点，系统运行可靠、功能扩展灵活，能够满足学校教学科研活动的新要求，获得了教师和学生的好评。学校将在该系统运用基础上，进一步完善和扩大使用，期望能够为高校实验室的建设与改革，为高校的教学、科研水平的提高和创新人才的培养做出不懈的努力。

（References）

[1]张晓红，邹长明，沈永林，等.高校实验室安全隐患调查分析及安全管理研究[J].安徽科技学院学报，2007（3）：56-58.

[2]王建梅，蒋阳，李梅川，等.高校大型精密仪器公共服务平台的建设与管理工作探析[J].合肥工业大学学报：社会科学版，2005（6）：32-35.

[3]邱琦，罗仲宽，吕维忠，等.国内外高校化学实验室安全管理探究[J].广州化工，2010（5）：272-274.

[4]潘信吉.高校实验室开放管理系统的研究与应用[J].实验室研究与探索，2009，28（9）：143-145，154.

[5]陈民助，吴玉蓉.仪器分析实验室开放管理系统的设计与运用[J].高等教育发展研究，2010（4）：34-36.

[6]贺超波，陈启买，石玉强，等.实验教学数据管理与分析系统的研究与实践[J].实验技术与管理，2012，29（1）：120-123，128.

[7]鲍敏秦.新时期高校实验室安全管理探析[J].实验室研究与探索，2011，30（11）：187-190.

[8]李训文.基于网络化虚拟仪器技术的传感器实验建设[J].实验室研究与探索，2012，31（2）：87-90.

[9]鲍敏秦，张原，张双才.高校化学实验室安全问题及管理对策探究[J].实验技术与管理，2012，29（1）：198-201.

[10]张靖，杨晓屴，范胜波.危险源安全预警研究[J].实验技术与管理，2010，27（12）：214-217.