一、概述

Thermo Fisher Scientific i160 CO₂ 培养箱安全退出机制（Safe Exit Mechanism）是指在各种异常或正常停机条件下，设备通过软硬件协同，保证培养环境平稳收尾、样本安全保存、残余风险最小化的系统化设计。该机制涵盖电源管理、气体管路切换、温湿度及气体控制器的优雅停机、故障自诊断和数据保护等多个层面，旨在为用户提供可预测、可追溯、可验证的“安全退出”流程，从而最大程度地减少培养箱停机对细胞或微生物培养实验的影响。

二、硬件层面安全退出

1. 紧急断电（EPO）接口

• 物理按键：i160 背部设有红色紧急断电（Emergency Power Off, EPO）按钮，按下后立即切断主电源，断电速度＜50 ms，符合 CE/UL 等安规要求。

• 联锁逻辑：断电同时触发气体电磁阀断开、加热器失电，并切换至被动保温模式，利用腔体保温层缓慢将内部温度保持在 15–25 °C，以避免温度骤降对样本造成热应力损伤。

2. 电源故障备份

• 小容量 UPS：内部集成 5 分钟 UPS（不间断电源），当外部主电源异常时自动切换，保持控制系统运行，完成优雅关断或继续维持关键参数至少 5 分钟。

• 自动记录：UPS 切换事件、断电持续时长、恢复时间等信息自动记录于系统日志，可通过 iCAN 导出，满足 GMP/QC 审计要求。

3. 气体管路安全切换

• 双路切换阀：CO₂、O₂ 气源入口配有双路电子切换阀，在停机或断气情况下自动关闭主阀，并打开安全排放阀，将残余气体通过 HEPA 滤芯逸出，防止剧烈排气对培养环境造成冲击。

• 防逆流设计：排气阀内置单向止回阀，避免腔体外部气体或微生物进入箱体，确保停机状态下腔内仍保持通过正压排气所形成的绝对清洁状态。

4. 加热与加湿元件保护

• 渐进降温：当系统检测到主控命令或 EPO 断电时，加热板和加湿元件断电后进入自然冷却模式，风扇以低速继续运行 1 分钟，加速热能散发，避免元件因余热积聚而损坏。

• 防干烧报警：供水泵在停机前触发低水位检测，若水箱水位不足，系统会在 10 s 内停止加湿器和水泵驱动，并发出“干烧保护”警报，保障元件寿命。

三、软件层面安全退出

1. 优雅关机流程

• 关机命令：在 iCAN 触摸屏“设置→关机”路径下，用户选择“安全退出并关机”后，系统执行下列串行操作：

1. 记录当前温度、湿度、CO₂/O₂ 实测值；

2. 触发气体排放阀切换，切断气体补给；

3. 等待腔体压力恢复至大气压 ± 0.02 bar；

4. 关闭加热与加湿系统，停止风机循环；

5. 进入待机画面，提示用户可断开电源。

• 超时保护：如果任何步骤超时（默认 120 s），系统自动跳过后续步骤，并记录异常退出日志，随后继续执行关机。

2. 自动数据保护

• 日志持久化：关机前将所有传感器读数、报警记录和运行曲线实时写入本地固态存储，断电后数据不丢失；

• 远程备份：若联网状态正常，关机时自动将最新数据通过 HTTPS 同步至 Thermo Connect 云平台，实现异地备份。

3. 用户权限与退出锁定

• 多级权限控制：三级用户（管理员、操作员、访客）设置确保只有具有“关机权限”的管理员才可执行“安全退出并关机”；

• 密码超时注销：若用户连续 5 分钟无操作，系统自动返回登录界面，防止他人误触关机或修改参数。

四、故障自诊与安全退出

1. 热失控保护

• 双 RTD 冗余监测：两组独立铂电阻测温，若温度读数偏差＞±1.0 °C，系统判定为传感器故障，触发“热失控保护”，自动切断加热，并进入安全退出流程。

• 过温阈值：温度＞70 °C 时，自主进入停机并报警，执行气体钝化与保温离线。

2. 气体浓度异常

• CO₂/O₂ 超限：若 CO₂ > 25 % 或 O₂ < 0.1 % 超限持续 > 30 s，系统触发报警并自动切断气源，启动安全排放；30 s 后若未恢复，执行强制安全退出，并锁定参数。

3. 湿度断链保护

• 湿度传感器故障：内置电容式湿度传感器如出现开路或读数停止变化，系统进入“湿度保护模式”，停止加湿，向用户提示“请检查湿度传感器”，并执行关机预警。

4. 风机失速报警

• 风机反馈检测：风机配备霍尔测速，若转速低于设定下限或停止，触发“风机失速”自检迭代三次，如仍异常，则切断加热并安全退出，防止局部过热。

五、紧急恢复与重启

1. 断电恢复配置

• 恢复时，用户可在“设置→恢复模式”中选择“自动恢复运行”或“手动验证再启动”；

• 自动恢复：断电前最后的运行参数（温度、湿度、CO₂/O₂）会在 5 分钟内自动加载并恢复；

• 手动验证：要求用户确认腔体环境已安全（如无高温残留），方可重新启动运行循环。

2. 系统自检启动

• 重启后，系统运行硬件自检（Heater、风机、阀门、传感器）并在 60 s 内完成软件诊断；

• 若任何自检失败，阻止自动恢复，并提示用户执行维护或联系服务工程师。

六、维护与验证

1. 定期验证退出流程

• 模拟故障测试：建议每 6 个月在空载状态下人工触发 EPO、模拟断气、断水等故障，验证安全退出流程与日志记录完整性。

• 校准与审计：使用第三方校准仪器验证 CO₂/O₂、温湿度、压力在关机前后 30 min 内的偏差，并留存验证报告。

2. 服务支持

• 远程诊断：Thermo Connect 平台支持远程查看设备日志、实时监控退出事件，快速定位问题；

• 现场维护：如发现硬件异常，可一键请求现场工程师支持，并通过云端下载诊断报告，缩短维修周期。

七、总结

Thermo Fisher i160 CO₂ 培养箱的安全退出机制是一套软硬件深度融合、功能全面覆盖的系统化设计，能够在断电、故障、紧急情况以及日常停机中，最大程度地保护培养环境与样本安全，并确保数据完整、流程可追溯。通过定期验证和完善维护，用户可充分信赖 i160 所提供的“安全优雅退出”能力，为关键细胞培养实验创造更高的可靠性与可控性。