一、风机系统简介

“风机”（通常为轴流或离心风扇）在 i160 CO₂培养箱中负责实现腔体内空气循环与温度均匀性，维持 CO₂、O₂、温湿度等生物培养条件的稳定。其主要作用包括：

• 将腔体内空气循环通过加热器、CO₂ 气体入口与湿化系统，保证环境均匀性；

• 实现腔体温度、CO₂ 浓度、水汽分布的快速调节；

• 提升对细胞代谢废气的快速排除，维持营养与污染控制。

风机一般采用 DC 刷或无刷电机，配备速度传感器（光电/霍尔）进行转速测量，并由控制器进行 PID 调节与故障检测。

二、风机故障报警的必要性

在高精度实验室环境中，风机故障可能导致：

1. 腔体温度分布不均匀，温差超过±0.5 °C；

2. CO₂、O₂ 浓度波动超出设定范围，影响细胞生长；

3. 湿度控制失效，腔体干燥或凝露；

4. 腔体污染风险增加，可能导致实验失败；

5. 延长培养周期后期，造成细胞衰亡或数据不可靠。

因此，为保障培养安全与可重复性，i160 特别设置风机故障报警功能，即使轻微异常亦能触发预警。

三、风机故障报警触发条件

风机故障报警通常基于以下判断机制：

1. 转速检测异常

• 实时监测风机转速，若未经指令减速仍低于警戒值（通常低于设定值 25%～50%），判断为风机卡滞或功率不足；

• 若转速忽高或忽低，判定传感器数据异常或控制反馈失常。

2. 电流监测异常

• 当风机负载突然升高、电流持续超过额定值（约额定电流 150% 持续 10 秒），可能存在风机卡滞；

• 电流持续远低（低于 30%）则可能电机断线、驱动器失效或飞线。

3. 控制器不匹配

• PID 调节发出转速提升命令，但转速无法跟随响应（反馈响应时间超过设定最大延迟，如 5 秒），认为响应迟滞。

4. 通信故障

• 控制主板与风机驱动器之间通道异常，检验到 CRC 异常或数据丢失即报警。

5. 温度/CO₂波动异常

• 虽非直接风机指定，但若温度梯度逐步扩大或 CO₂ 波动剧烈，经排查确认是因为空气循环不足，也能触发间接报警。

四、报警级别与提示方式

i160 通常采用分级报警机制，提示用户当前风机状态与可能情况：

报警历史及状态可通过“系统日志”模块查看，便于故障排查与记录。

五、常见故障原因与排查

5.1 风机本体问题

• 轴承磨损：连续使用数千小时后，轴承润滑不足，摩擦增多，转速下降；

• 叶片堆积污垢：粉尘、培养液溅落致叶片不平衡；

• 电机线圈短路或断路；

• 转速传感器失效。

处理方式：停机清洁，更换轴承或整机；更换电机组件并测试传感器响应。

5.2 驱动与电源问题

• 驱动器元件老化（MOS、桥堆、电感）；

• 电源电压低或不稳定，影响驱动输出；

• 带电物接触异常，导致电源误触或泄漏。

处理方式：检查外部主电源、电源模块输出、接地；更换驱动器板。

5.3 控制器与软件异常

• 控制板固件故障或死循环；

• PID 参数不匹配，造成风机失速；

• 通讯线缆松动或损坏。

处理方式：断电重启；升级固件版本；更换、重插排线；校准 PID 参数。

5.4 环境因素

• 室温过高或湿度过高阻碍散热；

• 腔体气水混合环境导致电机受潮；

• 培养箱放置带磁物或振动源附近，干扰电机。

处理方式：调节环境温湿度；清理电机水迹并自然晾干；远离干扰源。

六、故障诊断与处理流程

1. 接到报警后：停止自动循环，记录当前状态（温度/CO₂/湿度）。

2. 查看屏幕提示：诊断为速度、电流、通讯或热保护。

3. 快速检查：

• 听风机是否有异音、低转速声；

• 记录当前转速或电流读数；

• 检查电源电压输入是否正常。

4. 清洁检查：

• 打开后盖（断电后），检查风机叶片与感应结构；

• 清理灰尘，检查是否有阻塞或摩擦。

5. 硬件测量（需要专业）：

• 用万用表测风机电机绕组阻抗；

• 用示波器测驱动脉冲波形；

• 测试转速信号波形是否稳定。

6. 更换或维修：

• 换风机总成或轴承组件；

• 更换驱动板或主控板；

• 重新插拔或更换通讯线。

7. 执行校准：

• 重新执行风机 PID 参数校准流程；

• 全面复位控制器，对温控/CO₂ 控制系统执行 PV-SVP 曲线测试；

• 运转至少 12 小时，监测指标趋稳。

8. 恢复运行：

• 通知用户风机状态正常后，允许恢复培养；

• 建议继续观察 24 小时，确认无异常波动；

• 如无问题，关闭报警锁定，归档日志。

所有操作后，应将维修与校准数据记录在“维护日志”，便于后续质量追溯。

七、维护与预防建议

1. 定期清洁：每 3–6 个月建议清理风机与腔体，尤其是吸气口与叶片；

2. 润滑轴承（如适用）：按厂家手册周期进行润滑（通常每 12 个月）；

3. 检查电源与接地：确保主电源稳定、接地可靠；

4. 环境监控：保持实验室温度在 20–28 °C，湿度 30–70%，避免培养箱处于潮湿或灰尘浓度高环境；

5. 软件更新：及时关注赛默飞控制软件和驱动板固件升级；

6. 培训人员：操作员需熟悉报警提示与应对流程；

7. 备件管理：建议在实验室中储备风机组件、驱动板、排线等关键配件。

八、案例分析

案例 A：轴承老化导致逐步失速

• 使用 24 个月后用户报告温控稳定性下降，绘制温控曲线出现周期波动；

• 系统报警“转速过低”，蜂鸣器提示；

• 打开箱体后发现叶片转动异常滞涩；

• 更换风机总成后，PID 回收，温控曲线恢复平滑，CO₂ 波动减少；

• 后续运行观察正常，故障结束。

案例 B：环境潮湿导致短路

• 实验室曾洒水，风机受到水汽浸润；

• 控制板检测到电流异常，报警“驱动过流”；

• 故障停止后风机组取出自然干燥 48 小时；

• 驱动板电容轻微更换后恢复，清理布线后无误；

• 重启后报警消失，警示环境管理重要性。

九、故障预防建议性对策

为了预防风机故障并提升整体系统稳定性，可考虑以下改进措施：

1. 环境优化：加装防尘罩、控湿柜、环境监控alarms；

2. 远程监控平台：可视化风机状态与转速曲线；

3. 替换风机材料：采用更高等级轴承、密封性更强的风机模块；

4. 优化 PID 算法：调整转速控制响应策略，避免频繁大幅波动；

5. 软硬件联动报警增强：如检测温控波动也能触发建议维护。

十、总结与建议动作表

• 核心认识：风机是保持 i160 培养环境稳定的关键组件，应引起持续关注；

• 报警机制：全面涵盖转速、电流、通讯、环境反馈，可有效预警异常；

• 处理流程：建议严格运行六步骤：接警—检查—清洁—维修—校准—观察；

• 维护重点：轴承、清洁、防潮、软件更新、人员培训与记录；

• 持续优化：通过环境加强与控制算法升级可进一步降低故障率。

建议执行时间表：