X射線防護(hù)鉛門控制裝置的電氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

鄒宇強(qiáng)　宗小青

【摘 要】本文簡(jiǎn)要介紹了X射線防護(hù)鉛門改造前的狀態(tài)、運(yùn)行原理、使用中存在的問(wèn)題并針對(duì)性的提出解決辦法；重點(diǎn)介紹了鉛門控制系統(tǒng)的PLC改造方案、各模塊及元件選型、I/O地址分配、控制系統(tǒng)電氣原理圖；簡(jiǎn)要介紹了軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、應(yīng)急及實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)施的配置。解決了原鉛門防護(hù)裝置對(duì)操作人員的人身安全構(gòu)成極大威脅的問(wèn)題，并為企業(yè)節(jié)約了經(jīng)費(fèi)。

【關(guān)鍵詞】防護(hù)鉛門；變頻器；PLC

0 前言

中核建中核燃料元件有限公司的是我國(guó)核電燃料組件制造基地，被譽(yù)為核電糧倉(cāng)。為保障核燃料組件的制造質(zhì)量，需要對(duì)其中的燃料棒焊縫進(jìn)行X射線透照檢查，以確保核燃棒在反應(yīng)堆內(nèi)不破損泄漏。X光射線對(duì)人體的輻射將極大的影響人的生命健康，因此防護(hù)鉛門在X光透照工作過(guò)程中的正確開(kāi)關(guān)及鉛門的完全密閉至關(guān)重要。

1 透照室X射線防護(hù)鉛門的現(xiàn)狀

該X射線防護(hù)鉛門控制裝置于1980年投入使用，距今已三十多年。它采用傳統(tǒng)繼電器控制方式，又經(jīng)過(guò)多次維護(hù)更改，內(nèi)部線路凌亂，標(biāo)識(shí)不清，各種元器件老化、磨損嚴(yán)重，故障率高，防護(hù)門之間關(guān)閉不嚴(yán)，門間縫隙較大，存在X射線外泄風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)崗位操作人員的人身安全構(gòu)成極大的威脅。

為徹底杜絕X射線外泄，降低故障率，保障室外操作人員的人身安全，受使用單位委托，決定對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

2 透照室X射線防護(hù)鉛門控制裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)要求

（1） 選用適合的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)、關(guān)門過(guò)程自動(dòng)化，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便，便于維護(hù)。

（2） 原防護(hù)主體（兩扇對(duì)開(kāi)鉛門）保留，繼續(xù)使用。

（3） 應(yīng)具有急停控制功能、室內(nèi)適時(shí)狀態(tài)視頻監(jiān)視功能。

3 透照室原X射線防護(hù)鉛門的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過(guò)程

（1）X射線防護(hù)鉛門的結(jié)構(gòu)

X光檢驗(yàn)崗位X射線防護(hù)鉛門為對(duì)開(kāi)電動(dòng)推拉門，由門板、行走機(jī)構(gòu)、限位裝置、以及緩沖器組成，防護(hù)鉛門的內(nèi)框均選用鋼質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)，門扇裝于外墻外側(cè)的軌道上，采用上軌道懸掛門扇、下導(dǎo)向運(yùn)行方式。電動(dòng)射線防護(hù)門上有配套的門機(jī)連鎖、工作指示燈、電離輻射標(biāo)志牌等安全裝置。

（2） X射線防護(hù)鉛門的動(dòng)作過(guò)程

防護(hù)鉛門采用傳統(tǒng)繼電器加減速齒輪的方式驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)工作，進(jìn)而帶動(dòng)鉛門的開(kāi)、關(guān)，控制方式為手動(dòng)。進(jìn)行X光透照檢驗(yàn)前，首先驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速齒輪實(shí)現(xiàn)減速運(yùn)行，帶動(dòng)鉛門運(yùn)動(dòng)到關(guān)閉位置，限位裝置發(fā)出信號(hào)，工作指示燈亮，提醒崗位操作人員X光機(jī)可以工作，并且告知室外人員房間內(nèi)有X射線裝置正在工作，請(qǐng)勿靠近。

4 原X射線防護(hù)鉛門裝置故障原因分析及解決方案

（1）電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及行走軌道存在問(wèn)題及解決方法

原X射線防護(hù)鉛門裝置的電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由兩臺(tái)功率0.75KW的三相異步電動(dòng)機(jī)分別通過(guò)減速齒輪減速后，分別帶動(dòng)兩扇防護(hù)鉛門通過(guò)懸掛在行走軌道上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉛門打開(kāi)和關(guān)閉功能。

存在問(wèn)題：由于使用年限很長(zhǎng)，且維護(hù)保養(yǎng)未跟上，導(dǎo)致電機(jī)軸承、減速齒輪、行走軌道都有一定程度的磨損，磨損狀況并不嚴(yán)重。

解決方法：對(duì)傳動(dòng)電機(jī)及減速齒輪，行走軌道進(jìn)行一次細(xì)致全面的維護(hù)保養(yǎng)及修磨工作，可以達(dá)到良好的傳動(dòng)、行走效果。

（2）行程開(kāi)關(guān)存在問(wèn)題及解決方法

原裝置中使用的行程開(kāi)關(guān)為滾動(dòng)式，控制精度較低，微調(diào)難度大，不能滿足鉛門密閉的較高要求。

解決方法： 選擇精度較高、壽命長(zhǎng)新型行程開(kāi)關(guān)對(duì)其進(jìn)行替代。

（3）電機(jī)行走速度存在問(wèn)題及解決方法

原X射線防護(hù)鉛門裝置的電機(jī)行走速度是由齒輪減速器實(shí)現(xiàn)控制的，不可進(jìn)行調(diào)節(jié)。

存在問(wèn)題：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察分析，即便通過(guò)齒輪減速器減速后，鉛門的相對(duì)關(guān)門速度也較快，在門閉合瞬間造成撞擊，然后反彈，導(dǎo)致鉛門關(guān)閉不嚴(yán)。

解決方法：選取合適的變頻器，對(duì)兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制，控制其運(yùn)行速度，降低鉛門閉合瞬間的撞擊力度，消除反彈影響，使其較好閉合。

（4）電氣控制裝置存在問(wèn)題及解決方法

存在問(wèn)題：原X射線防護(hù)鉛門裝置的電器控制采用傳統(tǒng)繼電控制，元器件老化嚴(yán)重，性能下降，接線端子銹蝕松動(dòng)，內(nèi)部線路混亂。

解決方法：重新對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、替換。采用性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜的小型PLC作為其控制核心，執(zhí)行元件一并替換，使控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

（5）緊急狀態(tài)下的應(yīng)對(duì)措施存在問(wèn)題及解決方法

原X射線防護(hù)鉛門裝置在透照室內(nèi)門側(cè)裝有唯一一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，作為緊急狀態(tài)下的應(yīng)急控制。

存在問(wèn)題：一旦該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)失效，將不能有效切斷透照允許條件而造成重大人身傷害事件。

解決方法：在透照室內(nèi)多點(diǎn)位串聯(lián)安裝專用急停按鈕，可使室內(nèi)人員迅速、可靠切斷透照允許條件并打開(kāi)鉛門；另外安裝室內(nèi)可視屏，實(shí)時(shí)多角度監(jiān)控室內(nèi)情況，防止重大人身傷害事件的發(fā)生。

5 透照室X射線防護(hù)鉛門電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）控制系統(tǒng)的方案選擇

針對(duì)X射線防護(hù)鉛門裝置所需控制點(diǎn)較少，無(wú)需數(shù)據(jù)采集處理功能，也不需要很強(qiáng)的抗干擾能力的特點(diǎn)，可以選擇體積小、抗干擾性能強(qiáng)、通用性好、性價(jià)比高的PLC作為X射線防護(hù)鉛門裝置的控制系統(tǒng)。

（2）控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

根據(jù)X射線防護(hù)鉛門裝置電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)要求，該裝置的電氣控制系統(tǒng)采用三菱型FX1N-14MR型 PLC、歐姆龍S82K型電源模塊、天正TVFE9型變頻單元、低壓電器單元、三菱GX DEVELOPER 8.52編程軟件。

6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本著滿足工藝要求、操作方便、安全可靠的設(shè)計(jì)原則，將控制系統(tǒng)程序?yàn)榘胱詣?dòng)控制。軟件采用梯形圖用三菱GX DEVELOPER 8.52編程軟件編寫。

7 透照室X射線防護(hù)鉛門電氣控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)

（1）室內(nèi)應(yīng)急按鈕的設(shè)置

在透照室內(nèi)三處墻壁上安裝了三套應(yīng)急按鈕，在任何緊急情況下，室內(nèi)人員按下其中任何一個(gè)應(yīng)急按鈕，則透照不被允許且鉛門自動(dòng)打開(kāi)。

（2）室內(nèi)可視視頻的設(shè)置

在透照室內(nèi)兩個(gè)方向位置安裝了兩套攝像頭，在透照室外工作臺(tái)外側(cè)安裝一部顯示器，實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)情況。

8 實(shí)施效果

（1）提高了該系統(tǒng)的整體安全性能

改進(jìn)實(shí)施完成后，實(shí)現(xiàn)了防護(hù)鉛門動(dòng)作準(zhǔn)確到位，鉛門關(guān)閉嚴(yán)密，指示燈、警示燈正確顯示，應(yīng)急開(kāi)關(guān)動(dòng)作正確，且實(shí)現(xiàn)了透照室內(nèi)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的整體安全性能。

（2）經(jīng)濟(jì)效益

在改進(jìn)之前公司計(jì)劃將防護(hù)鉛門和控制系統(tǒng)進(jìn)行整體換新，預(yù)算費(fèi)用在12萬(wàn)元左右，而本次改進(jìn)僅花費(fèi)金額7000元左右，為公司節(jié)約11萬(wàn)余元。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]FX-PCS-VPS-E用戶手冊(cè).2009，9.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]