一種智能式野外探傷輻射安全監(jiān)控系統(tǒng)

雷 勇，馬 馳，張春梅，何大國，劉成剛

（1.四川同佳檢測有限責任公司，四川 德陽；2.什邡市同佳機械有限公司，四川 德陽）

野外工業(yè)X（γ）探傷是一種常用的無損檢測手段，廣泛應用于大型設備現(xiàn)場裝配、安裝、檢修，以及輸油、輸氣管道工程和城市天燃氣貯罐建設等領域[1]。由于野外探傷無法實現(xiàn)全封閉作業(yè)，工況環(huán)境復雜，連續(xù)輻照時間較長，接近公眾人群，容易造成輻射安全事故，容易引起公共糾紛事件，根據(jù)相關法規(guī)要求，野外工業(yè)探傷需要進行輻射安全監(jiān)管，這是輻射安全防護和職業(yè)衛(wèi)生防護的重點和難點。監(jiān)管措施包括設定控制區(qū)域、設置明顯的警戒線和輻射警示標識，以及指定專人進行監(jiān)督和監(jiān)測控制區(qū)域的輻射劑量水平。相關法規(guī)包括《放射性污染防治法》、國務院《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》和生態(tài)環(huán)境部《關于γ 射線探傷裝置的輻射安全要求》等。本研究擬研究設計一套先進智能的監(jiān)測網(wǎng)絡和控制系統(tǒng)，對進入控制區(qū)的人員進行自動監(jiān)測識別，對控制區(qū)的輻射劑量水平進行實時自動監(jiān)測，并將監(jiān)測信息與探傷設備、報警設備相聯(lián)鎖，用科技手段避免野外探傷輻射安全事故發(fā)生。

1 系統(tǒng)設計原理

（1） 野外探傷輻射安全監(jiān)管存在的問題。目前國內野外探傷輻射安全監(jiān)控、防護方面主要依靠人工值守，缺少科學有效的裝備和手段[2]。現(xiàn)場控制區(qū)警戒多為繩索提示和專人看守，既不能完全保證對人員誤入的警戒（特別是夜間），又耗費大量人力精力，并增加了值守人員自身輻射安全風險。當發(fā)生人員誤入時，目前的處理方式主要依賴看守人員和操作人員之間的喊話、對講等方式進行聯(lián)絡。然而，這種處理方式存在準確性、及時性和科學性方面的不足。

（2） 智能化野外探傷技術輻射安全監(jiān)控系統(tǒng)設計旨在滿足野外探傷輻射安全的特殊要求，并解決存在的問題[3]。為了達到這一目標，我們將采用輻射劑量自動監(jiān)測技術、遠距離紅外線成像識別技術、PLC 控制技術、無線通信及智能物聯(lián)網(wǎng)等多種技術進行集成創(chuàng)新。通過研發(fā)一套先進智能的監(jiān)測網(wǎng)絡和控制系統(tǒng)，我們能夠對進入控制區(qū)的人員進行自動監(jiān)測識別，并實時自動監(jiān)測控制區(qū)的輻射劑量水平。同時，我們將監(jiān)測信息與探傷設備、警示報警設備相聯(lián)鎖，實現(xiàn)探傷作業(yè)控制區(qū)輻射劑量的自動監(jiān)測傳輸，建立紅外線安全警戒網(wǎng)，以便在有人員誤入探傷作業(yè)區(qū)時進行聲光報警。此外，我們還能通過探傷機的緊急掣動功能和輻射安全信息的自動記錄等多項系統(tǒng)功能，進一步提升輻射安全保障水平。通過采用先進的技術手段，我們能夠有效保障野外探傷作業(yè)的輻射安全，從而保護公眾及作業(yè)人員的身體安全。圖1 為產(chǎn)品結構。

圖1 產(chǎn)品結構

2 系統(tǒng)可實現(xiàn)的主要功能

（1） 探傷過程中的聲光提示和警示是重要的。完成探傷準備工作后，操控人員按下預警按鈕，警示喇叭會發(fā)出三次語音提示：“準備探傷，請離開”。只有在這之后，才能啟動射線機的高壓按鈕（γ 機出源按鈕），否則無法啟動。

（2） 為了防止人員誤入控制區(qū)域，系統(tǒng)配置了8對遠程紅外線對射監(jiān)測器。這些監(jiān)測器構成了一個環(huán)形監(jiān)控網(wǎng)，在白天、黑夜、風雨和冰雪等各種氣候條件下，能夠全天候監(jiān)測是否有人員誤入控制區(qū)域。

（3） 當有人員誤入控制區(qū)域時，系統(tǒng)會通過聲光報警進行提示。紅外線監(jiān)測網(wǎng)會快速識別并發(fā)出信號，系統(tǒng)會立即連續(xù)發(fā)出聲音警告：“前面危險，請退出”。同時，警示燈也會發(fā)出警示燈光。此外，主控機上還會顯示誤入人員的方位和時間信息。

（4） 如果有人員誤入警戒區(qū)域并在警報發(fā)出后30 s 內仍未離開，控制系統(tǒng)將立即執(zhí)行緊急掣動。這將導致射線機的高壓關閉，并使放線源自動收回，以防止輻射事故的發(fā)生。

（5） 如果有人員誤入控制區(qū)域并在30 s 內離開，操作人員可以按下復位開關，以恢復探傷作業(yè)。這樣可以避免重復曝光導致廢片的產(chǎn)生，并減少探傷單位的經(jīng)濟損失。

（6） 進行自動記錄相關信息。系統(tǒng)自動記錄人員進入控制區(qū)的時間、方位，離開控制區(qū)的時間，探傷機緊急掣動時間等信息，為事故鑒定及糾紛界定提供依據(jù)。

（7） 警戒區(qū)邊緣輻射劑量率與PLC 主控機聯(lián)鎖。當控制區(qū)邊緣輻射劑量率超過2.0 μGyh 時，PLC主控機自動關閉探傷機作業(yè)。系統(tǒng)工藝流程見圖2。

圖2 系統(tǒng)工藝流程

3 系統(tǒng)設計參數(shù)

（1） 遠程紅外線監(jiān)控器。規(guī)格TJJK-Ι 型（含藍光鐳射瞄準器），射程100～200 m，數(shù)量4～8 組，可組成直徑100 m～500 m 的在環(huán)形控制區(qū)域內，可以全天候監(jiān)測是否有人員誤入警戒區(qū)，無論是白天、黑夜，風雨還是冰雪氣候。

（2） 程序控制器PLC。型號：松下FPG-C32TH型，高速運算處理速度: 0.32 μs～/步，程序容量32 K步，Modbus RTU 的主/從站通信，傳輸速度115.2 kbits/s。

（3） 人機交互平臺。型號：威綸通MT8071iE 人機界面，該設備具備以下特點：搭載Cortex A8 600 MHz CPU 和128 MB 內存，擁有高彩度顯示（1 600萬色），內置電源隔離功能，能有效抑制電源浪涌和異常地電流。此外，它還具備流動快、操作記錄和配方數(shù)據(jù)庫等功能。

4 系統(tǒng)技術創(chuàng)新性點

（1） 根據(jù)野外探傷輻射安全的特殊要求，集成創(chuàng)新，提供新的系統(tǒng)集成平臺，在國內首次將紅外線監(jiān)測技術和可編程控制技術（PLC）應用于野外探傷輻射安全控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了“預警、監(jiān)測、報警、緊急掣動、恢復作業(yè)、輻射安全信息記錄”等功能[4]。系統(tǒng)用紅外線監(jiān)測網(wǎng)代替現(xiàn)用的繩索警戒線；用自動聲光警示代替人工現(xiàn)場呼喊；用PLC 控制系統(tǒng)代替人工操作；用電子自動記錄代替人工現(xiàn)場記錄。解決了野外探傷的主要安全隱患，提高事故處理的科學性、準確性、可靠性[5]。系統(tǒng)比較全面和準確地體現(xiàn)了國家關于野外探傷輻射安全管理的基本要求。紅外線監(jiān)控網(wǎng)見圖3。

圖3 紅外線監(jiān)控網(wǎng)

（2） 研發(fā)數(shù)據(jù)采集傳輸儀，實現(xiàn)了遠距離信號的準確、穩(wěn)定傳輸，保證了輻射劑量、紅外線監(jiān)控網(wǎng)與PLC 控制器的無線對接[6]。因為野外探傷地理環(huán)境復雜，各種電磁干擾、無線干擾、輻射干擾等都會影響到系統(tǒng)信號的正常傳輸，為攻克這一技術難題，自主研發(fā)了TJKT-Ⅰ型無線信號發(fā)射接收器，其電路方框圖見圖4。

圖4 數(shù)據(jù)采集電路方框圖

（3） 建立基于輻射安全的多輸入多輸出函數(shù)數(shù)學模型，自主設計開發(fā)PLC 系統(tǒng)控制軟件和人機界面控制程序[7]。利用梯形圖編制了一套系統(tǒng)控制軟件，成功地實現(xiàn)了多個復雜信號的比較、判定、轉換，實現(xiàn)了系統(tǒng)控制要求。系統(tǒng)軟件梯形圖見圖5。

圖5 系統(tǒng)軟件梯形圖

（4） 系統(tǒng)設計合理，功能可靠，采用防輻射材料保護電子元件，保證設備使用壽命，產(chǎn)品主要使用國內成熟電子元件，性能可靠，價格優(yōu)勢明顯，符合IEC61131 標準，便于推廣應用，產(chǎn)品結構緊湊，現(xiàn)場安裝簡單，操作、維護方便[8]。

結束語

經(jīng)過多年的實踐探索和不斷的優(yōu)化改進，我們的智能化野外探傷技術輻射安全監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于中國第一安裝公司、東方汽輪機廠、四川藍星機械等多家企業(yè)，并取得了顯著的治理效果。下一步，我們計劃進一步完善系統(tǒng)功能，增加對外傳輸?shù)哪芰?，以實現(xiàn)野外探傷相關信息的實時傳輸至政府監(jiān)管部門的平臺，從而實現(xiàn)野外探傷輻射安全的信息化監(jiān)管。這一功能的引入將使得政府監(jiān)管部門能夠及時了解野外探傷作業(yè)的輻射安全情況，有效監(jiān)控和管理輻射源的使用情況，進一步提升輻射安全管理的水平。同時，通過信息化監(jiān)管，我們還能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和追溯，為輻射安全管理提供更加科學和精準的依據(jù)。我們相信，通過不斷的技術創(chuàng)新和系統(tǒng)優(yōu)化，我們的智能化野外探傷技術輻射安全監(jiān)控系統(tǒng)將在未來發(fā)揮更大的作用，為野外探傷作業(yè)提供更全面、更可靠的輻射安全保障，同時也為政府監(jiān)管部門提供更便捷、高效的信息化監(jiān)管手段。