放射源屏蔽門遠(yuǎn)程操控開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計

張采鳳，佟仕忠，付貴增，劉 峰，汪良軍

（遼寧石油化工大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

對于大型密閉容器中高溫、高壓、高粘度、強(qiáng)腐蝕、劇毒物料料位的測量，為了確保檢測準(zhǔn)確度，工業(yè)中常采用核輻射式物位測量儀表進(jìn)行檢測。通常情況下，放射源需按要求密封在鉛容器中，以保證現(xiàn)場的輻射安全[1]。在對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行檢修、維護(hù)及裝置停產(chǎn)時，需要關(guān)閉放射源輻射屏蔽門，恢復(fù)生產(chǎn)時重新打開。整個操作過程需要工作人員靠近放射源，極易對工作人員造成輻射危害。該遠(yuǎn)程操控開關(guān)系統(tǒng)，可代替人工現(xiàn)場操作，從而避免工作人員受到輻射危害。

1 射源屏蔽門開關(guān)的改進(jìn)方案

改進(jìn)前，操作屏蔽門的開關(guān)系統(tǒng)需由工作人員身穿防輻射服進(jìn)入操作現(xiàn)場，靠近射源屏蔽裝置，操作人員手動開啟屏蔽裝置的明鎖后，向外提拉滾花手柄，順時針旋轉(zhuǎn)180度，再向里壓入，為了防止誤操作，最后進(jìn)行上鎖固定。放射源屏蔽門開關(guān)系統(tǒng)如圖1所示。

為了使工作人員避免近距離接觸放射源，簡化操作流程，對射源屏蔽門的開關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。如圖2所示，改進(jìn)后的開關(guān)系統(tǒng)固定在鋼板上，鋼板通過兩根鋼筋和螺母固定在放射源外殼上。

圖1 改進(jìn)前的射源開關(guān)Fig.1 Original switch of the source

圖2 改進(jìn)后的開關(guān)Fig.2 Switch after improvement

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)本體設(shè)計

該機(jī)構(gòu)的箱體通過連接件與放射源外殼固定在一起，螺旋傳動機(jī)構(gòu)可以將電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線移動，實現(xiàn)手柄的提拉和壓入動作；電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實現(xiàn)放射源屏蔽門的旋轉(zhuǎn)；前者完成直線行程，后者完成角行程[2]。在改進(jìn)后的開關(guān)系統(tǒng)上，兩個電機(jī)相互配合可控制滾花手柄旋轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行提拉或者壓入動作，使屏蔽門的直線行程和旋轉(zhuǎn)行程同步進(jìn)行。兩部電機(jī)的二自由度串聯(lián)結(jié)構(gòu)，使該機(jī)電一體化執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以很好地解決結(jié)構(gòu)尺寸受限的問題[3]。本體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計

通過判斷屏蔽門開關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)，單片機(jī)控制器驅(qū)動直線推桿電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并根據(jù)傳感器采集到的角度和位移信號，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，最終使屏蔽門到達(dá)指定位置[4]。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

以AT89C51單片機(jī)為控制核心，設(shè)計了電源模塊、通信電路、電機(jī)驅(qū)動及狀態(tài)顯示模塊、晶振電路、光電隔離電路以及復(fù)位電路[5]。其中，電源模塊采用24 V直流供電；通信采用RS-485；采用DSB8500 HART調(diào)制解調(diào)器驅(qū)動電機(jī)，將電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)通過指示燈顯示。整體電路圖如圖5所示。

3.2 軟件設(shè)計

圖3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計圖Fig.3 Mechannical structure design

圖4 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Control system hardware structure

圖5 電路設(shè)計圖Fig.5 Curcuit design

操作人員在控制室內(nèi)按下遙控開關(guān)，控制器通過電纜接收命令，判斷屏蔽門開關(guān)狀態(tài)后，根據(jù)開關(guān)狀態(tài)下達(dá)執(zhí)行命令[6]；根據(jù)傾角傳感器讀取的數(shù)據(jù)，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)屏蔽門的運(yùn)動姿態(tài)，并將采集到的信號反饋回控制室，工作人員根據(jù)指示燈信號來及時決策[7]?？刂破骺刂葡到y(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)控制流程圖Fig.6 System control flowchart

4 結(jié)束語

本文中設(shè)計的屏蔽門遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確快速地開啟和關(guān)閉射源屏蔽門。該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，還具有較高的穩(wěn)定度和定位準(zhǔn)確度。研究過程緊密結(jié)合生產(chǎn)實際，結(jié)果也將直接服務(wù)于工廠生產(chǎn)。投入使用將消除放射源輻射的職業(yè)健康危害，具有重要的安全意義[8]。

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[2]劉波峰.過程控制與自動化儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3]李鄧化，彭書華，許曉飛.智能檢測技術(shù)及儀表[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[4]林衛(wèi)星.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2002，15（9）:58-60.

[5]劉軍，汪燁，呂紅芳.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2006.

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[8]林衛(wèi)星.基于89C52單片機(jī)多功能應(yīng)用系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2002，15（2）:59-60.