放射源屏蔽門遠程操控開關系統設計

張采鳳，佟仕忠，付貴增，劉 峰，汪良軍

（遼寧石油化工大學 信息與控制工程學院，遼寧 撫順 113001）

對于大型密閉容器中高溫、高壓、高粘度、強腐蝕、劇毒物料料位的測量，為了確保檢測準確度，工業中常采用核輻射式物位測量儀表進行檢測。通常情況下，放射源需按要求密封在鉛容器中，以保證現場的輻射安全[1]。在對生產設備進行檢修、維護及裝置停產時，需要關閉放射源輻射屏蔽門，恢復生產時重新打開。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。該遠程操控開關系統，可代替人工現場操作，從而避免工作人員受到輻射危害。

1 射源屏蔽門開關的改進方案

改進前，操作屏蔽門的開關系統需由工作人員身穿防輻射服進入操作現場，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180度，再向里壓入，為了防止誤操作，最后進行上鎖固定。放射源屏蔽門開關系統如圖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系統進行改進。如圖2所示，改進后的開關系統固定在鋼板上，鋼板通過兩根鋼筋和螺母固定在放射源外殼上。

圖1 改進前的射源開關Fig.1 Original switch of the source

圖2 改進后的開關Fig.2 Switch after improvement

2 機械結構本體設計

該機構的箱體通過連接件與放射源外殼固定在一起，螺旋傳動機構可以將電機1的旋轉運動轉化為直線移動，實現手柄的提拉和壓入動作；電機2的旋轉運動實現放射源屏蔽門的旋轉；前者完成直線行程，后者完成角行程[2]。在改進后的開關系統上，兩個電機相互配合可控制滾花手柄旋轉的同時進行提拉或者壓入動作，使屏蔽門的直線行程和旋轉行程同步進行。兩部電機的二自由度串聯結構，使該機電一體化執行機構可以很好地解決結構尺寸受限的問題[3]。本體結構如圖3所示。

3 控制系統設計

3.1 硬件設計

通過判斷屏蔽門開關系統狀態，單片機控制器驅動直線推桿電機和旋轉電機運轉，并根據傳感器采集到的角度和位移信號，對電機進行調整，最終使屏蔽門到達指定位置[4]。系統的硬件結構如圖4所示。

以AT89C51單片機為控制核心，設計了電源模塊、通信電路、電機驅動及狀態顯示模塊、晶振電路、光電隔離電路以及復位電路[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調制解調器驅動電機，將電機的運動狀態通過指示燈顯示。整體電路圖如圖5所示。

3.2 軟件設計

圖3 機械結構設計圖Fig.3 Mechannical structure design

圖4 控制系統硬件結構圖Fig.4 Control system hardware structure

圖5 電路設計圖Fig.5 Curcuit design

操作人員在控制室內按下遙控開關，控制器通過電纜接收命令，判斷屏蔽門開關狀態后，根據開關狀態下達執行命令[6]；根據傾角傳感器讀取的數據，控制電機的正反轉及轉速來調節屏蔽門的運動姿態，并將采集到的信號反饋回控制室，工作人員根據指示燈信號來及時決策[7]。控制器控制系統軟件流程圖如圖6所示。

圖6 系統控制流程圖Fig.6 System control flowchart

4 結束語

本文中設計的屏蔽門遠程操控系統，能夠準確快速地開啟和關閉射源屏蔽門。該裝置不僅結構簡單、操作簡便，還具有較高的穩定度和定位準確度。研究過程緊密結合生產實際，結果也將直接服務于工廠生產。投入使用將消除放射源輻射的職業健康危害，具有重要的安全意義[8]。

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

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

[6]謝三毛.基于PC機和單片機的主從式測控系統[J].化工自動化及儀表，2012，39（2）:263-267.

[7]龔運新，羅慧敏，彭建軍.單片機借口C語言開發技術[M].北京：清華大學出版社，2009.

[8]林衛星.基于89C52單片機多功能應用系統[J].工業控制計算機，2002，15（2）:59-60.