一種鑄造行業RT 室安全數字化監控系統

劉亞賓，常 濤，任 波

（共享智能鑄造產業創新中心有限公司，寧夏銀川 750021）

鑄造行業的RT 室安全操作一要確保曝光室內工作時無人，杜絕人員受到放射性危害；二要確保防護設備安全可靠；三要在意外情況出現后具備快速應急措施。現有的數字化監控系統多用于小區、樓宇、酒店等場合的監視、錄像、抓拍等功能，對于RT 室強光、熱源與輻射環境無法滿足有人必須檢出，無人不能誤報的要求，且相應的快速應急措施不易實現。

1 總體設計

所設計的安全數字化監控系統應用于鑄造行業的RT 室安全防護，實現RT 室的授權進入與操作，曝光室內只要有人（不論是處于相對靜止還是相對運動），射線機不能開啟或被中斷，而在無人時監控系統既不產生誤報，又不影響射線機的正常工作。監控系統功能框圖如圖1 所示。

操作人員每班次巡檢過程中，各紅外攝像移動偵測器所感知的信號傳送至控制單元的PLC控制器[1]，對紅外攝像移動偵測器的功能完好性加以檢測，當任何一個傳感器出現故障時，相關狀態通過OPC 服務器[2]與上位監視器及程序進行交互，提醒操作人員加以屏蔽，不影響RT 既有工作開展；另一方面通過手機短信通知管理人員及維修人員及時維護。

圖1 RT 室安全數字化監控系統功能框圖

通過對人臉/指紋識別[3]、行程開關、對射開關、射線機鑰匙開關等信號進行邏輯處理，決定曝光室水泥大門、控制室小門與射線機最終輸出使能與否，各開關輸入狀態及輸出使能狀態均可通過上位監視器進行實時監視。各關鍵功能元器件實物布局如圖2。

2 控制系統設計

RT 室安全數字化監控系統以西門子S7-200系列的PLC CPU 226 為控制核心，利用以太網通訊模塊將PLC 連入公司內部網絡，用于控制系統與上位監控間的各變量信息交互。

圖2 RT 室安全數字化監控系統功能元器件布局圖

2.1 外圍電氣設計

硬件外圍電氣模塊依據功能主要為人體檢測、門禁控制與網絡通信三類。

2.1.1 人體檢測

人體檢測可分為靜止與移動人體檢測，考慮到RT 室所需監視的空間、施工難易程度、功能元器件性價比等因素，采用原高分貝聲光報警驅使靜止人體活動，以經濟簡便的方式實現高靈敏度、無盲區的人體檢測。所使用的傳感及其功能設置如下。

紅外變焦網絡攝像機，安裝于曝光室內的四個墻角處，曝光室內的動態畫面數據通過以太網接入公司視頻服務器，在現場PC 機上安裝客戶端加以訪問，通過寬屏電視實現實時顯示或歷史追溯。該紅外變焦網絡攝像機同時具備紅外移動偵測功能，利用IE 瀏覽器登錄所設定的網址后，在報警設置的移動報警頁面中，將移動區域設置為全部、使能移動偵測、偵測靈敏度等級為最高、全時段布防、使能聯運報警輸出、輸出時間為10s，保存重啟后設置生效。只要曝光室內有活動體進入紅外變焦網絡攝像機的視域內，則攝像機立即輸出一個持續10s 的開關信號給PLC 進行邏輯判斷，10s 后攝像機報警狀態解除。

高性能遠距離被動式廣角防護紅外探測器，安裝于曝光室內鑄件經常停放的位置所對應的兩側壁上，安裝于適宜高度，兩探測器左右相錯，用于彌補高大鑄件遮擋所造成的紅外攝像機移動偵測盲區。打開傳感后通過傳感的內置拔碼盤設置偵測區域，配合安裝高度，以獲得最大的靈敏偵測距離。

戶外被動紅外探測器，安裝于曝光室內的四個墻角處，用于彌補紅外攝像機移動偵測功能的墻角盲區。紅外探測器根據現場實況設置探測距離、報警輸出常開、報警指示燈使能、報警時間、防寵物功能開啟。

2.1.2 門禁控制

主要為利用面部指紋混合驗證考勤終端的人臉或指紋識別功能，實現小門進出與大門操作權限控制，具有生物識別唯一性、難仿冒、性價比高和非侵擾等特性，標配TCP/IP 通信方式，支持跨網段跨網關連接，用于向上位機傳輸人臉或指紋識別記錄。同時已登記注冊的操作人員人臉或指紋信息被考勤終端識別后，輸出一個5s 的開關量信號送給PLC 進行邏輯判別與控制。

曝光室水泥大門操作控制：當PLC 檢測到識別通過信號后，通過中間繼電器使能開啟、關閉與停止大門操作三聯按扭，即在五分鐘內操作控制按扭有效，防止非專業人員誤操作。在原大門兩側的極限限位開關內側，各配置了一對光電對射開關，在水泥兩側的鐵板撞到大門限位開關前，自動終止大門繼續前行。

控制室小門進出控制：當PLC 檢測到識別通過或出門開關信號后，通過中間繼電器關閉小門門禁的電磁鎖電源，即在一分鐘內可以自由進出小門，計時時間到后電磁鎖電源恢復。小門關閉與否的狀態可通過安裝在門體上的限位開關獲知。

2.1.3 網絡通信

為實現聯網通信，將以太網通信模塊、現場PC、紅外網絡攝像機、人臉識別的考勤終端的IP地址配置為同一網段，利用交換機將其匯集。

2.2 軟件設計

軟件控制流程可分為曝光室水泥大門控制、控制室小門控制、巡檢狀態設置與主控流程等，各控制流程如圖3。

2.2.1 曝光室水泥大門控制

為最大程度保證操作安全性，當工作人員進入曝光室內時，小門必須保持在打開狀態。曝光室內面部指紋混合驗證考勤終端的人臉或指紋識別后，PLC 輸出使大門控制按扭五分鐘，在此時限內手動可任意操作，計時時間到則按鈕功能禁止，操作任何按鈕無效。當大門運行至光電對射開關處時，PLC 向停止按鈕根部的并聯接線輸出一個接通信號，控制水泥大門自動停止。且在光電對射開關的光路被鐵板遮擋時，水泥大門只能向相反方向運行，實現大門運行安全冗余，有效防止大門過沖。

2.2.2 控制室小門控制

在載狀態時，控制室小門進入的前提為射線機控制器上的鑰匙開關處于無效狀態。當控制室內面部指紋混合驗證考勤終端的人臉或指紋識別、或控制門內部的出門開關被按下后，PLC 輸出斷開電磁鎖電源對應的中繼器一分鐘，在此時限內小門任意進出，計時時間到則恢復電磁鎖電源供電，防止無關人員進入。

2.2.3 巡檢狀態設置

曝光室水泥大門關閉后巡檢操作有效。巡檢過程中操作相應巡檢開關時，記下其操作狀態，同時對應紅外攝像移動偵測輸出及紅外探測器輸出動作，若無動作，則判斷相應的紅外傳感故障。一旦水泥大門被打開過一次，則清零巡檢狀態與紅外傳感功能完好狀態，即需要重新巡檢。

2.2.4 主控流程

圖3 軟件控制流程

曝光室水泥大門關閉、巡檢完成、控制室小門關閉、射線機控制器的鑰匙開關打開后，進行10s延時聲光報警，提醒及驅使人離開或動作。聲光延時報警結束后，若各紅外人體檢測功能器件狀態檢測完好，且曝光室內檢測無人，則射線機最終輸出使能。

2.2.5 實現效果

曝光室內有人必須檢出，無人不誤報；配合高分貝警報，不僅能檢測出活動人體，也能檢測出相對靜止的人體；每班次巡檢時以人體活動信號進行傳感器自檢，若沒有巡檢，或傳感器自檢不通過，則射線機不能啟動；各功能器件的狀態通過網絡上傳至監視器，以直觀形式呈現；對于故障功能器件，系統自動記錄對應時間點，提醒操作人員及時維護。同時通過權限的設置，管理員可臨時屏蔽有故障的功能器件。

3 編程調試要點

3.1 OPC 通信

Win7 操作系統下，西門子的OPC 服務器軟件PC Access 與現場PLC 通信不成功或運行不穩定，采用KEPware OPCServer 可解決上述問題[3]。

3.2 紅外傳感的局限與對策

業界普遍采用的紅外人體探測傳感器均針對活動目標，且靈敏度隨價格差異很大。截止目前，聲稱可以進行靜止人體探測的傳感器廠家網查結果為六家，但除松下品牌大陸無供貨外，其余各家對長距離或大空間探測、有人必檢出、無人不虛報、工業輻射環境無應用先例，對功能性不保證。

經實測，紅外人體探測傳感器固定不動，人體在其有效探測域內活動時，漏報率隨人體活動輻度減弱而增高；紅外人體探測傳感器一旦活動，無論人是否出現在其有效探測域內，漏報率隨傳感器活動輻度增強而增高。一旦射線機開始輻射3～5s 后，高性能遠距離紅外探測器出現連續誤報，報警功能紊亂。紅外變焦網絡攝像機的移動偵測功能與低靈敏度的戶外被動紅外探測器工作狀態正常。

針對上述實測結果，充分利用射線機正式出數前的高分貝警報，驅使曝光室內的人員輕微活動，只要處于紅外攝像移動偵測視域內即可捕獲，對于移動偵測視域盲區，利用被動式紅外探測器捕獲作為補充；在出數3s 后，屏蔽被動式紅外探測器。對于原射線機吊車的地操手柄晃動引起的誤報及操作不便，將地操改為遙控操作后問題解決。

4 小結

該安全數字化監控系統已成功應用于RT室，通過紅外傳感與移動偵測等技術的應用，與原射線機開啟必須滿足的條件一起并行聯鎖，從技術手段加強對射線裝置安全和防護的監督管理，從源頭保護從事無損檢測的員工和公眾的健康與安全，將發生射線事故的可能性降至最低，最大程度地預防和減少突發輻射事故的損害。該系統具有較好的推廣應用價值，在促進射線技術在工業無損檢測方向的安全應用與發展方面，其實踐經驗具有積極的借鑒意義。