放射源屏蔽门远程操控开关系统设计

张采凤，佟仕忠，付贵增，刘 峰，汪良军

（辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院，辽宁 抚顺 113001）

对于大型密闭容器中高温、高压、高粘度、强腐蚀、剧毒物料料位的测量，为了确保检测准确度，工业中常采用核辐射式物位测量仪表进行检测。通常情况下，放射源需按要求密封在铅容器中，以保证现场的辐射安全[1]。在对生产设备进行检修、维护及装置停产时，需要关闭放射源辐射屏蔽门，恢复生产时重新打开。整个操作过程需要工作人员靠近放射源，极易对工作人员造成辐射危害。该远程操控开关系统，可代替人工现场操作，从而避免工作人员受到辐射危害。

1 射源屏蔽门开关的改进方案

改进前，操作屏蔽门的开关系统需由工作人员身穿防辐射服进入操作现场，靠近射源屏蔽装置，操作人员手动开启屏蔽装置的明锁后，向外提拉滚花手柄，顺时针旋转180度，再向里压入，为了防止误操作，最后进行上锁固定。放射源屏蔽门开关系统如图1所示。

为了使工作人员避免近距离接触放射源，简化操作流程，对射源屏蔽门的开关系统进行改进。如图2所示，改进后的开关系统固定在钢板上，钢板通过两根钢筋和螺母固定在放射源外壳上。

图1 改进前的射源开关Fig.1 Original switch of the source

图2 改进后的开关Fig.2 Switch after improvement

2 机械结构本体设计

该机构的箱体通过连接件与放射源外壳固定在一起，螺旋传动机构可以将电机1的旋转运动转化为直线移动，实现手柄的提拉和压入动作；电机2的旋转运动实现放射源屏蔽门的旋转；前者完成直线行程，后者完成角行程[2]。在改进后的开关系统上，两个电机相互配合可控制滚花手柄旋转的同时进行提拉或者压入动作，使屏蔽门的直线行程和旋转行程同步进行。两部电机的二自由度串联结构，使该机电一体化执行机构可以很好地解决结构尺寸受限的问题[3]。本体结构如图3所示。

3 控制系统设计

3.1 硬件设计

通过判断屏蔽门开关系统状态，单片机控制器驱动直线推杆电机和旋转电机运转，并根据传感器采集到的角度和位移信号，对电机进行调整，最终使屏蔽门到达指定位置[4]。系统的硬件结构如图4所示。

以AT89C51单片机为控制核心，设计了电源模块、通信电路、电机驱动及状态显示模块、晶振电路、光电隔离电路以及复位电路[5]。其中，电源模块采用24 V直流供电；通信采用RS-485；采用DSB8500 HART调制解调器驱动电机，将电机的运动状态通过指示灯显示。整体电路图如图5所示。

3.2 软件设计

图3 机械结构设计图Fig.3 Mechannical structure design

图4 控制系统硬件结构图Fig.4 Control system hardware structure

图5 电路设计图Fig.5 Curcuit design

操作人员在控制室内按下遥控开关，控制器通过电缆接收命令，判断屏蔽门开关状态后，根据开关状态下达执行命令[6]；根据倾角传感器读取的数据，控制电机的正反转及转速来调节屏蔽门的运动姿态，并将采集到的信号反馈回控制室，工作人员根据指示灯信号来及时决策[7]。控制器控制系统软件流程图如图6所示。

图6 系统控制流程图Fig.6 System control flowchart

4 结束语

本文中设计的屏蔽门远程操控系统，能够准确快速地开启和关闭射源屏蔽门。该装置不仅结构简单、操作简便，还具有较高的稳定度和定位准确度。研究过程紧密结合生产实际，结果也将直接服务于工厂生产。投入使用将消除放射源辐射的职业健康危害，具有重要的安全意义[8]。

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[6]谢三毛.基于PC机和单片机的主从式测控系统[J].化工自动化及仪表，2012，39（2）:263-267.

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[8]林卫星.基于89C52单片机多功能应用系统[J].工业控制计算机，2002，15（2）:59-60.