一种铸造行业RT 室安全数字化监控系统

刘亚宾，常 涛，任 波

（共享智能铸造产业创新中心有限公司，宁夏银川 750021）

铸造行业的RT 室安全操作一要确保曝光室内工作时无人，杜绝人员受到放射性危害；二要确保防护设备安全可靠；三要在意外情况出现后具备快速应急措施。现有的数字化监控系统多用于小区、楼宇、酒店等场合的监视、录像、抓拍等功能，对于RT 室强光、热源与辐射环境无法满足有人必须检出，无人不能误报的要求，且相应的快速应急措施不易实现。

1 总体设计

所设计的安全数字化监控系统应用于铸造行业的RT 室安全防护，实现RT 室的授权进入与操作，曝光室内只要有人（不论是处于相对静止还是相对运动），射线机不能开启或被中断，而在无人时监控系统既不产生误报，又不影响射线机的正常工作。监控系统功能框图如图1 所示。

操作人员每班次巡检过程中，各红外摄像移动侦测器所感知的信号传送至控制单元的PLC控制器[1]，对红外摄像移动侦测器的功能完好性加以检测，当任何一个传感器出现故障时，相关状态通过OPC 服务器[2]与上位监视器及程序进行交互，提醒操作人员加以屏蔽，不影响RT 既有工作开展；另一方面通过手机短信通知管理人员及维修人员及时维护。

图1 RT 室安全数字化监控系统功能框图

通过对人脸/指纹识别[3]、行程开关、对射开关、射线机钥匙开关等信号进行逻辑处理，决定曝光室水泥大门、控制室小门与射线机最终输出使能与否，各开关输入状态及输出使能状态均可通过上位监视器进行实时监视。各关键功能元器件实物布局如图2。

2 控制系统设计

RT 室安全数字化监控系统以西门子S7-200系列的PLC CPU 226 为控制核心，利用以太网通讯模块将PLC 连入公司内部网络，用于控制系统与上位监控间的各变量信息交互。

图2 RT 室安全数字化监控系统功能元器件布局图

2.1 外围电气设计

硬件外围电气模块依据功能主要为人体检测、门禁控制与网络通信三类。

2.1.1 人体检测

人体检测可分为静止与移动人体检测，考虑到RT 室所需监视的空间、施工难易程度、功能元器件性价比等因素，采用原高分贝声光报警驱使静止人体活动，以经济简便的方式实现高灵敏度、无盲区的人体检测。所使用的传感及其功能设置如下。

红外变焦网络摄像机，安装于曝光室内的四个墙角处，曝光室内的动态画面数据通过以太网接入公司视频服务器，在现场PC 机上安装客户端加以访问，通过宽屏电视实现实时显示或历史追溯。该红外变焦网络摄像机同时具备红外移动侦测功能，利用IE 浏览器登录所设定的网址后，在报警设置的移动报警页面中，将移动区域设置为全部、使能移动侦测、侦测灵敏度等级为最高、全时段布防、使能联运报警输出、输出时间为10s，保存重启后设置生效。只要曝光室内有活动体进入红外变焦网络摄像机的视域内，则摄像机立即输出一个持续10s 的开关信号给PLC 进行逻辑判断，10s 后摄像机报警状态解除。

高性能远距离被动式广角防护红外探测器，安装于曝光室内铸件经常停放的位置所对应的两侧壁上，安装于适宜高度，两探测器左右相错，用于弥补高大铸件遮挡所造成的红外摄像机移动侦测盲区。打开传感后通过传感的内置拔码盘设置侦测区域，配合安装高度，以获得最大的灵敏侦测距离。

户外被动红外探测器，安装于曝光室内的四个墙角处，用于弥补红外摄像机移动侦测功能的墙角盲区。红外探测器根据现场实况设置探测距离、报警输出常开、报警指示灯使能、报警时间、防宠物功能开启。

2.1.2 门禁控制

主要为利用面部指纹混合验证考勤终端的人脸或指纹识别功能，实现小门进出与大门操作权限控制，具有生物识别唯一性、难仿冒、性价比高和非侵扰等特性，标配TCP/IP 通信方式，支持跨网段跨网关连接，用于向上位机传输人脸或指纹识别记录。同时已登记注册的操作人员人脸或指纹信息被考勤终端识别后，输出一个5s 的开关量信号送给PLC 进行逻辑判别与控制。

曝光室水泥大门操作控制：当PLC 检测到识别通过信号后，通过中间继电器使能开启、关闭与停止大门操作三联按扭，即在五分钟内操作控制按扭有效，防止非专业人员误操作。在原大门两侧的极限限位开关内侧，各配置了一对光电对射开关，在水泥两侧的铁板撞到大门限位开关前，自动终止大门继续前行。

控制室小门进出控制：当PLC 检测到识别通过或出门开关信号后，通过中间继电器关闭小门门禁的电磁锁电源，即在一分钟内可以自由进出小门，计时时间到后电磁锁电源恢复。小门关闭与否的状态可通过安装在门体上的限位开关获知。

2.1.3 网络通信

为实现联网通信，将以太网通信模块、现场PC、红外网络摄像机、人脸识别的考勤终端的IP地址配置为同一网段，利用交换机将其汇集。

2.2 软件设计

软件控制流程可分为曝光室水泥大门控制、控制室小门控制、巡检状态设置与主控流程等，各控制流程如图3。

2.2.1 曝光室水泥大门控制

为最大程度保证操作安全性，当工作人员进入曝光室内时，小门必须保持在打开状态。曝光室内面部指纹混合验证考勤终端的人脸或指纹识别后，PLC 输出使大门控制按扭五分钟，在此时限内手动可任意操作，计时时间到则按钮功能禁止，操作任何按钮无效。当大门运行至光电对射开关处时，PLC 向停止按钮根部的并联接线输出一个接通信号，控制水泥大门自动停止。且在光电对射开关的光路被铁板遮挡时，水泥大门只能向相反方向运行，实现大门运行安全冗余，有效防止大门过冲。

2.2.2 控制室小门控制

在载状态时，控制室小门进入的前提为射线机控制器上的钥匙开关处于无效状态。当控制室内面部指纹混合验证考勤终端的人脸或指纹识别、或控制门内部的出门开关被按下后，PLC 输出断开电磁锁电源对应的中继器一分钟，在此时限内小门任意进出，计时时间到则恢复电磁锁电源供电，防止无关人员进入。

2.2.3 巡检状态设置

曝光室水泥大门关闭后巡检操作有效。巡检过程中操作相应巡检开关时，记下其操作状态，同时对应红外摄像移动侦测输出及红外探测器输出动作，若无动作，则判断相应的红外传感故障。一旦水泥大门被打开过一次，则清零巡检状态与红外传感功能完好状态，即需要重新巡检。

2.2.4 主控流程

图3 软件控制流程

曝光室水泥大门关闭、巡检完成、控制室小门关闭、射线机控制器的钥匙开关打开后，进行10s延时声光报警，提醒及驱使人离开或动作。声光延时报警结束后，若各红外人体检测功能器件状态检测完好，且曝光室内检测无人，则射线机最终输出使能。

2.2.5 实现效果

曝光室内有人必须检出，无人不误报；配合高分贝警报，不仅能检测出活动人体，也能检测出相对静止的人体；每班次巡检时以人体活动信号进行传感器自检，若没有巡检，或传感器自检不通过，则射线机不能启动；各功能器件的状态通过网络上传至监视器，以直观形式呈现；对于故障功能器件，系统自动记录对应时间点，提醒操作人员及时维护。同时通过权限的设置，管理员可临时屏蔽有故障的功能器件。

3 编程调试要点

3.1 OPC 通信

Win7 操作系统下，西门子的OPC 服务器软件PC Access 与现场PLC 通信不成功或运行不稳定，采用KEPware OPCServer 可解决上述问题[3]。

3.2 红外传感的局限与对策

业界普遍采用的红外人体探测传感器均针对活动目标，且灵敏度随价格差异很大。截止目前，声称可以进行静止人体探测的传感器厂家网查结果为六家，但除松下品牌大陆无供货外，其余各家对长距离或大空间探测、有人必检出、无人不虚报、工业辐射环境无应用先例，对功能性不保证。

经实测，红外人体探测传感器固定不动，人体在其有效探测域内活动时，漏报率随人体活动辐度减弱而增高；红外人体探测传感器一旦活动，无论人是否出现在其有效探测域内，漏报率随传感器活动辐度增强而增高。一旦射线机开始辐射3～5s 后，高性能远距离红外探测器出现连续误报，报警功能紊乱。红外变焦网络摄像机的移动侦测功能与低灵敏度的户外被动红外探测器工作状态正常。

针对上述实测结果，充分利用射线机正式出数前的高分贝警报，驱使曝光室内的人员轻微活动，只要处于红外摄像移动侦测视域内即可捕获，对于移动侦测视域盲区，利用被动式红外探测器捕获作为补充；在出数3s 后，屏蔽被动式红外探测器。对于原射线机吊车的地操手柄晃动引起的误报及操作不便，将地操改为遥控操作后问题解决。

4 小结

该安全数字化监控系统已成功应用于RT室，通过红外传感与移动侦测等技术的应用，与原射线机开启必须满足的条件一起并行联锁，从技术手段加强对射线装置安全和防护的监督管理，从源头保护从事无损检测的员工和公众的健康与安全，将发生射线事故的可能性降至最低，最大程度地预防和减少突发辐射事故的损害。该系统具有较好的推广应用价值，在促进射线技术在工业无损检测方向的安全应用与发展方面，其实践经验具有积极的借鉴意义。