一种智能式野外探伤辐射安全监控系统

雷 勇，马 驰，张春梅，何大国，刘成刚

（1.四川同佳检测有限责任公司，四川 德阳；2.什邡市同佳机械有限公司，四川 德阳）

野外工业X（γ）探伤是一种常用的无损检测手段，广泛应用于大型设备现场装配、安装、检修，以及输油、输气管道工程和城市天燃气贮罐建设等领域[1]。由于野外探伤无法实现全封闭作业，工况环境复杂，连续辐照时间较长，接近公众人群，容易造成辐射安全事故，容易引起公共纠纷事件，根据相关法规要求，野外工业探伤需要进行辐射安全监管，这是辐射安全防护和职业卫生防护的重点和难点。监管措施包括设定控制区域、设置明显的警戒线和辐射警示标识，以及指定专人进行监督和监测控制区域的辐射剂量水平。相关法规包括《放射性污染防治法》、国务院《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》和生态环境部《关于γ 射线探伤装置的辐射安全要求》等。本研究拟研究设计一套先进智能的监测网络和控制系统，对进入控制区的人员进行自动监测识别，对控制区的辐射剂量水平进行实时自动监测，并将监测信息与探伤设备、报警设备相联锁，用科技手段避免野外探伤辐射安全事故发生。

1 系统设计原理

（1） 野外探伤辐射安全监管存在的问题。目前国内野外探伤辐射安全监控、防护方面主要依靠人工值守，缺少科学有效的装备和手段[2]。现场控制区警戒多为绳索提示和专人看守，既不能完全保证对人员误入的警戒（特别是夜间），又耗费大量人力精力，并增加了值守人员自身辐射安全风险。当发生人员误入时，目前的处理方式主要依赖看守人员和操作人员之间的喊话、对讲等方式进行联络。然而，这种处理方式存在准确性、及时性和科学性方面的不足。

（2） 智能化野外探伤技术辐射安全监控系统设计旨在满足野外探伤辐射安全的特殊要求，并解决存在的问题[3]。为了达到这一目标，我们将采用辐射剂量自动监测技术、远距离红外线成像识别技术、PLC 控制技术、无线通信及智能物联网等多种技术进行集成创新。通过研发一套先进智能的监测网络和控制系统，我们能够对进入控制区的人员进行自动监测识别，并实时自动监测控制区的辐射剂量水平。同时，我们将监测信息与探伤设备、警示报警设备相联锁，实现探伤作业控制区辐射剂量的自动监测传输，建立红外线安全警戒网，以便在有人员误入探伤作业区时进行声光报警。此外，我们还能通过探伤机的紧急掣动功能和辐射安全信息的自动记录等多项系统功能，进一步提升辐射安全保障水平。通过采用先进的技术手段，我们能够有效保障野外探伤作业的辐射安全，从而保护公众及作业人员的身体安全。图1 为产品结构。

图1 产品结构

2 系统可实现的主要功能

（1） 探伤过程中的声光提示和警示是重要的。完成探伤准备工作后，操控人员按下预警按钮，警示喇叭会发出三次语音提示：“准备探伤，请离开”。只有在这之后，才能启动射线机的高压按钮（γ 机出源按钮），否则无法启动。

（2） 为了防止人员误入控制区域，系统配置了8对远程红外线对射监测器。这些监测器构成了一个环形监控网，在白天、黑夜、风雨和冰雪等各种气候条件下，能够全天候监测是否有人员误入控制区域。

（3） 当有人员误入控制区域时，系统会通过声光报警进行提示。红外线监测网会快速识别并发出信号，系统会立即连续发出声音警告：“前面危险，请退出”。同时，警示灯也会发出警示灯光。此外，主控机上还会显示误入人员的方位和时间信息。

（4） 如果有人员误入警戒区域并在警报发出后30 s 内仍未离开，控制系统将立即执行紧急掣动。这将导致射线机的高压关闭，并使放线源自动收回，以防止辐射事故的发生。

（5） 如果有人员误入控制区域并在30 s 内离开，操作人员可以按下复位开关，以恢复探伤作业。这样可以避免重复曝光导致废片的产生，并减少探伤单位的经济损失。

（6） 进行自动记录相关信息。系统自动记录人员进入控制区的时间、方位，离开控制区的时间，探伤机紧急掣动时间等信息，为事故鉴定及纠纷界定提供依据。

（7） 警戒区边缘辐射剂量率与PLC 主控机联锁。当控制区边缘辐射剂量率超过2.0 μGyh 时，PLC主控机自动关闭探伤机作业。系统工艺流程见图2。

图2 系统工艺流程

3 系统设计参数

（1） 远程红外线监控器。规格TJJK-Ι 型（含蓝光镭射瞄准器），射程100～200 m，数量4～8 组，可组成直径100 m～500 m 的在环形控制区域内，可以全天候监测是否有人员误入警戒区，无论是白天、黑夜，风雨还是冰雪气候。

（2） 程序控制器PLC。型号：松下FPG-C32TH型，高速运算处理速度: 0.32 μs～/步，程序容量32 K步，Modbus RTU 的主/从站通信，传输速度115.2 kbits/s。

（3） 人机交互平台。型号：威纶通MT8071iE 人机界面，该设备具备以下特点：搭载Cortex A8 600 MHz CPU 和128 MB 内存，拥有高彩度显示（1 600万色），内置电源隔离功能，能有效抑制电源浪涌和异常地电流。此外，它还具备流动快、操作记录和配方数据库等功能。

4 系统技术创新性点

（1） 根据野外探伤辐射安全的特殊要求，集成创新，提供新的系统集成平台，在国内首次将红外线监测技术和可编程控制技术（PLC）应用于野外探伤辐射安全控制系统，实现了“预警、监测、报警、紧急掣动、恢复作业、辐射安全信息记录”等功能[4]。系统用红外线监测网代替现用的绳索警戒线；用自动声光警示代替人工现场呼喊；用PLC 控制系统代替人工操作；用电子自动记录代替人工现场记录。解决了野外探伤的主要安全隐患，提高事故处理的科学性、准确性、可靠性[5]。系统比较全面和准确地体现了国家关于野外探伤辐射安全管理的基本要求。红外线监控网见图3。

图3 红外线监控网

（2） 研发数据采集传输仪，实现了远距离信号的准确、稳定传输，保证了辐射剂量、红外线监控网与PLC 控制器的无线对接[6]。因为野外探伤地理环境复杂，各种电磁干扰、无线干扰、辐射干扰等都会影响到系统信号的正常传输，为攻克这一技术难题，自主研发了TJKT-Ⅰ型无线信号发射接收器，其电路方框图见图4。

图4 数据采集电路方框图

（3） 建立基于辐射安全的多输入多输出函数数学模型，自主设计开发PLC 系统控制软件和人机界面控制程序[7]。利用梯形图编制了一套系统控制软件，成功地实现了多个复杂信号的比较、判定、转换，实现了系统控制要求。系统软件梯形图见图5。

图5 系统软件梯形图

（4） 系统设计合理，功能可靠，采用防辐射材料保护电子元件，保证设备使用寿命，产品主要使用国内成熟电子元件，性能可靠，价格优势明显，符合IEC61131 标准，便于推广应用，产品结构紧凑，现场安装简单，操作、维护方便[8]。

结束语

经过多年的实践探索和不断的优化改进，我们的智能化野外探伤技术辐射安全监控系统已经成功应用于中国第一安装公司、东方汽轮机厂、四川蓝星机械等多家企业，并取得了显著的治理效果。下一步，我们计划进一步完善系统功能，增加对外传输的能力，以实现野外探伤相关信息的实时传输至政府监管部门的平台，从而实现野外探伤辐射安全的信息化监管。这一功能的引入将使得政府监管部门能够及时了解野外探伤作业的辐射安全情况，有效监控和管理辐射源的使用情况，进一步提升辐射安全管理的水平。同时，通过信息化监管，我们还能够实现数据的统计分析和追溯，为辐射安全管理提供更加科学和精准的依据。我们相信，通过不断的技术创新和系统优化，我们的智能化野外探伤技术辐射安全监控系统将在未来发挥更大的作用，为野外探伤作业提供更全面、更可靠的辐射安全保障，同时也为政府监管部门提供更便捷、高效的信息化监管手段。