劉亞賓，常 濤，任 波

（共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，寧夏銀川 750021）

鑄造行業(yè)的RT 室安全操作一要確保曝光室內(nèi)工作時(shí)無人，杜絕人員受到放射性危害；二要確保防護(hù)設(shè)備安全可靠；三要在意外情況出現(xiàn)后具備快速應(yīng)急措施?，F(xiàn)有的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)多用于小區(qū)、樓宇、酒店等場(chǎng)合的監(jiān)視、錄像、抓拍等功能，對(duì)于RT 室強(qiáng)光、熱源與輻射環(huán)境無法滿足有人必須檢出，無人不能誤報(bào)的要求，且相應(yīng)的快速應(yīng)急措施不易實(shí)現(xiàn)。

1 總體設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的安全數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于鑄造行業(yè)的RT 室安全防護(hù)，實(shí)現(xiàn)RT 室的授權(quán)進(jìn)入與操作，曝光室內(nèi)只要有人（不論是處于相對(duì)靜止還是相對(duì)運(yùn)動(dòng)），射線機(jī)不能開啟或被中斷，而在無人時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)既不產(chǎn)生誤報(bào)，又不影響射線機(jī)的正常工作。監(jiān)控系統(tǒng)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(dòng)偵測(cè)器所感知的信號(hào)傳送至控制單元的PLC控制器[1]，對(duì)紅外攝像移動(dòng)偵測(cè)器的功能完好性加以檢測(cè)，當(dāng)任何一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，相關(guān)狀態(tài)通過OPC 服務(wù)器[2]與上位監(jiān)視器及程序進(jìn)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(jī)短信通知管理人員及維修人員及時(shí)維護(hù)。

圖1 RT 室安全數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)功能框圖

通過對(duì)人臉/指紋識(shí)別[3]、行程開關(guān)、對(duì)射開關(guān)、射線機(jī)鑰匙開關(guān)等信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，決定曝光室水泥大門、控制室小門與射線機(jī)最終輸出使能與否，各開關(guān)輸入狀態(tài)及輸出使能狀態(tài)均可通過上位監(jiān)視器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。各關(guān)鍵功能元器件實(shí)物布局如圖2。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

RT 室安全數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)以西門子S7-200系列的PLC CPU 226 為控制核心，利用以太網(wǎng)通訊模塊將PLC 連入公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，用于控制系統(tǒng)與上位監(jiān)控間的各變量信息交互。

圖2 RT 室安全數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)功能元器件布局圖

2.1 外圍電氣設(shè)計(jì)

硬件外圍電氣模塊依據(jù)功能主要為人體檢測(cè)、門禁控制與網(wǎng)絡(luò)通信三類。

2.1.1 人體檢測(cè)

人體檢測(cè)可分為靜止與移動(dòng)人體檢測(cè)，考慮到RT 室所需監(jiān)視的空間、施工難易程度、功能元器件性價(jià)比等因素，采用原高分貝聲光報(bào)警驅(qū)使靜止人體活動(dòng)，以經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的方式實(shí)現(xiàn)高靈敏度、無盲區(qū)的人體檢測(cè)。所使用的傳感及其功能設(shè)置如下。

紅外變焦網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，安裝于曝光室內(nèi)的四個(gè)墻角處，曝光室內(nèi)的動(dòng)態(tài)畫面數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)接入公司視頻服務(wù)器，在現(xiàn)場(chǎng)PC 機(jī)上安裝客戶端加以訪問，通過寬屏電視實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示或歷史追溯。該紅外變焦網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)同時(shí)具備紅外移動(dòng)偵測(cè)功能，利用IE 瀏覽器登錄所設(shè)定的網(wǎng)址后，在報(bào)警設(shè)置的移動(dòng)報(bào)警頁(yè)面中，將移動(dòng)區(qū)域設(shè)置為全部、使能移動(dòng)偵測(cè)、偵測(cè)靈敏度等級(jí)為最高、全時(shí)段布防、使能聯(lián)運(yùn)報(bào)警輸出、輸出時(shí)間為10s，保存重啟后設(shè)置生效。只要曝光室內(nèi)有活動(dòng)體進(jìn)入紅外變焦網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的視域內(nèi)，則攝像機(jī)立即輸出一個(gè)持續(xù)10s 的開關(guān)信號(hào)給PLC 進(jìn)行邏輯判斷，10s 后攝像機(jī)報(bào)警狀態(tài)解除。

高性能遠(yuǎn)距離被動(dòng)式廣角防護(hù)紅外探測(cè)器，安裝于曝光室內(nèi)鑄件經(jīng)常停放的位置所對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁上，安裝于適宜高度，兩探測(cè)器左右相錯(cuò)，用于彌補(bǔ)高大鑄件遮擋所造成的紅外攝像機(jī)移動(dòng)偵測(cè)盲區(qū)。打開傳感后通過傳感的內(nèi)置拔碼盤設(shè)置偵測(cè)區(qū)域，配合安裝高度，以獲得最大的靈敏偵測(cè)距離。

戶外被動(dòng)紅外探測(cè)器，安裝于曝光室內(nèi)的四個(gè)墻角處，用于彌補(bǔ)紅外攝像機(jī)移動(dòng)偵測(cè)功能的墻角盲區(qū)。紅外探測(cè)器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況設(shè)置探測(cè)距離、報(bào)警輸出常開、報(bào)警指示燈使能、報(bào)警時(shí)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(yàn)證考勤終端的人臉或指紋識(shí)別功能，實(shí)現(xiàn)小門進(jìn)出與大門操作權(quán)限控制，具有生物識(shí)別唯一性、難仿冒、性價(jià)比高和非侵?jǐn)_等特性，標(biāo)配TCP/IP 通信方式，支持跨網(wǎng)段跨網(wǎng)關(guān)連接，用于向上位機(jī)傳輸人臉或指紋識(shí)別記錄。同時(shí)已登記注冊(cè)的操作人員人臉或指紋信息被考勤終端識(shí)別后，輸出一個(gè)5s 的開關(guān)量信號(hào)送給PLC 進(jìn)行邏輯判別與控制。

曝光室水泥大門操作控制：當(dāng)PLC 檢測(cè)到識(shí)別通過信號(hào)后，通過中間繼電器使能開啟、關(guān)閉與停止大門操作三聯(lián)按扭，即在五分鐘內(nèi)操作控制按扭有效，防止非專業(yè)人員誤操作。在原大門兩側(cè)的極限限位開關(guān)內(nèi)側(cè)，各配置了一對(duì)光電對(duì)射開關(guān)，在水泥兩側(cè)的鐵板撞到大門限位開關(guān)前，自動(dòng)終止大門繼續(xù)前行。

控制室小門進(jìn)出控制：當(dāng)PLC 檢測(cè)到識(shí)別通過或出門開關(guān)信號(hào)后，通過中間繼電器關(guān)閉小門門禁的電磁鎖電源，即在一分鐘內(nèi)可以自由進(jìn)出小門，計(jì)時(shí)時(shí)間到后電磁鎖電源恢復(fù)。小門關(guān)閉與否的狀態(tài)可通過安裝在門體上的限位開關(guān)獲知。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)通信

為實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信，將以太網(wǎng)通信模塊、現(xiàn)場(chǎng)PC、紅外網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、人臉識(shí)別的考勤終端的IP地址配置為同一網(wǎng)段，利用交換機(jī)將其匯集。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

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(tài)設(shè)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(dāng)工作人員進(jìn)入曝光室內(nèi)時(shí)，小門必須保持在打開狀態(tài)。曝光室內(nèi)面部指紋混合驗(yàn)證考勤終端的人臉或指紋識(shí)別后，PLC 輸出使大門控制按扭五分鐘，在此時(shí)限內(nèi)手動(dòng)可任意操作，計(jì)時(shí)時(shí)間到則按鈕功能禁止，操作任何按鈕無效。當(dāng)大門運(yùn)行至光電對(duì)射開關(guān)處時(shí)，PLC 向停止按鈕根部的并聯(lián)接線輸出一個(gè)接通信號(hào)，控制水泥大門自動(dòng)停止。且在光電對(duì)射開關(guān)的光路被鐵板遮擋時(shí)，水泥大門只能向相反方向運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)大門運(yùn)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(tài)時(shí)，控制室小門進(jìn)入的前提為射線機(jī)控制器上的鑰匙開關(guān)處于無效狀態(tài)。當(dāng)控制室內(nèi)面部指紋混合驗(yàn)證考勤終端的人臉或指紋識(shí)別、或控制門內(nèi)部的出門開關(guān)被按下后，PLC 輸出斷開電磁鎖電源對(duì)應(yīng)的中繼器一分鐘，在此時(shí)限內(nèi)小門任意進(jìn)出，計(jì)時(shí)時(shí)間到則恢復(fù)電磁鎖電源供電，防止無關(guān)人員進(jìn)入。

2.2.3 巡檢狀態(tài)設(shè)置

曝光室水泥大門關(guān)閉后巡檢操作有效。巡檢過程中操作相應(yīng)巡檢開關(guān)時(shí)，記下其操作狀態(tài)，同時(shí)對(duì)應(yīng)紅外攝像移動(dòng)偵測(cè)輸出及紅外探測(cè)器輸出動(dòng)作，若無動(dòng)作，則判斷相應(yīng)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(tài)與紅外傳感功能完好狀態(tài)，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(guān)閉、巡檢完成、控制室小門關(guān)閉、射線機(jī)控制器的鑰匙開關(guān)打開后，進(jìn)行10s延時(shí)聲光報(bào)警，提醒及驅(qū)使人離開或動(dòng)作。聲光延時(shí)報(bào)警結(jié)束后，若各紅外人體檢測(cè)功能器件狀態(tài)檢測(cè)完好，且曝光室內(nèi)檢測(cè)無人，則射線機(jī)最終輸出使能。

2.2.5 實(shí)現(xiàn)效果

曝光室內(nèi)有人必須檢出，無人不誤報(bào)；配合高分貝警報(bào)，不僅能檢測(cè)出活動(dòng)人體，也能檢測(cè)出相對(duì)靜止的人體；每班次巡檢時(shí)以人體活動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傳感器自檢，若沒有巡檢，或傳感器自檢不通過，則射線機(jī)不能啟動(dòng)；各功能器件的狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)視器，以直觀形式呈現(xiàn)；對(duì)于故障功能器件，系統(tǒng)自動(dòng)記錄對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)，提醒操作人員及時(shí)維護(hù)。同時(shí)通過權(quán)限的設(shè)置，管理員可臨時(shí)屏蔽有故障的功能器件。

3 編程調(diào)試要點(diǎn)

3.1 OPC 通信

Win7 操作系統(tǒng)下，西門子的OPC 服務(wù)器軟件PC Access 與現(xiàn)場(chǎng)PLC 通信不成功或運(yùn)行不穩(wěn)定，采用KEPware OPCServer 可解決上述問題[3]。

3.2 紅外傳感的局限與對(duì)策

業(yè)界普遍采用的紅外人體探測(cè)傳感器均針對(duì)活動(dòng)目標(biāo)，且靈敏度隨價(jià)格差異很大。截止目前，聲稱可以進(jìn)行靜止人體探測(cè)的傳感器廠家網(wǎng)查結(jié)果為六家，但除松下品牌大陸無供貨外，其余各家對(duì)長(zhǎng)距離或大空間探測(cè)、有人必檢出、無人不虛報(bào)、工業(yè)輻射環(huán)境無應(yīng)用先例，對(duì)功能性不保證。

經(jīng)實(shí)測(cè)，紅外人體探測(cè)傳感器固定不動(dòng)，人體在其有效探測(cè)域內(nèi)活動(dòng)時(shí)，漏報(bào)率隨人體活動(dòng)輻度減弱而增高；紅外人體探測(cè)傳感器一旦活動(dòng)，無論人是否出現(xiàn)在其有效探測(cè)域內(nèi)，漏報(bào)率隨傳感器活動(dòng)輻度增強(qiáng)而增高。一旦射線機(jī)開始輻射3～5s 后，高性能遠(yuǎn)距離紅外探測(cè)器出現(xiàn)連續(xù)誤報(bào)，報(bào)警功能紊亂。紅外變焦網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的移動(dòng)偵測(cè)功能與低靈敏度的戶外被動(dòng)紅外探測(cè)器工作狀態(tài)正常。

針對(duì)上述實(shí)測(cè)結(jié)果，充分利用射線機(jī)正式出數(shù)前的高分貝警報(bào)，驅(qū)使曝光室內(nèi)的人員輕微活動(dòng)，只要處于紅外攝像移動(dòng)偵測(cè)視域內(nèi)即可捕獲，對(duì)于移動(dòng)偵測(cè)視域盲區(qū)，利用被動(dòng)式紅外探測(cè)器捕獲作為補(bǔ)充；在出數(shù)3s 后，屏蔽被動(dòng)式紅外探測(cè)器。對(duì)于原射線機(jī)吊車的地操手柄晃動(dòng)引起的誤報(bào)及操作不便，將地操改為遙控操作后問題解決。

4 小結(jié)

該安全數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)已成功應(yīng)用于RT室，通過紅外傳感與移動(dòng)偵測(cè)等技術(shù)的應(yīng)用，與原射線機(jī)開啟必須滿足的條件一起并行聯(lián)鎖，從技術(shù)手段加強(qiáng)對(duì)射線裝置安全和防護(hù)的監(jiān)督管理，從源頭保護(hù)從事無損檢測(cè)的員工和公眾的健康與安全，將發(fā)生射線事故的可能性降至最低，最大程度地預(yù)防和減少突發(fā)輻射事故的損害。該系統(tǒng)具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值，在促進(jìn)射線技術(shù)在工業(yè)無損檢測(cè)方向的安全應(yīng)用與發(fā)展方面，其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)具有積極的借鑒意義。