安防系統畢業設計論文

時間：2022-12-09 11:31:14 畢業設計我要投稿

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安防系統畢業設計論文

　　摘要：介紹了對中國原子能科學研究院中子廳實驗室安全聯鎖系統升級技術方案及控制電路設計。針對中子廳實驗室原有設施所存在的隱患，設計安全聯鎖系統。分別設計實驗室水門控制系統及巡更清場聯鎖系統。實現了實驗室進出口水門與劑量測量裝置聯鎖、水門自動開關到位、四個點巡更急停、通風系統聯鎖這四個功能功能，提升了實驗室使用的安全性。

安防系統畢業設計論文

　　關鍵詞：中子發生器;安全聯鎖;巡更系統;PLC控制

　　中子廳為中國原子能科學研究院核技術所管轄與使用的中子實驗室。目前614中子廳使用的中子源為氘氘、氘氚中子發生器。氘氘、氘氚中子發生器為加速器中子源。由中子發生器離子源部分電離得到氘離子并引出，經高壓加速后轟擊氘靶或氚靶，發生D(d，n)3He、T(d，n)4He聚變核反應產生中子[1]。中子發生器及配套中子探測技術在安防反恐、中子快速成像和軍事方面都有廣泛用途[2]。中子發生器工作時，不可避免產生輻射。為防止實驗人員誤入而受到輻射傷害，應依照我國輻射安全相關規范[3]，設計一套穩定、可靠的輻射安全聯鎖系統。因PLC可編程控制器抗干擾能力強、可靠性高的特性，現在大部分的安全聯鎖系統，都圍繞PLC控制來開展[4]。本項目在清場巡更聯鎖系統中，使用PLC作為主控制器，實現搜索清場、聲光報警、通風排氣系統聯鎖、急停斷電功能;而出入口水門控制則因地制宜，使用限位開關及中間繼電器等硬控制器件[5]，對其進行了技術升級，實現了防護水門自動開關到位及與實驗室內劑量測量裝置聯鎖功能，可防止高劑量時誤開水門，及開關不到位造成的劑量泄露。

　　1設計原則

　　中子實驗室在長期使用過程中，出現若干安全隱患：清場報警不利，造成人員滯留;急停開關單一，滯留人員急停斷電時可能已受照射;防護門未與劑量探測裝置聯鎖，劑量超標時也可動作;實驗室排氣裝置未聯鎖。有可能造成易燃易爆氣體濃度過大，放射性氚氣泄漏到實驗室環境中;水門未設限位開關，半開狀態下仍可以出束。中子廳實驗室的安全聯鎖系統設計，需要排除以上安全隱患，做到在實驗裝置運行時任何一個潛在的違反輻射安全能引起事故照射的行為，都將會產生一個終止實驗裝置運行的聯鎖信號，以切斷輻射源項，保護人員的安全[6]。

　　2聯鎖系統設計方案

　　2.1進出口控制系統設計

　　在水門電機開關電路原有的基礎之上，設計一個點動與自動切換電路，并對水門加裝限位開關。水門可自動一次行程到位，也可手動控制。加裝限位開關，僅在水門動作到位時，方可對輻射裝置進行上電出束。將水門與試驗室安裝的中子環境劑量儀和γ環境劑量儀的報警開關信號聯鎖。如圖1所示，共三個劑量探測裝置，劑量儀開關信號串聯，成“與”邏輯。四個劑量儀中任一一個超過設定閾值，水門不能打開，可防止出束狀態下防護門誤開。中子出束完畢但伴隨γ劑量仍顯著高于本底值時，γ劑量儀仍處在報警狀態并鎖死水門不能打開，可防止高本底、非出束狀態下防護門誤開。

　　2.2巡更聯鎖裝系統設計方案

　　設計巡更聯鎖裝置，根據中子廳空間分布，設置四個巡更點。圖2為巡更點分布圖。主控制箱設在水門出入口處。主控制箱與四個巡更點、東廳排氣系統及水門外防盜門微觸開關全部聯鎖。主控制箱的動作施邏輯如下。(1)每個巡更點設置一個巡更開關、一個急停開關。巡更點為與邏輯：每個巡更點的開關觸點均閉合，主控制箱才能夠對中子發生器進行供電。任何一個巡更點開關觸電打開，都會造成中子發生器掉電。由此，每個巡更點均可急停。(2)排氣系統與主控制箱聯鎖。排氣系統共有兩路風道。一路為接在中子發生器機械泵出口處的風道，另一路是中子廳換風通道。設計邏輯為當且僅當兩路風道均正常工作時，系統才能上電。(3)巡更系統主控制箱由急停按鈕，清場按鈕，清場計時調節按鈕和總急停按鈕組成。按下總控制箱急停按鈕，四個巡更點的開關觸點全部斷開。若需對中子發生器重新上電，則重新巡更。滿足清場條件時，以進行清場操作。按下總控制箱清場開關，蜂鳴器鳴響，并有燈光閃爍報警。清場時間到，蜂鳴器停止鳴響，巡更系統可以上電。總急停按鈕不通過PLC而直接使用機械方式對整個系統斷電。(4)水門到位信號與PLC清場上電信號串聯，為“與”邏輯。人員撤離實驗室。出入口防護水門旋轉到位，此時中子發生器上電。

　　3安全聯鎖系統的控制電路設計

　　3.1水門控制電路的設計

　　設計水門控制電路圖如圖3所示，由圖3可見，控制電路點動開關加入限位開關信號、γ劑量儀及中子劑量儀超閾值報警開關信號作為限制條件;設計手動-自動狀態存儲用中間繼電器K3。K3的開啟條件為限位狀態繼電器KM1或KM2常開觸點閉合;限位狀態繼電器KM1、KM2常閉觸電閉合作為控制電路中電機交流接觸器上電的必要條件;KM1、KM2的上電吸合由限位開關SQ1、SQ2觸發并保持。水門處于中間狀態時，限位狀態中間繼電器KM1、KM2常開觸點斷開，此時K3常開觸點打開，電機控制電路中“起-保-停”的反饋保持電路不能工作，因而只能點動。當水門到達限位位置并觸發限位行程開關SQ1或SQ2時，限位狀態繼電器KM1或KM2被觸發，且狀態保持。KM1或KM2的常閉觸電打開，電機不能再向原來方向動作。此時閉合自動-手動選擇開關SB3，則自動狀態中間繼電器K3吸合，水門控制電路中反饋保持電路能夠工作，即此時水門工作在自動狀態下。從中子劑量儀和γ劑量儀中引出兩路開關信號。劑量儀不報警時為接通狀態，報警時開關斷開。將兩路信號串聯入電機控制電路的主路中，則任何一個劑量儀報警，其常閉開關斷開，電機交流接觸器不能上電，從而水門不能動作。

　　3.2巡更聯鎖系統控制電路設計

　　巡更聯鎖系統主控制箱擬使用可編程控制器PLC作為邏輯控制的核心部件，使用少量中間繼電器作為PLC的輸入輸出端口擴展，使用一個交流接觸器作為主電路供電的驅動部件。設計巡更聯鎖系統電路圖如圖4所示。如圖5所示，選用型號為FX1s-10MR的PLC作為主控制器[7]，控制四個巡更點。每個巡更點使用一個中間繼電器作為巡更狀態儲存，且配有巡更、急停兩個按鈕，和一個巡更指示燈。當此巡更點巡更有效時，指示燈點亮，否則指示燈熄滅。巡更點4多加了一個由總控制箱繼電器KA31控制的蜂鳴器P1，這樣在清場時，在實驗室遠端也能清楚聽見蜂鳴器的清場通知。四個巡更點的中間繼電器常開觸點串聯，并且與通風系統開關串聯。5個串聯觸點驅動中間繼電器KM5，KM5上電又作為系統上電的必要條件。使用交流接觸器KM1作為系統供電的驅動，KM1線圈由PLC的輸出Y2及出入口到位開關KA102串聯驅動。使用中間繼電器KA31來驅動蜂鳴器工作，KA21作為四路巡更系統的供電開關，在控制箱急停時可以一次關閉四路巡更系統的供電，即將巡更系統全部清零。使用總控箱工作及清場指示燈H11作為總控箱工作狀態的指示，其驅動信號直接由PLC賦予。而開關SB2作為清場計時的調節開關，將清場時間在30秒至2分鐘內5檔可調。將X0定義為清場允許信號輸入端口，X1定義為清場觸發信號輸入端口，X2定義為控制箱急停信號輸入端口;Y0定義為報警蜂鳴器信號輸出端口，Y1定義為巡更點控制信號輸出端口，Y2定義為中子發生器上電輸出端口(其中上電指示燈由交流接觸器KM1的輔助觸點控制)，Y3定義為系統未上電狀態指示燈信號及清場光閃爍報警信號輸出端口，設計PLC的邏輯如下。(1)未上電狀態時，Y3與COM接通，Y2、Y1、Y0均與COM口斷開。(2)X0輸入開關信號為閉合的情況下，X1上升沿觸發清場程序。(3)清場程序執行時，清場程序計時開始。Y0與COM口接通;Y3輸出1Hz開關脈沖信號，Y2與COM口不接通。(4)X4的閉合時間可調節清場計時時間。清場計時時間到時，PLC執行上電程序。執行上電程序時，Y3與COM斷開，Y2與COM口接通，Y0與COM口斷開。(5)無論PLC工作在哪個環節，X2輸入閉合信號時，Y1與COM接通;X0閉合信號斷開時，系統回到未上電狀態。由此，編寫PLC程序，進行軟件時序模擬，模擬圖如圖6所示。如圖6所示，未上電狀態，除Y3外，其余輸出均為斷開狀態;當X0連通時，給X1一個脈沖信號，系統進入清場計時狀態。此時Y3輸出1Hz脈沖，Y0聯通;當清場計時時間到后，系統進入上電狀態，此時Y3與Y0斷開，Y2接通;而按下停止鍵后，即給X2一個脈沖之后，Y1同步輸出一個脈沖，系統掉電，Y2斷開，Y3重新接通(在這里給X0強制置1，實際上X0的輸入由巡更點和通風系統決定)。測試PLC程序符合之前設計的邏輯，可以使用。

　　3.3系統的測試與運行

　　在電路設計完畢后，制作了總控制箱與四個巡更點控制箱，并搭建了防護水門控制的繼電器邏輯電路。根據水門動作特性，按時序對限位的行程開關進行動作，并與巡更控制系統同時動作，測試安全聯鎖系統的可靠性。經測試，系統能夠完成設計要求。進而在中子廳實驗室安裝安全聯鎖系統，投入使用。系統自2016年7月份安裝完畢投入使用至今，運行情況良好，沒有出現產生安全問題后系統不動作，或無安全問題時系統掉電動作的問題，有效保障了中子廳實驗室的人員安全。

　　4結論

　　根據中子廳實驗室空間與設施的特性，結合以往使用中子廳所發現的安全隱患，設計了全新的中子廳實驗室安全聯鎖裝置。通過對出入口保護水門開關控制以及對實驗室內部巡更系統的聯鎖設計，有效排除了中子廳使用過程中的各項隱患，提高了輻射安全性，對試驗人員及周邊環境進行有效保護。

　　參考文獻：

　　[1]肖坤祥，冉漢正，等.高產額中子發生器研制[J].原子能科學技術，2012，46(B09)：713-717.

　　[2]丁大釗，葉春堂，趙志祥，等.中子物理學-原理、方法與應用[M].北京：原子能出版社，2001.

　　[3]GB18871-2002.電離輻射防護與輻射源安全基本標準[S].

　　[4]王志堅.鈷-60輻射裝置安全聯鎖系統逆向邏輯控制的應用[J].電子測量與儀器學報，2009(S1)：305-308.

　　[5]王仁祥.常用低壓電器原理及其控制技術[M].北京：機械工業出版社，2008.

　　[6]蔡軍，徐杰，王建華，等.中子物理實驗裝置輻射安全聯鎖系統[J].核電子學與探測技術，2014，34(11)：1325-1329.

　　[7]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業出版社，2007.

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