中國輻射防護(hù)研究院

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清華大學(xué)核研院元件樓核臨界輻射安全報警系統(tǒng)設(shè)計

2011-8-24  閱讀(1291)

 

清華大學(xué)核研院元件樓核臨界輻射安全報警系統(tǒng)設(shè)計

                                                                       

1、概述

1.1、簡介
根據(jù)輻射防護(hù)三原則與國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求,考慮人為操作失誤、儀器設(shè)備意外事故等原因可能引發(fā)的放射性危害,以及核臨界事故情況下的輻射安全報警,根據(jù)國家重點專項要求就清華大學(xué)核研院元件樓建設(shè)一套核臨界輻射安全報警系統(tǒng),與此同時選配一系列輻射防護(hù)應(yīng)急監(jiān)測儀器與實驗分析設(shè)備。
核臨界輻射安全報警系統(tǒng)通過計算機(jī)遠(yuǎn)程集中監(jiān)測、監(jiān)視和監(jiān)控,完成對核研院元件樓的放射性實時監(jiān)控及環(huán)境輻射安全和核臨界輻射安全雙報警功能。
本系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機(jī)作為上位機(jī),通過由雙絞線連接的RS-485通訊網(wǎng)絡(luò),來實時采集安裝在現(xiàn)場的4RAM-I 在線輻射安全報警儀和12個輻射探頭,通過對采集數(shù)據(jù)的加工處理,以數(shù)字和圖形曲線的方式向管理人員呈現(xiàn)輻射現(xiàn)場的劑量率信息。同時以雙報警的機(jī)制來控制系統(tǒng)的聲光報警,并實現(xiàn)輻射監(jiān)測與視頻聯(lián)動等功能。 
 1.2、設(shè)計的依據(jù)
1.中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法(1989
2
.建設(shè)項目環(huán)境保護(hù)管理辦法(1986
3
.中華人民共和國放射性污染防治法(2003
4
.中華人民共和國職業(yè)病防治法(2001
5
GB8999-88《電離輻射監(jiān)測質(zhì)量評價保證一般規(guī)定》
6
EJ348-89《鈾礦冶輻射防護(hù)設(shè)計規(guī)定》
7
HJ/T61-2001《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》
8
GB12379-90《環(huán)境核輻射監(jiān)測規(guī)定》
9
GB/T14583-93《環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范》
10
GB18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(替代GB8703-88輻射防護(hù)規(guī)定與GB4792-1984。
11
.放射性同位素與射線裝置安全和防護(hù)條例(*第449號)
2、系統(tǒng)特點
2.1、監(jiān)測過程實現(xiàn)全自動遠(yuǎn)程控制
    該監(jiān)測過程由工業(yè)計算機(jī),智能化儀表和光電執(zhí)行部件構(gòu)成,全過程以工業(yè)計算機(jī)作為控制大腦,只需預(yù)先設(shè)置好合適的參數(shù)就能自動完成監(jiān)測過程的數(shù)據(jù)采集、聲光報警、高低雙閾值報警和視頻監(jiān)視聯(lián)動等功能。該系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)及自動化程度都接近或超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品水平。 
 2.2、采用集中式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    與分布控制模式相比具有*的可靠性與并行處理能力,同時具有微機(jī)全自動、人工手動二種操作工況,各種工況可以任意切換,并且可以在各工況間傳遞數(shù)據(jù),為用戶提供了極大的靈活性。    
2.3、安全可靠
    系統(tǒng)采用4臺監(jiān)控主機(jī)12個探頭完成對7個(不同位置、不同區(qū)域與不同功能區(qū))輻射現(xiàn)場的監(jiān)測,該種設(shè)計*實現(xiàn)了輻射監(jiān)控的冗余設(shè)計,相對單主機(jī)多探頭的設(shè)計明顯的提供了輻射事故時準(zhǔn)確報警的概率,大大提供了系統(tǒng)的可靠性。
2.4、操作簡便、實用性強(qiáng) 
控制軟件人機(jī)界面十分友好,所有的操作只需在一個控制面板上就可全部完成,簡單易用,實用性強(qiáng)。
2.5、技術(shù)先上的進(jìn)性
輻射監(jiān)測量除全部實現(xiàn)數(shù)字遠(yuǎn)程監(jiān)測外,在技術(shù)手段的選擇上,使用 "解決方案"、"C#"、"三層結(jié)構(gòu)"和"面向?qū)ο? 等比較成熟而又有發(fā)展前途的*技術(shù),保證整套系統(tǒng)在一定時期內(nèi)的技術(shù)。
3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)的控制核心主要由兩臺工業(yè)控制計算機(jī)組成。*臺計算機(jī)作為主要控制計算機(jī),它通過帶高壓隔離的轉(zhuǎn)換器將,四臺RAM-I 在線輻射安全報警儀主機(jī)進(jìn)行RS485組網(wǎng),該計算機(jī)作為上位機(jī),以通用的485通訊協(xié)議,向四臺RAM-I輻射報警儀主機(jī)輪詢采集數(shù)據(jù),并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。系統(tǒng)中每臺RAM-I輻射報警儀主機(jī)接三個輻射探頭,對應(yīng)每個探頭都配有相應(yīng)的報警燈。當(dāng)某路探頭輻射劑量率超標(biāo)時,對應(yīng)的報警燈、RAM-I主機(jī)和上位機(jī)程序均給出聲光報警,同時上位機(jī)將向另一臺視頻監(jiān)控用工控機(jī)發(fā)出對應(yīng)的探*和房間號,使視頻監(jiān)控用主機(jī)上能馬上顯示該房間的視頻圖像。
系統(tǒng)中的 RAM-I主機(jī)和上位機(jī)程序均有兩個報警閾值,即環(huán)境輻射安全報警閾值(以下簡稱“環(huán)境閾值”)和核臨界輻射安全報警閾值(以下簡稱“核臨界閾值”)。兩報警閾值中核臨界閾值大于環(huán)境閾值。當(dāng)某探頭的輻射劑量率超過環(huán)境閾值時,上位機(jī)監(jiān)控程序或RAM-I主機(jī)均給出聲光報警,監(jiān)控軟件上對應(yīng)探頭的顏色為粉紅,此時工作人員可通過上位機(jī)或RAM-I主機(jī)上的操作按鈕消除報警,同時系統(tǒng)對應(yīng)的探頭和主機(jī)的報警閾值自動更新為核臨界閾值。當(dāng)輻射劑量率超過核臨界閾值時,系統(tǒng)再次報警,此時的報警已不能消除,監(jiān)控軟件對應(yīng)探頭的顏色也變?yōu)檠t。
系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件,除具有數(shù)據(jù)采集功能外,還具有實時圖譜、聲、光報警,歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析等功能。
第二臺計算機(jī)用于視頻監(jiān)視,實時監(jiān)視每個房間的具體情況。
 
4、功能模塊圖
4.1、輻射監(jiān)測
4.1.1、輻射安全報警監(jiān)控

該模塊是本軟件zui核心的模塊,其功能主要實現(xiàn)對四臺RAM-I主機(jī)的數(shù)據(jù)實時采集,將采集到的數(shù)據(jù)以文本框和圖譜的形式顯示出來,軟件的界面上有對應(yīng)探頭的監(jiān)測數(shù)據(jù),報警燈的狀態(tài),報警喇叭的狀態(tài),并用顏色的深淺表示輻射劑量率水平,如果想查看某探頭一段時間的測量數(shù)據(jù),可雙擊對應(yīng)探頭的文本框,軟件中將出現(xiàn)該探頭一段時間的實時采集圖譜。同時該模塊環(huán)境閾值與核臨界閾值的切換功能。
4.1.2、實時數(shù)據(jù)采集圖譜
 
該功能模塊主要用圖譜的形式將采集到的數(shù)據(jù)顯示為一條連續(xù)的曲線。該中表達(dá)方式具有直觀、易懂、表達(dá)信息豐富的特點。
該模塊在一個圖譜中提供一條動態(tài)的曲線圖,并可顯示曲線上的每一個數(shù)據(jù)節(jié)點和節(jié)點上數(shù)據(jù)的大小、日期等信息。同時提供對應(yīng)探頭的報警狀態(tài)和報警閾值狀態(tài)等功能。
4.1.3、與視頻聯(lián)動通訊
  當(dāng)某一探頭發(fā)生報警時,需要在視頻監(jiān)視中跳出對應(yīng)的房間視頻圖像。該功能模塊主要通過RS232接口向視頻監(jiān)視發(fā)出通訊信號,將相應(yīng)的房間和探頭好發(fā)給視頻監(jiān)視主機(jī)。
當(dāng)某一時刻有多個探頭同時報警時,本軟件只發(fā)送一個探頭信息,以免,視頻信息出現(xiàn)頻繁亂跳的現(xiàn)象。
 
4.2、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
4.2.1、檢測設(shè)備管理
本模塊用來設(shè)置與上位機(jī)程序通訊的RAM-I在線輻射安全報警儀的主機(jī)信息和探頭信息。
主機(jī)信息包括:主機(jī)號,主機(jī)型號,主機(jī)名稱等重要信息。
探頭信息包括:探*(工作間號)、探頭的類型,每個探頭的環(huán)境閾值和核臨界閾值,采用周期等信息。
通過對以上信息的添加、修改和保存到數(shù)據(jù)庫。以提供給數(shù)據(jù)采集中使用。
4.2.2、用戶管理
本軟件需要有用戶名和密碼后才能啟動。本功能模塊主要用來添加具有操作權(quán)限的用戶信息。
重要的的用戶信息包括,用戶名、密碼和名稱。
4.2.3、數(shù)據(jù)庫備份
本系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫為SQL Server2005 一般情況用戶是不知道怎么操作數(shù)據(jù)庫,為了保證系統(tǒng)在發(fā)生嚴(yán)重故障時(如系統(tǒng)中病毒等),檢測數(shù)據(jù)不丟失,因此需要經(jīng)常備份數(shù)據(jù)庫。
 該模塊只有一個操作按鈕,操作簡單,使得備份數(shù)據(jù)庫等復(fù)雜的技術(shù)工作可由任何人來操作完成。
4.2.4、數(shù)據(jù)庫還原
當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)災(zāi)難性事故后,需要重新恢復(fù)原來的檢測數(shù)據(jù),本功能就是用來還原以前備份好的數(shù)據(jù)庫,同樣該模塊只有一個操作按鈕,操作簡單。
4.2.5、壓縮和修復(fù)數(shù)據(jù)庫
SQL Server2005數(shù)據(jù)庫當(dāng)使用的時間比較長后,將是數(shù)據(jù)庫文件變得特別巨大,有時會使硬盤的容量都不夠,另外超大的數(shù)據(jù)庫也不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,這種情況下必須對數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行壓縮或修復(fù)。同樣該模塊只有一個操作按鈕,操作簡單。
4.2.6、程序日志
     當(dāng)軟件運(yùn)行過程中,軟件可能會出現(xiàn)一定的錯誤(行話稱之為Bug),另外RAM-I在線輻射安全報警儀也會出現(xiàn)探頭掉線的特殊情況。因此對于系統(tǒng)中不該出現(xiàn)的異常是有必要進(jìn)行記錄的。
    本功能模塊主要用來記錄以上程序異常,為程序的完善和出錯后及時的修正提供重要信息。
4.3、數(shù)據(jù)查詢與分析
4.3.1、當(dāng)日檢測數(shù)據(jù)查詢
4.3.2、歷史檢測查詢
    查看存儲在數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù),該模塊可按天并以曲線圖譜的方式查看歷史記錄。
開發(fā)該模塊的目的主要是當(dāng)輻射現(xiàn)場在某天出現(xiàn)了輻射安全事故,監(jiān)控系統(tǒng)能提供事故時刻的每個探頭的檢測數(shù)據(jù),為事故原因的處理提供必要的信息。
4.3.3、環(huán)境輻射安全報警統(tǒng)計
對系統(tǒng)運(yùn)行一段時間后,每個探頭和房間出現(xiàn)過的環(huán)境輻射安全報警次數(shù)和時間進(jìn)行統(tǒng)計。
4.3.4、臨界輻射安全報警統(tǒng)計
對系統(tǒng)運(yùn)行一段時間后,每個探頭和工作間出現(xiàn)過的臨界輻射安全報警統(tǒng)計次數(shù)和時間進(jìn)行統(tǒng)計。
4.4、系統(tǒng)設(shè)置
4.4.1、系統(tǒng)設(shè)置
對系統(tǒng)中需要的通訊端口進(jìn)行設(shè)置。
主要設(shè)置 檢測數(shù)據(jù)采集用端口號和 視頻監(jiān)視聯(lián)動用通訊端口號。
4.5、窗口與幫助
4.5.1、窗口排列控制
 本軟件的主窗口為多窗口類型,即在一個窗口中可同時存在多個文檔窗口。因此在多文檔情況下就需要對每個文檔進(jìn)行排列。
 本軟件提供文檔的層疊排列、水平平鋪排列和垂直平鋪排列三種排列功能。  
4.5.2、幫助
本功能用來提供軟件的在線電子使用手冊。                          
5、控制程序異常處理
程序異常是指由于程序控制以外而使程序不能正常執(zhí)行時發(fā)生的情況。某些操作(包括對象創(chuàng)建和輸入/輸出)容易出現(xiàn)錯誤以外的故障。例如,儀表刻度已經(jīng)全部完成,而快門因特殊的問題沒有關(guān)閉等情況。
為了保證刻度過程的安全運(yùn)行,系統(tǒng)應(yīng)該能捕獲到控制程序運(yùn)行過程拋出的所有異常,并對各類異常進(jìn)行相應(yīng)的安全保護(hù)處理后,提交給操作人員進(jìn)行裁決。
捕獲異常的通用格式如下:
 try
 {//需要執(zhí)行的語句 ; }
   catch(Exception ex)
 { //異常提示語句;}
finally
{//安全處理語句;}
 
6、運(yùn)行環(huán)境
開發(fā)語言: C#
操作系統(tǒng):Windows XP
 程序運(yùn)行環(huán)境: FrameWork 2.0
數(shù)據(jù)庫: Sql Server 2005 數(shù)據(jù)庫
 支持軟件:Microsoft Office 2007
 其他軟件:瑞星殺毒軟件
7、RAM-I 在線輻射安全報警系統(tǒng)介紹
7.1、在線輻射安全報警儀主機(jī)
RAM-I在線輻射安全報警儀是一種新型的xγ輻射連續(xù)監(jiān)測報警裝置,它采用特殊設(shè)計的前置放大電路,具有靈敏度高、操作方便、自動顯示、數(shù)據(jù)存儲和超閾報警等特點,能實時給出xγ輻射劑量率,也可作為在線輻射監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)控與超閾安全報警,考慮到現(xiàn)場操作、應(yīng)急快速響應(yīng)與維護(hù)方便的需要,主機(jī)安裝在現(xiàn)場實現(xiàn)實時監(jiān)測與就地報警,通過RS485通訊實現(xiàn)總控制室自動監(jiān)控。
   它廣泛應(yīng)用于放射性廢物庫、工業(yè)無損探傷、醫(yī)院γ刀治療、同位素應(yīng)用、γ輻照、醫(yī)院X射線診斷、鈷治療、核電站等放射性場所,提醒工作人員就放射源或射線裝置已處于工作或泄漏狀態(tài),使其免受輻射危害。
特點:
1.掛壁式主控箱:安裝方便。
2.智能化設(shè)計:微電腦控制,點陣式液晶顯示,中文狀態(tài)條提示操作及狀態(tài)。
3.報警閾值:低值、高值、故障(失效)三種報警,報警閾值在測量范圍內(nèi)可任意設(shè)置
4.可外接多個探頭,zui多可接8個探頭
5.標(biāo)準(zhǔn)RS485接口:可將采集數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。
6.日歷時鐘功能。
7. 工作電源:AC220V交流電源。
7.2、RAM-I型配套NaI閃爍體探頭
1、探測器:Φ30×25mm(NaI(TI)晶體)。
2、測量范圍: 0. 01μGy/h~350μGy/h ;zui大過載劑量率 600μGy/h
3、響應(yīng)時間: 1S
4、測量誤差: ≤±15%
5、能量響應(yīng): 40Kev~3Mev
6、使用環(huán)境:溫度-10℃~+50、相對濕度(在40℃溫度下) ≤98%
7.3、RAM-I型配套GM管探頭
1、探測器:金屬GM管
2、測量范圍: 0. 01μGy/h~1000μGy/h ;zui大過載劑量率 10mGy/h
3、響應(yīng)時間: 5S
4、測量誤差: ≤±30%
5、能量響應(yīng): 40Kev~1.5Mev
6、使用環(huán)境:溫度-10℃~+50、相對濕度(在40℃溫度下) ≤98%
8、程序運(yùn)行時的界面圖
                                      中國輻射防護(hù)研究院
                                                 2009821

 



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