闫 平，赵 潇，张国光

（中国原子能科学研究院，北京 102413）

0 引言

某检测仓库用于进行移动式车辆检查系统的测试。因为是移动式系统，因此采用电子感应加速器作为发射源，其在检测的过程中会发射2～7.5 MeV的高能射线。由于电子加速器在工作时会产生一定的射线辐射，为避免在实验过程中有其他无关人员误入而对其人身安全造成伤害，因此依照我国辐射安全的相关条例与规范[1]，需要设计一套稳定可靠的安全联锁自检系统。

PLC能快速响应各指标反馈，且抗干扰能力强，具有安全稳定等特点，因此整个系统围绕PLC为核心进行设计开发。该项目在设计中采用PLC作为主控制器，实现门机联锁、剂量检测设备联锁，还包括声光报警系统以及紧急逃逸系统[2]。

如图1所示，该检测仓库的东侧是自带屏蔽的墙壁。西侧的墙壁是办公室与测试仓库共同使用。在此设计中，除了移动式车辆检测的操作间之外，测试仓库的其他所有区域视为整体控制区，在控制区的东西侧分别有一个出入口。东出入口为运输设备出口，西出入口为日常办公实验人员出入通道。移动式车辆停泊位置如图所示。测试场地在实验过程中，可能会发生以下安全隐患：实验场地东西两侧的门没有关闭前即开始实验，可能造成外部人员误入而受到辐射；在出束前测试仓库中未清理实验无关人员，在出束时会对其造成辐射伤害；由于出束方向是由西向东发射，若西侧屏蔽防护出现问题造成射线泄漏，会对实验人员的人身安全造成威胁等其他安全隐患。总之，该安全联锁装置的目的为杜绝所有会对人身安全造成威胁的隐患，避免造成重大的辐射事故[3]。

图1 特定库检测大厅平面图

图2 联锁系统流程图

1 联锁系统控制电路构成

联锁系统主要包括3个部分：巡更联锁系统、剂量联锁系统以及门联锁系统。如图2所示，流程主要分为3个阶段：（1）自然状态，此时所有巡更点的指示灯熄灭，门吸断电处于开放状态，警示灯全部处于熄灭状态，所有允许出束的开关均处于关闭状态；（2）清场状态，当按下巡更点1时进入此状态，在此状态时，准备出束的灯亮起，所用巡更点的蜂鸣器响起，门吸上电，可通过门禁开关从西侧门进出，待巡检人员依次点亮巡更点，当全部点亮后，等待准备出束；（3）出束状态，此时正在出束的红色指示灯亮起，门吸上电，外界及控制区内的操作人员无法通过门禁开关将门打开，允许出束的开关均处于开启状态，待试验结束，停止出束，结束出束状态。

如图3所示，根据测试仓库的空间位置，对其设计了4个巡更点，保证巡视时没有死角，每个巡更点配置1个巡更显示灯，1个巡更按钮，1个急停按钮及1个蜂鸣器。巡检人员需从巡更点1开始按下按钮，并依此点亮巡更点2、3、4，当按下巡更4的按钮后，蜂鸣器停止响铃，进入准备出束状态。在出束状态下，按下任意巡更点急停按钮，则停止出束。在停止出束后，西侧的门磁会打开，滞留人员通过此门离开测试仓库。

图3 特定库安全联锁系统分布图

剂量联锁包括3个检测仓库剂量仪以及安装在移动式车辆检查系统操作间内的1个剂量仪。其剂量仪的作用是实时监测X、γ的环境剂量。如图3所示，在检测仓库的3个剂量仪分别安装在西侧墙壁及西北角墙壁上，其作用分别为检测图2中西侧的两个办公室附近的辐射剂量以及西侧电磁门口附近的环境实时剂量，操作室内的探测仪则是实时监控实验测试人员附近的环境剂量。当环境剂量超过阈值剂量仪开始报警，安装在西侧墙壁的剂量仪的位置即为控制区的边界位置，它的剂量当量率应在2.5 μSv/h以下；操作间内的实验人员的环境剂量当量率1.0 μSv/h以下[4]。实验过程中，如果4个剂量仪中的任何一个超过预定阈值，则出束状态立刻停止，需要排查泄漏处才能重新开始实验。

门联锁包括东侧仓库门以及西侧实验人员进出通道的门。根据相关规定，检测仓库的控制区需要门锁及安全联锁装置[5]，其目的为控制实验测试时无关人员的进出，若在实验时有控制区之外的人员进入，则会进入停止出束状态，以保证人员的相关安全，避免发生辐射事故[6]。东侧的仓库门为平时运输货物的通道，为高4 m的对扇铁门，因此不会经常开启，且在内部将其锁住，在铁门两侧安装一对红外对射传感器，用于检测东门的开闭状态，当铁门遮挡红外对射，则会出现开门反馈信号，使其无法进入出束状态；当出束状态时接收到反馈信号，则立刻停止出束。

为应对紧急情况的发生，西门配备1个急停按钮，当按下急停按钮后，会停止出束状态，门吸失电而打开，相关人员通过西门离开控制区。在西门外部配有2盏指示灯，分别为代表清场状态的黄色指示灯以及代表正在出束的红色指示灯。当巡更之前上面2盏灯均不点亮，当按下巡更按钮1后，门磁加电，黄色指示灯亮起；当开始出束后，黄色指示灯熄灭，红色指示灯亮起。

2 安全联锁系统控制电路设计

2.1 PLC

PLC作为控制电路中的“大脑”[7]，在控制系统中起着十分重要的作用，无论是巡更联锁、剂量联锁还是门联锁都要通过PLC发送开关信号信号，该套安全联锁装置的PLC端口设计如图4所示，总共采用了26个输入端口以及18个输出端口，输入端口主要包括巡更信号的输入，剂量信号的输入，东西门及操作间关门信号的输入，各位置急停按钮信号的输入；输出端口主要包括实验设备继电器的通断，巡更灯的亮灭输出及蜂鸣器输出，东西门急停及供电的输出，其PLC主要实现的作用是接收包括剂量仪、门禁、巡更系统发送的反馈信号，并经过处理想相应设备输出动作指令。

2.2 巡更联锁系统

巡更联锁系统的控制核心器件是PLC，PLC选用的型号为三菱公司的FX3U-64MR，通过PLC控制4个巡更点。图5所示为巡更点电路图，指示灯及蜂鸣器供电线由直流电压24 V供电，负极由蜂鸣器与指示灯公用，剩下两条供电线分别对应二者正极的直流24 V，由控制箱提供电压。急停按钮的信号线两芯分别接急停的常开与常闭信号。常开端信号送入PLC输入端，常闭信号与允许出束信号串联，巡更按钮的信号线则接入常开端，将信号送入PLC的输入端。当按下巡更按钮XG，其向PLC发出信号，再从PLC通过XG_H及XG_FM分别向指示灯及蜂鸣器发出信号，点亮该巡更点指示灯，因为蜂鸣器的作用是让所有控制区的人员接收到清场的通知，因此当所有巡更点的按钮均按下后，4个巡更点的蜂鸣器才停止响铃。每个巡更点急停按钮的常闭模块进行串联连接，常开模块则并联接入PLC中，当按下急停按钮时通过XGJT_NO向PLC发送信号，PLC发出停止出束指令，进入清场状态，该巡更点之后的巡更点指示灯全部熄灭，必须进行重新巡更后才能进入出束状态。巡更按键以并联的方式通过XG接入PLC中。

2.3 剂量联锁系统

剂量联锁的电路原理图如图6所示，剂量连锁由剂量控制箱与剂量配电箱两部分构成，控制箱主要放置“硬”开关和中间继电器等器件，该驱动信号不依靠PLC的逻辑运行，直接通过器件机械方式的开断，这样的好处是通断迅速，使系统更加简洁可靠，其由直流12 V直接进行供电，配电箱主要接收中间继电器闭合后产生的信号，其工作流程为K_JL为4个中间继电器，当剂量低于剂量阈值时信号会驱动中间继电器使K_JL进行闭合，通过JL向PLC发送信号进行进一步出束，当剂量超过阈值时，会发生报警，其产生的信号会驱动中间继电器将其断开，对中间继电器的常闭触点进行串联连接，然后再对包括巡更急停按钮在内的其他急停进行串联，这样保证任何一个常闭触点断开时，即任意剂量仪发生报警的情况下，均能停止出束状态，保证操作人员的人身安全。同时无论在未出束状态还是出束状态，剂量仪的通电状态都会得到实时监测，对其信号进行实时采集以确保剂量仪处于监测状态，剂量仪会实时反馈此时的环境剂量。

图4 PLC主体设计

图5 巡更点电路图

图6 剂量仪电路图

2.4 门联锁系统

门联锁主要分为两个部分，第一部分是西侧门的联锁，其西门及周边器件的电路图如图7所示，西侧安装有清场指示灯和正在出束灯，其直接与市电220 V电压连接，控制箱中分别接PLC控制输出的中间继电器；门禁开关按钮的信号线与按钮的常开模块连接，接入PLC的输入端，西门急停按钮常开信号输入PLC，常闭信号与允许出束信号串联。门磁电源由直流24 V电源提供，开闭由PLC输出端控制，门磁配合有门磁反馈，通过反馈检测西侧门开闭状态。当按下第一个巡更按钮后，PLC通过Y14端口向中间继电器K5发出信号，此时中间继电器K5的常开触点变为闭合状态，黄色清场指示灯点亮，此时关门反馈信号通过LCK_W_FB输入PLC中的X20端口，再从Y20端口输出，通过LCK_W为西侧门吸供电提供信号，该反馈信号与急停按钮信号串联，反馈信号是一个常闭信号，当出束时西门被打开，常闭信号变为断开状态，出束状态被终止。

图7 西侧门禁电路图

第二部分是东侧门的联锁，因东侧门是货物运输通道，不经常打开，是一扇高4 m的对扇铁门，因此采用一对红外对射传感器检测东门的开闭状态。该红外感应器由直流电源24 V直接提供，并引入PLC的输入端以检测红外对射是否正常工作；红外对射的信号线作为开关门的反馈信号经变换接入PLC的输入端；东门还配有一套急停按钮，其中输入端接入到PLC中，常闭信号与允许出束信号串联。东门门禁电路图如图8所示，从图中可以看出东门急停的常闭模块与西门的急停开关的常闭开关串联形成东西门门禁联锁，当拍下东门急停按钮，信号通过JT_E_NO传入PLC中停止出束；红外对射接收信号通过LCK_E_FB进入PLC的X21输入端，当东侧铁门遮挡红外信号，常闭信号被断开，PLC发射停止出束指令。

图8 东侧门禁电路图

2.5 操作间控

操作间是整个控制区最重要的部分，其控制着加速器的出束与停止，同时由于操作人员需要长时间在操作间进行实验，因此做好辐射防护措施是十分重要的。操作间的控制电路设计如图9所示，操作间门安装有一个微触开关，其作为开关信号一端接入常开触点，另一端接入PLC的输入端；操作间还配有“清场完毕”及“结束出束”按钮，当出束进行时，中间继电器K6闭合，“正在出束”指示灯亮起，指示灯由直流24 V电源供电，接入PLC的输出端口，当出束结束时按下“停止出束”按钮，会通过STP传入PLC的X24输入端，PLC的输出端会通过Y1或者Y2将设备接触器进行断电（具体关断哪一个接触器由实验项目决定），同时Y15输出端的K6出束继电器断开以及Y21的输出端会是K7门吸继电器断开；为实时监测操作间剂量当量，操作间还配有实时剂量检测仪，其通过JL5接入PLC的输入端X31，报警开关信号接入输出端；操作间还配有电子感应加速器允许出束信号线，其一端接入电源箱门控信号端，另一端接总控制箱内“允许出束”的中间继电器。

图9 操作间电路图

2.6 联锁系统调试与运行

以上电路设计完成后，由工作人员对总控制机柜、4个巡更箱、西门门吸、东门红外线对射以及剂量仪进行制作及安装，并对所有电路逻辑进行通断测试，对PLC的输入及输出逐个进行调试确保PLC的指令能正常工作。施工完成后，对可能出现的如剂量超标、实验中途东西门锁被打开、实验中途有滞留人员在试验区等情况进行了模拟，并对所有位置的急停按钮进行测试，经调试，安全联锁系统安全可靠，符合设计要求。目前系统已通过相关安检部门验收，后续运行无系统运行错误及硬件掉电动作的发生，有效地保障了实验仓库内实验人员的人身安全及其他工作人员的安全。

3 结束语

本文根据某检测仓库的结构特点及相关设施的特性，综合在过去实验中所发现的安全隐患，设计了全新的车辆检查系统测试仓库的安全联锁控制系统，通过对各角落巡更系统、剂量检测及门联锁的设计，能够切实杜绝辐射安全事故的发生，该安全联锁系统简单可靠，对关键设备进行冗余设计[8]，最大限度地保护了相关人员的安全，提高了实验仓库的安全性。