清華大學核研院元件樓核臨界輻射安全報警系統(tǒng)設計
1、概述
1.1、簡介
根據(jù)輻射防護三原則與國家標準的相關要求，考慮人為操作失誤、儀器設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核研院元件樓建設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應急監(jiān)測儀器與實驗分析設備。
核臨界輻射安全報警系統(tǒng)通過計算機遠程集中監(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)控制計算機作為上位機，通過由雙絞線連接的RS-485通訊網(wǎng)絡，來實時采集安裝在現(xiàn)場的4臺RAM-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、設計的依據(jù)
1．中華人民共和國環(huán)境保護法（1989）
2．建設項目環(huán)境保護管理辦法（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《鈾礦冶輻射防護設計規(guī)定》
7．HJ/T61-2001《輻射環(huán)境監(jiān)測技術規(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《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（替代GB8703-88輻射防護規(guī)定與GB4792-1984。
11．放射性同位素與射線裝置安全和防護條例（*第449號）
2、系統(tǒng)特點
2.1、監(jiān)測過程實現(xiàn)全自動遠程控制
該監(jiān)測過程由工業(yè)計算機，智能化儀表和光電執(zhí)行部件構(gòu)成，全過程以工業(yè)計算機作為控制大腦，只需預先設置好合適的參數(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，該種設計*實現(xiàn)了輻射監(jiān)控的冗余設計，相對單主機多探頭的設計明顯的提供了輻射事故時準確報警的概率，大大提供了系統(tǒng)的可靠性。
2.4、操作簡便、實用性強
控制軟件人機界面十分友好，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。
2.5、技術先上的進性
輻射監(jiān)測量除全部實現(xiàn)數(shù)字遠程監(jiān)測外，在技術手段的選擇上，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，保證整套系統(tǒng)在一定時期內(nèi)的技術。
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)控制計算機組成。*臺計算機作為主要控制計算機，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進行RS485組網(wǎng)，該計算機作為上位機，以通用的485通訊協(xié)議，向四臺RAM-I輻射報警儀主機輪詢采集數(shù)據(jù),并對相應的數(shù)據(jù)進行加工處理。系統(tǒng)中每臺RAM-I輻射報警儀主機接三個輻射探頭，對應每個探頭都配有相應的報警燈。當某路探頭輻射劑量率超標時，對應的報警燈、RAM-I主機和上位機程序均給出聲光報警，同時上位機將向另一臺視頻監(jiān)控用工控機發(fā)出對應的探*和房間號，使視頻監(jiān)控用主機上能馬上顯示該房間的視頻圖像。
系統(tǒng)中的 RAM-I主機和上位機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。當某探頭的輻射劑量率超過環(huán)境閾值時，上位機監(jiān)控程序或RAM-I主機均給出聲光報警，監(jiān)控軟件上對應探頭的顏色為粉紅，此時工作人員可通過上位機或RAM-I主機上的操作按鈕消除報警，同時系統(tǒng)對應的探頭和主機的報警閾值自動更新為核臨界閾值。當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)控軟件對應探頭的顏色也變?yōu)檠t。
系統(tǒng)的上位機監(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。該中表達方式具有直觀、易懂、表達信息豐富的特點。
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
當某一探頭發(fā)生報警時，需要在視頻監(jiān)視中跳出對應的房間視頻圖像。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，將相應的房間和探頭好發(fā)給視頻監(jiān)視主機。
當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、基礎數(shù)據(jù)管理
4.2.1、檢測設備管理
本模塊用來設置與上位機程序通訊的RAM-I在線輻射安全報警儀的主機信息和探頭信息。
主機信息包括：主機號，主機型號，主機名稱等重要信息。
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)庫等復雜的技術工作可由任何人來操作完成。
4.2.4、數(shù)據(jù)庫還原
當系統(tǒng)出現(xiàn)災難性事故后，需要重新恢復原來的檢測數(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、壓縮和修復數(shù)據(jù)庫
SQL Server2005數(shù)據(jù)庫當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)定運行，這種情況下必須對數(shù)據(jù)庫文件進行壓縮或修復。同樣該模塊只有一個操作按鈕，操作簡單。
4.2.6、程序日志
當軟件運行過程中，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)和時間進行統(tǒng)計。
4.3.4、臨界輻射安全報警統(tǒng)計
對系統(tǒng)運行一段時間后，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)和時間進行統(tǒng)計。
4.4、系統(tǒng)設置
4.4.1、系統(tǒng)設置
對系統(tǒng)中需要的通訊端口進行設置。
主要設置 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閉等情況。
為了保證刻度過程的安全運行，系統(tǒng)應該能捕獲到控制程序運行過程拋出的所有異常，并對各類異常進行相應的安全保護處理后，提交給操作人員進行裁決。
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、運行環(huán)境
開發(fā)語言： C#
操作系統(tǒng)：Windows XP
程序運行環(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
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、應急快速響應與維護方便的需要，主機安裝在現(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)可任意設置
4．可外接多個探頭，zui多可接8個探頭
5．標準RS485接口：可將采集數(shù)據(jù)傳送給上位機。
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、響應時間： 1S
4、測量誤差： ≤±15%
5、能量響應： 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、響應時間： 5S
4、測量誤差： ≤±30%
5、能量響應： 40Kev～1.5Mev
6、使用環(huán)境：溫度-10℃～+50℃、相對濕度（在40℃溫度下） ≤98％
8、程序運行時的界面圖
