企業(yè)案例-高能電子輻照加速器束下傳輸系統(tǒng)防護(hù)項(xiàng)目

1、高能電子輻照加速器束下傳輸系統(tǒng)防護(hù)項(xiàng)目一、前言輻照加工技術(shù)也稱為輻射加工技術(shù)，是利用X射線、射線、高能電子等電離輻射透過(guò)物質(zhì)時(shí)，與輻照物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)，對(duì)被加工物品進(jìn)行處理，以達(dá)到（如材料改性、消毒滅菌、生物變異等）預(yù)定的目標(biāo)。輻照加工技術(shù)由于其應(yīng)用面廣、能耗低、無(wú)污染、技術(shù)附加值高等優(yōu)點(diǎn)，深受眾多行業(yè)的青睞，被人們譽(yù)為“綠色加工產(chǎn)業(yè)”。然而由于輻射具有殺傷力，任何一起事故發(fā)生，都會(huì)給輻照行業(yè)留下污點(diǎn)。因此，為保證輻照加工的安全進(jìn)行，把相關(guān)的安全工作看做是一項(xiàng)系統(tǒng)工程是很有必要的。發(fā)生在輻照裝置上的事故教訓(xùn)表明，所有事故可歸納為兩個(gè)原因：一是硬件上的問(wèn)題（包括信

2、號(hào)和顯示的錯(cuò)誤）；二是人員的過(guò)失。建立對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)度實(shí)踐審查制度，強(qiáng)調(diào)決不允許把安全目標(biāo)寄托在今后的管理上。這是對(duì)很多事故教訓(xùn)總結(jié)的一條重要經(jīng)驗(yàn)。為此，輻照裝置的設(shè)計(jì)必須遵守“故障安全，安全設(shè)計(jì)原則”，按照這一原則完成的設(shè)計(jì)可以保證當(dāng)某一部件或系統(tǒng)發(fā)生任何故障時(shí)均能建立起一種安全狀態(tài)。就安全防護(hù)角度而言，高能電子輻照加速器是依靠其所發(fā)出電子束的能量來(lái)進(jìn)行輻照生產(chǎn)的，在運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何放射性廢物，僅在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的電離輻射和臭氧，這些都可以通過(guò)迷宮設(shè)計(jì)和束下傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制等采取相應(yīng)的屏蔽和防護(hù)措施加以解決，不會(huì)對(duì)操作人員、公眾以及環(huán)境產(chǎn)生危害。作為輻照加工技術(shù)的重要組成部分，輻照加

3、速器束下傳輸系統(tǒng)是連接輻照裝置下高放射區(qū)和非放射區(qū)的紐帶，由于它的使用而使工作人員與輻射源徹底安全隔離，是最重要的安全措施；同時(shí)，輻照加速器束下傳輸系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、控制和運(yùn)行是保證高能電子束具有較高的能量利用率，實(shí)現(xiàn)大批量連續(xù)加工，提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。二、束下傳輸系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在安全運(yùn)行方面的考慮2.1 束下傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合某輻照加工企業(yè)的輻照加工車間（迷宮）實(shí)際，根據(jù)輻照室的結(jié)構(gòu)形式，束下傳輸系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案示意圖如圖1所示：圖1 高能大功率輻照加速器束下傳輸系統(tǒng)示意圖依受照品在輻照束下的傳輸方向，傳輸系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)由上料段1、束前傳輸段（2、3、4）、束下傳輸段5、束后傳輸段（

4、6、7、8）、下料段9、直通裝置10、翻轉(zhuǎn)裝置11和出料段12等組成，其中束下段5是整個(gè)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制的核心。其它傳輸段除翻轉(zhuǎn)裝置11外，都采用輥機(jī)鏈傳動(dòng)輸送方式。2.2束下傳輸段采用板機(jī)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)束下傳輸段設(shè)計(jì)成板機(jī)鏈傳動(dòng)方式。傳動(dòng)的板條只有前進(jìn)方向的平移運(yùn)動(dòng)，這樣可以避免受照品在傳輸過(guò)程中的相對(duì)滑動(dòng)和扭斜，既保證了傳輸過(guò)程的平穩(wěn)，也能盡量避免由相對(duì)位移而可能造成的被照品卡阻現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品安全通過(guò)輻照區(qū)和受照劑量的均勻。為了保證不同高度的產(chǎn)品在束下均能獲得最佳照射距離、滿足試驗(yàn)性產(chǎn)品在束下往復(fù)照射的要求，束下板機(jī)同時(shí)又設(shè)計(jì)成往復(fù)式可升降機(jī)構(gòu)，并以輻照窗下中心線為分界把束下板機(jī)設(shè)計(jì)成兩段，

5、中間間隔適當(dāng)?shù)目障叮ㄈ鐖D2所示），以解決電子束直接照射到金屬機(jī)架上，使金屬機(jī)架發(fā)熱變形及產(chǎn)生有害射線等問(wèn)題。板機(jī)整體機(jī)構(gòu)采取滾珠絲桿電氣傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)升降過(guò)程，升降高度在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。圖2 束下升降機(jī)構(gòu)示意圖板機(jī)鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)往復(fù)控制，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度在14米/分連續(xù)可調(diào)。2.3 鏈傳動(dòng)自適應(yīng)張緊機(jī)構(gòu)為消除束下板機(jī)段因?yàn)樯蹈叨茸兓瘜?duì)鏈條長(zhǎng)度的影響，進(jìn)而影響板機(jī)上方被照品的平穩(wěn)傳送，在兩段傳送鏈上都采用重錘張緊機(jī)構(gòu)（如圖2所示）以吸收鏈條長(zhǎng)度的變化，保證鏈傳動(dòng)的張力。在升降過(guò)程中，板機(jī)跟隨運(yùn)行，可以避免堆鏈現(xiàn)象，使升降及運(yùn)送過(guò)程更穩(wěn)定。2.4 積放輥的應(yīng)用在進(jìn)入束下板機(jī)段（圖1的5段）的前段輥機(jī)段（圖

6、1的4段），采用積放輥的鏈傳動(dòng)方式。積放輥具有隨著摩擦阻力的增大而不同步跟隨（相對(duì)靜止）鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)行特點(diǎn)。通過(guò)束下線控制速度的配合調(diào)整，板機(jī)段的運(yùn)行速度相對(duì)前段輥機(jī)段的傳送速度要慢，這樣就保證了受照品在進(jìn)入束下板機(jī)的同時(shí)阻慢了后續(xù)產(chǎn)品的前行速度，使進(jìn)入積放輥機(jī)段上的受照品漸行靠近靠緊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)受照品以緊密排列的方式通過(guò)板機(jī)的輻照區(qū)域段。這樣既保證了輻照射線的有效利用，同時(shí)更避免了射線對(duì)輻照窗下板機(jī)構(gòu)件較長(zhǎng)時(shí)間的不間斷照射，保護(hù)了板機(jī)段核心區(qū)域的結(jié)構(gòu)構(gòu)架不致因受照發(fā)熱而發(fā)生形變。2.5 翻轉(zhuǎn)換面機(jī)構(gòu)由輻照工藝要求，對(duì)于高度大于等于150mm的被輻照物為保證受照均勻需要上下?lián)Q面照射，高度小于15

7、0mm的產(chǎn)品不需要換面，為此，通過(guò)翻轉(zhuǎn)裝置和直通裝置實(shí)現(xiàn)。如圖1中的11、10所示。翻轉(zhuǎn)裝置采用兩組十字構(gòu)架結(jié)構(gòu)，每組十字構(gòu)架完成90度的翻轉(zhuǎn)，受照品經(jīng)坦克鏈傳動(dòng)通過(guò)兩組十字構(gòu)架機(jī)構(gòu)最終實(shí)現(xiàn)180度的翻轉(zhuǎn)換面動(dòng)作?？紤]到翻轉(zhuǎn)換面動(dòng)作相對(duì)的難度和可能出現(xiàn)的被照品錯(cuò)位問(wèn)題，為保證翻轉(zhuǎn)換面機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行和換面過(guò)程的順利實(shí)現(xiàn)，直通裝置和翻轉(zhuǎn)裝置安裝在輻照室外上、下料段中間的傳輸段位置。三、束下傳輸系統(tǒng)的控制及保護(hù)采用西門子S7-200系列PLC作為控制核心，PLC的一個(gè)通訊口接變頻器，另一通訊口接觸摸屏。通過(guò)RS485總線及USS通訊協(xié)議庫(kù)控制多臺(tái)變頻器，既降低了成本又保證準(zhǔn)確性?？刂婆_(tái)安裝觸摸屏作為

8、人機(jī)交互界面，束下傳輸線驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行、停止通過(guò)PLC直接控制變頻器的運(yùn)行?？刂瓢ǎ簜鬏斔俣瓤刂?，傳輸速度偏差監(jiān)控，自動(dòng)或手動(dòng)往復(fù)傳輸控制，自動(dòng)和手動(dòng)升降控制，傳輸卡阻和升降卡阻故障報(bào)警，傳輸鏈與加速器互鎖等。 3.1 傳輸速度及運(yùn)行精度的控制束下傳輸系統(tǒng)均采用變頻調(diào)速控制。束下段傳輸速度作為整個(gè)束下線各段傳輸速度的基準(zhǔn)。通過(guò)觸摸屏給定束下段傳輸速度，其它段輸送線配合束下段傳輸速度。3.1.1 速度給定和往復(fù)運(yùn)行控制根據(jù)工藝要求，束下段板機(jī)運(yùn)行速度在14米/分連續(xù)可調(diào)。確定傳輸機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速比并選擇電機(jī)，精確計(jì)算各段變頻器速度。根據(jù)往復(fù)運(yùn)行速度及束下段長(zhǎng)度計(jì)算定寬工藝托板通過(guò)束下的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)

9、時(shí)間控制的往復(fù)運(yùn)行（束下不能安裝檢測(cè)裝置）。3.1.2 板機(jī)運(yùn)行速度偏差的控制速度檢測(cè)：采用接近開關(guān)檢測(cè)兩塊相鄰鏈板對(duì)應(yīng)邊間走過(guò)的時(shí)間的方法計(jì)算實(shí)時(shí)運(yùn)行速度，時(shí)間的計(jì)算通過(guò)快速時(shí)鐘計(jì)數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行速度偏差值計(jì)算：考慮到傳動(dòng)鏈條每節(jié)長(zhǎng)度的誤差和每塊鏈板寬度的誤差，速度采樣值采用平均值濾波。速度負(fù)反饋：為減小運(yùn)行速度偏差，提高控制精度，在速度控制中采用部分負(fù)反饋。3.2 板機(jī)的升降控制及保護(hù)升降裝置設(shè)置兩個(gè)接近開關(guān)用于升限位和降限位保護(hù)。升降高度的檢測(cè)采用了一個(gè)自制編碼器安裝在升降驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸上，通過(guò)對(duì)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)數(shù)和相關(guān)的計(jì)算程序?qū)崿F(xiàn)升降高度的檢測(cè)計(jì)算過(guò)程。升降動(dòng)作及升高距離由觸摸屏上輸入的

10、“工件高度”決定。為減少累積誤差，在每次工件高度改變時(shí)，自動(dòng)調(diào)零定位。即升降動(dòng)作時(shí)，首先使升降機(jī)構(gòu)下降到下限位（高度0值），從0開始向上升高到目標(biāo)值。升降目標(biāo)值及升降過(guò)程值實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏上。3.3 傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行卡阻和升降卡阻故障報(bào)警3.3.1 運(yùn)行卡阻故障報(bào)警當(dāng)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)，在某一時(shí)間段內(nèi)（依據(jù)設(shè)定速度確定）沒(méi)有速度檢測(cè)信號(hào)的變化，則認(rèn)為運(yùn)行卡阻，由故障程序運(yùn)算確定并發(fā)出報(bào)警。3.3.2 升降卡阻故障報(bào)警升降機(jī)構(gòu)有運(yùn)行命令，而在某一時(shí)間段內(nèi)升降檢測(cè)信號(hào)沒(méi)有變化，則認(rèn)為升降機(jī)構(gòu)卡阻，由故障程序運(yùn)算確定并發(fā)出報(bào)警。四、束下傳輸系統(tǒng)與加速器的聯(lián)鎖保護(hù) 按照“故障安全，安全設(shè)計(jì)原則”所完成的設(shè)計(jì)可以保證當(dāng)某一部件或系統(tǒng)發(fā)生任何故障時(shí)均能建立起一種安全狀態(tài)。這里的關(guān)鍵是當(dāng)某一部件或系統(tǒng)發(fā)生任何故障時(shí)放射工作設(shè)備仍要處在輻射安全狀態(tài)不會(huì)發(fā)生輻射事故。所以，輻射源、傳輸機(jī)械、安全設(shè)施及輔助系統(tǒng)，必須有全面、系統(tǒng)和有效的安全聯(lián)鎖措施來(lái)支撐。當(dāng)加速器故障時(shí)，為保證被輻