企业案例-高能电子辐照加速器束下传输系统防护项目

1、高能电子辐照加速器束下传输系统防护项目一、前言辐照加工技术也称为辐射加工技术，是利用X射线、射线、高能电子等电离辐射透过物质时，与辐照物质相互作用所产生的物理效应、化学效应和生物效应，对被加工物品进行处理，以达到（如材料改性、消毒灭菌、生物变异等）预定的目标。辐照加工技术由于其应用面广、能耗低、无污染、技术附加值高等优点，深受众多行业的青睐，被人们誉为“绿色加工产业”。然而由于辐射具有杀伤力，任何一起事故发生，都会给辐照行业留下污点。因此，为保证辐照加工的安全进行，把相关的安全工作看做是一项系统工程是很有必要的。发生在辐照装置上的事故教训表明，所有事故可归纳为两个原因：一是硬件上的问题（包括信

2、号和显示的错误）；二是人员的过失。建立对高风险度实践审查制度，强调决不允许把安全目标寄托在今后的管理上。这是对很多事故教训总结的一条重要经验。为此，辐照装置的设计必须遵守“故障安全，安全设计原则”，按照这一原则完成的设计可以保证当某一部件或系统发生任何故障时均能建立起一种安全状态。就安全防护角度而言，高能电子辐照加速器是依靠其所发出电子束的能量来进行辐照生产的，在运行时不会产生任何放射性废物，仅在运行过程中会产生一定量的电离辐射和臭氧，这些都可以通过迷宫设计和束下传输系统的设计和控制等采取相应的屏蔽和防护措施加以解决，不会对操作人员、公众以及环境产生危害。作为辐照加工技术的重要组成部分，辐照加

3、速器束下传输系统是连接辐照装置下高放射区和非放射区的纽带，由于它的使用而使工作人员与辐射源彻底安全隔离，是最重要的安全措施；同时，辐照加速器束下传输系统的合理设计、控制和运行是保证高能电子束具有较高的能量利用率，实现大批量连续加工，提高生产效率的关键。二、束下传输系统总体结构设计在安全运行方面的考虑2.1 束下传输系统结构设计结合某辐照加工企业的辐照加工车间（迷宫）实际，根据辐照室的结构形式，束下传输系统的总体设计结构方案示意图如图1所示：图1 高能大功率辐照加速器束下传输系统示意图依受照品在辐照束下的传输方向，传输系统的总体结构由上料段1、束前传输段（2、3、4）、束下传输段5、束后传输段（

4、6、7、8）、下料段9、直通装置10、翻转装置11和出料段12等组成，其中束下段5是整个传输系统结构和控制的核心。其它传输段除翻转装置11外，都采用辊机链传动输送方式。2.2束下传输段采用板机链传动机构束下传输段设计成板机链传动方式。传动的板条只有前进方向的平移运动，这样可以避免受照品在传输过程中的相对滑动和扭斜，既保证了传输过程的平稳，也能尽量避免由相对位移而可能造成的被照品卡阻现象，实现产品安全通过辐照区和受照剂量的均匀。为了保证不同高度的产品在束下均能获得最佳照射距离、满足试验性产品在束下往复照射的要求，束下板机同时又设计成往复式可升降机构，并以辐照窗下中心线为分界把束下板机设计成两段，

5、中间间隔适当的空隙（如图2所示），以解决电子束直接照射到金属机架上，使金属机架发热变形及产生有害射线等问题。板机整体机构采取滚珠丝杆电气传动实现升降过程，升降高度在一定范围内连续可调。图2 束下升降机构示意图板机链传动实现往复控制，往复运动速度在14米/分连续可调。2.3 链传动自适应张紧机构为消除束下板机段因为升降高度变化对链条长度的影响，进而影响板机上方被照品的平稳传送，在两段传送链上都采用重锤张紧机构（如图2所示）以吸收链条长度的变化，保证链传动的张力。在升降过程中，板机跟随运行，可以避免堆链现象，使升降及运送过程更稳定。2.4 积放辊的应用在进入束下板机段（图1的5段）的前段辊机段（图

6、1的4段），采用积放辊的链传动方式。积放辊具有随着摩擦阻力的增大而不同步跟随（相对静止）链条转动的运行特点。通过束下线控制速度的配合调整，板机段的运行速度相对前段辊机段的传送速度要慢，这样就保证了受照品在进入束下板机的同时阻慢了后续产品的前行速度，使进入积放辊机段上的受照品渐行靠近靠紧，进而实现受照品以紧密排列的方式通过板机的辐照区域段。这样既保证了辐照射线的有效利用，同时更避免了射线对辐照窗下板机构件较长时间的不间断照射，保护了板机段核心区域的结构构架不致因受照发热而发生形变。2.5 翻转换面机构由辐照工艺要求，对于高度大于等于150mm的被辐照物为保证受照均匀需要上下换面照射，高度小于15

7、0mm的产品不需要换面，为此，通过翻转装置和直通装置实现。如图1中的11、10所示。翻转装置采用两组十字构架结构，每组十字构架完成90度的翻转，受照品经坦克链传动通过两组十字构架机构最终实现180度的翻转换面动作。考虑到翻转换面动作相对的难度和可能出现的被照品错位问题，为保证翻转换面机构的正常运行和换面过程的顺利实现，直通装置和翻转装置安装在辐照室外上、下料段中间的传输段位置。三、束下传输系统的控制及保护采用西门子S7-200系列PLC作为控制核心，PLC的一个通讯口接变频器，另一通讯口接触摸屏。通过RS485总线及USS通讯协议库控制多台变频器，既降低了成本又保证准确性。控制台安装触摸屏作为

8、人机交互界面，束下传输线驱动的运行、停止通过PLC直接控制变频器的运行。控制包括：传输速度控制，传输速度偏差监控，自动或手动往复传输控制，自动和手动升降控制，传输卡阻和升降卡阻故障报警，传输链与加速器互锁等。 3.1 传输速度及运行精度的控制束下传输系统均采用变频调速控制。束下段传输速度作为整个束下线各段传输速度的基准。通过触摸屏给定束下段传输速度，其它段输送线配合束下段传输速度。速度给定和往复运行控制根据工艺要求，束下段板机运行速度在14米/分连续可调。确定传输机构的驱动电机减速比并选择电机，精确计算各段变频器速度。根据往复运行速度及束下段长度计算定宽工艺托板通过束下的时间，实现时间控制的往

9、复运行（束下不能安装检测装置）。板机运行速度偏差的控制速度检测：采用接近开关检测两块相邻链板对应边间走过的时间的方法计算实时运行速度，时间的计算通过快速时钟计数的方式实现。运行速度偏差值计算：考虑到传动链条每节长度的误差和每块链板宽度的误差，速度采样值采用平均值滤波。速度负反馈：为减小运行速度偏差，提高控制精度，在速度控制中采用部分负反馈。3.2 板机的升降控制及保护升降装置设置两个接近开关用于升限位和降限位保护。升降高度的检测采用了一个自制编码器安装在升降驱动传动轴上，通过对传动轴转数的计数和相关的计算程序实现升降高度的检测计算过程。升降动作及升高距离由触摸屏上输入的“工件高度”决定。为减少

10、累积误差，在每次工件高度改变时，自动调零定位。即升降动作时，首先使升降机构下降到下限位（高度0值），从0开始向上升高到目标值。升降目标值及升降过程值实时显示在触摸屏上。3.3 传输系统的运行卡阻和升降卡阻故障报警运行卡阻故障报警当系统处于运行状态，在某一时间段内（依据设定速度确定）没有速度检测信号的变化，则认为运行卡阻，由故障程序运算确定并发出报警。升降卡阻故障报警升降机构有运行命令，而在某一时间段内升降检测信号没有变化，则认为升降机构卡阻，由故障程序运算确定并发出报警。四、束下传输系统与加速器的联锁保护 按照“故障安全，安全设计原则”所完成的设计可以保证当某一部件或系统发生任何故障时均能建立起一种安全状态。这里的关键是当某一部件或系统发生任何故障时放射工作设备仍要处在辐射安全状态不会发生辐射事故。所以，辐射源、传输机械、安全设施及辅助系统，必须有全面、系统和有效的安全联锁措施来支撑。当加速器故障时，为保证被辐照