集裝箱CT檢測系統中控制子系統的研制

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作者：北京清華大學核能與新能源技術研究院黃毅斌叢鵬鄔海峰時間：2007-02-07 來源：電子技術應用

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摘　要：簡要介紹了集裝箱CT檢測系統的原理,并詳細介紹了其中控制子系統的功能和結構。實際試運行結果表明該系統運行穩定、可靠。

關鍵詞：集裝箱CT檢測系統 控制系統 PLC

集裝箱CT檢測系統是國家“十五”科技攻關計劃重點組織實施的項目,是針對我國目前的工業無損檢測、反恐形勢和反走私的實際需求而提出的。北京清華大學核研院在相繼成功研制了60Co集裝箱檢測系統和60Co鐵路貨運列車檢測系統之后,繼續承擔了這一國家重點科技攻關項目。控制子系統是60Co集裝箱CT檢測系統中的重要組成部分,對保證整個檢測系統的穩定、可靠運行有著重要意義。

1 集裝箱CT檢測系統簡介

集裝箱CT檢測系統是采用斷層掃描成像的方法對集裝箱等大型被檢客體進行無損檢測的一種裝置。60Co集裝箱CT檢測系統主要由放射源(60Co工業探傷機)、陣列探測器、數據采集系統(以上三部分安裝在CT環形門架上)、機械系統、控制系統、數據傳輸系統、圖像重建系統和圖像顯示分析系統等子系統組成。60Co集裝箱CT檢測系統的在線檢測狀態示意圖如圖1所示。

圖1 60Co集裝箱CT檢測系統在線檢測狀態示意圖

安裝了放射源和陣列探測器的CT環形門架可以在豎直平面范圍內以任意角度旋轉,因此60Co集裝箱CT檢測系統不僅可以對被檢物體的可疑區域作CT掃描,還可以對大型被檢客體作任意角度的DR投影掃描。該檢測系統通過計算機圖像重建技術獲取集裝箱選定部位的斷層數字圖像,提高了對被檢物體形狀識別的能力;而且具有根據CT圖像的灰度值(CT值)與物質密度相關這一特性來判別物性的功能,可以把食糖與食鹽、水和油(或酒精)等按密度的差別區分開。

2 控制子系統功能

60Co集裝箱CT檢測系統的功能結構示意圖如圖2所示,其中控制子系統包括安全監控系統、掃描控制系統和主控系統。安全監控系統的主要功能是安全聯鎖,實現對射線源的管理和射線輻射的控制,保證60Co集裝箱CT檢測系統運行時的設備和人身安全。掃描控制系統的主要功能是控制機械系統的運動,實現CT環形門架的隨機旋轉、固定位置旋轉和連續旋轉功能以及平移機構的前進、后退和定位功能,保障對集裝箱進行DR掃描和CT掃描的順利完成。

圖2 60Co集裝箱CT檢測系統功能結構示意圖

60Co集裝箱CT檢測系統中控制子系統的主控系統是其控制樞紐。主控系統的主要功能包括:(a)完成對集裝箱的DR掃描和CT掃描的流程控制。本檢測系統的掃描模式有正視投影、俯視投影、雙投影、CT掃描和常規掃描(雙投影加CT掃描);(b)與掃描控制系統和安全監控系統進行通訊,發送流程控制命令并接收檢測系統反饋的狀態信息;(c)與數據傳輸系統進行通訊,發送集裝箱掃描模式命令和數據采集控制命令,接收數據采集系統獲取的原始集裝箱DR圖像和CT圖像,并實時顯示和保存原始集裝箱圖像; (d)與圖像重建系統進行通訊,把所獲得的原始集裝箱DR圖像和CT圖像分配給圖像重建系統,分別進行刻度校正和圖像重建;(e)與圖像顯示和分析系統進行通訊,把經過圖像重建系統處理后的集裝箱DR圖像和CT圖像分配給圖像顯示和分析系統,以對集裝箱圖像進行檢查,確定所檢測的集裝箱中是否有可疑的違禁物品。

3 控制子系統結構

60Co集裝箱CT檢測系統中控制子系統的組網方式為以太網和PROFIBUS現場總線相結合,主控系統、工控機與60Co集裝箱CT檢測系統的其它子系統通過有線和無線局域網進行通訊,主控系統與PLC以及PLC之間通過PROFIBUS總線進行通訊。控制子系統的結構示意圖如圖3所示。

圖3 控制子系統結構示意圖

安全監控系統由工控機、PLC2和門禁、聲光報警燈、急停按鈕、快門執行機構等外圍設備組成。其中,工控機和PLC2安裝在CT環形門架上,工控機通過無線方式接入局域網。PLC2通過PPI接口與工控機進行通訊,完成安全聯鎖控制邏輯運算,并實現對射線源快門的開關控制。

掃描控制系統由PLC3、PLC4、變頻器和各種傳感器等組成。掃描控制系統安裝在現場控制柜中,PLC3、PLC4與變頻器之間通過PROFIBUS總線進行通訊。PLC3和PLC4完成控制機械系統的邏輯運算,并通過變頻器控制CT環形門架的電機和平移機構的電機,實現CT環形門架的旋轉運動和平移機構的水平運動。在CT環形門架上安裝有零點定位器,每次系統上電時,CT環形門架都執行一次尋零操作,此時CT環形門架上的射線源處于零角度位置,并以此為基準保證CT環形門架旋轉角度定位的準確性。在平移機構上也安裝有零點定位器,系統作CT掃描檢測時,集裝箱平移到指定的CT檢測截面位置,這個過程中要經過零點定位器,這樣可以獲得集裝箱頭部截面的位置,保證了CT檢測截面位置定位的準確性。

主控系統安裝在控制室中,由PC機和PLC1組成。PC機和PLC1通過MPI接口進行通訊。PC機作為PLC1的上位機,安裝有主控軟件。主控軟件除作為60Co集裝箱CT檢測系統的人機操作界面外,還具有保存、顯示和分配集裝箱圖像的功能。PLC1通過PROFIBUS總線與掃描控制系統進行通訊,完成60Co集裝箱CT檢測系統各種檢測掃描模式控制的邏輯運算,保證檢測流程的順利完成。

60Co集裝箱CT檢測系統的檢測CT圖像如圖4所示。該檢測系統在經過了一年的試運行之后,于2004年1月13日通過了項目驗收。其中的控制子系統運行穩定、可靠,操作方便,容易維護,達到了設計要求。