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放射性废物桶SGS无损检测自动控制系统研究

冯怀升  
【摘要】:随着我国核工业的发展,核设施在生产过程中不断积存大量可回收的桶(或箱)装核废物。在对这些核废物进行衡算管理时,要求对桶(或箱)内各个关键点进行实测核查,弄清核废物的核素成份、含量、及在桶(或箱)内的分布规律。由于这些放射性废物大多分布不均匀,若采用取样方式的破坏性分析方法,既耗费时间,也没有代表性,因此采用非破坏性分析方法对样品进行整体测量是较为理想的分析技术。 分段γ扫描(Segmented Gamma Scanner,SGS)技术是非破坏性分析方法之一,它可用于分析桶(或箱)内中、低密度非均匀分布的核废物。在分析过程中,它主要依赖于可靠的SGS控制与测量装置,将核废物桶(或箱)分为多层进行测量,并分别计算各层的探测效率和自吸收校正因子,在对核废物桶(或箱)逐层进行扫描后,计算每层的核素,同时求和得到整个被测桶(或箱)的核素总量。这种分析方法既克服了化学破坏分析法取样难的问题,又降低了分析费用和周期。 由于放射性废物桶(或箱)一般体积大、重量大,因此,为保证系统的安全性、高效性以及测量的稳定性,在采用SGS分析方法时,必须建立一套完整的机械控制装置与控制软件来实现对系统的精确控制。本论文在国内外相关研究的基础上,针对伺服控制系统和控制软件展开研究。根据前期调研,以放射性废物桶SGS无损测量平台为研究对象,结合伺服系统原理、伺服驱动控制技术、通信技术和计算机技术,研发了一套安全可靠、科学高效的放射性废物桶SGS无损测量自动控制软件系统。该系统通过RS232转RS485总线接口以命令转发的方式对相应的伺服控制器发送指令控制相应伺服电机来完成特定的工作。本论文所作的工作和取得的成果如下: (1)根据SGS理论,设计系统自动测量流程,即先借助叉车或其它机械将废物桶放置于旋转平台上(此时平台处于初始位置),然后通过水平传动装置将废物桶送至“测量中心位置”,此时可校正准直装置,再打开同步升降装置和源屏蔽装置进行分层扫描,单层扫描时可以利用旋转平台旋转扫描。测量完成后,再将所有装置复位到初始位置,卸下废物桶准备下一次测量。 (2)针对水平工作台、旋转工作台、屏蔽工作台、同步升降工作台和同步准直工作台的运行方式,实现了微调、到位、自动和非安全操作等模式,满足了实际测量的功能需求,具有一定的实用性。 (3)在研究伺服系统控制原理的基础上设计完善伺服系统,并提出了在线控制方案,研究了系统的安全控制机制和通信机制。在安全控制中结合了硬件限位和软件限位双重检测,具有一定的创新。 (4)研究了伺服驱动器控制机能,在此基础上设计并实现了伺服控制接口,以动态链接库的形式供应用程序调用。 (5)基于.NET Framework平台采用C#语言设计了系统的功能模块,包括操作模式、传动控制、安全机制与参数设置等,同时实现了动态控制界面。 (6)通过对系统的接口测试、功能测试和性能测试,确保了控制软件正确实现机械运动的精确控制、系统的逻辑控制、时序控制、扫描工作流程的顺序控制和系统各部分协调等功能。 总之,放射性废物桶SGS无损测量自动控制系统的建立,是准确有效地进行放射性废物桶SGS无损测量的前提,通过本论文的研究,对我国分段γ扫描无损测量平台和控制软件的发展具有一定的研究意义和示范作用。


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