组合移动式钴-60集装箱检查控制系统的设计与实现

2006-05-07 15:49:34来源: 电子技术应用

清华大学核研院继研制成功固定式(TCF-SCAN)和车载移动式(TCM-SCAN)钴-60集装箱检查系统之后,又成功研制了组合移动式(TCR-SCAN)钴-60集装箱检查系统。组合移动式钴-60集装检查系统将辐射源、探测系统、数据采集系统组成移动探测架——移动门架,在地面铺设的导轨上移动,整套系统可安装在可拆装式或永久性的建筑物中。它取消了集装箱运输卡车拖动系统,从而更加经济便捷。组合移动式钴-60集装箱检查系统为了能适应可拆装性,并能工作在条件相对恶劣的陆路边境口岸,对控制系统的稳定性、可靠性和安全性有更高的要求。

PROFIBUS现场总线是近年来国际上最为流行的现场总线,也是目前数据传输率最快的一种现场总线(传输率可达12M波特),在很多领域内有广泛的应用。因此,在组合移动多钴-60集装箱检查系统中采用基于PROFIBUS现场总线技术的西门子公司PLC产品设计其控制系统。

1 PLC简介

可编程逻辑控制器(PLC)是二十世纪八十年代发展起来的新一代工业控制装置,是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物,是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。由于控制对象的复杂性、使用环境的特殊性和运行的长期连续性,使PLC在设计上有自己明显的特点:可靠性高、适应性广、具有通信功能、编程方便、结构模块化。在现场集散控制系统中,PLC已经成为一种重要的基本控制单元,在工业控制领域中应用极为广泛。

德国西门子公司的SIMATIC S7-200系列和S7-300系列PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、指令集丰富、运行速度快、易于掌握、操作便捷、内置集成功能丰富、实时性好、通讯能力强、扩展模块丰富的优点,适用于许多场合的检测、监测及控制的自动化。

2 系统硬件结构

钴-60集装箱检查系统利用γ射线与物质相互作用的原理对大型集装箱进行不开箱检查,是打击走私和防止恐怖活动的有力武器。从移动式钴-60工业γ照相机辐射源发射出的γ射线束穿过被检测物体后,进入阵列探测器转化为与射线强度成正比的电信号,经过信号放大,并进行A/D变换后送到数据采集机,得到被检测物体的二维投影图像。再把得到的被检测物体图像传送到图像服务器和图像检查系统,由海关检查人员对图像进行分析处理。

组合移动式钴-60集装箱检查系统与固定式钴-60集装箱检查系统最大的区别是被检查集装箱不动,通过安装有整套辐射测装置的移动门架在导轨上运动完成检查过程。整个控制系统图1所示,可以分为以下几个主要部分:①移动门架,安装有限列探测器及空调保温系统;②数据采集柜,安装有前放电路、A/D变换电路等电子学系统与数据采集机;③辐射源室,有辐射源、快门、安全取锁机构;④门架控制柜;⑤就地控制台;⑥主控台,作为集装箱检查系统的主操作台,安装有操作按钮与指示灯,并有一台工控机做系统的监控设备。

完成控制功能的PLC分别安装在主控台与门架控制柜中。主控台安装有一个S7-300系列的S7-315-2DP作为主站,带有3个S7-200系列的S7-215-DP和1个PP17,共4个从站。其中PP17是西门子公司新推出的一款带按钮与指示灯的模块,设计紧凑,把CPU、按钮、指示灯集成在一起作为S7-315的一个从站,省去了外转帐开关按钮、指示灯的安装与大量的接线,同时提高了可靠性与稳定性,主控台的所有操作都通过它来完成。其它3个S7-215-DP从站分别为:①采集机控制单元,增加了3个模拟信号采集模块,完成图像数据采集启停控制与环境温度、辐射剂量的采集;②起点控制单元,完成起点的道杆、指示灯的控制;③终点控制单元,完成终点道杆、指示灯的控制。门架控制柜安装有一个S7-300系列的S7-315-2DP作为主站,带有2个S7-215-DP作为从站,分别为源室控制单元和门架运行控制单元。源室控制单元完成快门的开启与关闭和实现安全联锁控制,门架运动控制单元完成移动门架的运动控制。

所有PLC之间的联网结构如图2所示,S7-315-2SP与S7-215-DP之间通过PROFIBUS现场总线相连进行通讯,主站与从站PLC的通讯是通过映象完成的,主站分配的映象地址与从站分配的对应数据区进行数据交互。2个S7-315-2DP之间通过MPI网络实现通讯,MPI网络都是主站,不分主/从站,实现点对点通讯。MPI主站之间的通讯是通过全局数据区实现的,所以全局数据区的建立与维护是相当重要的。MPI网络的数据交互通过全局数据区来完成,系统开机后自动运行并能够动态刷新数据,不受对方主站状态(如开/关)的影响。

3 系统软件设计与功能

控制系统作为组合移动式钴-60集装箱检查系统的重要组成部分之一,协调各子系统之间的动作,并保证整个集装箱检查系统安全、稳定、可靠地运行。使用S7系列PLC的编程软件STEP7可以在WINDOWS环境下进行软件设计,该编程环境还提供了PID控制、定时中断、外部事件中断、增量编码器计数器和高速脉冲输出等功能,可以完成各种控制要求。PLC程序采用模块化编程方式,程序由不同子模块构成,各子模块独立完成各自功能,互不干扰,因而程序结构清晰,便于修改与调试。组合移动式钴-60集装箱检查控制系统通过软件设计完成如下主要功能:

·可以手动方式或自动方式运行:在自动方式运行时,系统自动完成整个集装箱检查流程,实现双向检查。

·数据采集机控制:完成采集机的自检、校零和集装箱图像采集的启停。

·移动门架的控制:完成门架的启动、加速、减速、停止等运动过程,保证集装箱检查过程的顺利进行。

·起点控制:当有集装箱卡车进入时,自动打开起点道杆和保护门;卡车通过后,自动关闭起点道杆和保护门,防止人员进入检查现场。

·终点控制:当集装箱检查过程结束时,自动打开终点道杆和保护门,让卡车离开检查现场;卡车离开后终点道杆和保护门自动关闭。

·安全联锁控制:当现场有紧急情况时,如在集装箱检查的过程中有人员误入现场或系统姓故障时,系统自动关闭快门,移动门架停止运动,中断检查过程,保证人员和设备的安全。

现场指示灯控制:在集装箱检查过程中有各种指示灯显示和声光报警,包括快门指示灯、射线开指示灯等。

组合移动式钴-60集装箱检查控制系统的监控软件采用西门子公司的SIMATIC WiwCC组态软件作为控制系统的人机交互界面,运行在主控台的工控机上。WinCC为基于Windows 95/NT操作系统的开放型全图形化人机操作界面,具有组态方便、操作简单、开放性良好等特点,是一个强大的全面开放的监控系统,既可以用来完成小模块的简单的过程监控应用,也可以用来完成复杂的应用。在任何情况下,WinCC都可以生成漂亮而便捷的人机对话接口,使操作员能够清晰地管理和优化生产过程。组合移动式钴-60集装箱检查控制系统的监控软件完成如下功能:

·以动现形式实时显示集装箱检查过程。

·显示辐射源的工作状态与检查现场辐射剂量等环境情况。

·动态反映集装箱检查设备的运行状态与运行参数。

·故障报警、显示与记录功能。

·系统运行参数的记录,形成历史记录文档,并进行用户报表输出。

·数据图表打印功能。

第一套组合移动式钴-60集装箱检查系统于2000年9月份开始在新疆霍尔果斯口岸进行现场安装调试,并于2000年10月10日投入式运行。该系统运行稳定、可靠,已成功检测几百辆出口集装箱货车,海关对图像效果和系统稳定性表示满意。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200605/1507.html
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