清華大學核研院元件樓核臨界輻射安全報警系統設計
1、概述
1.1、簡介
根據輻射防護三原則與國家標準的相關要求，考慮人為操作失誤、儀器設備意外事故等原因可能引發的放射性危害，以及核臨界事故情況下的輻射安全報警，根據國家重點專項要求就清華大學核研院元件樓建設一套核臨界輻射安全報警系統，與此同時選配一系列輻射防護應急監測儀器與實驗分析設備。
核臨界輻射安全報警系統通過計算機遠程集中監測、監視和監控，完成對核研院元件樓的放射性實時監控及環境輻射安全和核臨界輻射安全雙報警功能。
本系統以工業控制計算機作為上位機，通過由雙絞線連接的RS-485通訊網絡，來實時采集安裝在現場的4臺RAM-I 在線輻射安全報警儀和12個輻射探頭，通過對采集數據的加工處理，以數字和圖形曲線的方式向管理人員呈現輻射現場的劑量率信息。同時以雙報警的機制來控制系統的聲光報警，并實現輻射監測與視頻聯動等功能。
1.2、設計的依據
1．中華人民共和國環境保護法（1989）
2．建設項目環境保護管理辦法（1986）
3．中華人民共和國放射性污染防治法（2003）
4．中華人民共和國職業病防治法（2001）
5．GB8999-88《電離輻射監測質量評價保證一般規定》
6．EJ348-89《鈾礦冶輻射防護設計規定》
7．HJ/T61-2001《輻射環境監測技術規范》
8．GB12379-90《環境核輻射監測規定》
9．GB/T14583-93《環境地表γ輻射劑量率測定規范》
10．GB18871-2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（替代GB8703-88輻射防護規定與GB4792-1984。
11．放射性同位素與射線裝置安全和防護條例（*第449號）
2、系統特點
2.1、監測過程實現全自動遠程控制
該監測過程由工業計算機，智能化儀表和光電執行部件構成，全過程以工業計算機作為控制大腦，只需預先設置好合適的參數就能自動完成監測過程的數據采集、聲光報警、高低雙閾值報警和視頻監視聯動等功能。該系統的可靠性指標及自動化程度都接近或超過國內外同類產品水平。
2.2、采用集中式控制系統結構
與分布控制模式相比具有*的可靠性與并行處理能力，同時具有微機全自動、人工手動二種操作工況，各種工況可以任意切換，并且可以在各工況間傳遞數據，為用戶提供了極大的靈活性。
2.3、安全可靠
系統采用4臺監控主機12個探頭完成對7個（不同位置、不同區域與不同功能區）輻射現場的監測，該種設計*實現了輻射監控的冗余設計，相對單主機多探頭的設計明顯的提供了輻射事故時準確報警的概率，大大提供了系統的可靠性。
2.4、操作簡便、實用性強
控制軟件人機界面十分友好，所有的操作只需在一個控制面板上就可全部完成，簡單易用，實用性強。
2.5、技術先上的進性
輻射監測量除全部實現數字遠程監測外，在技術手段的選擇上，使用 "解決方案"、"C#"、"三層結構"和"面向對象" 等比較成熟而又有發展前途的*技術，保證整套系統在一定時期內的技術。
3、系統結構圖
系統的控制核心主要由兩臺工業控制計算機組成。*臺計算機作為主要控制計算機，它通過帶高壓隔離的轉換器將，四臺RAM-I 在線輻射安全報警儀主機進行RS485組網，該計算機作為上位機，以通用的485通訊協議，向四臺RAM-I輻射報警儀主機輪詢采集數據,并對相應的數據進行加工處理。系統中每臺RAM-I輻射報警儀主機接三個輻射探頭，對應每個探頭都配有相應的報警燈。當某路探頭輻射劑量率超標時，對應的報警燈、RAM-I主機和上位機程序均給出聲光報警，同時上位機將向另一臺視頻監控用工控機發出對應的探*和房間號，使視頻監控用主機上能馬上顯示該房間的視頻圖像。
系統中的 RAM-I主機和上位機程序均有兩個報警閾值，即環境輻射安全報警閾值（以下簡稱“環境閾值”）和核臨界輻射安全報警閾值（以下簡稱“核臨界閾值”）。兩報警閾值中核臨界閾值大于環境閾值。當某探頭的輻射劑量率超過環境閾值時，上位機監控程序或RAM-I主機均給出聲光報警，監控軟件上對應探頭的顏色為粉紅，此時工作人員可通過上位機或RAM-I主機上的操作按鈕消除報警，同時系統對應的探頭和主機的報警閾值自動更新為核臨界閾值。當輻射劑量率超過核臨界閾值時，系統再次報警，此時的報警已不能消除，監控軟件對應探頭的顏色也變為血紅。
系統的上位機監控軟件，除具有數據采集功能外，還具有實時圖譜、聲、光報警，歷史數據查詢、統計分析等功能。
第二臺計算機用于視頻監視，實時監視每個房間的具體情況。
4、功能模塊圖
該模塊是本軟件zui核心的模塊，其功能主要實現對四臺RAM-I主機的數據實時采集，將采集到的數據以文本框和圖譜的形式顯示出來，軟件的界面上有對應探頭的監測數據，報警燈的狀態，報警喇叭的狀態，并用顏色的深淺表示輻射劑量率水平，如果想查看某探頭一段時間的測量數據，可雙擊對應探頭的文本框，軟件中將出現該探頭一段時間的實時采集圖譜。同時該模塊環境閾值與核臨界閾值的切換功能。
4.1.2、實時數據采集圖譜
該功能模塊主要用圖譜的形式將采集到的數據顯示為一條連續的曲線。該中表達方式具有直觀、易懂、表達信息豐富的特點。
該模塊在一個圖譜中提供一條動態的曲線圖，并可顯示曲線上的每一個數據節點和節點上數據的大小、日期等信息。同時提供對應探頭的報警狀態和報警閾值狀態等功能。
4.1.3、與視頻聯動通訊
當某一探頭發生報警時，需要在視頻監視中跳出對應的房間視頻圖像。該功能模塊主要通過RS232接口向視頻監視發出通訊信號，將相應的房間和探頭好發給視頻監視主機。
當某一時刻有多個探頭同時報警時，本軟件只發送一個探頭信息，以免，視頻信息出現頻繁亂跳的現象。
4.2、基礎數據管理
4.2.1、檢測設備管理
本模塊用來設置與上位機程序通訊的RAM-I在線輻射安全報警儀的主機信息和探頭信息。
主機信息包括：主機號，主機型號，主機名稱等重要信息。
探頭信息包括：探*（工作間號）、探頭的類型，每個探頭的環境閾值和核臨界閾值，采用周期等信息。
通過對以上信息的添加、修改和保存到數據庫。以提供給數據采集中使用。
4.2.2、用戶管理
本軟件需要有用戶名和密碼后才能啟動。本功能模塊主要用來添加具有操作權限的用戶信息。
重要的的用戶信息包括，用戶名、密碼和名稱。
4.2.3、數據庫備份
本系統采用的數據庫為SQL Server2005 一般情況用戶是不知道怎么操作數據庫，為了保證系統在發生嚴重故障時（如系統中病毒等），檢測數據不丟失，因此需要經常備份數據庫。
該模塊只有一個操作按鈕，操作簡單，使得備份數據庫等復雜的技術工作可由任何人來操作完成。
4.2.4、數據庫還原
當系統出現災難性事故后，需要重新恢復原來的檢測數據，本功能就是用來還原以前備份好的數據庫，同樣該模塊只有一個操作按鈕，操作簡單。
4.2.5、壓縮和修復數據庫
SQL Server2005數據庫當使用的時間比較長后，將是數據庫文件變得特別巨大，有時會使硬盤的容量都不夠，另外超大的數據庫也不利于系統的穩定運行，這種情況下必須對數據庫文件進行壓縮或修復。同樣該模塊只有一個操作按鈕，操作簡單。
4.2.6、程序日志
當軟件運行過程中，軟件可能會出現一定的錯誤（行話稱之為Bug），另外RAM-I在線輻射安全報警儀也會出現探頭掉線的特殊情況。因此對于系統中不該出現的異常是有必要進行記錄的。
本功能模塊主要用來記錄以上程序異常，為程序的完善和出錯后及時的修正提供重要信息。
4.3、數據查詢與分析
4.3.1、當日檢測數據查詢
4.3.2、歷史檢測查詢
查看存儲在數據庫中的歷史數據，該模塊可按天并以曲線圖譜的方式查看歷史記錄。
開發該模塊的目的主要是當輻射現場在某天出現了輻射安全事故，監控系統能提供事故時刻的每個探頭的檢測數據，為事故原因的處理提供必要的信息。
4.3.3、環境輻射安全報警統計
對系統運行一段時間后，每個探頭和房間出現過的環境輻射安全報警次數和時間進行統計。
4.3.4、臨界輻射安全報警統計
對系統運行一段時間后，每個探頭和工作間出現過的臨界輻射安全報警統計次數和時間進行統計。
4.4、系統設置
4.4.1、系統設置
對系統中需要的通訊端口進行設置。
主要設置 檢測數據采集用端口號和 視頻監視聯動用通訊端口號。
4.5、窗口與幫助
4.5.1、窗口排列控制
本軟件的主窗口為多窗口類型，即在一個窗口中可同時存在多個文檔窗口。因此在多文檔情況下就需要對每個文檔進行排列。
本軟件提供文檔的層疊排列、水平平鋪排列和垂直平鋪排列三種排列功能。
4.5.2、幫助
本功能用來提供軟件的在線電子使用手冊。
5、控制程序異常處理
程序異常是指由于程序控制以外而使程序不能正常執行時發生的情況。某些操作（包括對象創建和輸入/輸出）容易出現錯誤以外的故障。例如，儀表刻度已經全部完成，而快門因特殊的問題沒有關閉等情況。
為了保證刻度過程的安全運行，系統應該能捕獲到控制程序運行過程拋出的所有異常，并對各類異常進行相應的安全保護處理后，提交給操作人員進行裁決。
捕獲異常的通用格式如下：
try
{//需要執行的語句 ; }
catch（Exception ex）
{ //異常提示語句;}
finally
{//安全處理語句;}
6、運行環境
開發語言： C#
操作系統：Windows XP
程序運行環境： FrameWork 2.0
數據庫： Sql Server 2005 數據庫
支持軟件：Microsoft Office 2007
其他軟件：瑞星殺毒軟件
7、RAM-I 在線輻射安全報警系統介紹
7.1、在線輻射安全報警儀主機
RAM-I在線輻射安全報警儀是一種新型的xγ輻射連續監測報警裝置，它采用特殊設計的前置放大電路，具有靈敏度高、操作方便、自動顯示、數據存儲和超閾報警等特點，能實時給出xγ輻射劑量率，也可作為在線輻射監測系統實現實時監控與超閾安全報警，考慮到現場操作、應急快速響應與維護方便的需要，主機安裝在現場實現實時監測與就地報警，通過RS485通訊實現總控制室自動監控。
它廣泛應用于放射性廢物庫、工業無損探傷、醫院γ刀治療、同位素應用、γ輻照、醫院X射線診斷、鈷治療、核電站等放射性場所，提醒工作人員就放射源或射線裝置已處于工作或泄漏狀態，使其免受輻射危害。
特點:
1．掛壁式主控箱：安裝方便。
2．智能化設計：微電腦控制，點陣式液晶顯示，中文狀態條提示操作及狀態。
3．報警閾值：低值、高值、故障（失效）三種報警，報警閾值在測量范圍內可任意設置
4．可外接多個探頭，zui多可接8個探頭
5．標準RS485接口：可將采集數據傳送給上位機。
6．日歷時鐘功能。
7. 工作電源：AC220V交流電源。
7.2、RAM-I型配套NaI閃爍體探頭
1、探測器：Φ30×25mm（NaI（TI）晶體）。
2、測量范圍： 0. 01μGy/h～350μGy/h ；zui大過載劑量率 600μGy/h
3、響應時間： 1S
4、測量誤差： ≤±15%
5、能量響應： 40Kev～3Mev
6、使用環境：溫度-10℃～+50℃、相對濕度（在40℃溫度下） ≤98％
7.3、RAM-I型配套GM管探頭
1、探測器：金屬GM管
2、測量范圍： 0. 01μGy/h～1000μGy/h ；zui大過載劑量率 10mGy/h
3、響應時間： 5S
4、測量誤差： ≤±30%
5、能量響應： 40Kev～1.5Mev
6、使用環境：溫度-10℃～+50℃、相對濕度（在40℃溫度下） ≤98％
8、程序運行時的界面圖
