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1、第 17 卷第 1 期辐 射 防 护Vo1.17No.11997年1 月Radiation ProtectionJan.1997北京正负电子对撞机人身安全联锁系统的改进李铁辉吴靖民刘列夫(中国科学院高能物理研究所,北京,100039)本文介绍北京正负电子对撞机人身安全联锁系统的改进,主要叙述了人身安全联锁的要求和新系统方案的确定。改进后的新系统不仅提高了可靠性、增强了系统的可维护性及信息传递的准确性,还实现了人身安全联锁系统与中央安全联锁系统的联网通讯。关键词北京正负电子对撞机人身安全联锁可编程序控制器改进1概述随着北京正负电子对撞机(BEPC)的改进和性能的不断提高,其人身安全联锁系统也作了
2、某些改进和提高,以确保对撞机运行期间的人身安全。改进后的人身安全联锁系统,除了对原系统的中央控制单元进行重大改进和提高外,还完善了隧道内的安全措施,如增设了三套警灯警铃装置及醒目的指示标牌等,并实现了人身安全联锁系统与中央控制室总联锁系统的整机联锁。北京正负电子对撞机人身安全联锁系统分为电子直线人身安全联锁系统和储存环人身安全联锁系统两大部分。BEPC 电子直线人身安全联锁系统的隧道门有 4 个,分别为直线北门LD1、直线中门 LD2、核物理实验厅门LD3 和输运线电源厅门 LD4。BEPC 储存环人身安全联锁系统的隧道通道门有 6 个,分别为北京谱仪(BES)大厅门 RD1、第二对撞点门 R
3、D2、同步辐射东厅门RD3、同步辐射西厅门RD4、储存环东门RD5 和储存环西门RD6。上述10个安全门图 1通道门在BEPC现场的位置分布在 BEPC 现场的位置分布示于图 1。原系统的不足之处主要是:中央控制单元采用的是继电器组合方式,实现的功能少,可靠性及可维护性差。原系统没有用分离电源系统,没有先进的模拟图形显示,没有实现与中央安全联锁系统的整机联锁与联网通讯。另外,原系统在隧道内的一些设施不够完善,如缺少警灯警铃装置及个别通道门没有显示标志等。改进后的两大系统各自采用了一套OMRON 公司生产的C200H 系列可编程序控制器。与原系统相比,新系统不仅提高了人身安全联锁系统的可靠性,而
4、且还大大增加了人身安全联锁系统的可维护性及信息传递的准确性。新系统由于采用了该系列的 PC Link 单元,所以可将直线人身安全联锁系统信息和储存环人身安全联锁系统信息准确可靠地传送给中央联锁系统,实现人身安全联锁系统与中央联锁系统的联网通讯。本文介绍北京正负电子对撞机人身安全联锁系统的改进,主要叙述人身安全联锁系统的要求和新系统方案的确定。2人身安全联锁的要求2.1人身安全联锁的概念人身安全联锁的概念是,对撞机在工作状态下,应确保工作人员的人身安全,特别是在非常情况(如隧道急停、控制台急停、意外事故火警水警等),联锁系统应有有效的措施确保隧道现场工作人员或进入隧道处理事故人员的人身安全。人身
5、安全联锁系统主要包括三个方面的内容:第一,对撞机在工作状态下,应确保各隧道通道门(即安全门)完全锁闭,禁止任何人进入,门被人打开或未完全锁闭或出现故障时,不仅有报警信号通知控制台及现场,而且必须停机或不能启动;第二,加速器隧道内每隔一定的距离应设有紧急停机按钮并有显著标志,以应急需;第三,人身安全联锁系统应与中央总安全联锁系统联网,实行整机联锁。2.2人身安全联锁步骤对撞机开机前,应先清场,使隧道内所有停留的人员撤离隧道现场。与此同时,逐一关闭隧道通道门。确认通道门完全关闭后,取下钥匙,将取下的各通道门上的联锁钥匙(两把钥匙联为一体)就位于模拟控制显示板上,锁上各联锁锁,相应的指示灯应为绿色,
6、表示门已闭合且门钥匙就位。最后关上控制显示板门,锁上联锁总锁,取下总联锁钥匙并插入控制台操作面板上的整机联锁钥匙孔内,加速器方能启动。这样就完成了人身安全联锁系统的准备工作。图2 为上述步骤的简单示意图。确认通道门关闭,取下各通道门上的 钥匙。现场门钥匙就位于 模拟控制显示板上 并锁上各联锁锁。盖板闭合,取下总 联锁钥匙,插入操 作台面板钥匙孔内图 2BEPC人身安全联锁步骤示意图2.3对人身安全联锁要求对人身安全联锁的要求如下:在整体设计时,首先必须考虑“失效保护”原则。在任何条件下,有人在隧道内按紧急停机按钮时,要求现场和模拟控制显示板有明显显示,产生声、光报警。控制台收到隧道紧急停机信号
7、后,应立即自动发出加速器停止运行的各种48辐射防护第 17 卷第 1 期触发信号,切断电源、高压、高频等。若电子直线或储存环控制台发出急停信号,要求现场停机显示灯闪烁。准备期间所用时间为 5 min,先广播,后响铃。准备期间运行信号无效,急停、停机信号有效。准备完成后,进入准备完毕状态。运行期间,准备信号无效,急停及停机信号有效。停机期间,若门未打开过,运行信号有效;若门打开过,准备信号有效,运行信号无效。停机期间,急停(隧道急停、控制台急停)信号有效。非常事故,如在准备、运行及技术性停机期间,门被打开或线路出现故障等,应有急停信号指示,即给控制台未准备就绪信号,同时现场停机显示灯闪烁,模拟控
8、制显示板显示被打开的门或线路故障的位置。急停显示与停机显示的区别为:在模拟控制显示板上,有急停信号时,急停显示灯为红色并且每隔 1 s 闪烁一次,无急停信号时,急停显示灯为绿色,而停机信号在模拟控制显示板上无此功能;在现场的显示区别为,有急停信号时,停机显示灯闪烁,有停机信号时,停机显示灯不闪烁。隧道急停显示与控制台急停显示的区别为:停机显示灯的显示都一样,为每隔 1 s 闪烁一次,不同的是,隧道急停伴有声音报警,而控制台急停没有声音报警。隧道急停信号产生的动作,有且只有现场和模拟显示板上的故障复位按钮能起到复位的作用,先复位现场复位按钮,后复位显示板故障复位按钮。控制台急停信号产生的动作,有
9、且只有模拟显示板和控制台操作面板上的故障复位按钮能起到复位的作用,先复位模拟显示板上的故障复位按钮,后复位控制台操作面板上的故障复位按钮。b k电子直线和储存环人身安全联锁信息(门状态信号和钥匙状态信号)应准确可靠地传送给中央安全联锁系统,实现计算机管理。3BEPC人身安全联锁系统方案的确定3.1系统的基本配置 现场的报警系统采用高性能的警灯、警铃装置。电子直线部分共设置 12 个急停按钮,储存环部分共设置 9 个急停按钮。用微动开关作为现场门的开关信号,每道门上方有醒目的准备、运行、停机 3 种运行状态显示。控制系统采用 OMRON 公司的可编程序控制器(PC)模块。电子直线和储存环各一组。
10、电子直线和储存环各有一块模拟控制显示板,以便直接观察各隧道门的开闭状态和门钥匙的就位情况。用 OMRON 公司的两个 PC Link 401 插件单元分别将电子直线和储存环人身安全联锁信息传送给中央安全联锁系统。用隧道内专用程控电话作为本系统向控制台报警的辅助通讯设备。系统的基本配置结构示于图 3。3.2人身安全联锁系统控制过程状态转移图根据人身安全联锁系统的要求画出人身安全联锁系统的控制过程状态转移图(见图 4)。图 4 直观地反映了信息的流程过程及对各种情况的处理结果,说明了可编程序控制器在人身49李铁辉等:北京正负电子对撞机人身安全联锁系统的改进图 3人身安全联锁系统结构示意图安全联锁系
11、统中的智能作用。3.3控制电路及程序设计该系统的核心部分是控制电路。控制电路各部分之间的电气连接采用的是“常开”触点的闭合方式,电路中任何环节失效,都会使“准备就绪”无效,这样从逻辑和电气上充分保证了控制电路的可靠性。本次改进的控制电路采用了 C200H 可编程序控制器模块。C200H 可编程序控制器是 90 年代工业自动化所采用的最新产品,它对环境的要求不是很高,并有较强的抗外界干扰的能力,故可靠性好。改进后系统的控制电路由可编程序控制器中央处理单元(CPU)、输入输出单元、模拟控制显示电路和接线端子板组成。模拟控制显示电路由模拟图形显示板、高亮度发光二极管、电子锁及带灯按钮组成。通过模拟控
12、制显示电路可以直接观察到各隧道通道门的开闭状态及各通道门钥匙的就位情况,同时还可以直接观察到隧道内急停按钮的状态。接线端子板由电源、继电器、接线端子排及板架组成。通过接线端子板可以将可编程序控制器输入输出单元的信号电缆,模拟控制显示板信号电缆,现场信号电缆及控制台信号电缆联结起来,实现各部分之间的信号传送。图 5 为控制电路原理框图,显示了各部分之间的关系。输入、输出单元的分配情况(I/O 口的分配)列于表 1 和表 2,通讯单元约定见表 3。50辐射防护第 17 卷第 1 期图 4BEPC 人身安全联锁系统控制过程状态转移图表 1BEPC 电子直线人身安全联锁系统 I/O 口编号表输入单元(
13、)信号名称编 号输入单元()信号名称编 号输出单元()信号名称编 号输出单元()信号名称编 号门 1LD100001复位输入00109系统就绪00400报警输出00509门 2LD200002准备完毕00110KEY1 锁上00401复位显示00510门 3LD300003准备输入00111KEY2 锁上00402准备输出00511门 4LD400004运行输入00112KEY3 锁上00403运行输出00512KEY000008停机输入00113KEY4 锁上00404停机输出00513KEY100009隧道急停00114无 急 停00407急停输出00514KEY200010直控急停001
14、15没有就绪00408就绪输出00515KEY300011KEY1 未锁00409KEY400012KEY2 未锁00410KEY3 未锁00411KEY4 未锁00412有 急 停0041551李铁辉等:北京正负电子对撞机人身安全联锁系统的改进表 2BEPC储存环人身安全联锁系统I/O口编号表输入单元()信号名称编 号输入单元()信号名称编 号输出单元()信号名称编 号输出单元()信号名称编 号门 1RD100001复位输入00109系统就绪00400报警输出00509门 2RD200002准备完毕00110KEY1 锁上00401复位显示00510门 3RD300003准备输入00111K
15、EY2 锁上00402准备输出00511门 4RD400004运行输入00112KEY3 锁上00403运行输出00512门 5RD500005停机输入00113KEY4 锁上00404停机输出00513门 6RD600006隧道急停00114KEY5 锁上00405急停输出00514KEY000008中控急停00115KEY6 锁上00406就绪输出00515KEY100009无 急 停00407KEY200010没有就绪00408KEY300011KEY1 未锁00409KEY400012KEY2 未锁00410KEY500013KEY3 未锁00411KEY600014KEY4 未锁00
16、412KEY5 未锁00413KEY6 未锁00414有 急 停00415表 3BEPC 人身安全联锁系统通讯单元约定编号表电子直线加速器编号信号名称储存环加速器编号信号名称L3600门联锁L0400门联锁L3601门 1开闭状态L0401门 1开闭状态L3602门 2开闭状态L0402门 2开闭状态L 3603门 3开闭状态L 0403门 3开闭状态L 3604门 4开闭状态L 0404门 4开闭状态L 3605空L 0405门 5开闭状态L 3606空L 0406门 6开闭状态L 3607空L 0407空L3608KEY0总锁状态L0408KEY0总锁状态L3609KEY1锁 1 状态L0
17、409KEY1锁 1 状态L3610KEY2锁 2 状态L0410KEY2锁 2 状态L 3611KEY3锁 3 状态L 0411KEY3锁 3 状态L 3612KEY4锁 4 状态L 0412KEY4锁 4 状态L 3613空L 0413KEY5锁 5 状态L 3614空L 0414KEY6锁 6 状态L 3615隧道急停L 0415隧道急停52辐射防护第 17 卷第 1 期图 5BEPC 人身安全联锁系统控制电路原理框图4结束语本系统已调试完毕,完成了人身安全联锁系统的各项要求,目前正在北京正负电子对撞机上投入运行,运行情况良好。由于新系统采用了先进的 OMRON 公司的可编程序控制器技术
18、,所以实现了人身安全联锁系统的智能化。改进的新系统还在可靠性与可维护性方面远远超过了原系统。本工作得到了汤树明同志的大力支持与帮助,在此表示衷心地感谢!(编辑部收稿日期 1995 年 11月 21 日)53李铁辉等:北京正负电子对撞机人身安全联锁系统的改进IMPROVEMENT IN THE PERSONNEL SECURITY INTERLOCKSYSTEM OF BEIJING ELECTRON-POSITRON COLLIDERLi T iehuiWu JingminLiu Liefu(Institute of High Energy Physics,Academic Sinica,Be
19、ijing,100039)AbstractT his paper describes the improvement in the personnel security interlock systemof Beijing Electron-Positron Collider.The paper mainly shows the requirements of personnelsecurity interlock and the determination of new system s program.T he new system not onlyimproves reliability
20、,maintenance of the system and accuracy for messages transmission,butalso realizes computer communication between Personnel Security Interlock System and Cen-tral Security Interlock System.(Key Words:Beijing Electron-Positron Collider,Personnel Security Interlock,Programmable Con-troller,Improvement)54辐射防护第 17 卷第 1 期