摘　要：簡要介紹了集裝箱CT檢測系統(tǒng)的原理,并詳細介紹了其中控制子系統(tǒng)的功能和結構。實際試運行結果表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。
 
關鍵詞：集裝箱CT檢測系統(tǒng) 控制系統(tǒng) PLC

集裝箱CT檢測系統(tǒng)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(yè)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(tǒng)和60Co鐵路貨運列車檢測系統(tǒng)之后,繼續(xù)承擔了這一國家重點科技攻關項目。控制子系統(tǒng)是60Co集裝箱CT檢測系統(tǒng)中的重要組成部分,對保證整個檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行有著重要意義。

1 集裝箱CT檢測系統(tǒng)簡介

集裝箱CT檢測系統(tǒng)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(tǒng)主要由放射源(60Co工業(yè)探傷機)、陣列探測器、數據采集系統(tǒng)(以上三部分安裝在CT環(huán)形門架上)、機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數據傳輸系統(tǒng)、圖像重建系統(tǒng)和圖像顯示分析系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。60Co集裝箱CT檢測系統(tǒng)的在線檢測狀態(tài)示意圖如圖1所示。

圖1 60Co集裝箱CT檢測系統(tǒng)在線檢測狀態(tài)示意圖

安裝了放射源和陣列探測器的CT環(huán)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(tǒng)不僅可以對被檢物體的可疑區(qū)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(tǒng)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(qū)分開。

2 控制子系統(tǒng)功能

60Co集裝箱CT檢測系統(tǒng)的功能結構示意圖如圖2所示,其中控制子系統(tǒng)包括安全監(jiān)控系統(tǒng)、掃描控制系統(tǒng)和主控系統(tǒng)。安全監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)運行時的設備和人身安全。掃描控制系統(tǒng)的主要功能是控制機械系統(tǒng)的運動,實現CT環(huán)形門架的隨機旋轉、固定位置旋轉和連續(xù)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(tǒng)功能結構示意圖

60Co集裝箱CT檢測系統(tǒng)中控制子系統(tǒng)的主控系統(tǒng)是其控制樞紐。主控系統(tǒng)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(tǒng)的掃描模式有正視投影、俯視投影、雙投影、CT掃描和常規(guī)掃描(雙投影加CT掃描);(b)與掃描控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)進行通訊,發(fā)送流程控制命令并接收檢測系統(tǒng)反饋的狀態(tài)信息;(c)與數據傳輸系統(tǒng)進行通訊,發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng),分別進行刻度校正和圖像重建;(e)與圖像顯示和分析系統(tǒng)進行通訊,把經過圖像重建系統(tǒng)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(tǒng),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(tǒng)結構
 
60Co集裝箱CT檢測系統(tǒng)中控制子系統(tǒng)的組網方式為以太網和PROFIBUS現場總線相結合,主控系統(tǒng)、工控機與60Co集裝箱CT檢測系統(tǒng)的其它子系統(tǒng)通過有線和無線局域網進行通訊,主控系統(tǒng)與PLC以及PLC之間通過PROFIBUS總線進行通訊。控制子系統(tǒng)的結構示意圖如圖3所示。

圖3 控制子系統(tǒng)結構示意圖

安全監(jiān)控系統(tǒng)由工控機、PLC2和門禁、聲光報警燈、急停按鈕、快門執(zhí)行機構等外圍設備組成。其中,工控機和PLC2安裝在CT環(huán)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(tǒng)由PLC3、PLC4、變頻器和各種傳感器等組成。掃描控制系統(tǒng)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(tǒng)的邏輯運算,并通過變頻器控制CT環(huán)形門架的電機和平移機構的電機,實現CT環(huán)形門架的旋轉運動和平移機構的水平運動。在CT環(huán)形門架上安裝有零點定位器,每次系統(tǒng)上電時,CT環(huán)形門架都執(zhí)行一次尋零操作,此時CT環(huán)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(huán)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)進行通訊,完成60Co集裝箱CT檢測系統(tǒng)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(tǒng)的檢測CT圖像如圖4所示。該檢測系統(tǒng)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(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠,操作方便,容易維護,達到了設計要求。

圖4 航空集裝箱的檢測CT圖像

參考文獻
1 陳雪松. CT圖像重建的可擴展多DSP并行計算系統(tǒng)結構.清華大學學報(自然科學版),2004; 44(3)
2 叢 鵬. 大型集裝箱CT系統(tǒng)圖像重建研究. 原子能科學技術, 2003; 37(5)