一种基于物联网技术的测井智慧放射源库设计

1 引言

放射性测井源仓储管理长期依赖人工操作，辐射风险高、效率低下。尽管已有RFID、机械臂等局部技术应用，仍存在系统集成度低、多源协同不足等问题。本文基于物联网技术构建智慧源库系统，实现源库管理全面升级。

2 系统架构设计系统架构由七个模块组成。

2.1AGV 转运模块

该模块由 AGV 小车和其上搭载的源罐底座组成，如图 2-1 所示，其主要承担放射源在库区与交接区之间的运输任务。AGV 小车采用激光 SLAM 导航技术，可将源罐精准地运输至交接位置，实现出入库过程全部自动化，确保运输过程全封闭。其上可一次性搭载一整套放射源，在保证运输过程安全稳定的同时控制了单次取还源的用时。

2-1 AGV 示意图

2.2 工业机器人模块

库内采用工业机器人进行放射源的转移，其示意图如图 2-2 所示。该模块抓取机构为六自由度机器臂搭载末端执行机构，抓手通过压力传感器动态调节夹持力，可执行不同类型尺寸的罐体抓取、源坑盖开闭等操作任务。工业机器人底部可安装滑轨，将机器人作业范围扩大至整个源坑区域，实现源罐从源坑到辐射检测台到 AGV 小车的自动化运输。

2-2 工业机器人示意图

2.3 辐射检测模块

如图 2-3，该模块由无源 RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）与中子伽马辐射检测器组成。每次取环源过程中，需要在库内交接区对源罐的身份和辐射剂量进行双校验，将检测到的数据与系统数据进行对比，确保每次取源、还源过程中源的准确性，实现放射源出入库交接自动检测。

2-3 辐射监测模块示意图

2.4 源坑存储模块

源坑加盖的存储模式可有效屏蔽放射源的辐射，确保库内平均辐射剂量小于 2.0μSv/h ，达到国家要求的坑外操作剂量率。本设计在原有地坑结构基础上，增设机器人抓取接口，在坑盖上保留吊钩并加装定位块，如图 2-4 所示，使电动抓手可以精准抓取提放坑盖。

2-4 源坑盖抓手结构图

2.5 屏蔽柜存储模块

刻度源等弱源存放于屏蔽柜中，屏蔽柜设计铅当量 40mm ，可有效屏蔽辐射，如图 屏蔽柜门设计为电动自动开合，在取还源过程中自动接受系统信号，与电动抓手配合实现全过程自动化。

2.6 门禁控制模块

该模块采用“双门联锁”安全策略：屏蔽大门常闭，仅开启屏蔽小门供AGV 通行。人脸识别终端验证操作员权限后，PLC 控制小门电机在 3 秒内完成启闭，结合辐射监测数据形成“人-车-源”安全闭环。

基于微服务架构开发智能仓储系统，实现源库的动态监控、任务调度、无纸化管理等功能，并实现与 EISC 的实时互联，通过OPC UA 协议推送库存预警和报告。

2.7 平台管理模块

3 系统运行机制与作业流程设计

3.1 系统运行框架

智慧源库采用闭环控制模式。作业人员通过双重人脸认证激活任务单后，系统自动调度GV 与库内机器人协同完成放射源的出入库操作，全过程无人接触放射源实体。

3.2 放射源入库流程设计入库操作按以下顺序执行

1）任务初始化

系统接收入库指令，机器人将装源框装载至AGV；AGV 驶至库外交接区等待人工放置放射源。

2）放射源转运

2-5 屏蔽柜示意图

人工将放射源固定于 AGV 上搭载的容器内；AGV 沿预设路径运输至库内机器人作业区，机器人抓取源置于辐射监测台上进行辐射剂量检测。

3）机器人自动存储

机器人抓取刻度源料框存入指定屏蔽柜；移开源坑盖板并暂存于中转台；抓取测井源放入源坑；盖板复位完成密封。

3.3 放射源出库流程出库操作遵循辐射安全优先原则：

1）任务触发

系统解析出库指令，生成放射源抓取序列。

2）机器人取源与检测

机器人按程序依次抓取中子源罐、密度源罐及刻度源吊篮；经身份编码验证及辐射剂量在线监测，合格后放置于 AGV 搭载台上。

3）放射源存放

AGV 将放射源运至库外交接区；人工卸源后，AGV 空载返回库内；机器人回收刻度源放置架至屏蔽柜存储。

4 系统测试与分析

4.1 实验环境搭建

本设计所使用的硬件设备包括：6 自由度工业机器人、高清摄像头、伺服电机、各类传感器等。所需软件包括：工业机器人视觉系统、AGV 视觉定位系统、任务单信息流转服务平台、执行管理服务平台及对应 UI 界面等。

为了综合评估本设计性能，本实验分别对系统的安全性、效率及鲁棒性进行测试。

4.2 测试数据分析

本实验对智慧源库关键参数进行测试，结果如下表所示。

表 1 智慧源库各项参数

由该表可知，本文设计的智慧源库安全性满足国家对于放射性源库的辐射剂量要求，且各设备定位精度良好，在承受大力矩的工况下仍能保持较高的工作精度，以完成源库内各项工序。

为了更好的进行纵向对比的实验，本文选择传统源库工作模式的数据作为参考，两者在相同的工况下分别执行相同任务，其对比结果如下表所示。

表 2 两种源库执行各任务对比结果

结果表明，本文提出的基于物联网技术的智慧源库在人员接触辐射量和单次操作耗时两项指标上均优于传统的测井用放射源库，分别上涨 71.4% 和 60% 。综合来看，智慧源库系统显著降低了工作人员职业健康风险，大幅优化仓储周转能力，相较于传统管理模式实现了安全性与效率的跨越式提升。

5 结论

本研究提出基于物联网的智慧源库系统，通过AGV与机器人实现人源隔离及全自动存取，使年辐射接触量 ∠ 1mSv；柔性抓手适配多类源罐，单次操作 <10 分钟；智能平台依托OPC UA与 EISC 互联，实现动态预警、无纸化调度与全程数字化监管。

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