"L'hardware e il software del nuovo sistema, rendono l’applicazione in ogni sua parte notevolmente interessante per via della integrazione e della versatilità che si è riusciti ad ottenere"
- R. Prisco,
ITEL TELECOMUNICAZIONI
The Challenge:
Realizzare un sistema di monitoraggio e controllo dei livelli di radioattività degli ambienti a rischio contaminazione di un’officina di produzione radiofarmaci.
Integrazione dello stesso con sistemi di controllo ambientale HVAC (relativamente ai parametri termoigrometrici, particellari e microbiologici), di controllo del ciclotrone, di stoccaggio dell’aria contaminata.
The Solution:
Implementazione di un sistema di monitoraggio e controllo su piattaforma NI CompactRIO e LabVIEW Real-Time, remotizzazione degli allarmi tramite host computer, interfacciamento con sistemi di misura e controllo PLC attraverso moduli di I/O su scheda FPGA, visualizzazione dei parametri di controllo del processo su touch panel.
Author(s):
R. Prisco -
ITEL TELECOMUNICAZIONI
F. Di Niso - ITEL TELECOMUNICAZIONI
Abstract
Nell’ambito della progettazione di un centro di produzione di radiofarmaci si è sviluppato un sistema di monitoraggio e controllo dei livelli di radioattività ambientali nei locali adibiti alla produzione di radioisotopi e alla sintesi del radiofarmaco.
Il sistema consta di diversi rilevatori di radiazioni, di un CompactRIO, come sistema di misura e controllo, che grazie alla tecnologia FPGA con moduli di I/O sia analogici che digitali permette l’acquisizione simultanea dei segnali generati dai sensori, l’attivazione degli allarmi in caso di superamento delle soglie impostate, l’attuazione delle contromisure, quali l’interdizione dei locali e lo stoccaggio dell’aria, in caso di contaminazione.
Articolo
Il sistema di monitoraggio della radioattività ha la finalità di eseguire un’acquisizione continua, automatica e temporizzata dei livelli di radiazione nei vari ambienti presenti in una struttura di produzione di radiofarmaci, confrontarli con le relative soglie, attivare allarmi visivi e sonori in caso di superamento dei valori impostati, attivare le procedure di emergenza in caso di contaminazione.
È di fondamentale importanza dotare un centro di produzione di radiofarmaci di un sistema di monitoraggio e controllo di eventuali contaminazioni radioattive, sia per la sicurezza del personale che opera all’interno dello stesso, sia per evitare l’immissione di aria contaminata nell’ambiente esterno.
Il sistema di monitoraggio e controllo progettato si articola in vari elementi:
1. Sistema di acquisizione, elaborazione e attuazione;
2. Sensoristica;
3. Segnalatori visivi e acustici di allarme;
4. Valvole di sicurezza;
5. Pompe di aspirazione;
6. Contenitori per lo stoccaggio dell’aria contaminata;
Architettura Hardware
Il sistema di acquisizione, elaborazione e attuazione è stato progettato e realizzato su piattaforma CompactRIO 9073 che integra un controller Real-Time con processore Power PC da 266Mhz 64Mb di DRAM e 128 Mb di memoria non volatile e un chip FPGA da 2M gate con uno chassis da 8 slot di I/O.
Per l’acquisizione dei segnali si sono adoperati: 2 moduli di input 9871 ciascuno con 4 porte seriali con standard RS485, 1 modulo 9401 di input/output con 8 canali TTL, 1 modulo di input 9205 con 32 canali analogici ±10V, 2 moduli di output 9477 ciascuno con 32 canali digitali, 1 modulo di output 9264 con 16 canali analogici ±10V.
Per la misura della contaminazione sono stati utilizzati 7 Geiger Muller per la radiazione gamma ciascuno collegato su bus seriale ad una porta del modulo 9871, 1 sonda a neutroni moderata ad 3He collegata anch’essa su bus seriale ad una porta del 9871, 1 sonda NaI (Ioduro di sodio) per il conteggio delle disintegrazioni collegata ad un ingresso del modulo contatore TTL 9401.
Per la gestione degli allarmi si sono utilizzate le uscite dei moduli 9477 in configurazione sinking ognuna delle quali pilota l’accensione di uno stadio della colonnina di segnalazione.
Per la gestione delle procedure di sicurezza, quali la chiusura delle serrande e delle porte, vengono inviati dei segnali di comando ad un PLC Siemens sempre attraverso il modulo 9477.
La chiusura delle valvole di ricircolo dell’aria nei locali viene invece direttamente pilotata dal modulo 9264 che attraverso i canali analogici ±10V è capace di alimentare direttamente le stesse.
Per il campionamento dell’aria nei locali a rischio contaminazione, si è adoperato un sistema che attraverso le uscite del modulo 9477 attiva delle elettrovalvole collegate ad una pompa a vuoto che si preoccupa dell’aspirazione dell’aria al fine di portarla in un contenitore schermato dove avviene la misura con la sonda NaI (Ioduro di sodio).
Architettura Software
Per lo sviluppo del software si è utilizzato l’ambiente di programmazione grafica LabVIEW 8.6 installato su di un PC desktop con sistema operativo Windows XP, il modulo LabVIEW FPGA per la programmazione del chip FPGA sul board cRIO, il modulo LabVIEW Real-Time per la progettazione dell’applicazione Real-Time e stand-alone, il modulo LabVIEW Datalogging and Supervisory Control per la progettazione della sezione Supervisione dell’applicazione stand-alone.
L’architettura software è stata strutturata su tre livelli distinti, che operano contemporaneamente attraverso la condivisione di variabili, pur mantenendo l’indipendenza fisica.
Con il modulo LabVIEW FPGA e LabVIEW Real-Time sono stati sviluppati VI relativi alla gestione degli I/O di basso livello (FPGA) e del modulo Real-Time.
Il VI eseguito localmente a bordo dell’FPGA, è preposto all’acquisizione dei segnali provenienti dalla sensoristica e all’attivazione dei canali dei moduli di output.
Tale VI non necessita di alcuna interfaccia grafica verso l’operatore; esso viene scaricato da un PC sul CompactRIO dopo aver opportunamente configurato tutti i parametri di acquisizione.
Il VI di gestione del modulo Real-Time permette di implementare gli algoritmi di confronto tra i valori acquisiti e i valori di soglia prefissati, di generazione degli allarmi e di gestire in maniera automatica tutti gli interventi necessari a garantire la sicurezza tutte le volte che si rilevano valori eccessivi di radioattività. ( quali ad esempio la chiusura degli accessi alle zone controllate, la disattivazione dell’impianto di estrazione e ricircolo dell’aria, l’attivazione dell’impianto di stoccaggio dell’aria contaminata in serbatoi di accumulo, l’attivazione e del sistema di segnalazione dei locali interessati da contaminazione)
Il VI, sviluppato con LabVIEW ed eseguito sull’ Host PC, presenta un’interfaccia grafica user friendly che permette all’operatore di monitorare in ogni momento tutti i parametri critici del processo, quali le misure acquisite, i valori impostati di soglia di allarme, lo stato di funzionamento di ciascun sensore, lo stato di ciascun segnalatore visivo anche remoto, lo stato di funzionamento di tutte le valvole comandate dal sistema, sia come valori numerici che graficamente, di visualizzare lo storico delle misure recuperando le informazioni dal Datalogger, avere un visione generale del processo, e se autorizzato, modificare anche alcuni parametri critici quali le soglie di allarme e la disattivazione di taluni sensori, necessaria per eventuali manutenzioni che non richiedono lo shut-down dell’intero sistema di monitoraggio.
Conclusioni
Questo nuovo sistema di monitoraggio e controllo è in fase di validazione presso la Itel telecomunicazioni srl, che lo ha integralmente progettato è sviluppato per installarlo in una officina farmaceutica per la produzione di radiofarmaci.
Sia l’architettura hardware che software del nuovo sistema di monitoraggio e controllo della radioattività rendono l’applicazione in ogni sua parte notevolmente interessante per via della integrazione e della versatilità che si è riusciti ad ottenere, riuscendo a far coesistere tecnologie di misura, di controllo e di comunicazione che fino a questo momento necessitavano ciascuna di un sistema autonomo e non prescindevano dalla presenza di un controllo diretto di un operatore.
Le prestazioni, l’affidabilità e la robustezza del sistema hanno suscitato l’interesse della comunità scientifica ed industriale per l’utilizzo di questo sistema nei futuri impianti ove ci siano aree a rischio contaminazione da monitorare e controllare.
Author Information:
R. Prisco
ITEL TELECOMUNICAZIONI
r.prisco@itelte.it
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