CN106406216A - 一种用于粒子束流降能器的控制装置及其控制方法 - Google Patents

一种用于粒子束流降能器的控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于粒子束流降能器的控制装置，包括接收、处理和发出控制讯号的主控单元，与主控单元连接连接、负责发送当前降能器的运动状态以及接收主控单元控制讯号发驱动单元，检测降能器当前位置并发送到主控单元的位置采集单元，用于检测降能器是否超出允许的运动范围的限位单元，检测输出束流的强度，并反馈给主控单元，主控单元根据该反馈信息实现降能器输出束流的调整的束流测量单元。本发明还公开了一种用于粒子束流降能器的控制装置的控制方法，整个控制过程简单，每步操作结果易得，大大提高了便捷性，实现了联锁功能，提高了使用的安全性。

Description

一种用于粒子束流降能器的控制装置及其控制方法
技术领域
本发明属于粒子医疗领域，具体涉及一种用于粒子束流降能器的控制装置及其控制方法。
背景技术
控制***是指由控制主体、控制客体和***体组成的具有自身目标和功能的管理***。对于开环控制***，***的输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的能力都比较差；对于闭环控制***，是利用输出量同期望值的偏差对***进行控制，是建立在反馈原理的基础上，可以获得比较好的控制性能，闭环控制***又称为反馈控制***。
质子是构成原子核的基本微小粒子，重离子是原子量较大院原子的原子核，常用的如碳离子。质子或重离子经过加速器加速约70％的光速后，被引出射入人体，在到达病灶时释放大量能量，整个治疗过程相当于针对肿瘤的“定向***”。对于不同的病人以及同一病人的不同治疗计划，粒子束流通过降能器来调节束流的强度，对肿瘤进行强有力的照射，同时避开正常的人体组织。
降能器需要将其他***输入的束流强度降低到符合病人治疗计划的值，常规肿瘤治疗中，降能器的输出一般可分为100多个档位。降能器的功能实现需要选择控制装置和控制方法，使速度、位置和束流的全闭环可以保证束流的稳定输出。同时，由于降能器是整个治疗装置的一部分，需要有联锁功能，一方面，接受其他***的状态信号；一方面，发送降能器自身当前的状态信号到其他***。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种能够调节束流强度大小的降能器的全闭环控制装置，具体是通过以下技术方案实现的：
一种用于粒子束流降能器的控制装置，包含：
一主控单元，负责设定、保存降能器的档位位置，并接收、处理和发出控制讯号；
一故障单元，与主控单元连接，为一数字量输入模块，负责接收其他***单元的状态信号，主控单元通过该输入信号判断降能器是否工作；
一位置采集单元，与主控单元连接，为光栅尺，检测降能器当前位置并发送到主控单元；
一限位单元，与主控单元连接，为接近开关，用于检测降能器是否超出允许的运动范围；
一驱动单元，与主控单元连接连接，包括驱动器和编码器，驱动器与主控单元连接，编码器负责发送当前降能器的运动状态信息至主控单元，主控单元根据状态信息将控制讯号发至驱动器，驱动降能器的运动；
一束流测量单元，与主控单元连接，为一束流传感器，检测输出束流的强度，并反馈给主控单元，主控单元根据该反馈信息实现降能器输出束流的调整；
一电力单元，用于给主控单元和驱动单元供电。
在主控制单元上连接有一报警单元，报警单元为一警示灯，警示灯亮表示降能器故障，需要检修。
所述电力单元包括电源、备用电源，电源为主控单元和驱动单元供电，备用电源为主控单元和报警单元提供备用电源。
所述主控单元为西门子s7系列PLC，包括负载电源PS307,cpu 315-2PN/DP，数字量输入输出模块SM323。
本发明的另一个目的是提供一种用于粒子束流降能器控制装置的控制方法，该方法包括以下顺序的步骤：
(1)首先，控制装置与降能器对应连接，降能器固接在机架的丝杠螺母机构上，丝杠螺母的驱动电机与驱动单元的驱动器连接；位置采集单元设在降能器的滑动端，限位单元设在机架外端，束流测量单元设在降能器的束流输出端；
(2)主控单元向驱动单元发送位置信息，驱动单元根据位置信息和位置检测单元的位置反馈信息进行降能器的定位，定位完成后，驱动单元发送位置到达确认信号给主控单元；主控单元实时接收故障单元信号，若接收到故障单元的故障信号，报警单元的警示灯亮，主控单元控制驱动单元停止工作，反之，则进行下一步；
(3)主控单元控制驱动单元驱动降能器各位置的切换，驱动单元的编码器向主控单元反馈降能器的速度信息，位置采集单元向主控单元反馈降能器的位置信息，主控单元接收速度信息、位置信息，实现降能器位置切换的精确定位；当降能器超出运动范围时，限位单元被触发，报警单元的警示灯亮，主控单元向驱动单元发出停止命令；
(4)束流测量单元实时将降能器输出束流的强度信息发送至主控单元，当步骤(2)定位完成后，检测的束流强度不符时，主控单元向驱动单元发送控制命令，驱动单元响应控制信号驱动电机进行微调；若检测的束流强度符合时，主控单元发送停止命令给驱动单元，并向其他***发出符合要求的确认信号。
本发明的有益技术效果：
本发明采用了全闭环的设计，通过主控单元实现各个单元的协同控制，通过束流测量单元实时监测降能器实时输出束流的强度大小，并反馈至主控单元，主控单元通过驱动单元实现降能器的调整，通过位置采集单元、限位单元以及编码器的信息反馈，实现了降能器移动时的精确定位；同时设计了报警单元，实时监测整个装置在实际运行过程中的状态，及时发现问题，避免错误操作；实际工作时，本装置与降能器的连接简单易控，整个控制过程简单，每步操作结果易得，大大提高了便捷性，实现了联锁功能，提高了使用的安全性。
附图说明
图1是本发明的连接关系示意图。
图2是本发明实际控制时降能器与机架的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
参见图1，一种用于粒子束流降能器的控制装置，包含：
一主控单元9，所述主控单元为西门子s7系列PLC，包括负载电源PS307,cpu 315-2PN/DP，数字量输入输出模块SM323，负责设定、保存降能器的档位位置，并接收、处理和发出控制讯号；在主控制单元9上连接有一报警单元2，报警单元为一警示灯，警示灯亮表示降能器故障，需要检修。
一故障单元6，与主控单,9连接，为一数字量输入模块，负责接收其他***单元的状态信号，主控单元9通过该输入信号判断降能器是否工作；
一位置采集单元3，与主控单元9连接，为一光栅尺，检测降能器当前位置并发送到主控单元；
一限位单元5，与主控单元9连接，为一接近开关，用于检测降能器是否超出允许的运动范围；
一驱动单元1，与主控单元9连接连接，包括驱动器和编码器，驱动器为动科尔摩根s72402，驱动器通过profibus dp接口与主控单元西门子s7-300系列的profibus dp接口连接，编码器负责发送当前降能器的运动状态信息至主控单元9，主控单元9根据状态信息将控制讯号发至驱动器，驱动降能器的运动；
一束流测量单元4，与主控单元连接，为一束流传感器，检测输出束流的强度，并反馈给主控单元，主控单元9根据该反馈信息实现降能器输出束流的调整；
一电力单元，电力单元包括电源8、备用电源7，电源8和备用电源7均为220V的交流电，电源8为主控单元9和驱动单元1供电，备用电源7为主控单元9和报警单元2提供备用电源。
参见图1、图2，本发明的粒子束流降能器控制装置的控制方法，包括以下顺序的步骤：
(1)首先，控制装置与降能器对应连接，降能器固接在机架d的丝杠螺母机构上，丝杠c的驱动电机型号为科尔摩根AKM31-E、并与驱动单元1的驱动器连接；位置采集单元3设在降能器的滑动端a处，限位单元设在机架外端b处，束流测量单元4设在降能器的束流输出端；
(2)主控单元9向驱动单元1发送位置信息，驱动单元1根据位置信息和位置采集单元3的位置反馈信息进行降能器的定位，定位完成后，驱动单元1发送位置到达确认信号给主控单元9；主控单元9实时接收故障单元6信号，若接收到故障单元6的故障信号，报警单元2的警示灯亮，主控单元9控制驱动单元1停止工作，反之，则进行下一步；
(3)主控单元9控制驱动单元1驱动降能器各位置的切换，驱动单元1的编码器向主控单元9反馈降能器的速度信息，位置采集单元3向主控单元9反馈降能器的位置信息，主控单元9接收速度信息、位置信息，实现降能器位置切换的精确定位；当降能器超出运动范围时，限位单元5被触发，报警单元2的警示灯亮，主控单元9向驱动单元1发出停止命令；
(4)束流测量单元4实时将降能器输出束流的强度信息发送至主控单元9，当步骤(2)定位完成后，检测的束流强度不符时，主控单元9向驱动单元1发送控制命令，驱动单元1响应控制信号驱动电机进行微调；若检测的束流强度符合时，主控单元9发送停止命令给驱动单元1，并向其他***发出符合要求的确认信号。

Claims (5)

1.一种用于粒子束流降能器的控制装置，其特征在于：包含：
一主控单元，负责设定、保存降能器的档位位置，并接收、处理和发出控制讯号；
一故障单元，与主控单元连接，为一数字量输入模块，负责接收其他***单元的状态信号，主控单元通过该输入信号判断降能器是否工作；
一位置采集单元，与主控单元连接，为光栅尺，检测降能器当前位置并发送到主控单元；
一限位单元，与主控单元连接，为接近开关，用于检测降能器是否超出允许的运动范围；
一驱动单元，与主控单元连接连接，包括驱动器和编码器，驱动器与主控单元连接，编码器负责发送当前降能器的运动状态信息至主控单元，主控单元根据状态信息将控制讯号发至驱动器，驱动降能器的运动；
一束流测量单元，与主控单元连接，为一束流传感器，检测输出束流的强度，并反馈给主控单元，主控单元根据该反馈信息实现降能器输出束流的调整；
一电力单元，用于给主控单元和驱动单元供电。
2.根据权利要求1所述的一种用于粒子束流降能器的控制装置，其特征在于：在主控制单元上连接有一报警单元，报警单元为一警示灯，警示灯亮表示降能器故障，需要检修。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于粒子束流降能器的控制装置，其特征在于：所述电力单元包括电源、备用电源，电源为主控单元和驱动单元供电，备用电源为主控单元和报警单元提供备用电源。
4.根据权利要求1所述的一种用于粒子束流降能器的控制装置，其特征在于：所述主控单元为西门子s7系列PLC，包括负载电源PS307,cpu 315-2PN/DP，数字量输入输出模块SM323。
5.根据权利要求1-4所述的一种用于粒子束流降能器控制装置的控制方法，该方法包括以下顺序的步骤：
(1)首先，控制装置与降能器对应连接，降能器固接在机架的丝杠螺母机构上，丝杠螺母的驱动电机与驱动单元的驱动器连接；位置采集单元设在降能器的滑动端，限位单元设在机架外端，束流测量单元设在降能器的束流输出端；
(2)主控单元向驱动单元发送位置信息，驱动单元根据位置信息和位置采集单元的位置反馈信息进行降能器的定位，定位完成后，驱动单元发送位置到达确认信号给主控单元；主控单元实时接收故障单元信号，若接收到故障单元的故障信号，报警单元的警示灯亮，主控单元控制驱动单元停止工作，反之，则进行下一步；
(3)主控单元控制驱动单元驱动降能器各位置的切换，驱动单元的编码器向主控单元反馈降能器的速度信息，位置采集单元向主控单元反馈降能器的位置信息，主控单元接收速度信息、位置信息，实现降能器位置切换的精确定位；当降能器超出运动范围时，限位单元被触发，报警单元的警示灯亮，主控单元向驱动单元发出停止命令；
(4)束流测量单元实时将降能器输出束流的强度信息发送至主控单元，当步骤(2)定位完成后，检测的束流强度不符时，主控单元向驱动单元发送控制命令，驱动单元响应控制信号驱动电机进行微调；若检测的束流强度符合时，主控单元发送停止命令给驱动单元，并向其他***发出符合要求的确认信号。
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