CN109224322B - 一种应用于质子治疗装置的真空控制*** - Google Patents

一种应用于质子治疗装置的真空控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于质子治疗装置的真空控制***，包括用于***监视和操作的人机界面，接收、处理和发送控制信号的本地控制器，连接多个Profinet信号的第一网络交换设备，连接多个Profibus信号的第二网络交换设备，采集现场气动阀门位置开关信号的分布式I/O模块。本***采用Profinet、Profibus总线技术，分布式I/O技术，实现对机械泵、分子泵、真空规和气动阀门等装置的监视和控制，保证了质子治疗真空环境的稳定性，节省了大量的控制电缆，提高了便捷性，节约了成本。

Description

一种应用于质子治疗装置的真空控制***
技术领域
本发明涉及一种控制***，尤其涉及一种应用于质子治疗装置的真空控制***。
背景技术
真空控制***是质子治疗装置控制***中重要的组成部分，质子束流在传输过程中，都需要在真空环境下进行，且对真空环境要求很高，因此需要控制***稳定性好。
采用基于PLC的真空控制***，具有各方面有点；(1)PLC具有安全功能，可带安全模块，不需要再做额外的冗余***；(2)PLC控制***开发简单，研发成本低，且稳定性好；(3)PLC控制器响应时间可达到us级，响应速度完全满足本***。在基于满足***需求的情况下，从研发时间，研发成本和安全性能方面考虑，用于质子治疗装置的真空控制***可采用PLC来实现。
自真空技术出现以来，真空技术的不断进步极大的促进了人类科学技术的发展，无论是半导体行业，新材料开发，还是离子加速器等应用科学领域都对真空有很大要求；现有技术中，对于类似于质子治疗装置所需要的高真空环境，其控制***主要为手动操作阶段，具有真空度性能不稳定和真空度控制精度不足等缺点，此外，还无法抵御突然断电或气路漏气等紧急情况的发生，并且还有***布线复杂、成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于质子治疗装置的真空控制***，该***能够对真空设备操作进行监视和控制。
本案中：1.***抽真空稳定，维修费用低，使用寿命长；2.***采用现场分布式模块和总线连接技术，解决了布线复杂和成本高的问题；
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种应用于质子治疗装置的真空控制***，该真空控制***包括：
用于***监视和操作的人机界面；
接收、处理和发送控制信号的本地控制器；
连接多个Profinet信号的第一网络交换设备；
连接多个Profibus信号的第二网络交换设备；
采集现场气动阀门位置开关信号的现场分布式I/O模块。
进一步地，所述人机界面为西门子精致面板，与本地控制器通过Profinet通信连接，负责设定、保存并显示真空设备运行的参数，发出设备操作指令，并监视设备的运行状态和真空环境的状态。
进一步地，所述本地控制器为西门子S71500系列PLC，负责接收、处理和发出控制命令，并判断真空设备是否有故障，真空度是否满足需求。
进一步地，所述第一网络交换设备为路由器或交换机，以Profinet通信方式将现场分布式I/O模块和本地控制器连接在一起。
进一步地，所述第二网络交换设备为RS485中继器，以Profibus通信方式将分子泵、真空规分别和本地控制器连接在一起。
进一步地，所述气动阀门包括个角阀和个插板阀；所述气动阀门的位置开关信号以硬接线方式接入到现场分布式I/O模块，检测阀门目前处于打开或关闭状态，并将状态信号传送到本地控制器。
进一步地，通过人机界面和本地控制器启动每个相应区域的机械泵；所述机械泵通过中间继电器和接触器被本地控制器控制；机械泵抽低真空；
分子泵抽高真空，当分子泵启动条件满足时，通过人机界面和本地控制器启动每个相应区域的分子泵，使整个***的真空度满足要求；真空规采集所在相应区域的真空度，并将参数传输到人机界面和本地控制器，通过本地控制器处理，对真空环境作出调整。
进一步地，所述分子泵相互连接通过第二网络交换设备连接到本地控制器，以Profibus总线技术和本地控制器进行信息交互。
进一步地，所述真空规相互连接通过第二网络交换设备连接到本地控制器，以Profibus总线技术和本地控制器进行信息交互。
本发明的有益效果：本发明采用了基于PLC的真空控制***，利用Profinet、Profibus总线技术，分布式I/O技术，能够实时监视和控制真空设备的运行，反馈当前真空环境的状态，保证真空环境的稳定性；同时该***自动化程度高，稳定性好，易于维护，节省了大量的人力物力。
本***采用Profinet、Profibus总线技术，分布式I/O技术，实现对机械泵、分子泵、真空规和气动阀门等装置的监视和控制，保证了质子治疗真空环境的稳定性，节省了大量的控制电缆，提高了便捷性，节约了成本。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种应用于质子治疗装置的真空控制***的连接结构示意图。
图2是本发明一种应用于质子治疗装置的真空控制***的真空分段示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种应用于质子治疗装置的真空控制***，包含：人机界面1、本地控制器2、第一网络交换设备3、第二网络交换设备4、现场分布式I/O模块5、气动阀门6、机械泵7、分子泵8和真空规9。
其中人机界面1，为西门子精致面板，与本地控制器2通过Profinet通信连接，负责设定、保存并显示真空设备运行的参数，发出设备操作指令，并监视设备的运行状态和真空环境的状态。
本地控制器2，为西门子S71500系列PLC，包括***电源、负载电源和安全输入输出模块，负责接收、处理和发出控制命令，并判断真空设备是否有故障，真空度是否满足需求。
第一网络交换设备3为路由器或交换机，以Profinet通信方式将现场分布式I/O模块5和本地控制器2连接在一起。
第二网络交换设备4为RS485中继器，以Profibus通信方式将现场分子泵8、真空规9分别和本地控制器2连接在一起。
气动阀门6的位置开关信号以硬接线方式接入到分布式I/O模块5，检测阀门目前处于打开或关闭状态，并将状态信号传送到本地控制器2。
机械泵7可以抽低真空，通过人机界面1和本地控制器2启动每个区域的机械泵，使***真空度到达一定水平。所述机械泵7通过中间继电器和接触器被本地控制器2控制。
分子泵8可以抽高真空，当分子泵启动条件满足时，通过人机界面1和本地控制器2启动每个区域的分子泵，使整个***的真空度满足要求。
真空规9可采集所在区域的真空度，并将参数传输到人机界面1和本地控制器2，通过本地控制器2处理，对真空环境作出调整。
具体地，人机界面1与本地控制器2通过Profinet通信连接；第一网络交换设备3以Profinet通信方式将现场分布式I/O模块5和本地控制器2连接在一起；第二网络交换设备4以Profibus通信方式将现场分子泵8、真空规9分别和本地控制器2连接在一起；气动阀门6的位置开关信号以硬接线方式接入到分布式I/O模块5，检测阀门目前处于打开或关闭状态，并将状态信号传送到本地控制器2；机械泵7通过中间继电器和接触器与本地控制器2连接；
当***需要启动时：
通过点击人机界面中的控制画面接口，以Profinet通信方式将***启动命令传送到本地控制器；
本地控制器发送命令首先启动机械泵，并将机械泵的运行状态以Profinet通信方式传送到人机界面显示；
同时本地控制器以Profibus通信方式实时接收每个真空规的真空度数据，并将这些数据以Profinet通信方式传送到人机界面显示；
机械泵完全启动后，本地控制器以Profinet通信方式发送命令，通过各区域的分布式模块打开相应区域的角阀和插板阀，并接收这些角阀和插板阀的位置开关状态信息，以Profinet通信方式传送到人机界面显示；
机械泵抽低真空，在相应的角阀和插板阀处于打开情况下，当主管路真空度满足分子泵启动条件时，本地控制器以Profibus通信方式发送命令启动分子泵，并将分子泵的运行状态以Profinet通信方式送到人机界面显示；
分子泵抽高真空，直至使整个***的真空度满足要求。
如图2所示，为实现整个真空***更好的控制，该***可划分为如下三个位置区域，分别为输运段真空、固定治疗段真空、旋转治疗段真空；输运段真空与固定治疗段真空、旋转治疗段真空之间都是通过气动阀门连接；本地控制器2按照控制逻辑启动每段区域的真空设备运行，当相邻两个区域的真空度达到要求后，再打开它们之间的气动阀门，直至整个***的真空度满足。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种应用于质子治疗装置的真空控制***，其特征在于，该真空控制***包括：
用于***监视和操作的人机界面；
接收、处理和发送控制信号的本地控制器；
连接多个Profinet信号的第一网络交换设备；
连接多个Profibus信号的第二网络交换设备；
采集现场气动阀门位置开关信号的现场分布式I/O模块；
所述人机界面为西门子精致面板，与本地控制器通过Profinet通信连接，负责设定、保存并显示真空设备运行的参数，发出设备操作指令，并监视设备的运行状态和真空环境的状态；
所述本地控制器为西门子S7 1500系列PLC，负责接收、处理和发出控制命令，并判断真空设备是否有故障，真空度是否满足需求；
所述第一网络交换设备为路由器或交换机，以Profinet通信方式将现场分布式I/O模块和本地控制器连接在一起；
所述第二网络交换设备为RS485中继器，以Profibus通信方式将分子泵、真空规分别和本地控制器连接在一起；
所述气动阀门包括多个角阀和多个插板阀；所述气动阀门的位置开关信号以硬接线方式接入到现场分布式I/O模块，检测阀门目前处于打开或关闭状态，并将状态信号传送到本地控制器；
通过人机界面和本地控制器启动每个相应区域的机械泵；所述机械泵通过中间继电器和接触器被本地控制器控制；机械泵抽低真空；
分子泵抽高真空，当分子泵启动条件满足时，通过人机界面和本地控制器启动每个相应区域的分子泵，使整个***的真空度满足要求；
真空规采集所在相应区域的真空度，并将参数传输到人机界面和本地控制器，通过本地控制器处理，对真空环境作出调整；
所述分子泵相互连接通过第二网络交换设备连接到本地控制器，以Profibus总线技术和本地控制器进行信息交互；
所述真空规相互连接通过第二网络交换设备连接到本地控制器，以Profibus总线技术和本地控制器进行信息交互。
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