一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，包括上位機PC、安全型PLC、交換機和輸運線本地控制器；交換機與上位機PC和安全型PLC均通信連接；輸運線本地控制器包含有降能器控制子系統(tǒng)、磁鐵控制子系統(tǒng)和真空控制子系統(tǒng)。該輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中的PLC采用安全型PLC可實現(xiàn)SIL3或SIL4等級，PLC內(nèi)部字節(jié)運算速度在ns量級，PLC通過內(nèi)部運算單元處理下位系統(tǒng)所傳遞的數(shù)據(jù)，并可根據(jù)上位機PC提供的不同條件進(jìn)行不同的聯(lián)鎖邏輯，有選擇性的保護(hù)或屏蔽輸運線底層設(shè)備，提高了該系統(tǒng)輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及一種聯(lián)鎖系統(tǒng)，具體涉及一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，屬于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
目前加速器已廣泛運用于多個行業(yè)內(nèi)，尤其是質(zhì)子治療領(lǐng)域，輸運線不僅有傳輸束流的作用，還可以用于調(diào)節(jié)束流。輸運線設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)也采用不同的方式和技術(shù)手段，大多數(shù)將安全聯(lián)鎖系統(tǒng)合并在控制系統(tǒng)內(nèi)，采用同一界面顯示并且數(shù)據(jù)采集集于一體，這樣導(dǎo)致整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理時間長，系統(tǒng)復(fù)雜度大，設(shè)備聯(lián)鎖的優(yōu)勢不能體現(xiàn)出來；也有少數(shù)將安全聯(lián)鎖系統(tǒng)和控制系統(tǒng)分開，采用不同界面，同時底層采用純硬件涉及，這種設(shè)計可擴展性好，但是輸運線設(shè)備之間的距離長，聯(lián)鎖信號下達(dá)到每一個底層設(shè)備，而未經(jīng)輸運線本地控制器，則導(dǎo)致聯(lián)鎖信號信號達(dá)到的時間有誤差，聯(lián)鎖的順序不好掌控，其次安全聯(lián)鎖系統(tǒng)與輸運線底層設(shè)備之間的信號線是否中斷無法在線檢測。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，可以解決1、如何在線檢測安全聯(lián)鎖系統(tǒng)與輸運線本地控制器的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；2、如何將安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計的可擴展性好，且便于集成；3、如何將安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計的可應(yīng)對各種不同模式要求；4、如何降低安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的復(fù)雜度和數(shù)據(jù)處理量，提高安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的響應(yīng)速度等問題。本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，包括上位機PC、安全型PLC、交換機和輸運線本地控制器；交換機與上位機PC和安全型PLC均通信連接；輸運線本地控制器包含有降能器控制子系統(tǒng)、磁鐵控制子系統(tǒng)和真空控制子系統(tǒng)；其中，所述上位機PC用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作輸運線本地控制器的狀態(tài)和輸運線底層設(shè)備的運行，同時用于設(shè)定質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制權(quán)限和運行模式的切換；所述安全型PLC通過內(nèi)部運算單元用于采集和收集降能器控制子系統(tǒng)、磁鐵控制子系統(tǒng)和真空控制子系統(tǒng)的故障信息，并根據(jù)故障信息以及上位機PC提供的工作模式進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯，輸出聯(lián)鎖命令；所述交換機用于局域網(wǎng)內(nèi)遠(yuǎn)程通信和數(shù)據(jù)交換；所述降能器控制子系統(tǒng)用于控制降能器、準(zhǔn)直器、限制狹縫和束流阻斷器的運行；所述磁鐵控制子系統(tǒng)用于控制二極磁鐵、四極磁鐵和校正磁鐵的運行；所述真空控制子系統(tǒng)用于控制真空分子泵和角閥的運行。優(yōu)選的，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全型PLC與輸運線本地控制器之間采用PROFIsafe通信連接，安全型PLC內(nèi)部的CPU用于獲取通信狀態(tài)信號；若通信線出現(xiàn)中斷，安全型PLC則處于鈍化狀態(tài)，所接收或發(fā)送的信號用安全值替代，并向上位機PC發(fā)出報警信號；優(yōu)選的，所述降能器控制子系統(tǒng)、磁鐵控制子系統(tǒng)、真空控制子系統(tǒng)的通信故障處理方式與輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的通信故障處理方式相同，安全型PLC內(nèi)部的CPU用于獲取通信狀態(tài)信號；若通信線出現(xiàn)中斷，安全型PLC則處于鈍化狀態(tài)，所接收或發(fā)送的信號用安全值替代，并向上位機PC發(fā)出報警信號。優(yōu)選的，所述輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的運行模式分為工作模式、維護(hù)模式和調(diào)束模式；工作模式，操作人員無法手動輸入?yún)?shù)，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)自動檢測輸運線本地控制器和底層設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)啟動默認(rèn)的聯(lián)鎖邏輯，輸運線本地控制器無法啟動已聯(lián)鎖的底層設(shè)備；維護(hù)模式，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)不聯(lián)鎖輸運線底層設(shè)備，輸運線底層設(shè)備由輸運線本地控制器控制；調(diào)束模式，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)只聯(lián)鎖調(diào)束段的輸運線底層設(shè)備，剩余輸運線底層設(shè)備由輸運線本地控制器控制。優(yōu)選的，工作中輸運線底層設(shè)備將信號傳送到輸運線本地控制器，輸運線本地控制器將信號傳送給交換機，在局域網(wǎng)內(nèi)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)采集交換機里的信息并下發(fā)聯(lián)鎖信號到交換機，輸運線本地控制器從交換機內(nèi)獲取聯(lián)鎖信號，上位機PC采集安全聯(lián)鎖系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)信號和聯(lián)鎖信號；在輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)開機啟動后，默認(rèn)為工作模式，安全型PLC檢測輸運線本地控制器的狀態(tài)和底層設(shè)備狀態(tài)，對出束條件進(jìn)行檢測，如果不滿足，啟動聯(lián)鎖邏輯并上報給上位機PC，上位機PC顯示出當(dāng)前輸運線本地控制器狀態(tài)、底層設(shè)備狀態(tài)及聯(lián)鎖關(guān)閉的底層設(shè)備；當(dāng)操作人員使用普通用戶名登陸界面時，只有工作模式的權(quán)限，在工作模式下，界面上可查看到輸運線本地控制器運行狀態(tài)和底層設(shè)備的運行狀態(tài)、故障源、聯(lián)鎖關(guān)閉的底層設(shè)備、安全型PLC的狀態(tài)以及報警信息；當(dāng)操作員使用維護(hù)或?qū)＜矣脩裘顷憰r，有工作模式、調(diào)束模式和維護(hù)模式的權(quán)限，在界面上實現(xiàn)三種模式的切換，在調(diào)束模式下選擇調(diào)束段，若不選擇，系統(tǒng)發(fā)出提示信息，做出選擇；在維護(hù)模式下，可查看當(dāng)前輸運線本地控制器運行狀態(tài)和底層設(shè)備的運行狀態(tài)；工作模式下，若安全型PLC檢測到降能器控制子系統(tǒng)里的降能器或準(zhǔn)直器或限制狹縫故障，自動下發(fā)阻斷器聯(lián)鎖的命令；若安全型PLC檢測到降能器控制子系統(tǒng)里的阻斷器故障，阻斷器自身恢復(fù)到阻斷的狀態(tài)，安全型PLC無需發(fā)送阻斷命令；若安全型PLC檢測到磁鐵控制子系統(tǒng)里的二極磁鐵或四極磁鐵或校正磁鐵故障，自動下發(fā)阻斷器聯(lián)鎖的命令；若安全型PLC檢測到真空控制子系統(tǒng)里的真空度報警信號，則自動下發(fā)阻斷器聯(lián)鎖的命令；維護(hù)模式下，整個輸運線無束流，輸運線底層設(shè)備之間無邏輯上的關(guān)系，安全型PLC不下發(fā)聯(lián)鎖信號，輸運線底層設(shè)備由輸運線本地控制器控制；調(diào)束模式下，輸運線分四個固定位置調(diào)束，在每個固定位置之前的設(shè)備處于正常運行，若固定位置之前的設(shè)備故障，安全型PLC下發(fā)所在段的阻斷器阻斷聯(lián)鎖命令。本專利技術(shù)的有益效果：1、該輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)使用PROFIsafe通信協(xié)議，可在線檢測通信狀態(tài)，方便輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)與輸運線本地控制器之間的故障排除。2、該輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)使用的是安全型PLC可方便擴展硬線接口或網(wǎng)絡(luò)接口，為后續(xù)系統(tǒng)升級改造提供很大的便利。3、該輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的上位機PC用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作輸運線本地控制器和底層設(shè)備的狀態(tài)和運行，同時設(shè)定權(quán)限和切換不同模式，方便輸運線的出束、維護(hù)和調(diào)試，該輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)區(qū)分明晰，且界面使用方便。4、該輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中的PLC采用安全型PLC可實現(xiàn)SIL3或SIL4等級，PLC內(nèi)部字節(jié)運算速度在ns量級，PLC通過內(nèi)部運算單元處理下位系統(tǒng)所傳遞的數(shù)據(jù)，并可根據(jù)上位機PC提供的不同條件進(jìn)行不同的聯(lián)鎖邏輯，有選擇性的保護(hù)或屏蔽輸運線底層設(shè)備，提高了該系統(tǒng)輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的響應(yīng)速度。附圖說明為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的說明。圖1為本專利技術(shù)的系統(tǒng)圖。具體實施方式下面將結(jié)合實施例對本專利技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術(shù)中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。請參閱圖1所示，一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，包括上位機PC、安全型PL本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，包括上位機PC、安全型PLC、交換機和輸運線本地控制器；交換機與上位機PC和安全型PLC均通信連接；/n輸運線本地控制器包含有降能器控制子系統(tǒng)、磁鐵控制子系統(tǒng)和真空控制子系統(tǒng)；/n其中，所述上位機PC用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作輸運線本地控制器的狀態(tài)和輸運線底層設(shè)備的運行，同時用于設(shè)定質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制權(quán)限和運行模式的切換；/n所述安全型PLC通過內(nèi)部運算單元用于采集和收集降能器控制子系統(tǒng)、磁鐵控制子系統(tǒng)和真空控制子系統(tǒng)的故障信息，并根據(jù)故障信息以及上位機PC提供的工作模式進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯，輸出聯(lián)鎖命令；/n所述交換機用于局域網(wǎng)內(nèi)遠(yuǎn)程通信和數(shù)據(jù)交換；/n所述降能器控制子系統(tǒng)用于控制降能器、準(zhǔn)直器、限制狹縫和束流阻斷器的運行；/n所述磁鐵控制子系統(tǒng)用于控制二極磁鐵、四極磁鐵和校正磁鐵的運行；/n所述真空控制子系統(tǒng)用于控制真空分子泵和角閥的運行。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，包括上位機PC、安全型PLC、交換機和輸運線本地控制器；交換機與上位機PC和安全型PLC均通信連接；
輸運線本地控制器包含有降能器控制子系統(tǒng)、磁鐵控制子系統(tǒng)和真空控制子系統(tǒng)；
其中，所述上位機PC用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作輸運線本地控制器的狀態(tài)和輸運線底層設(shè)備的運行，同時用于設(shè)定質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制權(quán)限和運行模式的切換；
所述安全型PLC通過內(nèi)部運算單元用于采集和收集降能器控制子系統(tǒng)、磁鐵控制子系統(tǒng)和真空控制子系統(tǒng)的故障信息，并根據(jù)故障信息以及上位機PC提供的工作模式進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯，輸出聯(lián)鎖命令；
所述交換機用于局域網(wǎng)內(nèi)遠(yuǎn)程通信和數(shù)據(jù)交換；
所述降能器控制子系統(tǒng)用于控制降能器、準(zhǔn)直器、限制狹縫和束流阻斷器的運行；
所述磁鐵控制子系統(tǒng)用于控制二極磁鐵、四極磁鐵和校正磁鐵的運行；
所述真空控制子系統(tǒng)用于控制真空分子泵和角閥的運行。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全型PLC與輸運線本地控制器之間采用PROFIsafe通信連接，安全型PLC內(nèi)部的CPU用于獲取通信狀態(tài)信號；若通信線出現(xiàn)中斷，安全型PLC則處于鈍化狀態(tài)，所接收或發(fā)送的信號用安全值替代，并向上位機PC發(fā)出報警信號。


3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，所述降能器控制子系統(tǒng)、磁鐵控制子系統(tǒng)、真空控制子系統(tǒng)的通信故障處理方式與輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的通信故障處理方式相同，安全型PLC內(nèi)部的CPU用于獲取通信狀態(tài)信號；若通信線出現(xiàn)中斷，安全型PLC則處于鈍化狀態(tài)，所接收或發(fā)送的信號用安全值替代，并向上位機PC發(fā)出報警信號。


4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子治療的輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，所述輸運線設(shè)備安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的運行模式分為工作模式、維護(hù)模式和調(diào)束模式；
工作模式，操作人員無法手動輸入?yún)?shù)，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)自動檢測輸運線本地控制器和底層設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)啟動默認(rèn)的聯(lián)鎖邏輯，輸運線本地控制器無法啟動已聯(lián)鎖的底層設(shè)備；<...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李實，張靜，馮漢升，曹海林，王守元，黃偶聞，王成，黃發(fā)領(lǐng)，宋云濤，沈俊松，陳永華，
申請(專利權(quán))人：合肥中科離子醫(yī)學(xué)技術(shù)裝備有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34