觸摸屏和PLC在鈷機控制中的應(yīng)用研究

周 璞

觸摸屏和PLC在鈷機控制中的應(yīng)用研究

周 璞①

介紹了觸摸屏和可編程序控制器PLC在鈷-60治療機中的應(yīng)用，簡述了硬件組成和軟件設(shè)計內(nèi)容，此系統(tǒng)控制先進，運行穩(wěn)定，具有一定的推廣價值。

鈷-60治療機；可編程序控制器；觸摸屏

1 引言

放射治療已有近百年歷史，鈷-60治療以其穿透力強、皮下反應(yīng)輕、骨與軟組織吸收量相等，旁向散射少及經(jīng)濟可靠為主要特點，在放療中占有重要位置，是治療惡性腫瘤的重要手段之一[1]。在鈷機傳統(tǒng)控制中，采用定時器和繼電器控制系統(tǒng)來完成整機各部分的控制，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，把當前流行的觸摸屏和可編程控制器結(jié)合控制引入了鈷機的控制系統(tǒng)中。可編程序控制器（Programmable Logic Controller簡稱PLC）作為中央處理單元由于其運算速度高，指令豐富，功能強大，可靠性高，抗干擾能力強而廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制場合。但是由于其本身不具備人機交互功能，在工藝參數(shù)較多，需要人機交互時，使用具有觸摸操作功能的觸摸屏就是一種很好的選擇。在本控制系統(tǒng)中，通過觸摸屏和PLC結(jié)合使用，可以在觸摸屏中直接設(shè)定治療方式、治療時間，并可實時監(jiān)控到系統(tǒng)狀態(tài)，以及給出報警提示功能[4]。較以前的控制系統(tǒng)來說，現(xiàn)場布線更簡單、人機界面更友好，同時，控制可靠，大大提高了產(chǎn)品的檔次和質(zhì)量。

2 系統(tǒng)硬件組成與結(jié)構(gòu)原理

2.1 鈷-60治療機簡介[3]

鈷-60治療機主機（如圖1所示）由控制臺、固定機架、旋轉(zhuǎn)機架、準直器、治療床、手控盒和附屬監(jiān)聽對講裝置組成。

圖1 鈷-60治療機主機

鈷機治療腫瘤的工作原理是通過鈷-60放射源產(chǎn)生的γ射線對人體病灶部位進行一定時間的照射，從而殺死癌細胞，減輕病情。

在對患者實施治療前，需要進行擺位操作，即根據(jù)患者的TPS計劃對射野大小、機架角度和治療床位置等參數(shù)進行設(shè)定。

在治療時，治療時間是一個非常關(guān)鍵的參數(shù)，其誤差直接影響到病人受照的劑量，所以，在控制系統(tǒng)中，根據(jù)標準要求，必須設(shè)置兩路出源計時器，進而保證輻照計時精度，防止危險事故的發(fā)生。除治療時間外，系統(tǒng)還需要對治療室門是否關(guān)閉，出源控制用壓縮氣體的氣壓是否滿足要求、一道二道計時器計數(shù)值等信息進行實時采樣，進而控制出源與回源。

2.2 PLC簡介[4]

可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并通過數(shù)字式,模擬式的輸入和輸出,控制各種機械或生產(chǎn)過程。PLC作為控制單元，是整個系統(tǒng)的控制核心。在本系統(tǒng)中，采用PLC采集放射源的位置信號、現(xiàn)場各種安全聯(lián)鎖信號，PLC驅(qū)動輸出源位指示燈信號、出源控制信號、門口紅綠燈等。同時，與觸摸屏進行實時通訊，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù)，并對于觸摸屏輸入的信息進行處理等。

2.3 觸摸屏簡介[4]

觸摸屏是新一代高科技人機界面產(chǎn)品。適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，可代替普通或工控計算機作為人機界面，具有交互性好，可靠性高，編程簡單，與PLC聯(lián)結(jié)簡便等特點。其具有觸摸功能，可方便現(xiàn)場數(shù)據(jù)的輸入，同時可與PLC通訊，對PLC的數(shù)據(jù)進行顯示。

本機采用POD人機界面（即觸摸屏）取代傳統(tǒng)控制面板，具有如下特點：

（1）硬件標準化。

本機將原來幾百個電氣元件組成的控制系統(tǒng)變?yōu)橐訮OD和PLC為主的幾十個元件，硬件實現(xiàn)標準化、模塊化。

（2）高功能顯示。

根據(jù)需要，可顯示任意指示燈、圖形，隨意增加各種按鈕開關(guān)。本機增加了機架角度預(yù)置、治療方式、源故障提示等顯示，增加了本機的操作使用方法。

（3）性能可靠，故障率低。

由于器件的標準化，元件減少，接線減少，從而減小了故障源，更換元件也方便，使整機的可靠性大大增加。

（4）智能化程度提高。

由于POD和PLC都可以編程，所以可根據(jù)用戶需要改變控制界面，增加所需功能和減少不必要的功能。

2.4 控制系統(tǒng)概述

系統(tǒng)控制方式（如圖2所示），在整機的控制中，觸摸屏作為人機接口，其可對治療模式進行選擇，對治療時間，治療角度進行設(shè)置，通過觸摸屏上面的按鍵可對出源和回源進行控制，在出源過程中，它實時顯示一二道治療時間、放射源位置、氣壓是否滿足要求、門是否關(guān)閉等信息，同時，如果系統(tǒng)有故障，它會及時通過文字的方式給用戶警告信息提示。此人機界面較傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)來說，更加友好，人性化。

觸摸屏和PLC通過RS422全雙工通訊方式進行通訊，其通訊距離可到1.2 km。PLC實時采集機器的聯(lián)鎖信息，譬如放射源位置、門狀態(tài)、楔形板狀態(tài)、機架編碼器角度、急停信號、氣壓狀態(tài)和各電機驅(qū)動器狀態(tài)。其通過內(nèi)部的邏輯判斷，把狀態(tài)信息發(fā)送給觸摸屏進行顯示。

圖2 系統(tǒng)控制方式

當有出源指令發(fā)出時，PLC先對各聯(lián)鎖進行判斷，看其是否滿足出源條件，如果滿足，驅(qū)動出源裝置，把放射源發(fā)送到照射位，如果不滿足，則不發(fā)送出源指令。在出源過程中，PLC除了計時外，還實時監(jiān)測出源條件是否滿足，如果任何一個聯(lián)鎖出現(xiàn)問題，PLC立即發(fā)送指令把放射源送回儲存位，防止危險事故發(fā)生。下面列出鈷機出源的一些聯(lián)鎖（見表1），方便故障的排除[2]。

對機器進行控制的手控盒可通過PLC的232口給PLC發(fā)送控制指令，這樣一種通訊的方式，大大減少了手控器與主機的連線，由以前的30根線減少到6根線。PLC通過繼電器即可實現(xiàn)對大功率元件的驅(qū)動，譬如鈷頭旋轉(zhuǎn)電機、機架電機等，進而對整機運動進行控制，對出源回源及強制源進行控制。

表1 鈷機出源聯(lián)鎖一覽表

3 小結(jié)

鈷60治療機控制系統(tǒng)中，采用觸摸屏作為人機交互工具，簡單直觀，便于操作。但在實際使用中還是有一些限制的，如觸摸屏本身比較貴等。PLC作為中央處理單元，兩者在系統(tǒng)中結(jié)合使用，實現(xiàn)了該系統(tǒng)的過程控制，在實際使用中取得了良好的效果。

[1]喬田奎,祝淑釵,李寶生,等.放射治療學(xué)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社,2004:34-36.

[2]上海市醫(yī)療器械檢測所.醫(yī)用電氣設(shè)備第一部分：安全通用要求[M].北京:中國標準出版社,2008:1-138.

[3]中國標準出版社第一編輯室.醫(yī)療器械標準匯編——通用X射線卷通用基礎(chǔ)[M].北京:中國標準出版社,2002:197-226.

[4]吳啟紅.變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006:100-120.

[5]顧本廣,林郁正,賴啟基,等.醫(yī)用加速器[M].北京:科學(xué)出版社,2003:469-470.

Application of POD and PLC in control of cobalt 60 therapy unit

ZHOU Pu//China Medical Equipment,2011,8(1):40-42.

This article mainly introduces the application of programmable logic controller (PLC) and programmable operation display in control of cobalt 60 therapy unit, analyzes the virtue of this control method and its hardware components. This control method has easy structure and runs well and it can also be used by other devices.

Cobalt 60 therapy unit; PLC; POD

1672-8270(2011)01-0040-03

R 812

B

2010-10-27

周璞,男，(1983- ),碩士，實驗師。淄博職業(yè)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院，主要從事實訓(xùn)中心的管理工作。

[First-author's address]Department of Electronic Engineering, Zibo College,Zibo 255086, China.

①淄博職業(yè)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院 山東 淄博 255086