西門子CT Definition AS中CAN通信原理及故障分析

袁保鋒，李鄭，張振東

揚州大學(xué)附屬醫(yī)院 影像科，江蘇 揚州 225001

引言

CAN（Controller Area Network）是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡稱。目前CAN已由ISO TC22技術(shù)委員會批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)，它是唯一被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織批準(zhǔn)的現(xiàn)場總線[1-3]，并且在各大醫(yī)療公司的各種大型醫(yī)療設(shè)備中廣泛使用，比如國外的西門子、飛利浦，國內(nèi)的聯(lián)影、東軟等公司[4-7]。以我院西門子CT Definition AS為例，在日常工作中常常遇到醫(yī)療設(shè)備CAN通信故障，整個機架部分無法到達待機模式，嚴(yán)重影響日常的工作。其實只需了解醫(yī)療設(shè)備中CAN通信的原理，分析故障產(chǎn)生的原因，判斷出故障點，可以解決相關(guān)問題。

1 設(shè)備原理

1.1 設(shè)備情況

我院CT設(shè)備為德國西門子公司64排螺旋CT Definition AS，為世界公認的第一款真正意義的4D CT。2009年初安裝，已使用9年以上，近年來日平均檢查在150人以上，整體性能尚可，但故障有所增加，特別是一些CAN通信故障。

1.2 CAN通信原理

西門子64排螺旋CT Definition AS CAN通信包括CAN和CAN OPEN，CAN的拓撲結(jié)構(gòu)中，每個CAN Controller 都是并聯(lián)的方式掛靠在CAN總線上，CAN總線分CAN HIGH 和CAN LOW兩部分，兩端由120 Ω的電阻形成環(huán)路[8]（圖1，圖2）。任一節(jié)點可在任一時刻進行通信，受干擾概率低，嚴(yán)重錯誤情況下自動關(guān)閉輸出，不影響總線上其他節(jié)點通信。

基于上述原理，CAN通信回路發(fā)生故障時，首先測量CAN總線是否正常：將CAN總線斷開后測量CAN HIGH和CAN LOW之間電阻為120 Ω，并且對地阻值無無窮大，為正常；其次確定具體是哪個CAN Controller，可以用逐一排除法或者隔離法排查。下面以我院遇到的兩例CAN通信故障為例，介紹CAN通信回路發(fā)生故障時，具體的排查方法與解決方案。

2 故障研究

2.1 UMAS CAN通信故障

2.1.1 故障現(xiàn)象

故障發(fā)生在兩例病人之間，Definition AS 機架無法到達待機模式，機器無法進行檢查，開始懷疑系設(shè)備偶發(fā)CAN通信故障，重新啟動設(shè)備，無效果，進入sevice模式，查看發(fā)現(xiàn)一直報錯CT_GSV 216，如圖3所示。

圖2 CAN LOW

圖1 CAN HIGH

圖3 CT_GSV216報錯圖

2.1.2 分析及解決方案

該報錯提示：UMAS從CAN OPEN通信中讀取不到信息，包含：Cooling system、TILT system和Rotation system。

從圖2的原理圖中可以確定：CAN通信由UMAS經(jīng)過插頭X472導(dǎo)線W352插頭X3到Cooling system，再由插頭X4導(dǎo)線W354分別成兩路，一路由插頭X5到Rotation system，另一路由插頭X5到TILT system。

該CAN通信故障涉及四個部件：UMAS、Cooling system、TILT system和Rotation system，且無法直接判斷故障點，需要結(jié)合原理，利用排除法或者隔離法逐一排除，確定故障點。

（1）從UMAS上拔下插頭X472，測量CAN總線電阻，兩端都是120 Ω，且對地?zé)o短路，由此可以判斷CAN OPEN總線沒有問題。

（2）依次拔下Rotation system插頭X5和TILT system插頭X5，開機后故障依舊，CAN測試失敗，由此可以判斷Rotation system和TILT system沒有問題。

（3）恢復(fù)Rotation system插頭X5和TILT system插頭X5，將Cooling system的網(wǎng)線插頭X4直接連接到UMAS插座X472上，開機后故障依舊，CAN測試失敗，由此可以判斷Cooling system沒有問題。

至此，該CAN通信故障涉及四個部件中的三個已經(jīng)排除，可以確定UMAS是此次故障的問題所在，UMAS是整體模塊，聯(lián)系廠家，訂新的UMAS，更換UMAS后故障順利解決。雖然沒有當(dāng)場解決問題，但判斷出故障所在，聯(lián)系廠家工程師直接訂新的配件即可，不需再來醫(yī)院判斷故障，大大節(jié)省了設(shè)備的維修時間。

2.2 IRS過熱引起back projector 接觸不良

2.2.1 故障現(xiàn)象

故障表現(xiàn)為Definition AS掃描過程中出現(xiàn)中斷，掃描界面提示設(shè)備resuming不能通過，過一段時間設(shè)備又能正常掃描，使用一段時間后故障又會出現(xiàn)，故障間斷出現(xiàn)。查看設(shè)備工作日志發(fā)現(xiàn)報錯“ITX-50, back projector hardware error”。

2.2.2 故障分析

報錯ITX-50，提示IRS從CAN OPEN通信中讀取不到back projector信息，指示IRS故障或back projector故障，重啟不能成功，測量IRS通信線路正常，但過一段時間，又能重啟，懷疑軟故障，仔細查看日志發(fā)現(xiàn)有次提醒IRS過熱，同時發(fā)現(xiàn)掃描間溫度比平時略高，系昨天為病人穿刺時，怕病人冷，將空調(diào)溫度稍微調(diào)高，由于環(huán)境溫度偏高，同時IRS板上灰塵過多，影響散熱，長時間掃描引起IRS過熱，back projector接觸不良，出現(xiàn)問題，于是調(diào)低設(shè)備間空調(diào)溫度，清理IRS板上灰塵，重新拔插之后故障消失，如圖4所示。

圖4 IRS過熱引起back projector 接觸不良問題

事后總結(jié)，引起該故障的原因有兩個：① 設(shè)備環(huán)境溫度偏高（主因）；② IRS板上灰塵過多，影響散熱（可能有原因）。兩個因素結(jié)合到一起導(dǎo)致了該故障的發(fā)生，通過這個案例我們可以認識到設(shè)備環(huán)境的重要性，設(shè)備環(huán)境質(zhì)量的提高，可以提高設(shè)備或備件的使用壽命，減少故障的發(fā)生。工程師在場地上碰到了各種各樣的問題，如偶發(fā)一次的故障，莫名其妙的就好了，查不出原因的，不妨考慮一下設(shè)備電氣環(huán)境，如電壓波動、溫濕度條件差、變壓器容量不足、電纜過細、接地不好等。

3 討論

CAN通信作為目前最流行的一種現(xiàn)場總線（ field bus），以實時性強、可靠性高[9]、成本低廉的特點在醫(yī)療行業(yè)得到了大量應(yīng)用了[10-11]，在CAN的早期，飛利浦醫(yī)療就認識到CAN總線的優(yōu)點，并確定采用CAN總線作為其X線機的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，西門子醫(yī)療集團確定CAN總線作為下一代CT系統(tǒng)的通信骨干，隨后國內(nèi)的東軟集團股份有限公司也開始在其產(chǎn)品中采用CAN通信[6,11-12]。了解和掌握智能醫(yī)療設(shè)備中總線技術(shù)的原理、類型及特點，對開發(fā)、使用、維修、檢測智能醫(yī)療設(shè)備有著積極的推動作用[13-15]。

目前影像科大型設(shè)備多為國外產(chǎn)品，且集成化高，維修比較困難。通過上面兩個事例可以看出，有些故障我們不能解決，只能停機等待廠家工程師現(xiàn)場維修；但有些故障，特別是一些軟故障，比如一些CAN通信故障，接觸不良、通信中斷等，不是配件的損壞，也不是都需要等廠家工程師來解決，只需了解CAN通信的原理，根據(jù)電路圖即可進行排查，判斷故障點，若是接觸不好，比如一些接頭松動，我們完全可以自己解決。同時我們亦可自己判斷一些配件損壞，廠家工程師不需再來醫(yī)院判斷故障，直接訂新的配件即可，大大減少停機時間。所以利用一切機會多方查找資料，向同行及公司工程師請教學(xué)習(xí)，逐漸充實自己，從每次的保養(yǎng)和維修中得到思路和總結(jié)經(jīng)驗。最后做到可以完成影像科各種常用設(shè)備的自主維修工作。