触摸屏和PLC在钴机控制中的应用研究

2011-09-27周璞

中国医学装备 2011年1期

关键词：放射源人机界面机架

周璞

触摸屏和PLC在钴机控制中的应用研究

周璞①

介绍了触摸屏和可编程序控制器PLC在钴-60治疗机中的应用，简述了硬件组成和软件设计内容，此系统控制先进，运行稳定，具有一定的推广价值。

钴-60治疗机；可编程序控制器；触摸屏

1 引言

放射治疗已有近百年历史，钴-60治疗以其穿透力强、皮下反应轻、骨与软组织吸收量相等，旁向散射少及经济可靠为主要特点，在放疗中占有重要位置，是治疗恶性肿瘤的重要手段之一[1]。在钴机传统控制中，采用定时器和继电器控制系统来完成整机各部分的控制，随着自动化技术的发展，把当前流行的触摸屏和可编程控制器结合控制引入了钴机的控制系统中。可编程序控制器（Programmable Logic Controller简称PLC）作为中央处理单元由于其运算速度高，指令丰富，功能强大，可靠性高，抗干扰能力强而广泛应用于各种工业控制场合。但是由于其本身不具备人机交互功能，在工艺参数较多，需要人机交互时，使用具有触摸操作功能的触摸屏就是一种很好的选择。在本控制系统中，通过触摸屏和PLC结合使用，可以在触摸屏中直接设定治疗方式、治疗时间，并可实时监控到系统状态，以及给出报警提示功能[4]。较以前的控制系统来说，现场布线更简单、人机界面更友好，同时，控制可靠，大大提高了产品的档次和质量。

2 系统硬件组成与结构原理

2.1 钴-60治疗机简介[3]

钴-60治疗机主机（如图1所示）由控制台、固定机架、旋转机架、准直器、治疗床、手控盒和附属监听对讲装置组成。

图1 钴-60治疗机主机

钴机治疗肿瘤的工作原理是通过钴-60放射源产生的γ射线对人体病灶部位进行一定时间的照射，从而杀死癌细胞，减轻病情。

在对患者实施治疗前，需要进行摆位操作，即根据患者的TPS计划对射野大小、机架角度和治疗床位置等参数进行设定。

在治疗时，治疗时间是一个非常关键的参数，其误差直接影响到病人受照的剂量，所以，在控制系统中，根据标准要求，必须设置两路出源计时器，进而保证辐照计时精度，防止危险事故的发生。除治疗时间外，系统还需要对治疗室门是否关闭，出源控制用压缩气体的气压是否满足要求、一道二道计时器计数值等信息进行实时采样，进而控制出源与回源。

2.2 PLC简介[4]

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式,模拟式的输入和输出,控制各种机械或生产过程。PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。在本系统中，采用PLC采集放射源的位置信号、现场各种安全联锁信号，PLC驱动输出源位指示灯信号、出源控制信号、门口红绿灯等。同时，与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对于触摸屏输入的信息进行处理等。

2.3 触摸屏简介[4]

触摸屏是新一代高科技人机界面产品。适于在恶劣的工业环境中应用，可代替普通或工控计算机作为人机界面，具有交互性好，可靠性高，编程简单，与PLC联结简便等特点。其具有触摸功能，可方便现场数据的输入，同时可与PLC通讯，对PLC的数据进行显示。

本机采用POD人机界面（即触摸屏）取代传统控制面板，具有如下特点：

（1）硬件标准化。

本机将原来几百个电气元件组成的控制系统变为以POD和PLC为主的几十个元件，硬件实现标准化、模块化。

（2）高功能显示。

根据需要，可显示任意指示灯、图形，随意增加各种按钮开关。本机增加了机架角度预置、治疗方式、源故障提示等显示，增加了本机的操作使用方法。

（3）性能可靠，故障率低。

由于器件的标准化，元件减少，接线减少，从而减小了故障源，更换元件也方便，使整机的可靠性大大增加。

（4）智能化程度提高。

由于POD和PLC都可以编程，所以可根据用户需要改变控制界面，增加所需功能和减少不必要的功能。

2.4 控制系统概述

系统控制方式（如图2所示），在整机的控制中，触摸屏作为人机接口，其可对治疗模式进行选择，对治疗时间，治疗角度进行设置，通过触摸屏上面的按键可对出源和回源进行控制，在出源过程中，它实时显示一二道治疗时间、放射源位置、气压是否满足要求、门是否关闭等信息，同时，如果系统有故障，它会及时通过文字的方式给用户警告信息提示。此人机界面较传统的继电器控制系统来说，更加友好，人性化。

触摸屏和PLC通过RS422全双工通讯方式进行通讯，其通讯距离可到1.2 km。PLC实时采集机器的联锁信息，譬如放射源位置、门状态、楔形板状态、机架编码器角度、急停信号、气压状态和各电机驱动器状态。其通过内部的逻辑判断，把状态信息发送给触摸屏进行显示。

图2 系统控制方式

当有出源指令发出时，PLC先对各联锁进行判断，看其是否满足出源条件，如果满足，驱动出源装置，把放射源发送到照射位，如果不满足，则不发送出源指令。在出源过程中，PLC除了计时外，还实时监测出源条件是否满足，如果任何一个联锁出现问题，PLC立即发送指令把放射源送回储存位，防止危险事故发生。下面列出钴机出源的一些联锁（见表1），方便故障的排除[2]。

对机器进行控制的手控盒可通过PLC的232口给PLC发送控制指令，这样一种通讯的方式，大大减少了手控器与主机的连线，由以前的30根线减少到6根线。PLC通过继电器即可实现对大功率元件的驱动，譬如钴头旋转电机、机架电机等，进而对整机运动进行控制，对出源回源及强制源进行控制。

表1 钴机出源联锁一览表

3 小结

钴60治疗机控制系统中，采用触摸屏作为人机交互工具，简单直观，便于操作。但在实际使用中还是有一些限制的，如触摸屏本身比较贵等。PLC作为中央处理单元，两者在系统中结合使用，实现了该系统的过程控制，在实际使用中取得了良好的效果。

[1]乔田奎,祝淑钗,李宝生,等.放射治疗学[M].北京：人民卫生出版社,2004:34-36.

[2]上海市医疗器械检测所.医用电气设备第一部分：安全通用要求[M].北京:中国标准出版社,2008:1-138.

[3]中国标准出版社第一编辑室.医疗器械标准汇编——通用X射线卷通用基础[M].北京:中国标准出版社,2002:197-226.

[4]吴启红.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术[M].北京:机械工业出版社,2006:100-120.

[5]顾本广,林郁正,赖启基,等.医用加速器[M].北京:科学出版社,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