[發(fā)明專利]一種用于質(zhì)子治療的加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811072554.7
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109270883A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李實(shí);張靜;馮漢升;曹海林;王守元;宋云濤;丁開忠;陳根;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
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種用于質(zhì)子治療的加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，包括上位機(jī)PC、交換機(jī)、PLC、光電轉(zhuǎn)換模塊和加速器各子系統(tǒng)；

其中，所述上位機(jī)PC用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作加速器子系統(tǒng)的狀態(tài)和運(yùn)行，同時設(shè)定權(quán)限和切換不同模式，方便加速器的出束和調(diào)試；

所述交換機(jī)用于遠(yuǎn)程通信和數(shù)據(jù)交換；

所述PLC通過內(nèi)部運(yùn)算單元處理下位系統(tǒng)所傳遞的數(shù)據(jù)，根據(jù)上位機(jī)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)或屏蔽所述加速器子系統(tǒng)；

所述光電轉(zhuǎn)換模塊將光纖信號轉(zhuǎn)換成PLC所能使用的電信號；

所述加速器各子系統(tǒng)包括水冷系統(tǒng)、舉升系統(tǒng)、超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和引出區(qū)系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子治療的加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，所述PLC采用安全型PLC，且PLC能實(shí)現(xiàn)SIL3或SIL4等級，且PLC內(nèi)部字節(jié)運(yùn)算速度在ns量級。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子治療的加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，所述水冷系統(tǒng)、舉升系統(tǒng)、超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和引出區(qū)系統(tǒng)與該加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)之間采用失效安全性設(shè)計，信號高電平表明加速器各子系統(tǒng)無故障或PLC聯(lián)鎖未生效，信號低電平表明子系統(tǒng)有故障或PLC聯(lián)鎖生效。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于質(zhì)子治療的加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，所述加速器各子系統(tǒng)與光電轉(zhuǎn)換模塊之間全部采用光纖通信。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子治療的加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換模塊與PLC之間全部采用電纜通信。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子治療的加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，其特征在于，該加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的模式分為工作模式和維護(hù)模式，工作模式下，操作人員無法手動輸入?yún)?shù)，系統(tǒng)PLC自動檢測加速器子系統(tǒng)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，在維護(hù)模式下，屏蔽加速器各個子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)試。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子治療的加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)在工作時，首先，利用交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程上位機(jī)PC監(jiān)控和控制加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，在本地的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯部件采用S7-1500F型PLC，通過光電轉(zhuǎn)換模塊使用光纖與加速器各子系統(tǒng)連接；

在加速器安全聯(lián)鎖開機(jī)啟動中，系統(tǒng)默認(rèn)的是工作模式，此時PLC檢測加速器各子系統(tǒng)的狀態(tài)，判斷是否滿足加速器出束條件，如果不滿足，啟動聯(lián)鎖邏輯并上報給界面，界面顯示出當(dāng)前加速器各子系統(tǒng)的狀態(tài)及聯(lián)鎖關(guān)閉的系統(tǒng)；

當(dāng)操作人員使用普通用戶名登陸時，只有工作模式的權(quán)限，在工作模式下，界面上可查看到加速器子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，故障源，聯(lián)鎖關(guān)閉的系統(tǒng)，本控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，有工作和維護(hù)模式的權(quán)限，在界面上實(shí)現(xiàn)兩種模式的切換，在維護(hù)模式下選擇屏蔽的系統(tǒng)，如不選擇，系統(tǒng)默認(rèn)為無需屏蔽；

在工作模式下，若PLC檢測到水冷系統(tǒng)故障可自動下發(fā)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和引出區(qū)系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)閉命令，若PLC檢測到舉升系統(tǒng)故障則自動下發(fā)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和引出區(qū)系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)閉命令，若PLC檢測到超導(dǎo)磁體系統(tǒng)故障則自動下發(fā)真空系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和引出區(qū)系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)閉命令，若PLC檢測到真空故障則自動下發(fā)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和引出區(qū)系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)閉命令，若PLC檢測到引出區(qū)故障則自動下發(fā)離子源系統(tǒng)和RF系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)閉命令；

以引出區(qū)為例，在光電轉(zhuǎn)換模塊和PLC正常工作條件下，且界面處于工作模式下，若光電轉(zhuǎn)換模塊上顯示引出區(qū)系統(tǒng)的狀態(tài)為無光，PLC輸入端檢測到引出區(qū)系統(tǒng)的狀態(tài)處于低電平，則PLC判斷引出區(qū)處于關(guān)閉狀態(tài)，無論引出區(qū)是人為關(guān)閉還是因故障啟動的自鎖關(guān)閉，加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)都默認(rèn)為加速器不滿足出束條件，則關(guān)閉離子源系統(tǒng)和RF系統(tǒng)，此時PLC自動下發(fā)離子源系統(tǒng)和RF系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)閉命令，并檢查離子源系統(tǒng)和RF系統(tǒng)的狀態(tài)，在界面上的信息欄顯示PLC檢測結(jié)果，處理過程，反饋并判斷聯(lián)鎖是否生效信息；

在維護(hù)模式下，PLC聯(lián)鎖的邏輯與工作下的聯(lián)鎖邏輯相同，不同之處在于多了對屏蔽功能的判斷和單獨(dú)控制子系統(tǒng)的啟動、關(guān)閉和暫停等命令；

以離子源為例，在光電轉(zhuǎn)換模塊和PLC正常工作條件下，當(dāng)操作人員使用維護(hù)用戶名登陸系統(tǒng)，切換到維護(hù)模式下，選擇屏蔽離子源系統(tǒng)，若此時引出區(qū)系統(tǒng)狀態(tài)顯示為關(guān)閉，則已屏蔽離子源系統(tǒng)，離子源系統(tǒng)不受影響繼續(xù)運(yùn)行，PLC自動忽略離子源系統(tǒng)下發(fā)RF系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)閉的命令，若水冷系統(tǒng)狀態(tài)顯示為關(guān)閉，由于離子源系統(tǒng)中的水循環(huán)由水冷系統(tǒng)提供，則屏蔽不起作用，PLC自動下發(fā)離子源系統(tǒng)、RF系統(tǒng)等聯(lián)鎖關(guān)閉命令；

在維護(hù)模式下，加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境和子系統(tǒng)的要求，單獨(dú)下發(fā)子系統(tǒng)開啟、關(guān)閉、暫停等命令，若在界面上下發(fā)水冷關(guān)閉命令，水冷本控設(shè)備執(zhí)行關(guān)閉命令，則水循環(huán)不工作，水冷故障信號為低電平，加速器安全聯(lián)鎖系統(tǒng)關(guān)閉超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、RF系統(tǒng)和引出區(qū)系統(tǒng)，并在界面上顯示當(dāng)前的操作記錄。