作為生產(chǎn)醫(yī)用同位素的重要裝置,低能回旋加速器目前在商業(yè)領(lǐng)域主要依賴(lài)進(jìn)口,對(duì)其進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)與研究不僅能為加速器領(lǐng)域培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)型人才,還能打破國(guó)外壟斷�；匦铀倨魇且豁�(xiàng)復(fù)雜的電物理設(shè)備,其理論、工程技術(shù)基礎(chǔ)涉及諸多學(xué)科,真空系統(tǒng)是其中一個(gè)重要組成部分。帶電粒子束的產(chǎn)生、加速和傳輸均在真空環(huán)境中實(shí)現(xiàn),真空度能否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)將直接影響束流的品質(zhì),因此開(kāi)發(fā)一套安全、穩(wěn)定運(yùn)行的真空系統(tǒng)極為重要。針對(duì)緊湊型醫(yī)用回旋加速器的結(jié)構(gòu)特性和運(yùn)行方式,本文闡釋了真空系統(tǒng)的特點(diǎn)和控制需求。以同類(lèi)加速器不同真空度下的束流損失情況為基礎(chǔ),確定了真空度需求,結(jié)合真空系統(tǒng)氣載、流導(dǎo)等相關(guān)參數(shù)的分析,對(duì)真空泵的有效抽速進(jìn)行了計(jì)算,從而完成對(duì)真空系統(tǒng)設(shè)備的選型。真空控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中,首先在對(duì)比回旋加速器中幾種常用的底層控制器后選擇了PLC作為主控制器,結(jié)合緊湊型回旋加速器對(duì)真空系統(tǒng)高穩(wěn)定性和可靠性的要求,搭建了基于西門(mén)子S7-1200 PLC的硬件平臺(tái);接著針對(duì)部分真空設(shè)備設(shè)計(jì)了信號(hào)檢測(cè)電路,包括擴(kuò)散泵過(guò)熱保護(hù)和高壓空氣等信號(hào)的檢測(cè),提高了系統(tǒng)的安全性;然后,基于有限狀態(tài)機(jī)的理論對(duì)真空系統(tǒng)的控制邏輯進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,在TIA軟件平臺(tái)中完成了控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì),結(jié)合真空系統(tǒng)的功能需求編寫(xiě)了真空控制程序;其中,針對(duì)涉及安全的狀態(tài)切換信號(hào),采用了多路觸發(fā)的方式,增強(qiáng)了系統(tǒng)安全冗余。最后采用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)了上位機(jī)監(jiān)控程序,通過(guò)OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸,完成總控單元對(duì)PLC的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TL542
【部分圖文】：

圖 2-1 IBA 公司生產(chǎn)的醫(yī)用回旋加速器旋加速器最基本的系統(tǒng)之一。如果達(dá)不到真空要等無(wú)法運(yùn)行，更說(shuō)不上生產(chǎn)放射性核素。在分析系統(tǒng)的特點(diǎn)后，接下來(lái)主要從以下三部分進(jìn)行真系統(tǒng)的工作壓強(qiáng)，即真空度要求。系統(tǒng)的抽氣過(guò)程，確定真空泵的類(lèi)型及抽速。其他設(shè)備的選擇，搭建整個(gè)真空系統(tǒng)。加速器真空度要求及殘余氣體束流損失的稀薄程度，在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先要確定一加速器難以正常工作，而真空度過(guò)高，會(huì)給工程合適真空度的主要因素是限制加速過(guò)程中的束流存在著多種束流損失[30]：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文表 2-2 不同真空條件下的束流傳輸效率真空度（Pa) 探頭位置 傳輸效率 束流大小（uA)2.6×10-318MeV 引出處 13% 202.0×10-318MeV 引出處 28% 401.3×10-318MeV 引出處 37% 401.0×10-318MeV 引出處 53% 556.5×10-430MeV 引出處 75% 3504.0×10-430MeV 引出處 85% 3501.3×10-418MeV 引出處 92% 2006.5×10-530MeV 引出處 >98% 700-1000

圖 3-2 擴(kuò)散泵過(guò)熱保護(hù)信號(hào)檢測(cè)電路耦合，很好的起到了隔離與電流變換的作用。由于電流變送器所帶負(fù)載不能超過(guò) 100Ω，副邊電流經(jīng)過(guò)一個(gè) 20Ω 的測(cè)量電阻 R1將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。此電壓信號(hào)再接入電壓跟隨器進(jìn)行調(diào)理，電壓跟隨器很好地隔離了負(fù)載電路對(duì)測(cè)量電阻的影響。調(diào)理后的電壓信號(hào)數(shù)值較小，為減小誤差，對(duì)其進(jìn)行放大后再輸入到電路中與設(shè)定參考電壓進(jìn)行比較，比較結(jié)果通過(guò)開(kāi)關(guān)管 Q1的飽和與導(dǎo)通兩種狀態(tài)實(shí)現(xiàn)電路的切換，從而輸出高低電平信號(hào)以判斷擴(kuò)散泵是否啟動(dòng)過(guò)熱保護(hù)。圖中 R6為放大電路 OC 門(mén)輸出所接的上拉電阻，R5為 PLC 輸入電路的限流電阻。2) 氣壓信號(hào)檢測(cè)在機(jī)器長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)氣動(dòng)閥本身和為閥門(mén)供氣的空壓機(jī)難免會(huì)出現(xiàn)故障即使 PLC 程序發(fā)出正確的開(kāi)斷指令，但閥門(mén)可能并未按照指令執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，這樣勢(shì)必會(huì)影響對(duì)真空系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的判斷，因此有必要對(duì)氣壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。氣壓信號(hào)的檢測(cè)電路如圖 3-3 所示，壓力傳感器會(huì)將氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為線性輸出的

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2814129