专利名称：通用x线产品电气控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种特别用于医疗X线设备的电气控制系统。该系统用于对X线产品中各功能执行单元进行协调、控制，监控整个产品的工作状态，实现X线产品的电气控制系统设计的模块化。
背景技术：
在目前的X线产品中，产品的种类繁多，因设计理念、设计方法以及实现方法的不同，而使得X线产品的电气控制系统不尽相同。在系统结构方面，有的产品单纯的采用集中式控制，将功能的实现集中在一起，这种结构无益于产品的通用性、兼容性和可扩展性，增加了产品的开发、维护成本。在系统通讯总线方面，有的产品为了追求开发速度而采用低效率的总线或是不用总线，这种选择降低了产品的可靠性和可扩展性。在系统主控节点的设计方面，有的产品采用工控机来实现，成本较高。在系统电源供电方面，有的产品采用分散 式供电，这种供电方式的实现成本偏高。
实用新型内容针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种具备良好的通用性、可靠性、可扩展性，同时兼顾产品成本的X线产品电气控制系统。本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是一种通用X线产品电气控制系统，包括实现管理决策功能的系统控制模块及其所需的功能模块，系统控制模块通过CAN总线连接各个实施具体控制功能的功能模块，所述功能模块包括运动控制模块、限束器控制模块、动栅控制模块、UI模块、时序控制模块和高压发生器。所述系统控制模块可以是工控机，也可以是自行设计的控制板。所述系统控制模块由ARM处理器通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过IO模块连接系统电源检测控制信号，通过RS232通讯模块连接计算机串口，电源模块连接系统电源，为系统控制模块内的各硬件模块供电。所述运动控制模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过电机驱动模块连接驱动电机，通过AD模块连接运动位置反馈信号，通过IO模块连接运动限位信号，电源模块连接系统电源，为运动控制模块内的各硬件模块供电。所述限束器控制模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过电机驱动模块连接横向驱动电机和纵向驱动电机，通过AD模块连接横向位置反馈信号和纵向位置反馈信号，通过IO模块连接限束器控制按键信号，电源模块连接系统电源，为限束器控制模块内的各硬件模块供电。所述动栅控制模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过电机驱动模块连接动栅驱动电机，通过AD模块连接动栅位置反馈信号，通过IO模块连接动栅限位信号，电源模块连接系统电源，为动栅控制模块内的各硬件模块供电。所述UI模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过液晶驱动模块连接液晶屏，通过IO模块连接控制按键信号，电源模块连接系统电源，为n模块内的各硬件模块供电。 所述时序控制模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过IO模块连接高压发生器同步控制信号和平板探测器同步控制信号，电源模块连接系统电源，为时序控制模块内的各硬件模块供电。所述控制系统采用集中式串级供电。本实用新型具有以下优点I、本实用新型所提供的X线产品电气控制系统以“简化硬件设计，软化系统结构， 软硬件兼顾模块化”为主要设计思想，采用集中管理分布式控制的控制系统架构，将设计思想贯穿到整个控制系统的设计之中，从系统级设计到模块级设计，从硬件设计到软件设计，使得产品的构建思路清晰，降低了产品实现的复杂度和开发风险，提高了产品开发的灵活性，提高了产品的可扩展性和稳定性。2、本实用新型采用CAN总线为系统通讯总线，性能可靠、开发简单、造价低廉。CAN总线的灵活性也为本控制系统良好的可扩展性提供了硬件基础。3、本实用新型以CANopen为主要通讯协议，在CAN网络中实现了标准的、统一的系统通讯模式，这将使得产品的开发效率得到大幅提升。4、本实用新型在功能模块的设计方面，延续整个控制系统的模块化设计思想，在嵌入式软件设计方面引入了嵌入式实时操作系统，使得作为本控制系统重要组成部分的功能模块的设计更加高效、稳定。5、本实用新型在控制系统电源供电方面，采用集中式串级供电方式，避免了系统电源配置冗余，便于管理，同时降低了系统的电源成本。
图I为本实用新型的系统结构图；图2为本实用新型的功能模块结构图；图3为系统控制模块结构图；图4为运动控制模块结构图；图5为限束器控制模块结构图；图6为动栅控制模块结构图；图7为n模块结构图；图8为时序控制模块结构图；图9为本实用新型的系统供电示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。如图I所示，本实用新型包括计算机、系统控制模块、运动控制模块、限束器控制模块、动栅控制模块、UI模块、时序控制模块、高压发生器。以上模块可以根据具体的系统功能要求进行相应的配置。其中系统控制模块为主模块，其余功能模块为从模块。整个电气控制系统的框架由CAN总线采用线性拓扑结构构成，各功能模块主要通过CAN总线接口连接到系统CAN总线上。系统控制模块作为整个控制系统的核心控制模块，是整个控制系统的主控制节点，以板卡的形式安装在计算机内部的插槽上。通过串口或USB 口与计算机软件进行信息交互，通过CAN总线接口与系统总线上所连接的各从功能模块进行信息交互。通过IO量对系统的电源供电状态进行监控。系统控制模块的功能是接收控制系统中各从功能模块的各种反馈信息，进行预定的逻辑运算，最后对相应的功能模块发出控制指令。系统控制模块同时还负责对整个控制系统的运行状态进行监控，反馈计算机软件所需要的控制系统信息。在出现故障情况下，根据相应的情况，对整个控制系统实施保护，并且将故障信息反馈给计算机软件。运动控制模块主要功能是对产品中的各运动部件进行控制，实现通过CAN总线对各运动的具体执行单元，如直流电机、变频器、伺服器等进行控制，并且反馈相应运动部件的位置信息，实现基本的运动校正。当所控制的执行单元出现故障时，对其实施保护，并反馈故障信息给系统控制模块。限束器控制模块的主要功能是控制限束器的开度，反馈开 度值，实现对限束器的基本校正功能。动栅控制模块的主要功能是在系统配置动栅的情况下，控制滤线栅的运动。UI模块主要功能是与操作者进行信息交互，将操作信息通过系统总线反馈给系统控制模块，将操作者需要知道的系统信息显示在操作界面上。时序控制模块主要功能是在曝光、透视时同步高压发生器和影像接收装置，反馈相应的状态信息，通过与系统控制模块的交互完成系统的图像采集功能。高压发生器通过系统CAN总线经系统控制模块与计算机软件进行通讯或者直接通过RS232串行通讯接口与计算机软件进行通讯。在控制系统架构设计方面，本控制系统采用集中管理分布式控制，将管理决策功能集中到系统控制模块，将具体的控制功能分散到各功能模块中，实现一主多从的系统架构。系统控制模块为主控制模块，根据不同产品的功能需求，其具体功能可进行重新编制。各功能模块为从控制模块，完成对具体执行单元的控制，其功能固定，具有针对性，但可根据具体的控制单元进行相应的功能配置。例如限束器控制模块，可针对手动限束器或自动限束器进行相应的功能配置。本实用新型一主多从的系统架构，主模块功能可变，从模块功能固定。在进行产品开发时，根据产品具体的功能需求挑选需要的从模块，然后对主模块的功能进行重新编制，按产品功能实现对从模块的管理控制。当产品功能需求变更时，只需要根据具体需要，增减从模块，然后重新编制主模块即可实现变更。本系统架构降低了产品实现的复杂度，降低了产品的开发风险，提高了产品开发的灵活性，提高了产品的可扩展性，提高了产品的稳定性。本系统架构构成了 X线产品开发实现模块化的结构基础。在系统通讯总线方面，本控制系统采用CAN总线。与一般的通讯总线相比，CAN总线的数据通讯具有突出的可靠性、实时性、灵活性、而且抗干扰能力强、开发简单、造价低廉。CAN总线的以上特性完全符合本控制系统具备良好的可靠性和可扩展性同时兼顾成本的需求。从OSI网络模型来看，CAN总线仅定义了物理层和数据链路层，实际应用中，这两层完全由硬件实现。CAN总线没有规定应用层，本身并不完整，因此在实际应用中，还需要对其应用层进行定义、设计。在本控制系统中，通讯协议选择基于CANopen的模式来实现。CANopen是基于CAN总线的闻层协议，能够实现在CAN网络中提供标准的、统一的系统通讯模式，提供设备功能描述方式，执行网络管理功能。在系统功能模块的设计中，通过CANopen中的对象字典的概念，分离模块嵌入式软件的协议层和应用层，优化系统功能模块的设计。在系统功能模块设计方面，延续整个控制系统的模块化设计思想，充分体现硬件设计的模块化以及嵌入式软件设计的模块化。如图2所示，本系统功能模块的设计以硬件层的设计为基础，其上为嵌入式软件层。嵌入式软件层又细分为两层驱动层和应用层。驱动层作为软件环境与硬件环境之间的操作接口，实现嵌入式软件对硬件的基本操作。应用层实现具体功能模块的功能。在硬件层的设计中，以模块化的设计思想为主导。在嵌入式软件的设计中，引入了嵌入式实时操作系统，在嵌入式实时操作系统的基础上能更好的支持高效、优秀的嵌入式软件编程思想，加速系统功能模块的开发，缩短嵌入式软件的编程、调试时间，提闻系统功能1旲块的稳定性。系统控制模块的硬件框图如图3所不，由一电源模块、一 RS232通讯模块、一 ARM处理器、一 CAN通讯模块、一 IO模块等五个硬件模块构成。电源模块通过接口将系统电源引入系统控制模块，为系统控制模块的各硬件模块供电。ARM处理器通过线路连接RS232通讯模块，通过串行通讯接口与计算机串口相连，其作用是使得系统控制模块能够与计算机进行信息交互，也可以用于对系统控制模块的嵌入式软件进行更新。ARM处理器通过线路连接CAN通讯模块，通过CAN总线接口连接到系统CAN总线上，其作用是使得系统控制模块能够通过系统CAN总线对各从功能模块进行控制并且采集各功能模块的状态信息。ARM处理器通过线路连接IO模块，通过接口连接至系统电源检测控制信号，其作用是实现对系统电 源的检测和控制。运动控制模块的硬件框图如图4所示，由一电源模块、一 CAN通讯模块、一 RS232通讯模块、一 ARM处理器、一电机驱动模块、一 AD模块、一 IO模块等七个硬件模块构成。电源模块通过接口将系统电源引入运动控制模块，为运动控制模块的各硬件模块供电。ARM处理器通过线路连接CAN通讯模块，通过CAN总线接口连接至系统CAN总线上，其作用是接收系统控制模块的相关运动控制命令并把运动控制模块的状态信息反馈给系统控制模块。ARM处理器通过线路连接RS232通讯模块，通过串行通讯接口可以与计算机串口相连，其作用是可以通过计算机对运动控制模块的嵌入式软件进行更新。ARM处理器通过线路连接电机驱动模块，通过接口连接至驱动电机，其作用是输出可用于驱动电机的控制信号。ARM处理器通过线路连接AD模块，通过接口连接至运动位置反馈信号，其作用是采集运动部件的位置信息。ARM处理器通过线路连接IO模块，通过接口连接至运动限位信号，其作用是采集运动部件的限位开关信号。限束器控制模块的硬件框图如图5所不，由一电源模块、一CAN通讯模块、一RS232通讯模块、一 ARM处理器、两个电机驱动模块、两个AD模块、一 IO模块等九个模块构成。电源模块通过接口将系统电源引入限束器控制模块，为限束器控制模块的各硬件模块供电。ARM处理器通过线路连接CAN通讯模块，通过CAN总线接口连接到系统CAN总线上，其作用是接收系统控制模块的限束器控制命令并把限束器的开度信息反馈给系统控制模块。ARM处理器通过线路连接RS232通讯模块，通过串行通讯接口可以与计算机串口相连，其作用是可以通过计算机对限束器控制模块的嵌入式软件进行更新。ARM处理器通过线路连接两个电机驱动模块，通过接口分别连接至限束器的横向驱动电机和纵向驱动电机，其作用是通过对横向及纵向驱动电机的控制完成对限束器开度的控制。ARM处理器通过线路连接两个AD模块，通过接口分别连接至横向位置反馈信号和纵向位置反馈信号，其作用是采集限束器的横向及纵向开度信息。ARM处理器通过线路连接IO模块，通过接口连接至限束器控制按键信号，其作用是采集限束器的按键信号反馈给系统控制模块。[0037]动栅控制模块的硬件框图如图6所不，由一电源模块、一 CAN通讯模块、一 RS232通讯模块、一 ARM处理器、一电机驱动模块、一 AD模块、一 IO模块等七个硬件模块构成。电源模块通过接口将系统电源引入动栅控制模块，为动栅控制模块的各硬件模块供电。ARM处理器通过线路连接CAN通讯模块，通过CAN总线接口连接到系统CAN总线上，其作用是接收系统控制模块的动栅控制命令并把动栅相关的状态信息反馈给系统控制模块。ARM处理器通过线路连接RS232通讯模块，通过串行通讯接口可以与计算机串口相连，其作用是可以通过计算机对动栅控制模块的嵌入式软件进行更新。ARM处理器通过线路连接电机驱动模块，通过接口连接至动栅驱动电机，其作用是输出可用于动栅驱动电机的控制信号。ARM处理器通过线路连接AD模块，通过接口连接至动栅位置反馈信号，其作用是采集动栅的位置信息。ARM处理器通过线路连接IO模块，通过接口连接至动栅限位信号，其作用是采集动栅的限位开关信号。UI模块的硬件框图如图7所不，由一电源模块、一 CAN通讯模块、一 RS232通讯模块、一 ARM处理器、一液晶驱动模块、一 IO模块等六个硬件模块构成。电源模块通过接口将系统电源引入n模块，为UI模块的各硬件模块供电。ARM处理器通过线路连接CAN通讯 模块，通过CAN总线接口连接到系统CAN总线上，其作用是接收系统控制模块的显示控制命令并把控制按键的相关信息反馈给系统控制模块。ARM处理器通过线路连接RS232通讯模块，通过串行通讯接口可以与计算机串口相连，其作用是可以通过计算机对n模块的嵌入式软件进行更新。ARM处理器通过线路连接液晶驱动模块，通过接口连接至液晶屏，其作用是输出液晶屏的控制信号，完成系统信息的显示。ARM处理器通过线路连接IO模块，通过接口连接至控制按键，其作用是采集控制按键的状态信息。时序控制模块的硬件框图如图8所示，由一电源模块、一 CAN通讯模块、一 RS232通讯模块、一 ARM处理器、两个IO模块等六个硬件模块构成。电源模块通过接口将系统电源引入时序控制模块，为时序控制模块的各硬件模块供电。ARM处理器通过线路连接CAN通讯模块，通过CAN总线接口连接到系统CAN总线上，其作用是接收系统控制模块的时序控制命令并把时序相关的状态信息反馈给系统控制模块。ARM处理器通过线路连接RS232通讯模块，通过串行通讯接口可以与计算机串口相连，其作用是可以通过计算机对时序控制模块的嵌入式软件进行更新。ARM处理器通过线路连接两个IO模块，通过接口分别连接至高压发生器同步控制信号和平板探测器同步控制信号，其作用是分别完成对高压发生器和平板探测器的同步控制并采集相关的同步信号状态信息。在系统安全机制设计方面，本控制系统采用三重安全保障。第一层为系统功能模块对其所控制的执行单元的故障进行检测并实施保护。第二层为系统控制模块在系统层面上对整个系统故障进行故障检测并实施保护。第三层为系统紧急停止按钮，在系统层面，控制系统中与安全相关部件的供电，进而实施保护。在系统供电方面，本控制系统采用集中式串级供电方式。如图9所示，所谓集中式供电，即系统中只配置一组供电电源，所有系统功能模块都从此电源取电。所谓串级式供电，即在本控制系统中，位置较近的功能模块实现就近取电。如图9所示，功能模块I从控制系统电源取电，按照串级式供电方式，功能模块2不需要再从控制系统电源取电，而是直接就近从功能模块I上取电。本控制系统在供电方面将集中式供电与串级式供电相结合，使得整个系统的电源供电方式更加简洁，避免了系统电源配置冗余，便于电源管理，同时也进行一步降低了系统的电 源成本。
权利要求1.一种通用X线产品电气控制系统，其特征在于，包括实现管理决策功能的系统控制模块及其所需的功能模块，系统控制模块通过CAN总线连接各个实施具体控制功能的功能模块，所述功能模块包括运动控制模块、限束器控制模块、动栅控制模块、n模块、时序控制模块和高压发生器。
2.根据权利要求I所述的通用X线产品电气控制系统，其特征在于，所述系统控制模块可以是工控机，也可以是自行设计的控制板。
3.根据权利要求2所述的通用X线产品电气控制系统，其特征在于，所述系统控制模块由ARM处理器通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过IO模块连接系统电源检测控制信号，通过RS232通讯模块连接计算机串口，电源模块连接系统电源，为系统控制模块内的各硬件模块供电。
4.根据权利要求I所述的通用X线产品电气控制系统，其特征在于，所述运动控制模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过电机驱动模块连接驱动电机，通过AD模块连接运动位置反馈信号，通过IO模块连接运动限位信号，电源模块连接系统电源，为运动控制模块内的各硬件模块供电。
5.根据权利要求I所述的通用X线产品电气控制系统，其特征在于，所述限束器控制模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过电机驱动模块连接横向驱动电机和纵向驱动电机，通过AD模块连接横向位置反馈信号和纵向位置反馈信号，通过IO模块连接限束器控制按键信号，电源模块连接系统电源，为限束器控制模块内的各硬件模块供电。
6.根据权利要求I所述的通用X线产品电气控制系统，其特征在于，所述动栅控制模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过电机驱动模块连接动栅驱动电机，通过AD模块连接动栅位置反馈信号，通过IO模块连接动栅限位信号，电源模块连接系统电源，为动栅控制模块内的各硬件模块供电。
7.根据权利要求I所述的通用X线产品电气控制系统，其特征在于，所述n模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过液晶驱动模块连接液晶屏，通过IO模块连接控制按键信号，电源模块连接系统电源，为UI模块内的各硬件模块供电。
8.根据权利要求I所述的通用X线产品电气控制系统，其特征在于，所述时序控制模块通过CAN通讯模块连接系统CAN总线，通过IO模块连接高压发生器同步控制信号和平板探测器同步控制信号，电源模块连接系统电源，为时序控制模块内的各硬件模块供电。
9.根据权利要求I所述的通用X线产品电气控制系统，其特征在于，所述控制系统采用集中式串级供电。
专利摘要本实用新型涉及一种通用X线产品电气控制系统，用于对X线产品中各功能执行单元进行协调、控制，监控整个产品的工作状态。本实用新型包括实现管理决策功能的系统控制模块及其所需的功能模块，系统控制模块通过CAN总线连接各个实施具体控制功能的功能模块，所述功能模块包括运动控制模块、限束器控制模块、动栅控制模块、UI模块、时序控制模块和高压发生器。本实用新型以“简化硬件设计，软化系统结构，软硬件兼顾模块化”为主要设计思想，采用集中管理分布式控制的控制系统架构；采用CAN总线为系统通讯总线，性能可靠、开发简单、造价低廉。
文档编号G05B19/042GK202486546SQ20122002496
公开日2012年10月10日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者杨梅, 袁文强, 高娜 申请人:辽宁开普医疗系统有限公司