基于PLC的乳腺機(jī)高壓電源控制方案

乳腺機(jī)作為一種重要的醫(yī)療圖像設(shè)備,其圖像質(zhì)量與X射線管的穩(wěn)定性有著密不可分的關(guān)系。而高壓電源作為提供X射線管供電的關(guān)鍵部件,其性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的圖像效果。因此,設(shè)計(jì)一個(gè)可靠、精確、高效的乳腺機(jī)高壓電源控制方案,是確保系統(tǒng)性能的重要環(huán)節(jié)。基于可編程邏輯控制器(PLC)的控制方案因其開發(fā)周期短、可靠性高、實(shí)時(shí)控制優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制。本文將從乳腺機(jī)高壓電源的工作原理和控制要求出發(fā),詳細(xì)探討基于PLC的高壓電源控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。

一、乳腺機(jī)高壓電源工作原理

乳腺機(jī)高壓電源主要由整流濾波電路、DC-DC升壓電路、高頻逆變電路、高壓變壓器、多級增壓電路和控制與保護(hù)電路組成。在使用中,系統(tǒng)首先將商用AC電源整流濾波成平滑的直流電壓,然后通過DC-DC升壓電路將電壓提升到逆變電路的工作電壓。高頻逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電,通過高壓變壓器實(shí)現(xiàn)初級電壓到數(shù)十kV的高壓端子電壓的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過多級增壓整流電路的多級增壓后,最終輸出需求的高穩(wěn)定的直流高壓。

二、乳腺機(jī)高壓電源控制要求

醫(yī)用乳腺機(jī)對高壓電源控制有以下幾點(diǎn)要求:

(1)輸出電壓精確可控,誤差在±1%以內(nèi);

(2)輸出電壓起動緩啟動,過渡過程平滑;

(3)具備過流、過壓等保護(hù)功能;

(4)實(shí)現(xiàn)對輸出線性變化的控制,調(diào)節(jié)范圍20kV~35kV;

(5)響應(yīng)時(shí)間必須小于100ms。

三、基于PLC的控制方案設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括PLC、人機(jī)界面、驅(qū)動功率模塊、傳感器等。PLC采集各傳感反饋信號,并根據(jù)控制算法邏輯輸出控制信號,以精確調(diào)節(jié)輸出高壓、實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)測等功能。驅(qū)動功率模塊接受PLC控制信號,驅(qū)動逆變開關(guān)管和整流器,完成對輸出高壓的調(diào)節(jié)。

2. 軟件功能模塊

(1)參數(shù)設(shè)置模塊

實(shí)現(xiàn)對輸出電壓值、斜坡時(shí)間等參數(shù)的設(shè)置。

(2)數(shù)據(jù)采集模塊

采集反饋電壓、電流等模擬量,并進(jìn)行濾波處理。

(3)PID閉環(huán)控制模塊

借助PID算法,按照設(shè)定參數(shù)PREC,精確控制輸出高壓。

(4)保護(hù)模塊

設(shè)置電壓、電流限值,在超限時(shí)快速反應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)。

(5)人機(jī)界面模塊

實(shí)現(xiàn)參數(shù)顯示、故障提示、控制操作等功能。

3. 控制策略

(1)系統(tǒng)初始化時(shí),先進(jìn)行無負(fù)載 Soft Start,限制起動電流。

(2)根據(jù)設(shè)定電壓recision值,采用 PID閉環(huán)控制算法精確調(diào)節(jié)輸出高壓。

(3)輸出電壓達(dá)穩(wěn)態(tài)后,允許按照斜坡時(shí)間進(jìn)行參考電壓的線性調(diào)節(jié)。

(4)超過限值保護(hù)觸發(fā)后,快速切斷供電保護(hù)設(shè)備。

(5)詳細(xì)記錄故障信息,方便后續(xù)維護(hù)和分析。

四、總結(jié)

基于PLC的乳腺機(jī)高壓電源控制系統(tǒng),結(jié)合了PLC的高可靠性、高實(shí)時(shí)性以及精確的PID閉環(huán)控制算法,能夠滿足對輸出電壓精度和動態(tài)響應(yīng)的控制要求。相比傳統(tǒng)模擬控制方式,該方案具有開發(fā)周期短、可靠性高、功能擴(kuò)展靈活等優(yōu)勢。下一步將在該控制方案的基礎(chǔ)上,研究 introducing更多先進(jìn)的控制策略,以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能和可靠性。