[发明专利]一种用于质子治疗的加速器安全联锁系统

权利要求书

1.一种用于质子治疗的加速器安全联锁系统，其特征在于，包括上位机PC、交换机、PLC、光电转换模块和加速器各子系统；

其中，所述上位机PC用于远程监控和操作加速器子系统的状态和运行，同时设定权限和切换不同模式，方便加速器的出束和调试；

所述交换机用于远程通信和数据交换；

所述PLC通过内部运算单元处理下位系统所传递的数据，根据上位机PC提供的不同条件进行不同的联锁逻辑，有选择性的保护或屏蔽所述加速器子系统；

所述光电转换模块将光纤信号转换成PLC所能使用的电信号；

所述加速器各子系统包括水冷系统、举升系统、超导磁体系统、真空系统、离子源系统、RF系统和引出区系统。

2.根据权利要求1所述的一种用于质子治疗的加速器安全联锁系统，其特征在于，所述PLC采用安全型PLC，且PLC能实现SIL3或SIL4等级，且PLC内部字节运算速度在ns量级。

3.根据权利要求1所述的一种用于质子治疗的加速器安全联锁系统，其特征在于，所述水冷系统、举升系统、超导磁体系统、真空系统、离子源系统、RF系统和引出区系统与该加速器安全联锁系统之间采用失效安全性设计，信号高电平表明加速器各子系统无故障或PLC联锁未生效，信号低电平表明子系统有故障或PLC联锁生效。

4.根据权利要求3所述的一种用于质子治疗的加速器安全联锁系统，其特征在于，所述加速器各子系统与光电转换模块之间全部采用光纤通信。

5.根据权利要求1所述的一种用于质子治疗的加速器安全联锁系统，其特征在于，所述光电转换模块与PLC之间全部采用电缆通信。

6.根据权利要求1所述的一种用于质子治疗的加速器安全联锁系统，其特征在于，该加速器安全联锁系统的模式分为工作模式和维护模式，工作模式下，操作人员无法手动输入参数，系统PLC自动检测加速器子系统状态并根据收集到的数据启动默认的联锁逻辑，在维护模式下，屏蔽加速器各个子系统之间的联系，进行单独的调试。

7.根据权利要求1所述的一种用于质子治疗的加速器安全联锁系统，该系统在工作时，首先，利用交换机实现了远程上位机PC监控和控制加速器安全联锁系统，在本地的安全联锁系统逻辑部件采用S7-1500F型PLC，通过光电转换模块使用光纤与加速器各子系统连接；

在加速器安全联锁开机启动中，系统默认的是工作模式，此时PLC检测加速器各子系统的状态，判断是否满足加速器出束条件，如果不满足，启动联锁逻辑并上报给界面，界面显示出当前加速器各子系统的状态及联锁关闭的系统；

当操作人员使用普通用户名登陆时，只有工作模式的权限，在工作模式下，界面上可查看到加速器子系统的运行状态，故障源，联锁关闭的系统，本控PLC的状态以及报警信息，当操作员使用维护或专家用户名登陆时，有工作和维护模式的权限，在界面上实现两种模式的切换，在维护模式下选择屏蔽的系统，如不选择，系统默认为无需屏蔽；

在工作模式下，若PLC检测到水冷系统故障可自动下发超导磁体系统、真空系统、离子源系统、RF系统和引出区系统联锁关闭命令，若PLC检测到举升系统故障则自动下发超导磁体系统、真空系统、离子源系统、RF系统和引出区系统联锁关闭命令，若PLC检测到超导磁体系统故障则自动下发真空系统、离子源系统、RF系统和引出区系统联锁关闭命令，若PLC检测到真空故障则自动下发超导磁体系统、离子源系统、RF系统和引出区系统联锁关闭命令，若PLC检测到引出区故障则自动下发离子源系统和RF系统联锁关闭命令；

以引出区为例，在光电转换模块和PLC正常工作条件下，且界面处于工作模式下，若光电转换模块上显示引出区系统的状态为无光，PLC输入端检测到引出区系统的状态处于低电平，则PLC判断引出区处于关闭状态，无论引出区是人为关闭还是因故障启动的自锁关闭，加速器安全联锁系统都默认为加速器不满足出束条件，则关闭离子源系统和RF系统，此时PLC自动下发离子源系统和RF系统联锁关闭命令，并检查离子源系统和RF系统的状态，在界面上的信息栏显示PLC检测结果，处理过程，反馈并判断联锁是否生效信息；

在维护模式下，PLC联锁的逻辑与工作下的联锁逻辑相同，不同之处在于多了对屏蔽功能的判断和单独控制子系统的启动、关闭和暂停等命令；

以离子源为例，在光电转换模块和PLC正常工作条件下，当操作人员使用维护用户名登陆系统，切换到维护模式下，选择屏蔽离子源系统，若此时引出区系统状态显示为关闭，则已屏蔽离子源系统，离子源系统不受影响继续运行，PLC自动忽略离子源系统下发RF系统联锁关闭的命令，若水冷系统状态显示为关闭，由于离子源系统中的水循环由水冷系统提供，则屏蔽不起作用，PLC自动下发离子源系统、RF系统等联锁关闭命令；

在维护模式下，加速器安全联锁系统根据实际环境和子系统的要求，单独下发子系统开启、关闭、暂停等命令，若在界面上下发水冷关闭命令，水冷本控设备执行关闭命令，则水循环不工作，水冷故障信号为低电平，加速器安全联锁系统关闭超导磁体系统、真空系统、离子源系统、RF系统和引出区系统，并在界面上显示当前的操作记录。