CN111887879B - 一种储能ct能量管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储能CT能量管理系统及方法，系统包括定子储能件、扫描控制器和转子储能件，所述扫描控制器分别通信连接定子储能件、转子储能件、曝光控制器、运动驱动控制器和操作台，所述定子储能件供电连接运动驱动控制器、扫描控制器和操作台，所述转子储能件供电连接曝光控制器。与现有技术相比，保证了电量功耗的前瞻性，提高了扫描业务的使用友好性和可服务性；保证了曝光能够正常进行，提高了CT设备的可靠性；提高了设备的安全性。

Description

一种储能CT能量管理系统及方法

技术领域

本发明涉及储能CT领域，尤其是涉及一种储能CT能量管理系统及方法。

背景技术

在储能CT设备中，由于储能部件容量的局限性，储能部件只能保有特定容量的电能，为储能CT正常工作提供能量。

CT设备中的X射线曝光部件和CT运动部件都是大功率部件，在球管曝光、机架旋转、病床运动时需要消耗大量的电能。在储能CT运行一段时候后，储存的能量下降，导致能够提供的电量不足。实际CT应用中，主要有两种情况会影响CT的扫描业务正常开展，影响CT设备应用的经济效益和可靠性。

第一种情况，在开始进行CT扫描时，当X射线曝光部件和CT运动部件在启动的瞬间，几个高功率部件需要消耗较多电能，会出现瞬时的耗电峰值，导致CT储能部件出现瞬时电量过低、欠压等不稳定的工作状态，从而CT扫描不得不中止或者造成其他设备故障和损毁。

第二种情况，CT扫描业务能够正常开始，球管曝光和运动部件正常运作一段时候后，可能会因电量不足出现球管曝光异常停止、或者机架停止旋转、或者病床停止运行、或者板卡电源欠压复位，扫描业务不能正常完成，出现既有扫描数据无效，需要重新扫描，导致病患遭受无效辐射，影响CT设备使用体验和可服务性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种储能CT能量管理系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种储能CT能量管理系统，包括定子储能件、扫描控制器和转子储能件，所述扫描控制器分别通信连接定子储能件、转子储能件、曝光控制器、运动驱动控制器和操作台，所述定子储能件供电连接运动驱动控制器、扫描控制器和操作台，所述转子储能件供电连接曝光控制器。

所述运动驱动控制器连接病床运动电机和机架运动电机。

所述病床运动电机和机架运动电机均为永磁同步电机。

所述曝光控制器连接高压发生器，所述高压发生器驱动球管。

所述的操作台包括人机交互显示器。

所述扫描控制器分别CAN通信连接定子储能件、转子储能件和曝光控制器，扫描控制器无线通信连接运动驱动控制器和操作台。

所述的扫描控制器包括微处理单元和分别与微处理单元连接的Flash模块和电源模块，所述微处理单元包括看门狗模块、定时器模块、CAN模块、网口模块和Uart模块，所述CAN模块连接定子储能件、转子储能件、曝光控制器和运动驱动控制器，网口模块连接操作台，所述电源模块连接定子储能件。

所述的微处理单元为AM3358。

一种利用所述储能CT能量管理系统的能量管理方法，该方法包括以下步骤：

S1：扫描控制器解析操作台传递的运动控制参数、曝光控制参数和扫描开始指令；

S2：扫描控制器获得定子储能件和转子储能件传递的电量信息，根据运动控制参数和曝光控制参数计算本次扫描需要消耗的电能；

S3：扫描控制器计算操作台、扫描控制器、运动驱动控制器和曝光控制器的弱电所需电量；

S4：需要消耗的电能和弱电所需电量的和值与电量信息进行比较，若和值大于电量信息，执行S1，否则，执行S5；

S5：扫描控制器通过控制运动驱动控制器和曝光控制器实现扫描。

实现扫描的过程中，扫描控制器实时监控定子储能件和转子储能件传递的状态信息，所述状态信息包括实时电量、实时电压、实时电流和实时温度，若状态信息不符合要求，产生警告信息，若符合要求，则扫描继续。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)包括定子储能件、扫描控制器和转子储能件，扫描控制器分别通信连接定子储能件、转子储能件、曝光控制器、运动驱动控制器和操作台，扫描控制器可在扫描开始前收集定子储能件和转子储能件的电量信息，从而在扫描开始前判断电量是否足够启动本次扫描，防止扫描中止和损坏其他设备，保证了电量功耗的前瞻性，提高了扫描业务的使用友好性和可服务性；扫描过程中，扫描控制器可实时收集定子储能件和转子储能件的状态信息，防止出现异常停止，避免病患遭受无效辐射，提高CT设备可靠性、使用体验和可服务性。

(2)状态信息包括实时电量、实时电压、实时电流和实时温度，提高了设备的安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明扫描控制器的结构示意图；

图3为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例提供一种储能CT能量管理系统，如图1所示，包括定子储能件C1、扫描控制器B1和转子储能件C2，扫描控制器B1分别通信连接定子储能件C1、转子储能件C2、曝光控制器B2、运动驱动控制器D1和操作台S1，定子储能件C1供电连接运动驱动控制器D1、扫描控制器B1和操作台S1，转子储能件C2供电连接曝光控制器B2。

具体而言：

运动驱动控制器D1连接病床运动电机M1和机架运动电机M2，曝光控制器B2连接高压发生器H1，高压发生器H1驱动球管T1。病床运动电机M1、机架运动电机M2、运动驱动控制器D1、定子储能件C1、扫描控制器B1和操作台S1被划分入定子部，高压发生器H1、球管T1、曝光控制器B2和转子储能件C2被划分入转子部。

定子储能件C1为动力蓄电池包，定子储能件C1为定子部的设备和部件提供电力能源；定子储能件C1通过电缆L1为操作台S1供电；定子储能件C1通过电缆L3为扫描控制器B1供电；定子储能件C1通过通信电缆L2与扫描控制器B1连接，进行CAN通信，将定子储能件C1的扫描前的电量信息或实时电量、实时电压、实时电流和实时温度发送至扫描控制器B1；定子储能件C1通过电缆L5为运动驱动控制器D1供电。

运动驱动控制器D1，主要用于驱动病床运动电机M1和机架运动电机M2，控制病床运动电机M1和机架运动电机M2按照设定的恒定速度旋转。运动驱动控制器D1通过电缆L7与病床运动电机M1连接，为病床运动电机M1提供驱动电力；运动驱动控制器D1通过电缆L6与机架运动电机M2连接，为机架运动电机M2提供驱动电力。运动驱动控制器D1通过线缆L8与扫描控制器B1连接，进行CAN通信。

病床运动电机M1为永磁同步电机，主要用于牵引CT病床进行水平运动。

机架运动电机M2为永磁同步电机，主要用于牵引CT机架进行针旋转运动。

操作台S1主要为操作人提供CT扫描操作与包括人机交互显示器；通过线缆L4与扫描控制器B1连接，进行网络通信，可以将扫描控制参数和扫描开始指令，通过网络消息发送至扫描控制器B1。

扫描控制器B1主要完成运动控制和曝光控制，扫描控制器B1在曝光前需要根据扫描控制参数(包括运动控制参数和曝光控制参数)和电量信息，进行电量计划，并且在扫描中实时监控定子储能件和转子储能件传递的状态信息。扫描控制器B1通过线缆L9与曝光控制器B2相连，用于CAN通信，交互曝光控制参数和曝光状态。扫描控制器B1通过线缆L8与运动驱动控制器D1相连，用于CAN通信，交互运动控制参数和运动状态。

转子储能件C2为动力蓄电池包，转子储能件C2为转子部的设备和部件提供电力能源；转子储能件C2通过电缆L10为曝光控制器B2供电；转子储能件C2通过电缆L12为高压发生器H1供电；转子储能件C2通过通信电缆L14与扫描控制器B1连接，进行CAN通信，将转子储能件C2的扫描前的电量信息或实时电量、实时电压、实时电流和实时温度发送至扫描控制器B1。

曝光控制器B2主要完成曝光控制参数的解析和曝光状态的监控。曝光控制器B2通过线缆L9与扫描控制器B1连接，接收扫描控制器B1发送过来的曝光控制参数，并将曝光状态发送至扫描控制器B1。曝光控制器B2通过线缆L11与高压发生器H1连接。

高压发生器H1主要用于驱动球管T1进行X射线曝光，高压发生器H1通过电缆L13与球管T1连接，为球管T1提供电力；球管T1主要用于产生X射线。

如图2所示，扫描控制器B1主要由微处理单元m1、定时器模块m2、看门狗模块m3、Flash模块m4、CAN模块m5组成、网口模块m6和Uart模块m7组成。电源模块p给微处理单元m1以及其他板上外设供电。微处理单元m1与其他子模块(m2、m3、m4、m5、m6和m7)通过系统总线连接。其中，Flash模块m2、电源模块p是外置于微处理单元m1的模块。

微处理单元m1通过CAN模块m9与运动驱动控制器进行通信，设置步进运动参数；微处理单元m1通过网口模块m6与外部工作人员进行控制指令和调试信息交互(即网口模块m6与操作台连接)。微处理单元m1通过CAN模块m9与曝光控制器进行通信，设置旋转运动参数。

微处理单元m1为TI AM3358系列，主频为800M Hz。

Flash模块m3为系统程序和应用程序提供存储空间，其他内存空间大小为32MB。

CAN通信模块m5主要完成CAN消息的收发，支持CAN协议2.0B，波特率为500k bps，使用差分信号。

网口模块m6主要完成网络消息的收发。

Uart模块m7主要完成调试消息的收发，波特率为9600bps，使用RS232电平。

电源模块p将输入的12V电压转换成5V的电压，给微处理单元m1以及其他板上外设供电。

看门狗模块m3主要检测微处理单元m1的运行状态，当主处理模块出现异常或者程序跑飞的情况，看门狗模块m5能够复位微处理单元m1。

定时器模块m2为微处理单元m1提供40ms周期的定时中断信号。

微处理单元m1上运行的操作系统为嵌入式QNX操作系统，嵌入式QNX操作系统是一款具备微内核特征、安全、实时、可靠的嵌入式操作系统。软件采用标准C++语言进行软件开发。

电能管理主要由扫描控制器B1完成，运行在扫描控制器B1上的扫描控制软件结构如下：

1)主任务模块：对运动控制参数、曝光控制参数进行处理，对定子储能件和转子储能件的运行状态进行监控。

2)网络通信任务模块：管理与操作台之间网络消息的接收和发送。

3)CAN通信任务模块：通过CAN协议接收发送信息。

本实施例还提供一种储能CT能量管理方法，如图3所示：

1、扫描控制软件启动后，对扫描控制器B1(图3中称板卡)各个子模块进行初始化；

2、扫描控制软件对CAN模块进行初始化，设置正常的CAN通信参数和过滤掩码，与其他模块建立CAN通信；

3、扫描控制软件对网络模块进行初始化，设置正常的网络通信参数，与操作台S1建立TCP/IP通信；

4、扫描控制软件主任务模块运行；

5、如果操作台S1发送过来扫描控制参数和扫描开始指令，执行步骤6；否则返回执行步骤4；

6、扫描控制软件主任务模块对扫描控制参数进行解析，获取其中的运动控制参数，比如机架转速、病床移动速度，还有曝光控制参数，例如曝光管电压、管电流、曝光时间等；

7、主任务模块读取定子储能件C1发送过来的电量信息；读取转子储能件C2发送过来的电量信息，然后执行步骤8；

8、主任务模块根据运动控制参数计算病床运动电机和机架运动电机在当前扫描中需要消耗的电能；

9、主任务模块根据曝光控制参数计算球管在当前扫描中需要消耗的电能；

10、主任务模块根据操作台S1、扫描控制器B1、运动驱动控制器D1、曝光控制器B2等弱电部件的功耗，计算弱电所需电量；

11、基于步骤8、9、10，病床运动电机和机架运动电机需要消耗电能加上操作台S1、扫描控制器B1和运动驱动控制器D1的弱电所需电量，与转子储能件C1剩余电能进行比较，判断是否满足定子电能条件；基于步骤8、9、10，球管需要消耗电能加上曝光控制器B2的弱电所需电量，与转子储能件C2剩余电能进行比较，判断是否满足转子电能条件；只要定子或者转子电能条件，任何一个不满足，通知操作台S1，不能满足当前次CT扫描，返回执行步骤4；否则继续执行步骤12；

12、主任务模块将运动控制参数发送至运动驱动控制器D1；

13、主任务模块将曝光控制参数发送至曝光控制器B2；

14、设置运动部件开始运动，设置曝光部件开始曝光，同时打开定时器，对曝光进行计时；

15、主任务模块读取定子储能件C1发送过来的状态信息；读取转子储能件C2发送过来的状态信息，状态信息包括实时电量、实时电压、实时电流和实时温度；

16、判断定子储能件C1和转子储能件C2的工作状态，比如实时电量低于阈值、欠压、过流、温度超过阈值，只要C1或者C2的任意一个状态异常，则进行告警处理，执行步骤19；否则执行步骤17；

17、判断曝光计时器的计数值，如果达到了曝光时长，停止放线，执行步骤18；否则继续放线执行步骤15；

18、停止T1曝光，关闭H1、M1、M2的供电，设置B2、S1、D1进入低功耗模式，返回执行步骤4；

19、停止曝光，记录告警日志，并通知S1发生了储能部件故障。

Claims (1)

1.一种储能CT能量管理系统，其特征在于，包括定子储能件、扫描控制器和转子储能件，所述扫描控制器分别通信连接定子储能件、转子储能件、曝光控制器、运动驱动控制器和操作台，所述定子储能件供电连接运动驱动控制器、扫描控制器和操作台，所述转子储能件供电连接曝光控制器；

所述运动驱动控制器连接病床运动电机和机架运动电机；

所述病床运动电机和机架运动电机均为永磁同步电机；

所述曝光控制器连接高压发生器，所述高压发生器驱动球管；

所述的操作台包括人机交互显示器；

所述扫描控制器分别CAN通信连接定子储能件、转子储能件和曝光控制器，扫描控制器无线通信连接运动驱动控制器和操作台；

所述的扫描控制器包括微处理单元和分别与微处理单元连接的Flash模块和电源模块，所述微处理单元包括看门狗模块、定时器模块、CAN模块、网口模块和Uart模块，所述CAN模块连接定子储能件、转子储能件、曝光控制器和运动驱动控制器，网口模块连接操作台，所述电源模块连接定子储能件；

所述的微处理单元为AM3358；

运行在扫描控制器上的扫描控制软件结构如下：

主任务模块：对运动控制参数、曝光控制参数进行处理，对定子储能件和转子储能件的运行状态进行监控；

网络通信任务模块：管理与操作台之间网络消息的接收和发送；

CAN通信任务模块：通过CAN协议接收发送信息；

所述储能CT能量管理系统的能量管理方法包括以下步骤：

步骤1、扫描控制软件启动后，对扫描控制器B1各个子模块进行初始化；

步骤2、扫描控制软件对CAN模块进行初始化，设置正常的CAN通信参数和过滤掩码，与其他模块建立CAN通信；

步骤3、扫描控制软件对网口模块进行初始化，设置正常的网络通信参数，与操作台S1建立TCP/IP通信；

步骤4、扫描控制软件主任务模块运行；

步骤5、如果操作台S1发送过来扫描控制参数和扫描开始指令，执行步骤6；否则返回执行步骤4；

步骤6、扫描控制软件主任务模块对扫描控制参数进行解析，获取其中的运动控制参数和曝光控制参数；

步骤7、主任务模块读取定子储能件C1发送过来的电量信息；读取转子储能件C2发送过来的电量信息，然后执行步骤8；

步骤8、主任务模块根据运动控制参数计算病床运动电机和机架运动电机在当前扫描中需要消耗的电能；

步骤9、主任务模块根据曝光控制参数计算球管在当前扫描中需要消耗的电能；

步骤10、主任务模块根据操作台S1、扫描控制器B1、运动驱动控制器D1、曝光控制器B2在内的弱电部件的功耗，计算弱电所需电量；

步骤11、基于步骤8、9、10，病床运动电机和机架运动电机需要消耗电能加上操作台S1、扫描控制器B1和运动驱动控制器D1的弱电所需电量，与转子储能件C1剩余电能进行比较，判断是否满足定子电能条件；基于步骤8、9、10，球管需要消耗电能加上曝光控制器B2的弱电所需电量，与转子储能件C2剩余电能进行比较，判断是否满足转子电能条件；只要定子或者转子电能条件，任何一个不满足，通知操作台S1，不能满足当前次CT扫描，返回执行步骤4；否则继续执行步骤12；

步骤12、主任务模块将运动控制参数发送至运动驱动控制器D1；

步骤13、主任务模块将曝光控制参数发送至曝光控制器B2；

步骤14、设置运动部件开始运动，设置曝光部件开始曝光，同时打开定时器，对曝光进行计时；

步骤15、主任务模块读取定子储能件C1发送过来的状态信息；读取转子储能件C2发送过来的状态信息，状态信息包括实时电量、实时电压、实时电流和实时温度；

步骤16、判断定子储能件C1和转子储能件C2的工作状态，只要C1或者C2的任意一个状态异常，则进行告警处理，执行步骤19；否则执行步骤17；

步骤17、判断曝光计时器的计数值，如果达到了曝光时长，停止放线，执行步骤18；否则继续放线执行步骤15；

步骤18、停止球管T1曝光，关闭高压发生器H1、微处理单元M1、定时器模块M2的供电，设置曝光控制器B2、操作台S1、运动驱动控制器D1进入低功耗模式，返回执行步骤4；

步骤19、停止曝光，记录告警日志，并通知操作台S1发生了储能部件故障。