JP2021508898A - Logical structure and implementation method of safety interlock for proton therapy equipment - Google Patents
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Abstract
本発明は、陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造及び実現方法を提供する。陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造は、ハードワイヤード構造とトポロジー構造とを含み、ハードワイヤード構造及びトポロジー構造は、第１安全インターロックシステム（１）、第２安全インターロックシステム（２）、第１治療室（１１）、第２治療室（１２）を含み、各安全インターロックシステム及び治療室の構成部分は、ホスト、ＰＬＣ１、ＰＬＣ２及び交換機を含む第１安全インターロックシステム（１）と、交換機、ＰＬＣ１及びリモートＰＬＣ２を含む第２安全インターロックシステム（２）と、交換機、ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第１治療室（１１）と、交換機、ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第２治療室（１２）と、を含む。本発明は、２つの方式により安全インターロックシステム全体を構築することにより、安全インターロックサブシステムを迅速に制御することができ、装置稼働状態を検出する作用を奏することができる。２つの方式で並行して処理することにより、応答時間の要求を満たすだけでなく、モニタリングの役割も果たすことができる。
【選択図】 図１The present invention provides a logical structure and a method for realizing a safety interlock for a proton therapy device. The logical structure of the safety interlock for the proton beam therapy device includes a hard-wired structure and a topology structure, and the hard-wired structure and the topology structure include a first safety interlock system (1) and a second safety interlock system (2). A first safety interlock system (1) including a first treatment room (11) and a second treatment room (12), each safety interlock system and a component of the treatment room including a host, PLC1, PLC2 and a switch. And a second safety interlock system (2) including the switch, PLC1 and remote PLC2, a first treatment room (11) including the switch, PLC and CompactRIO, and a second treatment room (12) including the switch, PLC and CompactRIO. ) And, including. By constructing the entire safety interlock system by the two methods, the present invention can quickly control the safety interlock subsystem and can act to detect the operating state of the device. By processing in parallel by the two methods, not only the response time requirement can be satisfied, but also the role of monitoring can be fulfilled.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、安全インターロックシステムに関し、特に陽子線治療用の安全インターロック論理構造に関し、具体的には、陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造及び実現方法に関する。 The present invention relates to a safety interlock system, particularly to a safety interlock logic structure for proton beam therapy, and specifically to a logic structure and a method of realizing a safety interlock for a proton beam therapy device.
安全インターロックシステムは、陽子線治療装置制御システムにおける重要な構成部分である。陽子線治療装置の安全インターロックシステムは、安全システムとインターロックシステムを含み、各サブシステム間に保護システム及び故障処理の連動メカニズムを構築し、リスクを最大限に予防、回避し、陽子線治療装置の各安全インターロックサブシステム（例えば、ＲＦシステム、真空システム、イオン源システム等）の保護論理関係を保証し、安全インターロックシステムの故障リスクに対応する保護論理を確保し、人、装置及び環境の安全保護を一括で提供する。 The safety interlock system is an important component of the proton therapy device control system. The safety interlock system of the proton beam therapy device includes the safety system and the interlock system, and establishes a protection system and a failure handling interlocking mechanism between each subsystem to prevent and avoid the risk to the maximum, and the proton beam therapy. Guarantee the protection logic relationships of each safety interlock subsystem (eg RF system, vacuum system, ion source system, etc.) of the device, ensure the protection logic corresponding to the failure risk of the safety interlock system, people, equipment and Provide environmental safety protection in a lump sum.
陽子線治療装置の安全インターロックは、プログラマブルロジックコントローラＰＬＣにより構築することができ、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）により実現することもできる。異なる実現方法は、それぞれ独自の利点と欠点がある。例えば、（１）プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）は安全機能を有さず、冗長システムに作製される必要がある一方、プログラマブルロジックコントローラＰＬＣは専用の安全モジュールを有するので冗長システムに作製される必要ない。（２）プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）は、開発サイクルが長く、回路基板をカスタマイズする必要がある一方、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）は、統一基準であり、カスタマイズする必要がない。（３）また、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）の応答時間はｎｓオーダーに達することができ、応答時間が一定である一方、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）の応答時間はμｓオーダーであり、応答時間が一定ではなく、この欠点を克服するために、ＮＩ社のＣｏｍｐａｃｔＲＩＯモジュールを使用した。ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯモジュールは、ＦＰＧＡ処理が内蔵され、緊急処理が必要なイベントに迅速に対応可能である。研究開発時間、コスト、応答時間、安全性などの総合的に評価したところ、陽子線治療装置の安全インターロックシステムは、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯにより実現される。 The safety interlock of the proton therapy device can be constructed by a programmable logic controller PLC or can also be realized by a programmable logic device (PLD). Different implementations have their own advantages and disadvantages. For example, (1) a programmable logic device (PLD) does not have a safety function and needs to be built in a redundant system, whereas a programmable logic controller PLC does not need to be built in a redundant system because it has a dedicated safety module. .. (2) The programmable logic device (PLD) has a long development cycle and the circuit board needs to be customized, while the programmable logic controller (PLC) is a unified standard and does not need to be customized. (3) Further, the response time of the programmable logic device (PLD) can reach the ns order and the response time is constant, while the response time of the programmable logic controller (PLC) is on the μs order and the response time is constant. Instead, NI's CompactRIO module was used to overcome this shortcoming. The CompactRIO module has built-in FPGA processing and can quickly respond to events that require urgent processing. Comprehensive evaluation of R & D time, cost, response time, safety, etc., the safety interlock system of the proton beam therapy device is realized by the programmable logic controller (PLC) and CompactRIO.
本発明は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯに基づく陽子線治療装置用の安全インターロックの論理構造を提供することを目的とする。この２つの方式により安全インターロックシステム全体を構築する。１つ目はリアルタイムのハードワイヤード構造であり、安全インターロックサブシステムを迅速に制御することができる。２つ目はネットワークトポロジー構造であり、装置稼働状態を検出する作用を奏する。２つの方式で並行して処理することにより、応答時間の要求を満たすだけでなく、モニタリングの役割も果たすことができる。 It is an object of the present invention to provide a logic structure of a safety interlock for a programmable logic controller (PLC) and a proton beam therapy device based on CompactRIO. The entire safety interlock system is constructed by these two methods. The first is a real-time hard-wired structure that allows rapid control of the safety interlock subsystem. The second is a network topology structure, which acts to detect the operating state of the device. By processing in parallel by the two methods, not only the response time requirement can be satisfied, but also the role of monitoring can be fulfilled.
本発明の目的は、以下の技術的解決策により実現することができる。
本発明によれば、ハードワイヤード構造及びトポロジー構造を含む陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造であって、前記ハードワイヤード構造及びトポロジー構造は、第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室及び第２治療室を含み、各安全インターロックシステム及び治療室の構成部分は、
ホスト、ＰＬＣ１、ＰＬＣ２及び交換機を含む第１安全インターロックシステムと、
交換機、ＰＬＣ１及びリモートＰＬＣ２を含む第２安全インターロックシステムと、
交換機、ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第１治療室と、
交換機、ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第２治療室と、
を含む陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造が提供される。
The object of the present invention can be realized by the following technical solutions.
According to the present invention, it is a logical structure of a safety interlock for a proton beam therapy apparatus including a hard-wired structure and a topology structure, and the hard-wired structure and the topology structure are a first safety interlock system and a second safety interlock. Each safety interlock system and components of the treatment room, including the system, first treatment room and second treatment room,
A first safety interlock system that includes a host, PLC1, PLC2 and a switch, and
A second safety interlock system, including a switch, PLC1 and remote PLC2,
A first treatment room containing a switch, PLC and CompactRIO, and
A second treatment room containing a switch, PLC and CompactRIO,
A logical structure of a safety interlock for a proton therapy device is provided, including.
ハードワイヤード構造において、第１安全インターロックシステムのＰＬＣ１、第２安全インターロックシステムのＰＬＣ１、第１治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、第２治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ光ファイバにより機械室に接続されて伝送する。
トポロジー構造において、第１安全インターロックシステムのホスト、ＰＬＣ１、ＰＬＣ２はいずれも第１安全インターロックシステムに含まれる交換機に接続され、第２安全インターロックシステムの交換機は、第２安全インターロックシステムに含まれるＰＬＣ１に接続され、このＰＬＣ１はリモートＰＬＣ２に接続され、第１治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第１治療室に含まれる交換機に接続され、第２治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第２治療室に含まれる交換機に接続され、前記第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室、第２治療室のそれぞれに含まれる交換機は、いずれも光ファイバにより機械室に接続される。
In the hard-wired structure, the PLC1 of the first safety interlock system, the PLC1 of the second safety interlock system, the PLC and CompactRIO of the first treatment room, and the PLC and CompactRIO of the second treatment room are connected to the machine room by optical fibers, respectively. And transmit.
In the topology structure, the host of the first safety interlock system, PLC1 and PLC2 are all connected to the switch included in the first safety interlock system, and the switch of the second safety interlock system is connected to the second safety interlock system. Connected to the included PLC1, this PLC1 is connected to the remote PLC2, the PLC and CompactRIO of the first treatment room are connected to the exchanges included in the first treatment room, respectively, and the PLC and CompactRIO of the second treatment room are connected to each other. The exchanges connected to the exchanges included in the second treatment room and included in the first safety interlock system, the second safety interlock system, the first treatment room, and the second treatment room are all mechanical by optical fibers. Connected to the room.
各安全インターロックシステムと治療室の間には、いずれも直接接続されるハードワイヤード信号があり、ＰＬＣには光電変換が含まれ、安全インターロックシステムとの治療室の直接伝送は光ファイバ通信による。 There is a hard-wired signal directly connected between each safety interlock system and the treatment room, the PLC includes photoelectric conversion, and the direct transmission of the treatment room to the safety interlock system is by optical fiber communication. ..
第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室及び第２治療室は、環状のネットワークトポロジーを構成し、各システム又は治療室のいずれにも２経路の信号がある。 The first safety interlock system, the second safety interlock system, the first treatment room and the second treatment room form a circular network topology, and each system or the treatment room has a signal of two paths.
各安全インターロックシステム又は治療室において、ＰＬＣ、ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、又はホストのイーサネット信号を交換機により光ファイバ信号に変換して伝送する。 In each safety interlock system or treatment room, the Ethernet signal of PLC, CompactRIO, or host is converted into an optical fiber signal by an exchange and transmitted.
第２安全インターロックシステムにおいて、リモートＰＬＣ２中で採取したドッドをインターフェースモジュール及びバスアダプタにより光ファイバ信号に変換し、さらに第２安全インターロックシステムのＰＬＣ１に伝送し、ＰＬＣ１は採取した信号を処理し、セキュリティレベルＳＩＬ３を満たすために、リモートＰＬＣ２から第２安全インターロックシステムに伝送するプロトコルは、Ｐｒｏｆｉｂｕｓプロトコルを採用する。 In the second safety interlock system, the dodd collected in the remote PLC2 is converted into an optical fiber signal by the interface module and the bus adapter, and further transmitted to the PLC1 of the second safety interlock system, and the PLC1 processes the collected signal. In order to satisfy the security level SIL3, the Profibus protocol is adopted as the protocol to be transmitted from the remote PLC2 to the second safety interlock system.
ＰＬＣは、二重冗長電源モジュール、安全ＣＰＵ、安全ＩＯモジュールを含み、サブシステムの安全インターロックを担当し、サブシステムの稼働状態をリアルタイムにモニタリングすることができ、ＰＬＣにアクセスされるのはデジタルハードワイヤード信号である。 The PLC includes a dual redundant power supply module, a safety CPU, and a safety IO module, is responsible for the safety interlock of the subsystem, can monitor the operating status of the subsystem in real time, and the PLC is accessed digitally. It is a hard wired signal.
ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、治療室内の設備に接続され、高速信号取得と高速応答の機能を奏し、冗長電源モジュール、ＣＰＵ、プログラマブルロジックデバイス及び安全ＩＯモジュールを含む。 The CompactRIO is connected to the equipment in the treatment room, performs high-speed signal acquisition and high-speed response functions, and includes a redundant power supply module, a CPU, a programmable logic device, and a safety IO module.
交換機は、ＰＬＣ、ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ及びホストを接続し、全てのサブシステムの信号は、光ファイバにより交換機に伝送され、交換機は産業用イーサネットによりホストに接続され、ホストインターフェースにより各安全インターロックサブシステムの稼働状況をモニタリングし、安全インターロックのログをチェックすることができる。 The switch connects the PLC, CompactRIO and the host, the signals of all subsystems are transmitted to the switch by optical fiber, the switch is connected to the host by industrial Ethernet, and each safety interlock subsystem is operated by the host interface. You can monitor the situation and check the safety interface log.
この論理構造の実現方法は以下のとおりである。各システムは、隣り合うシステムとデータ交換する必要がある。データ交換の方式には、ハードワイヤード信号及びネットワークの２種類がある。両者は優先順位で判断され、優先順位が高い方はハードワイヤード伝送を採用し、優先順位が低い方はネットワーク伝送を採用する。また、ハードウェアの本数が限られているので、比較的緊急の信号のみがハードワイヤード接続を採用する。 The method of realizing this logical structure is as follows. Each system needs to exchange data with adjacent systems. There are two types of data exchange methods: hard-wired signals and networks. Both are judged by priority, and the one with higher priority adopts hard-wired transmission, and the one with lower priority adopts network transmission. Also, due to the limited number of hardware, only relatively urgent signals employ a hard-wired connection.
第２安全インターロックシステムがハードワイヤにより第１安全インターロックシステムに優先順位が最も高い信号を送信した場合、第１安全インターロックシステムのＰＬＣ２がこの信号を受信した後、全ての従属設備をオフにし、交換機によりホストにこのときの状態を報告する。第２安全インターロックシステムが第１安全インターロックシステムにハードワイヤード信号を送信する際に、第２安全インターロックシステムは同様にネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストへ現在の第２安全インターロックシステムの状態を伝え、ホストは自体の論理的判断に基づいて第１安全インターロックシステムの操作にエラーがあるか否かを検出し、操作にエラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告し、エラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行しない。 If the second safety interlock system sends the highest priority signal to the first safety interlock system by hard wire, all subordinate equipment is turned off after PLC2 of the first safety interlock system receives this signal. Then, the switch reports the status at this time to the host. When the second safety interlock system sends a hardwired signal to the first safety interlock system, the second safety interlock system also sends a signal to the host according to the network topology and the current second safety interlock to the host. It communicates the status of the lock system, and the host detects whether there is an error in the operation of the first safety interlock system based on its own logical judgment, and if there is an error in the operation, reports an error on the host interface. However, if an error command is issued and there is no error, neither operation is executed.
第１治療室がネットワークトポロジーにより第２安全インターロックシステムに優先順位が低い信号を送信した場合、優先順位が低い信号は一般的に状態量又は制御量が相対的に緊急信号に該当しないため、第２安全インターロックシステムは、この信号を受信した後、論理に基づいて対応する操作を実行し、実行した後の状態をネットワークトポロジーによりホストに送信し、第１治療室が第２安全インターロックシステムに信号を送信すると同時に、第１治療室もネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストは信号を受信し、論理的判断して第２安全インターロックシステムが実行した結果が正しいか否かを検証する。エラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告するとともに、第２安全インターロックシステムにエラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行しない。 When the first treatment room sends a low priority signal to the second safety interlock system due to the network topology, the low priority signal generally does not correspond to the emergency signal because the state amount or control amount is relatively small. After receiving this signal, the second safety interlock system executes the corresponding operation based on the logic, sends the state after the execution to the host by the network topology, and the first treatment room performs the second safety interlock. At the same time as sending a signal to the system, the first treatment room also sends a signal to the host according to the network topology, the host receives the signal, makes a logical judgment, and whether the result executed by the second safety interlock system is correct or not. To verify. If there is an error, the error is reported on the host interface and an error command is issued to the second safety interlock system. If there is no error, neither operation is executed.
本発明は、従来技術に比べて以下の利点を有する。
１、本発明のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、繰り返してコードを書くことができ、プログラムの最適化、アップグレード、及び製品のアップグレードは便利である。
The present invention has the following advantages over the prior art.
1. The programmable logic controller (PLC) and CompactRIO of the present invention can write code repeatedly, and program optimization, upgrade, and product upgrade are convenient.
２、本発明のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは安全性を有し、システムの冗長化を省略することで、時間とコストが節約される。 2. The programmable logic controller (PLC) and CompactRIO of the present invention are safe and save time and cost by omitting system redundancy.
３、本発明のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯのプログラムはグラフィカルプログラミングを採用することにより、作業者のチェックが便利であり、システムのメンテナンスに有利である。 3. The programmable logic controller (PLC) and CompactRIO programs of the present invention employ graphical programming, which makes it convenient for workers to check and is advantageous for system maintenance.
４、本発明において、安全インターロックのサブシステム故障の間はハードワイヤード接続を採用し、伝送経路には光ファイバ通信を採用することにより、伝送時間が短縮され、安全インターロックサブシステムの稼働状態を迅速に判断することができる。 4. In the present invention, the transmission time is shortened by adopting a hard-wired connection during the safety interlock subsystem failure and optical fiber communication as the transmission path, and the operating state of the safety interlock subsystem. Can be judged quickly.
５、本発明のネットワーク環状トポロジー構造は、ネットワークと光ファイバインターフェースを含み、ネットワーク、光ファイバにより中央制御室に取り付けられたホストに通信することにより、ホストは、安全インターロックサブシステムの稼働状態及び故障ログ情報を常にモニタリングすることができ、作業者のモニタリング、チェック及び分析が便利である。 5. The network circular topology structure of the present invention includes a network and an optical fiber interface, and by communicating with the host mounted in the central control room by the network and optical fiber, the host can be in the operating state of the safe interlock subsystem and Failure log information can be constantly monitored, which is convenient for operator monitoring, checking and analysis.
６、本発明は、安全ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯに含まれる二重冗長電源を使用することにより、システム電源のネットワーク通信、光ファイバ通信の信頼性が効果的に向上する。 6. According to the present invention, the reliability of network communication and optical fiber communication of the system power supply is effectively improved by using the dual redundant power supply included in the safety PLC and CompactRIO.
当業者の理解を容易にするために、以下、図面を参照しながら本発明をさらに説明する。 In order to facilitate the understanding of those skilled in the art, the present invention will be further described below with reference to the drawings.
以下、実施例にて本発明の技術的解決策を明確かつ完全に説明する。説明される実施例は、すべての実施例ではなく、本発明の実施例の一部にすぎないことは明らかである。本発明の実施例に基づいて、創造的な作業なしに当業者によって得られる他のすべての実施例は、本発明の保護範囲内にあるものとする。 Hereinafter, the technical solution of the present invention will be clearly and completely described in Examples. It is clear that the examples described are not all examples, but only some of the examples of the present invention. Based on the examples of the present invention, all other examples obtained by those skilled in the art without creative work shall be within the scope of protection of the present invention.
陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造は、リアルタイムのハードワイヤード構造及びネットワークトポロジー構造を含む。図１−２に示すように、前記ハードワイヤード構造及びトポロジー構造は、第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室及び第２治療室を含む。
各安全インターロックシステム及び治療室の全ての構成部品について、（１）第１安全インターロックシステム１は、ホスト、ＰＬＣ１、ＰＬＣ２及び交換機を含み、（２）第２安全インターロックシステム２は、交換機、ＰＬＣ１及びリモートＰＬＣ２を含み、（３）第１治療室１１は、交換機、ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含み、（４）第２治療室１２は、交換機、ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む。
The logical structure of the safety interlock for the proton therapy device includes a real-time hard-wired structure and a network topology structure. As shown in FIG. 1-2, the hard-wired structure and topology structure include a first safety interlock system, a second safety interlock system, a first treatment room and a second treatment room.
For each safety interlock system and all components of the treatment room, (1) the first safety interlock system 1 includes the host, PLC1, PLC2 and the switch, and (2) the second safety interlock system 2 is the switch. , PLC1 and remote PLC2, (3) first treatment room 11 includes an interlock, PLC and CompactRIO, and (4) second treatment room 12 includes an interlock, PLC and CompactRIO.
図１に示すように、ハードワイヤード構造において、第１安全インターロックシステム１のＰＬＣ１、第２安全インターロックシステム２のＰＬＣ１、第１治療室１１のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、第２治療室１２のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ光ファイバにより機械室に接続されて伝送する。 As shown in FIG. 1, in the hard-wired structure, PLC1 of the first safety interlock system 1, PLC1 of the second safety interlock system 2, PLC and CompactRIO of the first treatment room 11, PLC of the second treatment room 12, and Each CompactRIO is connected to the machine room by an optical fiber and transmitted.
図２に示すように、トポロジー構造において、第１安全インターロックシステム１のホスト、ＰＬＣ１及びＰＬＣ２は、いずれも第１安全インターロックシステム１に含まれる交換機に接続され、第２安全インターロックシステム２の交換機は、第２安全インターロックシステム２に含まれるＰＬＣ１に接続され、このＰＬＣ１はリモートＰＬＣ２に接続される。第１治療室１１のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第１治療室１１に含まれる交換機に接続される。第２治療室１２のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第２治療室１２に含まれる交換機に接続される。前記第１安全インターロックシステム１、第２安全インターロックシステム２、第１治療室１１、第２治療室１２のそれぞれに含まれる交換機は、いずれも光ファイバにより機械室に接続される。 As shown in FIG. 2, in the topology structure, the hosts, PLC1 and PLC2 of the first safety interlock system 1 are both connected to the exchange included in the first safety interlock system 1, and the second safety interlock system 2 The exchange is connected to the PLC1 included in the second safety interlock system 2, and the PLC1 is connected to the remote PLC2. The PLC and CompactRIO of the first treatment room 11 are connected to the exchange included in the first treatment room 11, respectively. The PLC and CompactRIO of the second treatment room 12 are connected to the exchange included in the second treatment room 12, respectively. The exchanges included in each of the first safety interlock system 1, the second safety interlock system 2, the first treatment room 11, and the second treatment room 12 are all connected to the machine room by an optical fiber.
ハードウェアの伝送経路：各安全インターロックシステムと治療室の間には、いずれも直接接続されるハードワイヤード信号があり、ＰＬＣモジュールには光電変換が含まれるため、システムと治療室の直接伝送は、光ファイバ通信による。各システム又は各治療室の間の距離が遠いので、ハードワイヤード信号により直接伝送すると減衰がある。一方、光ファイバは、信号が安定し、速度が速く、減衰が小さい。 Hardware transmission path: There is a hard-wired signal directly connected between each safety interlock system and the treatment room, and the PLC module contains photoelectric conversion, so direct transmission between the system and the treatment room is possible. , By optical fiber communication. Due to the long distance between each system or each treatment room, there is attenuation when transmitted directly by a hardwired signal. Optical fibers, on the other hand, have stable signals, high speeds, and low attenuation.
光ファイバネットワークの伝送経路：第１安全インターロックシステム１、第２安全インターロックシステム２、第１治療室１１及び第２治療室１２は、環状のネットワークトポロジーを構成する。各システム又は治療室には、いずれも２経路の信号がある。これによって、１つの経路の光ファイバが切断された場合、ホストは、もう１つの経路の光ファイバによりローカルデバイスにアクセスすることができる。また、各システム又は各治療室の間の距離が遠いので、干渉防止能力を強化するために、産業用イーサネットを光ファイバ信号に変換して伝送する。各安全インターロックシステム又は治療室のいずれにおいても、ＰＬＣ、ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ又はホスト産業用イーサネット信号を交換機により光ファイバ信号に変換して伝送する必要がある。 Optical fiber network transmission path: The first safety interlock system 1, the second safety interlock system 2, the first treatment room 11 and the second treatment room 12 form an annular network topology. Each system or treatment room has a two-path signal. This allows the host to access the local device by the optical fiber of the other route if the optical fiber of one route is cut. In addition, since the distance between each system or each treatment room is long, industrial Ethernet is converted into an optical fiber signal and transmitted in order to enhance the interference prevention capability. In each safety interlock system or treatment room, it is necessary to convert the PLC, CompactRIO or host industrial Ethernet signal into an optical fiber signal by an exchange and transmit it.
第２安全インターロックシステム２において、制御領域全体が長く、ドット数が多いため、リモートＩＯが外部で接続される。リモートＰＬＣ２中で採取したドッドをインターフェースモジュール及びバスアダプタにより光ファイバ信号に変換し、さらに第２安全インターロックシステムのＰＬＣ１に伝送し、ＰＬＣ１で採取した信号を処理する。また、セキュリティレベルＳＩＬ３を満たすために、リモートＰＬＣ２から第２安全インターロックシステムに伝送するプロトコルは、Ｐｒｏｆｉｂｕｓプロトコルを採用する。 In the second safety interlock system 2, since the entire control area is long and the number of dots is large, the remote IO is connected externally. The dodd collected in the remote PLC2 is converted into an optical fiber signal by the interface module and the bus adapter, further transmitted to the PLC1 of the second safety interlock system, and the signal collected by the PLC1 is processed. Further, in order to satisfy the security level SIL3, the Profibus protocol is adopted as the protocol to be transmitted from the remote PLC2 to the second safety interlock system.
本発明に含まれる部品
安全機能ＰＬＣ
ＰＬＣ全体の構成には、二重冗長電源モジュール、安全ＣＰＵ、安全ＩＯモジュールが含まれる。安全機能ＰＬＣは、サブシステムに対する安全インターロックを担当し、サブシステムの稼働状態をリアルタイムにモニタリングする。ＰＬＣにアクセスされるのはデジタルハードワイヤード信号である。
Parts safety function PLC included in the present invention
The entire PLC configuration includes a dual redundant power supply module, a safety CPU, and a safety IO module. Safety function PLC is in charge of safety interlock for subsystems and monitors the operating status of subsystems in real time. It is the digital hardwired signal that is accessed by the PLC.
安全機能ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ
安全機能ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、治療室内の設備に接続され、高速信号取得と高速応答の機能を奏し、冗長電源モジュール、ＣＰＵ、プログラマブルロジックデバイス（ＦＰＧＡ）及び安全ＩＯモジュールを含む。
Safety function CompactRIO
Safety Functions CompactRIO is connected to equipment in the treatment room, performs high-speed signal acquisition and high-speed response functions, and includes a redundant power supply module, CPU, programmable logic device (FPGA), and safety IO module.
交換機
交換機は、安全機能ＰＬＣ、安全機能ＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、及びホストを接続することができる。全てのサブシステムの信号は、光ファイバにより交換機内に伝送され、交換機とホストは、産業用イーサネットにより接続され、ホストインターフェースにより各安全インターロックサブシステムの稼働状況をモニタリングし、安全インターロックのログをチェックすることができる。
Exchange The exchange can connect the safety function PLC, the safety function CompactRIO, and the host. The signals of all subsystems are transmitted into the switch by optical fiber, the switch and host are connected by industrial Ethernet, the host interface monitors the operating status of each safety interlock subsystem, and the safety interlock log. Can be checked.
さらに、陽子線治療環境の過酷な電磁環境及び放射線環境に適用するために、前記プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、電磁放射防止の能力を有する。 In addition, the programmable logic controller (PLC) and CompactRIO have the ability to prevent electromagnetic radiation for application to the harsh electromagnetic and radiation environments of proton therapy environments.
さらに、陽子線治療装置の安全設計要求を満たすために、前記プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、安全性機能を有し、配線はセキュリティレベルＳＩＬ３を満たす。 Further, in order to meet the safety design requirements of the proton beam therapy apparatus, the programmable logic controller (PLC) and CompactRIO have a safety function, and the wiring satisfies the security level SIL3.
さらに、陽子線治療の時間応答を満たすために、安全インターロックサブシステムの間の故障システムはハードワイヤで接続され、伝送経路において光ファイバにより伝送する。 In addition, to satisfy the time response of proton therapy, failed systems between safety interlock subsystems are connected by hard wires and transmitted by fiber optics in the transmission path.
さらに、陽子線治療装置のモニタリング作用を満たすために、各安全インターロックサブシステムの間は、環状のネットワークトポロジー構造を採用し、スムーズな伝送経路を保証する。 Furthermore, in order to satisfy the monitoring function of the proton beam therapy device, an annular network topology structure is adopted between each safety interlock subsystem to ensure a smooth transmission path.
さらに、陽子線治療装置の安全インターロックシステムにおけるハードウェア設備の電源の安定を保証するために、前記電源モジュールは、二重冗長構造を採用し、商用電源及びバックアップ電源モジュールから構成される。 Further, in order to guarantee the stability of the power supply of the hardware equipment in the safety interlock system of the proton beam therapy apparatus, the power supply module adopts a double redundant structure and is composed of a commercial power supply and a backup power supply module.
各システムは、隣り合うシステムとデータ交換する必要がある。データ交換の方式には、ハードワイヤード信号及びネットワークの２種類がある。両者は優先順位で判断され、優先順位が高い方はハードワイヤード伝送を採用し、優先順位が低い方はネットワーク伝送を採用する。また、ハードウェアの本数が限られているので、比較的緊急の信号のみがハードワイヤード接続を採用する。第２安全インターロックシステム２がハードワイヤにより第１安全インターロックシステム１に優先順位が最も高い信号を送信した場合、第１安全インターロックシステム１のＰＬＣ２がこの信号を受信した後、全ての従属設備をオフにし、交換機によりホストにこのときの状態を報告する。第２安全インターロックシステム２が第１安全インターロックシステム１にハードワイヤード信号を送信する際に、第２安全インターロックシステム２は同様にネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストへ現在の第２安全インターロックシステム２の状態を伝え、ホストは自体の論理的判断に基づいて第１安全インターロックシステム１の操作が間違っているか否かを検出し、操作が間違っている場合、ホストインターフェース上でエラーを報告し、エラー指令を出し、間違っていない場合、いずれの操作も実行しない。 Each system needs to exchange data with adjacent systems. There are two types of data exchange methods: hard-wired signals and networks. Both are judged by priority, and the one with higher priority adopts hard-wired transmission, and the one with lower priority adopts network transmission. Also, due to the limited number of hardware, only relatively urgent signals employ a hard-wired connection. If the second safety interlock system 2 transmits the highest priority signal to the first safety interlock system 1 by hard wire, all subordination after the PLC2 of the first safety interlock system 1 receives this signal. Turn off the equipment and report the status to the host by the switch. When the second safety interlock system 2 sends a hard-wired signal to the first safety interlock system 1, the second safety interlock system 2 also sends a signal to the host according to the network topology, and the current second safety interlock system 2 sends a signal to the host. 2 Notifies the status of the safety interlock system 2, the host detects whether or not the operation of the first safety interlock system 1 is incorrect based on its own logical judgment, and if the operation is incorrect, on the host interface. Report an error with, issue an error command, and if it is correct, do not perform any operation.
第１治療室１１がネットワークトポロジーにより第２安全インターロックシステム２に優先順位が低い信号を送信した場合、優先順位が低い信号は一般的に状態量又は制御量が相対的に緊急信号に該当しないため、第２安全インターロックシステム２は、この信号を受信した後、論理に基づいて対応する操作を実行し、実行した後の状態をネットワークトポロジーによりホストに送信し、第１治療室１１が第２安全インターロックシステム２に信号を送信すると同時に、第１治療室１１もネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストは信号を受信し、論理的判断して第２安全インターロックシステム２が実行した結果が正しいか否かを検証する。エラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告するとともに、第２安全インターロックシステム２にエラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行しない。 When the first treatment room 11 transmits a low priority signal to the second safety interlock system 2 due to the network topology, the low priority signal generally does not correspond to an emergency signal in terms of state quantity or control amount. Therefore, after receiving this signal, the second safety interlock system 2 executes the corresponding operation based on the logic, transmits the state after the execution to the host by the network topology, and the first treatment room 11 is the first. 2 At the same time as transmitting a signal to the safety interlock system 2, the first treatment room 11 also transmits a signal to the host according to the network topology, the host receives the signal, makes a logical judgment, and the second safety interlock system 2 executes. Verify whether the result is correct. If there is an error, the error is reported on the host interface and an error command is issued to the second safety interlock system 2. If there is no error, neither operation is executed.
上述した本発明の好ましい実施例は本発明を説明するためのものに過ぎない。好ましい実施例は、すべての詳細を詳細に説明するものではなく、本発明を説明された特定の実施例のみに限定するものでもない。本明細書の内容に基づいて多くの修正及び変化を行うことができる。本明細書は、当業者が本発明をよく理解して使用できるように、本発明の原理および実際の用途をよりよく説明するためにこれらの実施例を選択し、具体的に説明している。本発明は、特許請求の範囲、それらの全範囲及び同等物によってのみ制限される。 The preferred examples of the present invention described above are merely for explaining the present invention. Preferred examples do not describe all the details in detail and are not limited to the specific examples described of the present invention. Many modifications and changes can be made based on the contents of this specification. The present specification selects and specifically describes these examples in order to better illustrate the principles and practical uses of the invention so that those skilled in the art can better understand and use the invention. .. The present invention is limited only by the claims, their full scope and their equivalents.
本発明は、２つの方式により安全インターロックシステム全体を構築することにより、安全インターロックサブシステムを迅速に制御することができ、装置稼働状態を検出する作用を奏することができる。２つの方式で並行して処理することにより、応答時間の要求を満たすだけでなく、モニタリングの役割も果たすことができる。 By constructing the entire safety interlock system by the two methods, the present invention can quickly control the safety interlock subsystem and can act to detect the operating state of the device. By processing in parallel by the two methods, not only the response time requirement can be satisfied, but also the role of monitoring can be fulfilled.
Claims (10)
前記ハードワイヤード構造及びトポロジー構造は、第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室及び第２治療室を含み、各安全インターロックシステム及び治療室の構成部分は、
ホスト、ＰＬＣ１、ＰＬＣ２及び交換機を含む第１安全インターロックシステムと、
交換機、ＰＬＣ１及びリモートＰＬＣ２を含む第２安全インターロックシステムと、
交換機、ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第１治療室と、
交換機、ＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯを含む第２治療室と、
を含み、
ハードワイヤード構造において、第１安全インターロックシステムのＰＬＣ１、第２安全インターロックシステムのＰＬＣ１、第１治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯ、第２治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ光ファイバにより機械室に接続されて伝送し、
トポロジー構造において、第１安全インターロックシステムのホスト、ＰＬＣ１、ＰＬＣ２はいずれも第１安全インターロックシステムに含まれる交換機に接続され、第２安全インターロックシステムの交換機は、第２安全インターロックシステムに含まれるＰＬＣ１に接続され、このＰＬＣ１はリモートＰＬＣ２に接続され、第１治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第１治療室に含まれる交換機に接続され、第２治療室のＰＬＣ及びＣｏｍｐａｃｔＲＩＯは、それぞれ第２治療室に含まれる交換機に接続され、前記第１安全インターロックシステム、第２安全インターロックシステム、第１治療室、第２治療室のそれぞれに含まれる交換機は、いずれも光ファイバにより機械室に接続されることを特徴とする陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。 A logical structure of a safety interlock for proton therapy equipment, including a hard-wired structure and a topology structure.
The hard-wired structure and topology structure include a first safety interlock system, a second safety interlock system, a first treatment room and a second treatment room, and each safety interlock system and a component of the treatment room are
A first safety interlock system that includes a host, PLC1, PLC2 and a switch, and
A second safety interlock system, including a switch, PLC1 and remote PLC2,
A first treatment room containing a switch, PLC and CompactRIO, and
A second treatment room containing a switch, PLC and CompactRIO,
Including
In the hard-wired structure, the PLC1 of the first safety interlock system, the PLC1 of the second safety interlock system, the PLC and CompactRIO of the first treatment room, and the PLC and CompactRIO of the second treatment room are connected to the machine room by optical fibers, respectively. Be transmitted,
In the topology structure, the host of the first safety interlock system, PLC1 and PLC2 are all connected to the switch included in the first safety interlock system, and the switch of the second safety interlock system is connected to the second safety interlock system. Connected to the included PLC1, this PLC1 is connected to the remote PLC2, the PLC and CompactRIO of the first treatment room are connected to the interlocks included in the first treatment room, respectively, and the PLC and CompactRIO of the second treatment room are connected to each other. The exchanges connected to the exchanges included in the second treatment room and included in the first safety interlock system, the second safety interlock system, the first treatment room, and the second treatment room are all mechanical by optical fibers. A logical structure of a safety interlock for a proton beam therapy device, characterized by being connected to a room.
各システムは、隣り合うシステムとデータ交換する必要があり、データ交換の方式には、ハードワイヤード信号及びネットワークの２種類があり、両者は優先順位で判断され、優先順位が高い方はハードワイヤード伝送を採用し、優先順位が低い方はネットワーク伝送を採用し、ハードウェアの本数が限られているので、比較的緊急の信号のみがハードワイヤード接続を採用することを特徴とする請求項１に記載の陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。 The method of realizing the logical structure is as follows.
Each system needs to exchange data with adjacent systems, and there are two types of data exchange methods, hard-wired signal and network. Both are judged by priority, and the higher priority is hard-wired transmission. The first aspect of claim 1, wherein only relatively urgent signals adopt a hard-wired connection because network transmission is adopted for those having a lower priority and the number of hardware is limited. Logical structure of safety interlock for proton beam therapy equipment.
第１治療室がネットワークトポロジーにより第２安全インターロックシステムに優先順位が低い信号を送信した場合、優先順位が低い信号は一般的に状態量又は制御量が相対的に緊急信号に該当しないため、第２安全インターロックシステムは、この信号を受信した後、論理に基づいて対応する操作を実行し、実行した後の状態をネットワークトポロジーによりホストに送信し、第１治療室が第２安全インターロックシステムに信号を送信すると同時に、第１治療室もネットワークトポロジーによりホストに信号を送信し、ホストは信号を受信し、論理的判断して第２安全インターロックシステムが実行した結果が正しいか否かを検証し、エラーがある場合、ホストインターフェース上でエラーを報告するとともに、第２安全インターロックシステムにエラー指令を出し、エラーがない場合、いずれの操作も実行しないことを特徴とする請求項９に記載の陽子線治療装置用安全インターロックの論理構造。 If the second safety interlock system sends the highest priority signal to the first safety interlock system by hard wire, all subordinate equipment is turned off after PLC2 of the first safety interlock system receives this signal. When the second safety interlock system sends a hardwired signal to the first safety interlock system, the second safety interlock system also hosts the host according to the network topology. It sends a signal to the host to inform the host of the current status of the second safety interlock system, and the host detects whether there is an error in the operation of the first safety interlock system based on its own logical judgment. If there is an error in the operation, report the error on the host interface, issue an error command, and if there is no error, do not execute any operation.
When the first treatment room sends a low priority signal to the second safety interlock system due to the network topology, the low priority signal generally does not correspond to the emergency signal because the state amount or control amount is relatively small. After receiving this signal, the second safety interlock system executes the corresponding operation based on the logic, sends the state after the execution to the host by the network topology, and the first treatment room performs the second safety interlock. At the same time as sending a signal to the system, the first treatment room also sends a signal to the host according to the network topology, the host receives the signal, makes a logical judgment, and whether the result executed by the second safety interlock system is correct. If there is an error, the error is reported on the host interface, an error command is issued to the second safety interlock system, and if there is no error, no operation is executed. The logical structure of the safety interlock for the proton beam therapy device described in.
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