基于PLC的乳腺机高压电源控制方案

乳腺机作为一种重要的医疗图像设备,其图像质量与X射线管的稳定性有着密不可分的关系。而高压电源作为提供X射线管供电的关键部件,其性能直接影响整个系统的图像效果。因此,设计一个可靠、精确、高效的乳腺机高压电源控制方案,是确保系统性能的重要环节。基于可编程逻辑控制器(PLC)的控制方案因其开发周期短、可靠性高、实时控制优势而广泛应用于工业过程控制。本文将从乳腺机高压电源的工作原理和控制要求出发,详细探讨基于PLC的高压电源控制系统的总体方案设计。

一、乳腺机高压电源工作原理

乳腺机高压电源主要由整流滤波电路、DC-DC升压电路、高频逆变电路、高压变压器、多级增压电路和控制与保护电路组成。在使用中,系统首先将商用AC电源整流滤波成平滑的直流电压,然后通过DC-DC升压电路将电压提升到逆变电路的工作电压。高频逆变电路将直流电转换为高频交流电,通过高压变压器实现初级电压到数十kV的高压端子电压的转换。经过多级增压整流电路的多级增压后,最终输出需求的高稳定的直流高压。

二、乳腺机高压电源控制要求

医用乳腺机对高压电源控制有以下几点要求:

(1)输出电压精确可控,误差在±1%以内;

(2)输出电压起动缓启动,过渡过程平滑;

(3)具备过流、过压等保护功能;

(4)实现对输出线性变化的控制,调节范围20kV~35kV;

(5)响应时间必须小于100ms。

三、基于PLC的控制方案设计

1. 系统硬件结构

本设计的硬件系统结构主要包括PLC、人机界面、驱动功率模块、传感器等。PLC采集各传感反馈信号,并根据控制算法逻辑输出控制信号,以精确调节输出高压、实现闭环控制。人机界面实现参数设置、状态监测等功能。驱动功率模块接受PLC控制信号,驱动逆变开关管和整流器,完成对输出高压的调节。

2. 软件功能模块

(1)参数设置模块

实现对输出电压值、斜坡时间等参数的设置。

(2)数据采集模块

采集反馈电压、电流等模拟量,并进行滤波处理。

(3)PID闭环控制模块

借助PID算法,按照设定参数PREC,精确控制输出高压。

(4)保护模块

设置电压、电流限值,在超限时快速反应保护系统。

(5)人机界面模块

实现参数显示、故障提示、控制操作等功能。

3. 控制策略

(1)系统初始化时,先进行无负载 Soft Start,限制起动电流。

(2)根据设定电压recision值,采用 PID闭环控制算法精确调节输出高压。

(3)输出电压达稳态后,允许按照斜坡时间进行参考电压的线性调节。

(4)超过限值保护触发后,快速切断供电保护设备。

(5)详细记录故障信息,方便后续维护和分析。

四、总结

基于PLC的乳腺机高压电源控制系统,结合了PLC的高可靠性、高实时性以及精确的PID闭环控制算法,能够满足对输出电压精度和动态响应的控制要求。相比传统模拟控制方式,该方案具有开发周期短、可靠性高、功能扩展灵活等优势。下一步将在该控制方案的基础上,研究 introducing更多先进的控制策略,以进一步提高系统性能和可靠性。