回旋加速器磁铁电源实时调整设备与方法技术

涉及一种回旋加速器磁铁电源实时调整设备与方法，设备包括电源调整装置与多线程电源数据采集装置。采集装置包括多串口控制器、交换机、讯息转换器和计算机，讯息转换器以线对接口一一连接方式连接数字磁铁电源的接口到多串口控制器，多串口控制器和计算机共同连接到交换机。通过计算机同时实现多组电源的数据采集,采用多线程技术实现在多串口上的并行数据采集，减少硬件设备成本以及数据采集时间，本发明专利技术具有实时调整多个回旋加速器磁铁电源的效果，能够保证回旋加速器磁铁测量数据的精度以及准确性，从而提高加速器整体的运作可靠性。

Real time adjustment equipment and method of cyclotron magnet power supply

【技术实现步骤摘要】
回旋加速器磁铁电源实时调整设备与方法
本专利技术是涉及回旋加速器控制的
，尤其是涉及一种回旋加速器磁铁电源实时调整设备与方法。
技术介绍
回旋加速器是质子治疗设备、重离子照射设备…等重要关键部件。回旋加速器用来加速引出质子/离子稳定束流，束流需要满足预期所需物理参数。为了保证束流的物理参数，需提供满足其约束的磁铁电源电压电流值。实施上必须根据束流位置等反馈数据进行加速器磁铁电流调整，使束流满足物理要求。传统上基于串口的多个电源数据采集方法，是基于总线技术实现异步数据传输。这种数据采集方法速度较慢，无法并行采集多个电源的数据。此外，由于加速器束流调试中，也要求束流参数最优化，以符合物理实验要求。故目前需要一种能实时调整磁铁电源的技术方案，以达到即时约束束流行为的目的。同申请人在中国专利申请公布号CN108811298A公开了一种温度补偿自动调节回旋加速器主磁场的系统和方法，系统包括回旋加速器主磁铁温度数据采集单元、算法处理及控制单元、回旋加速器主磁铁受控电源单元；方法包括以下：温度传感器实时采样加速器主磁铁周围不同点的温度信息上传给智能温度采集模块；智能温度采集模块利用嵌入式串口服务器将其传输到上位机算法处理单元；上位机算法处理单元接收温度数据，转化为主磁铁电源电流变化量指令，并将该指令发送给PLC控制单元，PLC控制单元接收指令并产生相应的控制脉冲发送给回旋加速器主磁铁受控电源单元，回旋加速器主磁铁受控电源单元实时接收脉冲信号，从而自动调节主磁铁的磁场强度，因此，这是针对主磁铁温度补偿的校正调整且偏向前段工艺中利用间接采集磁铁温度数据，转化为主磁铁电源电流变化量，再生成相应的脉冲信号的反馈调节主磁铁的磁场强度，达到温度补偿稳定束流的目的。然而，回旋加速器并非只有一个主磁铁，还细分有扇形磁铁、偏转磁铁、聚焦校准磁铁等等，此外除了回旋加速器本身的磁铁还有束流线等周边设备的各种磁铁，对于基于多个磁铁位置不同的同时段多数据采集方式、同时段多数据采集后的传输与后处理调整若单纯利用总线技术实现异步数据传输的方式已经不敷使用，明显需要投入更多的研究。
技术实现思路
本专利技术的其中一个主要目的是提供一种回旋加速器磁铁电源实时调整设备，基于多线程技术的多串口数据采集技术，能够实现软实时的并行电源数据采集，大大提高了多个磁铁电源的电源数据采集的速度，系统运行稳定可靠，能够长时间无故障满足工程实施，用以实现多磁铁电源数据采集即时，防止发生磁铁电源调整时间过迟或偏差过大的问题，适用于回旋加速器本身磁铁或/与周边设备的磁铁。本专利技术的另一个主要目的是提供一种回旋加速器磁铁电源实时调整方法，用以解决回旋加速器运行因多磁铁调整延迟时差导致引出束流不稳定的问题。本专利技术的其中一主要目的是通过以下技术方案得以实现的：提出一种回旋加速器磁铁电源实时调整设备，包括电源调整装置与多线程电源数据采集装置。所述电源调整装置用于连接至多组回旋加速器磁铁的数字磁铁电源，每一数字磁铁电源设有接口;所述多线程电源数据采集装置用于提供调整指令至所述电源调整装置，以实时自动调节电源;所述多线程电源数据采集装置包括讯号转换器、多串口控制器、交换机和计算机，所述讯号转换器连接至所述数字磁铁电源的所述接口，所述讯号转换器还多串口连接到所述多串口控制器，所述多串口控制器连接到所述交换机的第一端口，所述计算机连接到所述交换机的第二端口。其中，以所述多串口控制器的多串口连接作为电源数据的采集通道,并被配置为具有多线程功能能对多个所述接口进行并行数据采集，所述计算机通过所述交换机与所述多串口控制器同时采集多组所述回旋加速器磁铁的数字磁铁电源的数据，所述计算机提供调整指令至所述电源调整装置，以对多组所述数字磁铁电源进行数据采集时实时调整控制所述数字磁铁电源。通过采用上述基础技术方案一，利用多线程电源数据采集装置用于提供调整指令至电源调整装置及采集装置的特定构成与连接关系，计算机通过交换机沟通多串口控制器、多串口控制器通过讯号转换器多线程并联多组数字磁铁电源的接口，实现同时段多组电源的数据采集,多串口控制器采用多线程技术实现在多串口上的并行数据采集，减少多计算机硬件设备成本以及减少总线式逐次数据采集时间，并且能够保证回旋加速器磁铁测量数据的偏移精度以及时间准确性，从而提高加速器整体的可靠性。本专利技术在第一较佳示例中可以进一步配置为：所述接口为RS232接口，所述讯号转换器为RS232讯号转换器，所述数字磁铁电源与所述讯号转换器之间的通讯协议是基于RS32C。通过采用上述优选技术方案，利用RS232接口与RS232讯号转换器的连接作为异步传输标准以及RS32C通讯协议，故每一组RS32C通讯协议的连接线皆可连接到一组回旋加速器磁铁的数字磁铁电源，接口与讯号转换器之间的连接线可以模组化快速更换，并能够实现多串口上磁铁电源的并行数据采集与实时通讯。在回旋加速器的检测或运行阶段，多个并行数据采集指令可由多串口控制器以快速且相互不干扰的方式持续地同步传输到多个对应数字磁铁电源，多个个别回旋加速器磁铁的采集数据经由多个数字磁铁电源持续地传输到多串口控制器。本专利技术在第二较佳示例中可以进一步配置为：所述多串口控制器的多线程功能中的子线程采集数量与所述数字磁铁电源的数量为正相关，当所述数字磁铁电源的数量为n，n是大于等于4的正整数，多线程采集区分为子线程1至子线程n，每一子线程经过个别的串口连接分别对对应的所述数字磁铁电源采集电源数据。通过采用上述优选技术方案，利用所述多串口控制器的特定多线程功能，每一子线程对应一组数字磁铁电源，使并行采集的多组数据汇整到所述多串口控制器。本专利技术在第二较佳示例的一具体形态中可以进一步配置为：所述多串口控制器被配置用于执行所述多线程功能包括：所述讯号转换器经由多条光纤一一连接到所述数字磁铁电源的所述接口;所述多串口控制器基于多线程分别初始化多串口参数，所述多串口控制器配置其串口与所述数字磁铁电源通讯匹配，包括设置波特率、校验方式；加载所述数字磁铁电源的通讯驱动，并设置采集函数、通讯协议、通讯采集间隔；同时启动多线程的所述子线程1至所述子线程n；实时采集所述数字磁铁电源的数据，并作存储和分析。通过采用上述优选技术方案，利用所述多串口控制器的特定配置，据以实现所述多串口控制器能符合多组回旋加速器磁铁的并行数据采集的设计。本专利技术在第二较佳示例的一具体形态的一种更具体结构中可以进一步配置为：所述计算机被配置为用于执行所述子线程1至所述子线程n的任一子线程功能包括：子线程运行1:通过所述多串口控制器的对应端口驱使采集电源数据；子线程运行2:每隔通讯采集间隔∆t，驱使采集对应数字磁铁电源的电源控制器的电流电压信号，得到对应的回旋加速器磁铁的当前电流值和当前电压值；子线程运行3:基于所述回旋加速器磁铁的束流位置，判断所述当前电压电流是否匹配，若匹配，重复执行所述子线程运行2与3，若没有匹配，所述计算机进行补偿计算并通知对应电源调整装置进行调整，使得所述对应的回旋加速器磁铁的实际磁铁电流电压与其加速器束流位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种回旋加速器磁铁电源实时调整设备，其特征在于，包括:/n电源调整装置(10)，用于连接至多组回旋加速器磁铁(210)的数字磁铁电源(211)，每一数字磁铁电源(211)设有接口(212);及，/n多线程电源数据采集装置(20)，用于提供调整指令至所述电源调整装置(10)，以实时自动调节电源;所述多线程电源数据采集装置(20)包括讯号转换器(21)、多串口控制器(22)、交换机(23)和计算机(24)，所述讯号转换器(21)连接至所述数字磁铁电源(211)的所述接口(212)，所述讯号转换器(21)还多串口连接到所述多串口控制器(22)，所述多串口控制器(22)连接到所述交换机(23)的第一端口，所述计算机(24)连接到所述交换机(23)的第二端口;/n其中，以所述多串口控制器(22)的多串口连接作为电源数据的采集通道,并被配置为具有多线程功能能对多个所述接口(212)进行并行数据采集，所述计算机(24)通过所述交换机(23)与所述多串口控制器(22)同时采集多组所述回旋加速器磁铁(210)的数字磁铁电源(211)的数据，所述计算机(24)提供调整指令至所述电源调整装置(10)，以对多组所述数字磁铁电源(211)进行数据采集时实时调整控制所述数字磁铁电源(211)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种回旋加速器磁铁电源实时调整设备，其特征在于，包括:
电源调整装置(10)，用于连接至多组回旋加速器磁铁(210)的数字磁铁电源(211)，每一数字磁铁电源(211)设有接口(212);及，
多线程电源数据采集装置(20)，用于提供调整指令至所述电源调整装置(10)，以实时自动调节电源;所述多线程电源数据采集装置(20)包括讯号转换器(21)、多串口控制器(22)、交换机(23)和计算机(24)，所述讯号转换器(21)连接至所述数字磁铁电源(211)的所述接口(212)，所述讯号转换器(21)还多串口连接到所述多串口控制器(22)，所述多串口控制器(22)连接到所述交换机(23)的第一端口，所述计算机(24)连接到所述交换机(23)的第二端口;
其中，以所述多串口控制器(22)的多串口连接作为电源数据的采集通道,并被配置为具有多线程功能能对多个所述接口(212)进行并行数据采集，所述计算机(24)通过所述交换机(23)与所述多串口控制器(22)同时采集多组所述回旋加速器磁铁(210)的数字磁铁电源(211)的数据，所述计算机(24)提供调整指令至所述电源调整装置(10)，以对多组所述数字磁铁电源(211)进行数据采集时实时调整控制所述数字磁铁电源(211)。


2.根据权利要求1所述的回旋加速器磁铁电源实时调整设备，其特征在于，所述接口(212)为RS232接口，所述讯号转换器(21)为RS232讯号转换器，所述数字磁铁电源(211)与所述讯号转换器(21)之间的通讯协议是基于RS32C。


3.根据权利要求1或2所述的回旋加速器磁铁电源实时调整设备，其特征在于，所述多串口控制器(22)的多线程功能中的子线程采集数量与所述数字磁铁电源(211)的数量为正相关，当所述数字磁铁电源(211)的数量为n，n是大于等于4的正整数，多线程采集区分为子线程1至子线程n，每一子线程经过个别的串口连接分别对对应的所述数字磁铁电源(211)采集电源数据。


4.根据权利要求3所述的回旋加速器磁铁电源实时调整设备，其特征在于，所述多串口控制器(22)被配置用于执行所述多线程功能包括：
所述讯号转换器(21)经由多条光纤(25)一一连接到所述数字磁铁电源(211)的所述接口(212);
所述多串口控制器(22)基于多线程分别初始化多串口参数，所述多串口控制器(22)配置其串口与所述数字磁铁电源(211)通讯匹配，包括设置波特率、校验方式；
加载所述数字磁铁电源(211)的通讯驱动，并设置采集函数、通讯协议、通讯采集间隔；
同时启动多线程的所述子线程1至所述子线程n；
实时采集所述数字磁铁电源(211)的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹磊，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11