基于PLC的微型CT自动扫描系统的设计.docx

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1、题目：基于P1C的微型CT自动扫描系统的设计目录摘要IAbstractI第一章绪论-1-1I微型CT的起源以及发展-1-12微型C结构-1-1.3 P1C的概念-2-1.5 课题的来源、目的和意义-3-1.6 课题的目的和意义-3-1.7 X射线防护技术现状-3-1.8 项目可行性研究-3-第二章系统总体方案设计-4-2.1系统设计要求-4-2.2系统运动方案设计-4-2. 3系统控制方案设计-5-3. 4本章结-6-第三章控制系统设计-7-3.1引言-7-4. 2控制系统主要元件-7-3.2.1操作面板-7-3.2.2信号反馈原件-8-3.3控制系统电路设计-9-3.3.1P1C端子分配-9

2、-3.3.2控制系统硬件电路连接-11-3. 4本章、结-15-第四章系统机械结构设计-15-4. 1机械总体结构-15-4. 2射线防护设计-15-5. 3本章4（、结-16-第五章控制系统软件设计-17-6. 1编程语言和编程软件-17-5.2控制流程-17-5.3控制功能编程实现-18-5.3.1计算机与P1C之间的数据通讯-18-5.3.2机械运动控制-19-5.3.3扫描仪器控制程序-22-5. 4本章小结-23-第六章总结和展望-24-6. 1全文总结-24-6.2展望-24-参考文献-25-致谢-26-基于P1C的微型CT自动扫描系统的设计摘要微型CT也叫显微CT或者微焦点CT,

3、英文名为MiCrOCT.她通常采用锥形X线束。采用锥形线束既能提高空间分辨率，提高射线利用率。我通过查阅资料了解了世界上微型CT技术以及设备的背景和发展前景。也研究了P1C技术和数控技术的应用情况，证明微型CT的自动化。关键1司微型CTP1C技术数控技术自动扫描控制AbstractMicroCTisa1soca11edmicroCTormicrofocusCT,Eng1ishnameisCT.Microsheusua11yusesataperedXwireharness.Theuseofconebeamcannoton1yimprovethespatia1reso1ution,improvet

4、heuti1izationofX-ray.Ihaveaccesstoinformationaboutthewor1dsmicroCTtechno1ogyandequipmentbackgroundanddeve1opmentprospects.A1sostudiedtheP1Ctechno1ogyandtheapp1icationofnumerica1contro1techno1ogy,toprovethatthemicroCTautomation.KeywordsmicroP1CCTtechno1ogynumerica1contro1techno1ogyautomaticscanningco

5、ntro1o第一章绪论11微型CT的起源以及发展微型CT也叫显微CT或者微核心CT,英文名为MiCroCT.她通常接纳锥形X线束。微型CT发展始于20世纪90年代中期。其应用对象包括活体和离体。1.2 微型C结构三维模型二维图像序列图1.1微型CT基本组成机构被观测物体平板探测器X射线潺旋转机架旋转致物台图12立式平板探测器CT系统（左）和机架式平板探测器（右）1.3 P1C的概念作为电脑之中央处理单元，也就是通常情况下所称谓，英文缩写CPU,是可以依照上述的控制器的系统程序，借助于其所赋予的功能，自编程器进行相关方面的直接的键入。不管是用户程序还是数据，都是既可以接收，也可以存储的。对于相关

6、设备的状态，它可以实施检查的有：其一为电源；其二为存储器；其三为I/O；其四为警戒定时器。在此基础上，还可以对用户程序中的语法错误，实施诊断。在可编程逻辑控制器投入运行的情况下，借助于扫描这一重要方式，它可以做到对于现场的各输入装置状态以及数据的输入。在上述步骤的基础上，实施I/O映象区的数据分别存入。在将用户程序，从相关存储器中逐条逐条地进行读取这一情况下，不管是所规定那些执行逻辑，还是实际的算数运算的结果，都被将送入到俩个地方：要么是10印象区，要么是数据寄存器里面。无论是10印象区各输出状态，还是输出寄存器内数据，都会被传送到相应的输出装置里。1.4 P1C的功能特点P1C是一种用于工业

7、自动化控制的专用计算机。实质上属于计算机控制方式。（1）可靠性（2）易操作性P1C的易操作性表现在下列几个方面：操作方便编程方便维修方便（3）灵活性P1C的灵活性表现在以下几个方面：编程的灵活性。扩展的灵活性。操作的灵活性。（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强（4）系统的设计、安装、调试工作量少（5） .维修工作量小，维修方便5.5 课题的来源、目的和意义作为微型CT自动扫描系统，来源于太原科技大学的这个系统，实际上是基于P1C的。5.6 课题的目的和意义将达到医学实验的具体要求，为本课题的根本性目标，把一套性价比高而实用并且价格低廉的微型CT自动扫描这一系统，给设计出来。5.7 X射线

8、防护技术现状扫描系统的扫描仪器射线源是X射线管，会发射X射线束。散射线对放射线工作者的危害最大，其产生途径有三方面：（1）漏射线。（2）继发射线。（3）乱射线。按照以下的要求可以做好防护：（1）时间防护（2）距离防护（3）屏蔽防护5.8 项目可行性研究上述的扫描系统，在设计上，所依靠的技术有：其一为P1C；其二为伺服节制；其三为传感器；其四为计算机信息。正是这些协调节制机械系统与扫描系统之运动，该系统使得实验检测任务得以实现，而扫描过程自动化也得以完成。在技术上方面，项目是行得通的，可以达到微型CT系统自动扫描的设计要求。第二章系统总体方案设计2.1系统设计要求对于上述的这个系统，施行了扫描仪

9、器这个方面的精心配置。这些来自于系统需求方的扫描仪一类的电子设备，不光包括了高级的标准X射线源，而且也有高精度平板探测器。借助于控制卡，这两者都能和电脑连接起来。要想将扫描成像的功能实现好，其工作的参数，是可以借助于调用控制函数进行设置的。2. 2系统运动方案设计通过查阅资料知道了该系统具有三个运动方式：扫描仪器相对于被观测物体（即小鼠）的旋转运动。扫描仪器相对于被观测物体，在被观测物体长度方向上的运动。扫描仪器相对于被观测物体的距离和位置（即扫描中心的位置）的调整运动。根据活体动物扫描的属性要求，系统总体结构选择图1.2右所示的机架式平板探测器CT系统结构。系统的基本结构和运动形式见图2.1

10、.图2.1系统基本结构和运动方式图根据以上方案设计，得到系统总的机械运动方案，如图2.6所示。图2.2系统总的机械运动方案2. 3系统控制方案设计作为受到大众欢迎的工业控制产品，在控制机械运动方面显得非常灵活而又具有实用性的P1C,一定是有着非常广阔的应用前景的。无论是P1C,还是PC,都是可以借助于串口通讯技术而连接在一起的，以达到将数据通讯以及相关的功能控制得以实现的目的。在和伺服驱动器进行了连接的情况下，P1C可以做到对于伺服电机所实施的有效控制。而就二级运动控制系统而言，确实是可以借助于PC-P1J伺服来实现构成的。计算机也是系统的组成部分，除了用于实现对系统的人机控制功能，也用来处理

11、实验结果，即利用一系列二维图像重建三维图像。此外，通过各种传感器，实现了系统中各种状态信息的传输。根据以上方案，得到系统总的控制功能结构图。2. 4本章小结在本章里面，笔者严格对照系统设计的具体要求，做到了：首先是对于上述机械结构的设计方案的研究；其次是对于相关控制结构的精心策划；最后，还针对前两者的具体特点，将系统运行的原理，水到渠成地进行了拟定。机械结构方案如图2.6所示，该图展示了机械部分基本的机构组成，并将在以后的章节设计各个机构以及其他结构。系统的控制方案正如图2.1所示。下一章所要研究的，既有电路设计，也有程序设计。第三章控制系统设计3.1引言控制系统是由节制主体、节制客体和节制媒

12、体组成的带有自身目标和性能的管理系统，控制系统代表着通过它可以依据所想要的方式保持和更改机器、机构或其他设备内任意感兴趣或可变的量。为了使得上述的被控制的具体对象，在预定的理想状态实现方面取得预想的成效，必须将控制系统作一个大胆而科学的引入。3. 2控制系统主要元件3. 2.1操作面板图3.1操作面板上共有17个按钮、10个状态指示灯，共六组按钮和指示灯。下面将分别对各组按钮的功能进行说明：（1）系统状态灯和急停按钮；（2）工作方式按钮和相应状态灯；（3）轴选择按钮和指示灯；（4）速度调整按钮和默认速度指示灯；（5）位置调整按钮；（6）工作状态按钮和状态灯；3. 2.2信号反馈原件就四个轴位置

13、而言，在上述的系统之中，是要被精确地控制的。所以，我们既要设定一个坐标原点，也要设定其所能够达到的极限的位置。在这个系统里面，每个轴上，有作为三个位置检测信号的三个光电接近开关。作为坐标原点的其中之一，在这个轴运动到这里的时候，光电接近开关会被触发。这样，对于运动来说,就会将这里的原点作为坐标的标识运动距离。余下的两个交极限开关。也就是说,这个轴是不能超过这两个开关的。3. 3控制系统电路设计3. 3.1P1C端子分配在CPIH-X40DT-D及其扩展单元CPMIA-20EDT所构成的P1C系统中，扩展I/O单元按CP1HCPU单元的连接顺序分配输入输出CH编号。图3.2是CPU单元和扩展I/

14、O单元的安装连接图输入CH编号从2CH开始，输出CH编号从102CH开始，分配各自单元占有的输入输出CH数。图3.2CPU单元和拓展10单元的安装连接图由P1C的CPU单元和扩展I/O单元构成的整体,具有了0.00-0.11、1.00-1.11、2.00-2.11等36个输入点，以及100.00T00.07、101.00-101.07和102.00-102.07等24个输入点。根据系统设计要求，为每一个I/O点分配功能,如表4-1、4-2、4-3、4-4所示。其中表3-1显示了CP表-X40DT-D的输入端子功能分配情况，表4-2显示了CPM1A-20EDT的输入端子功能分配情况，表3-3为C

15、P1H-X40DT-D的输出端子功能分配情况，表3-4为CPMIA-20EDT的输出端子功能分配情况。表31CP1H-X40DT的输入端子分配表端子名称分配功能端子名称分配功能24V电源输入负极1.00编码新输出之EZ+24V电源输入正极1.01点动操作之负向COM公共端1.02点动操作之回原位0.00T作方式之自动1.03点动操作之正向0.01工作方式之点动1.04射源0.02轴选择之X轴1.05复位0.03轴选择之Y轴1.06肩动0.04袖选择之Z轴1.07停止0.05轴选择之C轴1.08位置信号之X左表3-2CPM1A-20EDT的输入端子功能分配表0.06速度调整之减速1.09位置信号之X原位0.07速度调整之100%1.10位置信号之X右0.08