Đề tài Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính pc để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia x đến 160kv

Bộ công thơng Viện máy và dụng cụ công nghiệp oOo Báo cáo tổng kết đề tài m số: 141.11.rd/hĐ-KHCN Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Đức Mimh ThS. Nguyễn Chí Cờng Hà nội 11/2011 Danh sách các thành viên tham gia thực hiện đề tài TT Họ và tên Học hàm, học vị Cơ quan công tác 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nguyễn Chí Cờng Phan Anh Dũng Nguyễn Hữu Vĩnh Phùng Văn Đông Phạm Thanh Tú Trần Văn Chung Nguyễn Văn Đông Nguyễn Hồng Giang Nguyễn Văn Thoại Dơng Văn Nghĩa ThS. CNTT ThS. Điện tử VT KS CNTT CN Vật lý hạt nhân CN CĐT CN CNTT KS Điện Tử VT KS Điện Tử VT KS Tự động hóa KS Tự động hóa Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp 2 Bộ công thơng Viện máy và dụng cụ công nghiệp Cộng hoà x hội chủ nghĩa Việt nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Báo cáo tóm tắt thực hiện đề tài 141.11.rd/HĐ-KHCN Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV Cấp quản lý: Bộ Công Thơng Cơ quan thực hiện: Viện máy và dụng cụ công nghiệp. Theo tinh thần và nội dung của Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 141.11.RD/HĐ-KHCN, ký ngày 18/04/2011 với Bộ Công thơng, Viện máy và dụng cụ công nghiệp đã hoàn thành đề tài Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV. I.> Các nội dung nghiên cứu và tiến trình thực hiện: 1. Thời gian bắt đầu: 01/2011. 2. Nghiên cứu tổng quan về tia X và hệ thống nguồn phát tia X. từ tháng 01/2011 đến tháng 02/2011 3. Thiết kế kỹ thuật tổng thể hệ thống nguồn phát tia X. từ tháng 03/2011 đến tháng 04/2011 4. Xây dựng thuật toán cho phần mềm điều khiển, giám sát hệ thống nguồn phát tia X. từ tháng 03/2011 đến tháng 05/2011 5. Xây dựng phần mềm điều khiển, giám sát hệ thống nguồn phát tia X. từ tháng 05/2011 đến tháng 09/2011 6. Báo cáo giữa kỳ về các kết quả đã thực hiện tháng 06/2011 3 7. Tích hợp toàn bộ hệ thống điều khiển nguồn phát tia X bao gồm phần mềm điều khiển trên PC và các thành phần của hệ thống nguồn phát tia X sẵn có của Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X IMI từ tháng 09/2011 đến tháng 10/2011 8. Thử nghiệm, đánh giá tính năng, sự hoạt động của toàn bộ hệ thống. từ tháng 10/2011 đến tháng 11/2011 9. Nghiệm thu cấp cơ sở và chuẩn bị hồ sơ để nghiệm thu cấp Bộ tháng 11/2011 10. Báo cáo tổng kết đề tài. tháng 12/2011 Kết quả: Đề tài đã tạo ra đợc bộ sản phẩm của đề tài đúng theo nh thuyết minh đề tài, bao gồm: + Báo cáo tổng quan về tia X và hệ thống điều khiển nguồn phát tia X. + Bộ thuyết minh và thiết kế tổng thể hệ thống điều khiển nguồn phát tia X. + Phần mềm giám sát, điều khiển nguồn phát tia X trên máy tính PC. + Ghép nối, đồng bộ hệ thống điều khiển nguồn phát tia X trên cơ sỏ các thiết bị X-Ray thuộc Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X IMI. + Báo cáo thử nghiệm, đánh giá kết quả hoạt động của toàn bộ hệ thống Qua các kết quả thu đợc trong quá trình thử nghiệm, thấy rằng hệ thống đợc thiết kế, xây dựng và ghép nối đã đáp ứng đợc tất cả các yêu cầu đề ra của đề tài. II.> Sử dụng kinh phí đề tài: Kinh phí đợc cấp cho đề tài đã đợc sử dụng đúng mục đích, theo đúng nh các hạng mục đã nêu trong dự toán ban đầu. Toàn bộ kinh phí từ nguồn NSNN của đề tài (140.000.000 VNĐ - Một trăm bốn mơi triệu đồng) đã đợc sử dụng hết. - Mua vật t, nguyên, nhiên, vật liệu, tài liệu, dụng cụ phục vụ cho công việc thực hiện đề tài. - Thuê khoán chuyên môn. - Vật t, văn phòng phẩm, công tác phí. III.> Kết luận và hớng phát triển: Đề tài 141.11.RD/HĐ-KHCN đã đợc hoàn thành và đáp ứng đợc các mục tiêu đặt ra ban đầu. 4 Sản phẩm của đề tài đã đợc đánh giá, thử nghiệm tại cơ sở, đạt đợc các chỉ tiêu chất lợng, kỹ thuật mong muốn. Kết quả của đề tài góp phần nâng cao tính an toàn, hiệu quả, tính đồng bộ, tự động hóa trong việc sử dụng các thiết bị X-Ray của Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X IMI. Các kết quả nghiên cứu và sản phẩm của đề tài đã góp phần để Viện IMI làm chủ công nghệ và chế tạo thành công Bộ điều khiển trong hệ thống nguồn phát tia X cho máy chụp X quang thờng quy trong y tế. Để kết quả của đề tài có thể đợc ứng dụng rộng rãi hơn, nhóm thực hiện đề tài kiến nghị: - Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm của đề tài để có thể triển khai, ứng dụng rộng rãi Phần mềm điều khiển nguồn phát tia X trên máy tính PC cho các thiết bị X-Ray cha có sự điều khiển, giám sát bằng máy tính. - Mở rộng nghiên cứu trong các lĩnh vực liên quan tới nhóm thiết bị sử dụng tia X để tiến tới làm chủ các công nghệ của thiết bị X-Ray và có thể chế tạo từng phần hoặc toàn bộ hệ thống thiết bị X-Ray. Đề nghị hội đồng nghiệm thu cấp cơ sở và cấp Bộ tiến hành nghiệm thu đề tài. Chủ nhiệm đề tài ThS. Nguyễn Chí Cờng 5 Báo cáo khoa học kỹ thuật đề tài 141.11.rd/hđ-khcn Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV Nội dung báo cáo Mở đầu + Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc. + Mục tiêu đề tài Nội dung chính Phần I: Tổng quan về tia X và hệ thống nguồn phát tia X Phần II: Thiết kế kỹ thuật tổng thể cho hệ thống nguồn phát tia X Phần III: Cơ sở xây dựng, lu đồ hoạt động, sơ đồ thuật toán và các chức năng của phần mềm điều khiển hệ thống nguồn phát tia X Phần IV: Tích hợp, thử nghiệm và đánh giá kết quả hoạt động của hệ thống nguồn phát tia Kết luận và hớng phát triển + Các kết quả đạt đợc + Hớng phát triển 6 Mục lục Nội dung Trang Mở đầu Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc Mục tiêu nghiên cứu và các nội dung thực hiện chính của đề tài nội dung chính 9 11 Phần I Tổng quan về tia X và hệ thống nguồn phát tia X 12 1. Tổng quan về tia X 12 1.1. Bản chất vật lý của tia X 12 1.2. Các tính chất đặc trng của tia X 13 1.3. Nguyên lý tạo tia X 14 2. Tổng quan về hệ thống nguồn phát tia X 14 2.1. Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống nguồn phát tia X 14 2.2. Nguyên lý hoạt động chung của các hệ thống nguồn phát tia X 16 Phần II Thiết kế kỹ thuật tổng thể cho hệ thống nguồn phát tia X 19 1 . Giới thiệu về các thiết bị trong hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI 19 1.1. Nguồn phát XRP-160/1000/2 19 1.2. Bộ điều khiển XRG Controller 20 1.3. ống phát tia MXR-160/2 21 1.4. Bộ làm mát XRC-3000WA 22 1.5. Cáp cao áp HV cable N3-160/R24 23 2. Sơ đồ ghép nối hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI 23 2.1. Sơ đồ ghép nối hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI 23 2.2. Phơng thức điều khiển của hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI 24 Phần III Cơ sở xây dựng, lu đồ hoạt động, sơ đồ thuật toán và các chức năng của phần mềm điều khiển hệ thống nguồn phát tia X 27 1. Cơ sở xây dựng phần mềm 27 1.1. Xác định các yêu cầu cho bài toán xây dựng phần mềm 27 1.2. Bộ lệnh hỗ trợ truyền thông của nhà sản xuất Gulmay Ltd 27 1.2.1. Yêu cầu truy vấn dữ liệu 28 1.2.2. Gói tin lệnh 31 7 2. Lu đồ hoạt động, cơ chế giao tiếp và sơ đồ thuật toán của phần mềm 32 2.1. Lu đồ hoạt động của phần mềm 32 2.2. Cơ chế giao tiếp giữa phần mềm điều khiển trên máy tính và bộ điều khiển XRG Controller 32 2.3. Sơ đồ thuật toán của phần mềm 35 3. Các đặc điểm, chức năng chính và một số giao diện chính của phần mềm 36 3.1. Các đặc điểm, chức năng chính của phần mềm 36 3.2. Các giao diện chính của phần mềm 36 Phần IV Tích hợp, thử nghiệm và đánh giá kết quả hoạt động của hệ thống nguồn phát tia 42 1. Quá trình tích hợp hệ thống nguồn phát tia 42 2. Quá trình thử nghiệm, đánh giá tính năng hoạt động của toàn bộ hệ thống 44 * Đánh giá chung về quá trình và kết quả thử nghiệm 46 Kết luận và hớng phát triển 47 Tài liệu tham khảo 49 Phụ lục 50 Hợp đồng và các phụ lục hợp đồng của đề tài 8 9 Mở đầu Ngày nay tia X đợc ứng dụng trong rất nhiều các nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội nh: nghiên cứu khoa học, y tế, an ninh, quốc phòng, trong công nghiệp, v.v Do tia X có tính chất đặc biệt là khả năng xuyên thấu qua vật chất nên tia này rất hữu hiệu cho nghiên cứu khoa học cũng nh là các ứng dụng trong thực tế. Do khả năng ứng dụng rất lớn của tia X, hiện nay có rất nhiều tập đoàn, công ty lớn trên thế giới tập trung vào nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các máy móc, thiết bị sử dụng tia X để áp dụng cho rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội, nh: North Star Imaging (Mỹ), Tomo Adour (Pháp), YXLON International X-ray (CHLB Đức), Hamamatsu (Nhật bản), GE Inspection Technologies, NDT System, Viscom AG, X- ItSystem, v.v Các sản phẩm của các công ty cũng rất đa dạng và cách thức tiến hành chế tạo, lắp ráp các hệ thống thiết bị cũng rất khác nhau, nhng phần lớn các công ty đều thực hiện theo cách thức: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo từng module trong đó tập trung nguồn lực cho việc nghiên cứu, chế tạo các module thuộc các phần, lĩnh vực thế mạnh của công ty mình còn lại có thể liên kết, nhập, mua licence đối với các module lõi từ các công ty khác. Ví dụ có công ty chuyên về cung cấp bộ nguồn phát tia X (COMET Thụy sỹ), có công ty chuyên về cung cấp detector (Montek - Mỹ, Hamamatsu Nhật) , có công ty chuyên về các board + phần mềm xử lý (Electron Tube Anh), có công ty lại chuyên về phần mềm điều khiển (Screnning Control Mỹ), v.v Do các thiết bị tia X có công nghệ tơng đối phức tạp và đòi hỏi sự kết hợp của nhiều lĩnh vực nh: vật lý, điện tử, điều khiển, cơ khí chính xác và CNTT nên hầu hết các công ty trên thế giới sản xuất các module cho nhóm thiết bị này đều phải có quá trình nghiên cứu, thử nghiệm rất lâu dài mới có thể đi tới sản xuất, chế tạo thành công các sản phẩm. Thông thờng các công ty này đều có các know-how riêng để tạo ra sự thành công cũng nh thế mạnh cho sản phẩm của mình. Do vậy nên việc phổ biến, trao đổi thông tin khoa học về lĩnh vực công nghệ này là rất hạn chế. Bên cạnh đó các hệ thống máy móc, thiết bị sử dụng tia X luôn luôn phải đáp ứng các yêu cầu rất cao về an toàn. Vì các lý do này, nên việc nghiên cứu, chế tạo và phát triển nhóm sản phẩm này thờng gặp phải nhiều khó khăn và điều này cũng làm cho các thiết bị 10 trong nhóm sản phẩm này có giá thành tơng đối cao, từ vài chục nghìn đô la cho những thiết bị đơn giản, đến hàng vài trăm nghìn đô la cho các hệ máy phức tạp. Tại Việt Nam việc nghiên cứu, ứng dụng các thiết bị sử dụng tia X chủ yếu tập trung vào hớng: nhập khẩu đồng bộ các thiết bị của nớc ngoài để khai thác, ví dụ nh : các máy soi hàng (kiểm tra hành lý) tại các sân bay/ cửa khẩu, các thiết bị y tế sử dụng tia X (chụp X quang, CT Scanner), các máy kiểm tra không phá hủy (NDT) sử dụng trong công nhiệp, v.v Qua đó tại một số công ty đã xây dựng đợc đội ngũ cán bộ đợc trang bị kiến thức phục vụ cho công việc lắp ráp, khai thác, sửa chữa các lỗi đơn giản cho nhóm thiết bị này. Bên cạnh đó cũng có một số công ty tiến hành chế tạo một phần (chủ yếu là phần khung, sờn, bàn gá, các chi tiết cơ khí, v.v.) và lắp ráp các thiết bị ứng dụng tia X (chủ yếu là các thiết bị phục vụ trong lĩnh vực y tế) tại Việt Nam, tuy nhiên các bí quyết công nghệ hay kiến thức kỹ thuật quan trọng về sản phẩm đều rất khó tiếp cận. Gần đây đã có một số đơn vị trong nớc tiếp cận vào lĩnh vực đầy tiềm năng này nh : Trung tâm KHTN & CN Quốc gia, ĐH Bách khoa Hà Nội, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện trang thiết bị Y tế, Viện máy và dụng cụ công nghiệp (IMI), v.v Các đơn vị này đã từng bớc xây dựng đội ngũ cán bộ nghiên cứu khoa học có kiến thức chuyên sâu về lĩnh vực ứng dụng tia X, tiến hành thực hiện các nhiệm vụ khoa học đợc giao, tiến hành nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một số thành phần trong các hệ thống thiết bị ứng dụng tia X. Viện IMI Bộ Công thơng là đơn vị sớm tổ chức các nhóm nghiên cứu về các hệ thống thiết bị tia X, mới đây Viện đã đợc đầu t PTN Cơ - Điện tử IMI Holding trong đó có Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X, đây là cơ sở vật chất rất tốt để Viện IMI tiến hành các nghiên cứu, chế tạo các module cho các thiết bị ứng dụng tia X. Việc thực hiện nhiệm vụ Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV nhằm nâng cao tính an toàn, hiệu quả sử dụng của hệ thống nguồn phát tia X. Bên cạnh đó các nghiên cứu trong khuôn khổ của đề tài cũng tạo tiền đề để Viện IMI làm chủ các công nghệ trong thiết bị X-Ray, tiến tới khả năng có thể chế tạo từng phần hoặc toàn bộ thiết bị X-Ray (tập trung cho thiết bị X-Ray trong y tế). [...]... về tia X và hệ thống nguồn phát tia X + Tiến hành thiết kế kỹ thuật tổng thể hệ thống nguồn phát tia X + Tiến hành thiết kế x y dựng thuật toán cho phần mềm điều khiển, giám sát hệ thống nguồn phát tia X + Thực hiện x y dựng phần mềm điều khiển, giám sát hệ thống nguồn phát tia X + Tích hợp toàn bộ hệ thống điều khiển nguồn phát tia X bao gồm phần mềm điều khiển trên PC và các thành phần của hệ thống. .. gián tiếp hệ thống nguồn phát tia X bằng phần mềm trên máy tính PC thông qua giao tiếp với bộ XRG-Controller theo sơ đồ ghép nối hình 2.7 Hình 2.7 Sơ đồ ghép nối hệ thống phát tia X, tích hợp phần mềm điều khiển trên PC 26 phần III Cơ sở x y dựng, Lu Đồ hoạt động, sơ đồ thuật toán và các chức năng của phần mềm điều khiển hệ thống nguồn phát tia X 1 Cơ sở x y dựng phần mềm Hệ thống nguồn phát tia X tại... hiện đề tài đã x y dựng đợc lu đồ hoạt động cho phần mềm giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X trên máy tính (hình 3.1) Hình 3.1: Lu đồ hoạt động của phần mềm 2.2 Cơ chế giao tiếp giữa phần mềm điều khiển trên máy tính và bộ điều khiển XRG Controller: + Để đảm bảo an toàn thì khi hệ thống đợc điều khiển thông qua phần mềm trên máy tính PC thì các thao tác bằng tay thông qua bộ điều khiển XRG... hệ thống nguồn phát tia X mà nhóm thực hiện đề tài hớng tới là các hệ thống có công xuất phát tơng đối lớn (tới 160kV) , do vậy việc điều khiển gián tiếp (thông qua phần mềm điều khiển trên máy tính) để nâng cao hiệu quả sử dụng và đảm bảo an toàn là cần thiết Nhiệm vụ chính của đề tài là x y dựng phần mềm điều khiển trên máy tính để gián tiếp điều khiển hệ thống nguồn phát tia X hiện có tại Viện IMI,... của đề tài: Với các điều kiện thuận lợi của mình, Viện IMI đã tập trung nhiều nguồn lực để hoàn thành các mục tiêu mà đề tài đã đề ra Cụ thể các mục tiêu đó là : + Nâng cao tính an toàn, hiệu quả sử dụng của hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV- thiết bị hiện có tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X IMI + Nắm bắt và làm chủ việc thiết kế, x y dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển. .. khiển đều đợc lu lại (thời gian, giá trị) + Chức năng theo dõi, giám sát hệ thống: phần mềm sẽ hiển thị mọi trạng thái hoạt động, giá trị các thông số điều khiển của hệ thống nguồn phát tia X nh trên bộ điều khiển XRG + Chức năng vận hành hệ thống nguồn phát tia X bằng phần mềm điều khiển: thông qua phần mềm, máy tính gửi các lệnh START, STOP để khởi động hoặc tắt nguồn phát tia + Chức năng thống kê,... cho hệ thống nguồn phát tia X 1 Giới thiệu về các thiết bị trong hệ thống nguồn phát tia X tại Viện IMI Hệ thống nguồn phát tia X XRS, điện áp 160 kV, công suất 1000W, đợc trang bị tại Phòng kỹ thuật tia X Viện IMI là sản phẩm của hãng COMET AG (Switzerland) Hệ thống bao gồm các thiết bị sau: - Nguồn phát XRP-160/1000/2 - ống phát tia X MXR-160/20 - Bộ làm mát XRC-1000WA - Bộ điều khiển XRG - HV cable... trên PC và các thành phần của hệ thống nguồn phát tia X sẵn có của Phòng thí nghiệm Kỹ thuật tia X IMI + Thử nghiệm, đánh giá tính năng, sự hoạt động của hệ thống nguồn phát tia X 11 Phần I Tổng quan về tia X và hệ thống nguồn phát tia X 1 Tổng quan về tia X: 1.1 Bản chất vật lý của tia X: Tia X là bức x điện từ xuyên thấu, có bớc sóng ngắn hơn ánh sáng Tia X đợc phát hiện năm 1895 bởi nhà vật lí Wilhelm... Viện IMI với bộ điều khiển trực tiếp XRG Controller đáp ứng đợc cơ bản yêu cầu điều khiển cũng nh giám sát các thông số của hệ thống Nhng với mục đích của đề tài là để nâng cao hiệu quả sử dụng, độ an toàn của hệ thống nên cần thiết phải phát triển, bổ xung cơ chế điều khiển gián tiếp hệ thống thông qua phần mềm điều khiển trên máy tính 1.1 X c định các yêu cầu cho bài toán x y dựng phần mềm: Căn cứ theo... để x y dựng phần mềm đã x c định ở mục 1 và các cơ chế giao tiếp, lu đồ chức năng, sơ đồ thuật toán đã đợc x y dựng ở mục 2, nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành x y dựng phần mềm điều khiển cho hệ thống nguồn phát tia X Phần mềm đợc x y dựng trên nền môi trờng Windows và sử dụng công cụ lập trình Microsoft Visual Studio (Visual Basic 6.0) 3.1 Các đặc điểm, chức năng chính của phần mềm: Phần mềm có các . về tia X và hệ thống điều khiển nguồn phát tia X. + Bộ thuyết minh và thiết kế tổng thể hệ thống điều khiển nguồn phát tia X. + Phần mềm giám sát, điều khiển nguồn phát tia X trên máy tính PC. . phát tia X. + Tiến hành thiết kế x y dựng thuật toán cho phần mềm điều khiển, giám sát hệ thống nguồn phát tia X. + Thực hiện x y dựng phần mềm điều khiển, giám sát hệ thống nguồn phát tia X. . Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, x y dựng phần mềm điều khiển trên máy tính PC để giám sát, điều khiển hệ thống nguồn phát tia X đến 160kV Nội dung báo cáo Mở đầu + Tình hình nghiên cứu