Jump to content

    

Медицинский электроприбор

Recommended Posts

fbezruchko

Добрый день всем. Разрабатываем медицинский электроприбор. Манипулятор с телеуправлением. В конструкции два слаботочных шаговых двигателя (12В, каждый по 4 провода), электромагнитный клапан капельницы, один оптический концевик. Само устройство работает в диагностической операционной. И пульт телеуправления располагается в отдельной комнате вне операционного зала. Предварительные операции по подготовке пациента и оборудования доктор делает в операционном зале. Но после покидает его и все диагностические операции проводит из комнаты посредством пульта. Сама диагностика проходит под воздействием рентгена на тело пациента. Доктор в реальном времени видит рентгенографическую картинку на мониторе и управляет устройством. Вопрос 1. Как разумней с точки зрения соответствия требованиям безопасности для медицинского электрооборудования класса 1, а также из других возможных требований безопасности, реализовать управление устройством в операционной: а) вся цифровая часть и драйверы двигателей находятся в пульте и до самого устройства в операционный зал тянется провод (до 10 метров) по 4 жилы на каждый мотор, общий провод с экраном, жила электромагнитного клапана и жила оптического концевика. б) в операционный зал идет провод на 4 жилы (2 питание и 2 интерфейс) + экран, а в устройстве в операционном зале еще один контроллер и драйверы двигателей. Риски и ограничения варианта (а) сходу: длинный провод и неизвестное поведение шаговых двигателей при таком варианте, возможное ложное срабатывание сигнала оптического датчика (если он не диференциальный) и клапана капельницы. Риски и ограничения варианта (б): нужны дополнительные средства защиты и контроля зависаний/не верной работы и скрытых ошибок в программном коде, которые могут привести к неверному или неконтролируемому вращению двигателей (а значит и опасному сбою в работе манипулятора), вопросы с качеством цифрового сигнала в длинном проводе. Кто что думает?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Димыч

Добрый день,

сперва общие сррбражения:

1) в вашей команде по разработке этого прибора обязательно должен быть системный архитектор (можете назвать его главным конструктором), и в задачи его лягут описание всего набора возможных сценариев работы (провод оторвался, лаборант в обморок упал, пациент рукой дёрнул) и, далее, разработка архитектуры устройства.

2) Неплохо (а с точки зрения ISO-13485, ГОСТ Р 55544 и т.п. компании это всё равно понадобится делать), чтобы другой человек, технически вовлечённый в проект, занимался вопросами менджмента рисков. И его решение будет для вас поважнее рекомендаций с электроникса.

Теперь по сути вопроса: на сегодняшний день успешно используются сотни транспортных протоколов, обеспечивающих гарантированую доставку. Почему не использовать их? Мы управляем роверами на Луне и Марсе - там стоимость ошибки (оператора или в целостности данных) тоже очень высока. Это к тому, что пожалуй не стоит тащить кабель в полтора десятка проводов из пультовой в операционную. 

Если же говорить о том, как избежать зависаний и подобных ситуаций - то здесь существует тоже достаточное число решений. Например, для аварийной остановки ШД в случае потери связи, система строится так, что передающая сторона постоянно передаёт "импульсы накачки", говоря контроллеру "вперёд, вперёд, вперёд" (предварительно задаётся дистанция одного перемещения-кванта). Если эти команды перестали приходить, то контроллер уже не двинет ШД.

Предотвращение зависаний -  пожалуйста, гляньте по сторонам: производители того же медицинского оборудования часто устанавливают в системе управления процессор-монитор, который следит за состоянием вектора, образованного множеством сигналов управления основного контроллера. И если он видит недопустимое значение (например, клапан открыт, а ШД в движении), то останавливает контроллер. 

И ещё много много тонкостей, конечно. Несмотря но то, что на коленке можно сбацать прототип весьма быстро, важно понимать, что у вас мед.прибор, сертификация, и т.д.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

fbezruchko

@Димыч спасибо! Конечно, по пункту 2 Вашего ответа я все это понимаю. И знаю множество решений. Просто для нас сейчас это не хоженая дорога с точки зрения именно будущей сертификации. Именно поэтому ищу чужой опыт. Что по поводу пункта 1, то вот примерно так и рассуждаю, этот список событий мы отрабатываем. Но вот на отдельного человека пока не можем раскошелится.

Для меня самое важно в Вашем ответе вот это: "производители того же медицинского оборудования часто устанавливают в системе управления процессор-монитор,..." - значит так делают. Ну нет у меня доступа к медицинскому оборудованию, чтобы его разобрать и посмотреть как там и что реализовано. Если так делают, то лично для меня это хороший сигнал в пользу варианта (б). Но конечно буду ориентироваться в итоге не только на Ваше мнение, а совокупность сведений, которые соберу по вопросу.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Димыч

Да, судя по тому, что у вас ответственный прибор, а команда маленькая - путь предстоит тернистый (если, конечно, делать всё официально и правильно).

Разборка чужого оборудования (в вашем случае подобного манипулятора) не обязательный, но полезный этап. Конечно, с точки зрения микропрограмм там мало что можно расковырять, но другие вещи, как то механика, влагозащита, соединения, индикация - на поверхности.

Опять же, подержав в руках подобный манипулятор и поговорив с лаборантом/ассистеном, его использующим, можно получить представление о типовых сценариях работы такой системы. Нет возможности подержать-разобрать - ищите статьи, брошюры. Иначе есть риск сделать что-то неукюжее и неконкурентное.

Удачи!

Share this post


Link to post
Share on other sites

syoma

С точки зрения вопросов безопасности, стоит выбрать вариант б) и стандартный интерфейс, который бы использовался в системах, где есть требования безопасности. Например есть такой интерфейс - EtherCAT. Через него вы сможете легко подключить ваши шаговики, клапана и датчики к телепульту. Вопросы контроля зависаний/защиты от ошибок там уже решены. Так что сделайте ваш пульт соответствующим образом и все будет ОК.

Share this post


Link to post
Share on other sites

mantech
В 19.08.2019 в 15:22, syoma сказал:

Например есть такой интерфейс - EtherCAT. Через него вы сможете легко подключить ваши шаговики, клапана и датчики к телепульту.

Отлично! Прям из пушки по комарам, классический случай...  В данном случае самое подходящее - RS485, CAN и все в этом роде. Протокол с гарантированной доставкой делается элементарно, в простейшем случае пакет с контр. суммой и повтором при ошибке.

Причем раз медицина и шнур на несколько метров в разных помещениях, то еще и гальваноразвязка лишней не была бы...

Edited by mantech

Share this post


Link to post
Share on other sites

syoma
41 minutes ago, mantech said:

Отлично! Прям из пушки по комарам, классический случай...  В данном случае самое подходящее - RS485, CAN и все в этом роде. Протокол с гарантированной доставкой делается элементарно, в простейшем случае пакет с контр. суммой и повтором при ошибке.

Причем раз медицина и шнур на несколько метров в разных помещениях, то еще и гальваноразвязка лишней не была бы...

Ну если вы уверены, что сможете это прям из коробки достать, пройти все испытания и сертифицировать с первого раза - пожалуйста.

Share this post


Link to post
Share on other sites

mantech
2 часа назад, syoma сказал:

Ну если вы уверены, что сможете это прям из коробки достать, пройти все испытания и сертифицировать с первого раза

Интерфейс сам по себе и так поддерживает необходимые сертификаты, а что до протокола, так там у ТСа есть куда больше всяких вещей, в смысле проблем с сертификатами и протокол из них скорей самое простое, ИМХО.

А по поводу - "из коробки", считаете, что эзеркат освоить гораздо проще, чем написать примитивный протокол через УАРТ?? Да, там есть готовые чипы, но это не простое решение все-равно, да и вопрос цены...

Edited by mantech

Share this post


Link to post
Share on other sites

syoma
21 hours ago, mantech said:

А по поводу - "из коробки", считаете, что эзеркат освоить гораздо проще, чем написать примитивный протокол через УАРТ?? Да, там есть готовые чипы, но это не простое решение все-равно, да и вопрос цены...

Я предлагал автору вообще не заморачиваться с "освоением", а взять готовые модули - например Beckhoff и подключить их к своим шаговым моторам и датчикам в диагностическом зале. Вывести наружу Ethernet кабель, подключить его к любому ПЛК с EtherCAT - например к чему-нибудь на Codesys. Подключить пульт телеуправления и написать простенькую программу на ST или чем-либо еще.

Это первый пункт программы и может быть даже в данном проекте достаточный, так как сам манипулятор может стоить в кучу раз дороже этой электроники и экономить на ней не имеет смысла. И обойдется он вам в копейки по сравнению со стоимостью остальной разработки.

Если же нет, то называем этот шаг "Демонстратором", показываем руководству, заказчику, кому нужно идею, спрашиваем "сертифицируете"? И если ответы положительные, начинаем разрабатывать свое решение по образу и подобию и в зависимости от поставленной цели, насколько следует удешевить электронику. А ПЛК и EtherCAT модули снимаем и используем в следующем проекте. В худшем случае, если никому они не нужны, забираем к себе на дачу и делаем контроллер отопления или автоматический полив - эта штука понадежней будет любых Ардуиноподобных контроллеров.

И вот так, маленькими шажками двигаться к результату.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

mantech
3 часа назад, syoma сказал:

а взять готовые модули - например Beckhoff и подключить их к своим шаговым моторам и датчикам в диагностическом зале. Вывести наружу Ethernet кабель, подключить его к любому ПЛК с EtherCAT - например к чему-нибудь на Codesys. Подключить пульт телеуправления и написать простенькую программу на ST или чем-либо еще.

Интересная логика... Т.е. вот решил я что-то сделать, мне надо купить кучу оборудования - ПЛК, платы эзерката, панель оператора, затем освоить абсолютно неизвестную мне среду разработки, с нестандартными, в плане классического программирования, языками, потратив на это еще и кучу времени в надежде на то, что мне это еще пригодится... Чтоб просто показать начальнику, что "в принципе работает"...  После этого начальник узнает цену всего этого добра, слегка офигевает, и говорит - "а попроще нельзя", на что я ему говорю - "да не вопрос, только ты еще выдели мне 3-5 мес и денег на это". Ну дальше я представляю, что пойду на все 4 стороны со своими талантами:biggrin:

Share this post


Link to post
Share on other sites

syoma
21 hours ago, mantech said:

Т.е. вот решил я что-то сделать, мне надо купить кучу оборудования - ПЛК, платы эзерката, панель оператора, затем освоить абсолютно неизвестную мне среду разработки, с нестандартными, в плане классического программирования, языками, потратив на это еще и кучу времени в надежде на то, что мне это еще пригодится...

Ну, например, в мире программирования в том числе встраиваемого и даже ПЛИС, народ ничего не имеет против Питона - языка для так сказать общепроизводственных задач, не имеющего ничего общего ни с Си, ни с Verilog, но позволяющего быстро проверить множество вещей. И они его учат - представляете?

ПЛК - это в принципе и есть такая палочка выручалочка в мире электроники. Язык там - это Паскаль, который выучить можно за час и вполне стандартен, а можно вообще без него рисовать блок-схемами или релейными связями.  А сама среда позволяет вам запустить реал-таймовый проект за 20 минут с нуля. Вместо ПЛК на первых порах можете взять Raspberry Pi - естественно, как же без него? Потратите от силы неделю времени. Много?

Share this post


Link to post
Share on other sites

mantech
1 час назад, syoma сказал:

и даже ПЛИС, народ ничего не имеет против Питона

Я писал тут от лица гипотетического заказчика, а если от себя, то я вот против всяких нестандартных языков, тех же питонов и пр... И думаю, что не одинок в этом, ибо все те-же явы, пхп и пр.. Си-подобные языки, что очень удобно. А вот изучать среду обитания АСУТПшников совсем нет никакого желания. А про питоны и пр, у меня есть свое мнение, почему он хоть немного популярен, так это из-за тех-же "малинолюбителей", т.к. по-настоящему в линуксе программировать умеет из них очень далеко не каждый, да и мне это сложновато дается, но я могу поднять подобные системы без всяких осей, мне так даже проще - нет нужды разбираться в довольно сложных чужих "черных ящиках", то остается одно - скрипты на питоне, для чуть продвинутых, или  вообще на шеле что-нить наваять, аля ардуино подход, вот и все...

Ну и что еще "до меня" - так мне на сях по-любому проще и быстрее, хоть и паскаль я знаю, но готовых модулей и функций на сях у меня куда больше...

Share this post


Link to post
Share on other sites

mantech
1 час назад, syoma сказал:

ПЛК - это в принципе и есть такая палочка выручалочка в мире электроники.

Вообще-то это инструмент промавтоматики, к которой я тоже имею отношение, но использую свои разработки свободно программируемых контроллеров, ибо это гораздо гибче и понятнее, по крайне мере для меня, чем всякие релейные диаграммы...

А выручалочка разработчика - это опыт программирования, библиотека своих проверенных функций и несколько отладочных плат :biggrin:

Share this post


Link to post
Share on other sites

yuriger
On 7/21/2019 at 7:37 PM, fbezruchko said:

Разрабатываем медицинский электроприбор. Манипулятор с телеуправлением. В конструкции два слаботочных шаговых двигателя (12В, каждый по 4 провода), электромагнитный клапан капельницы, один оптический концевик. 

Какой умник предложил использовать 12 вольт? Юрист или экономист? Не стоит делать такой манипулятор, сертификацию не пройдёте.

On 7/21/2019 at 9:19 PM, Димыч said:

что пожалуй не стоит тащить кабель в полтора десятка проводов из пультовой в операционную.

Это единственное, что автор темы сделал правильно.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nagisa
17 hours ago, yuriger said:

Какой умник предложил использовать 12 вольт? Юрист или экономист? Не стоит делать такой манипулятор, сертификацию не пройдёте.

 

можно подробнее про 12в и сертификацию ?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.