西门子CT Definition AS中CAN通信原理及故障分析
引言
CAN（Controller Area Network）是控制器局域网络的简称。目前CAN已由ISO TC22技术委员会批准为国际标准，它是唯一被国际标准化组织批准的现场总线[1-3]，并且在各大医疗公司的各种大型医疗设备中广泛使用，比如国外的西门子、飞利浦，国内的联影、东软等公司[4-7]。以我院西门子CT Definition AS为例，在日常工作中常常遇到医疗设备CAN通信故障，整个机架部分无法到达待机模式，严重影响日常的工作。其实只需了解医疗设备中CAN通信的原理，分析故障产生的原因，判断出故障点，可以解决相关问题。
1 设备原理
1.1 设备情况
我院CT设备为德国西门子公司64排螺旋CT Definition AS，为世界公认的第一款真正意义的4D CT。2009年初安装，已使用9年以上，近年来日平均检查在150人以上，整体性能尚可，但故障有所增加，特别是一些CAN通信故障。
1.2 CAN通信原理
西门子64排螺旋CT Definition AS CAN通信包括CAN和CAN OPEN，CAN的拓扑结构中，每个CAN Controller 都是并联的方式挂靠在CAN总线上，CAN总线分CAN HIGH 和CAN LOW两部分，两端由120 Ω的电阻形成环路[8]（图1，图2）。任一节点可在任一时刻进行通信，受干扰概率低，严重错误情况下自动关闭输出，不影响总线上其他节点通信。
基于上述原理，CAN通信回路发生故障时，首先测量CAN总线是否正常：将CAN总线断开后测量CAN HIGH和CAN LOW之间电阻为120 Ω，并且对地阻值无无穷大，为正常；其次确定具体是哪个CAN Controller，可以用逐一排除法或者隔离法排查。下面以我院遇到的两例CAN通信故障为例，介绍CAN通信回路发生故障时，具体的排查方法与解决方案。
2 故障研究
2.1 UMAS CAN通信故障
2.1.1 故障现象
故障发生在两例病人之间，Definition AS 机架无法到达待机模式，机器无法进行检查，开始怀疑系设备偶发CAN通信故障，重新启动设备，无效果，进入sevice模式，查看发现一直报错CT_GSV 216，如图3所示。
图2 CAN LOW
图1 CAN HIGH
图3 CT_GSV216报错图
2.1.2 分析及解决方案
该报错提示：UMAS从CAN OPEN通信中读取不到信息，包含：Cooling system、TILT system和Rotation system。
从图2的原理图中可以确定：CAN通信由UMAS经过插头X472导线W352插头X3到Cooling system，再由插头X4导线W354分别成两路，一路由插头X5到Rotation system，另一路由插头X5到TILT system。
该CAN通信故障涉及四个部件：UMAS、Cooling system、TILT system和Rotation system，且无法直接判断故障点，需要结合原理，利用排除法或者隔离法逐一排除，确定故障点。
（1）从UMAS上拔下插头X472，测量CAN总线电阻，两端都是120 Ω，且对地无短路，由此可以判断CAN OPEN总线没有问题。
（2）依次拔下Rotation system插头X5和TILT system插头X5，开机后故障依旧，CAN测试失败，由此可以判断Rotation system和TILT system没有问题。
（3）恢复Rotation system插头X5和TILT system插头X5，将Cooling system的网线插头X4直接连接到UMAS插座X472上，开机后故障依旧，CAN测试失败，由此可以判断Cooling system没有问题。
至此，该CAN通信故障涉及四个部件中的三个已经排除，可以确定UMAS是此次故障的问题所在，UMAS是整体模块，联系厂家，订新的UMAS，更换UMAS后故障顺利解决。虽然没有当场解决问题，但判断出故障所在，联系厂家工程师直接订新的配件即可，不需再来医院判断故障，大大节省了设备的维修时间。
2.2 IRS过热引起back projector 接触不良
2.2.1 故障现象
故障表现为Definition AS扫描过程中出现中断，扫描界面提示设备resuming不能通过，过一段时间设备又能正常扫描，使用一段时间后故障又会出现，故障间断出现。查看设备工作日志发现报错“ITX-50, back projector hardware error”。
2.2.2 故障分析
报错ITX-50，提示IRS从CAN OPEN通信中读取不到back projector信息，指示IRS故障或back projector故障，重启不能成功，测量IRS通信线路正常，但过一段时间，又能重启，怀疑软故障，仔细查看日志发现有次提醒IRS过热，同时发现扫描间温度比平时略高，系昨天为病人穿刺时，怕病人冷，将空调温度稍微调高，由于环境温度偏高，同时IRS板上灰尘过多，影响散热，长时间扫描引起IRS过热，back projector接触不良，出现问题，于是调低设备间空调温度，清理IRS板上灰尘，重新拔插之后故障消失，如图4所示。
图4 IRS过热引起back projector 接触不良问题
事后总结，引起该故障的原因有两个：① 设备环境温度偏高（主因）；② IRS板上灰尘过多，影响散热（可能有原因）。两个因素结合到一起导致了该故障的发生，通过这个案例我们可以认识到设备环境的重要性，设备环境质量的提高，可以提高设备或备件的使用寿命，减少故障的发生。工程师在场地上碰到了各种各样的问题，如偶发一次的故障，莫名其妙的就好了，查不出原因的，不妨考虑一下设备电气环境，如电压波动、温湿度条件差、变压器容量不足、电缆过细、接地不好等。
3 讨论
CAN通信作为目前最流行的一种现场总线（ field bus），以实时性强、可靠性高[9]、成本低廉的特点在医疗行业得到了大量应用了[10-11]，在CAN的早期，飞利浦医疗就认识到CAN总线的优点，并确定采用CAN总线作为其X线机的内部通信网络，西门子医疗集团确定CAN总线作为下一代CT系统的通信骨干，随后国内的东软集团股份有限公司也开始在其产品中采用CAN通信[6,11-12]。了解和掌握智能医疗设备中总线技术的原理、类型及特点，对开发、使用、维修、检测智能医疗设备有着积极的推动作用[13-15]。
目前影像科大型设备多为国外产品，且集成化高，维修比较困难。通过上面两个事例可以看出，有些故障我们不能解决，只能停机等待厂家工程师现场维修；但有些故障，特别是一些软故障，比如一些CAN通信故障，接触不良、通信中断等，不是配件的损坏，也不是都需要等厂家工程师来解决，只需了解CAN通信的原理，根据电路图即可进行排查，判断故障点，若是接触不好，比如一些接头松动，我们完全可以自己解决。同时我们亦可自己判断一些配件损坏，厂家工程师不需再来医院判断故障，直接订新的配件即可，大大减少停机时间。所以利用一切机会多方查找资料，向同行及公司工程师请教学习，逐渐充实自己，从每次的保养和维修中得到思路和总结经验。最后做到可以完成影像科各种常用设备的自主维修工作。
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[8] SOMATOM Definition AS Technical Documents C2-029.802.01[Z].
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CAN Communication Principle and Fault Analysis in Siemens CT Definition AS