司佳順，許東來(lái)

（北京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院，北京 100124）

0 引言

隨著西藥的廣泛使用，病原體往往產(chǎn)生了抗藥性，中藥的作用逐漸凸顯出來(lái)。但是在我國(guó)，中藥顆粒的自動(dòng)化高速配藥始終是一個(gè)短板。對(duì)于患者而言，排隊(duì)等待拿藥的時(shí)間長(zhǎng)、效率低，容易引起醫(yī)患矛盾；對(duì)于醫(yī)院而言，藥房設(shè)備設(shè)施陳舊、占用人員多、人力成本高、藥師工作強(qiáng)度大，這是目前大多數(shù)醫(yī)院藥房普遍的狀況及存在的問(wèn)題[1]。因此研究自動(dòng)化高速配藥系統(tǒng)是符合發(fā)展潮流的，也必將在廣大醫(yī)院內(nèi)得到應(yīng)用。

中藥顆粒自動(dòng)配藥系統(tǒng)由循環(huán)往復(fù)式儲(chǔ)藥系統(tǒng)、藥物傳輸系統(tǒng)和自動(dòng)配藥系統(tǒng)組成。通過(guò)三大系統(tǒng)的密切配合，完成對(duì)中藥顆粒的高速準(zhǔn)確配藥。

1 控制系統(tǒng)工作流程及硬件構(gòu)成

1.1 工作流程

整個(gè)系統(tǒng)的工作流程是：醫(yī)生經(jīng)過(guò)診斷后，開出藥方。藥方傳到系統(tǒng)中。待病人繳費(fèi)后，系統(tǒng)根據(jù)藥房所含藥物種類對(duì)藥罐重新編組，然后就近推出到一個(gè)排架上，排架上貼有條形碼。系統(tǒng)初檢后，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒型鏈旋轉(zhuǎn)，待檢測(cè)到外圍托架的第一層時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)將藥架推出到外圍托架上，四桿機(jī)構(gòu)收回，配藥系統(tǒng)工作。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒形帶運(yùn)動(dòng)，藥盒排列在齒形帶上，待檢測(cè)到藥盒和相應(yīng)的藥罐匹配后，升降電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)動(dòng)作，完成第一味藥的下料。然后進(jìn)行第二味藥的下料，而此時(shí)第二個(gè)藥盒進(jìn)行第一味藥的下料過(guò)程，待下料完成后，藥盒進(jìn)入稱重環(huán)節(jié)，若在允差范圍內(nèi)，則封裝貼簽，送到病人手中。配置第一個(gè)病人藥物的同時(shí)，第二個(gè)人的藥物也在同時(shí)配制，原理同上。

1.2 硬件組成

中藥顆粒自動(dòng)配藥系統(tǒng)主要由工控機(jī)，顯示屏，PLC，伺服電機(jī)，稱重傳感器，光電傳感器，位移傳感器，電磁閥，繼電器，RTU MODBUS通訊模塊，RFID等構(gòu)成。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖

PLC選用S7-200 Smart作為監(jiān)控核心，它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（HMI）可供選擇。S7-200 Smart支持TCP/TP和modbus通訊，系統(tǒng)配置合理，技術(shù)可行，完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。該部分主要根據(jù)各類傳感器的狀態(tài)控制相關(guān)電機(jī)的動(dòng)作。

1）PLC控制柜內(nèi)安裝有S7-200 Smart，485通訊模塊，IO擴(kuò)展模塊，RTU控制器，接線端子，開關(guān)電源，繼電器。觸摸屏安裝在PLC控制柜的門板上，極大地方便了用戶的操作以及對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控[2]。通過(guò)觸摸屏既可以很好的觀測(cè)配藥的狀態(tài)和各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行情況，又可以進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定以及查看相應(yīng)的報(bào)警信息。

2）各種傳感器

各種傳感器實(shí)時(shí)采集物理量信號(hào)，輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20mA電流信號(hào)，并配以二線制RVVP電纜單獨(dú)傳送到PLC控制柜[3]。各傳感器包括光電傳感器，稱重傳感器等。

光電傳感器用以檢測(cè)隨動(dòng)排架與外圍托架的對(duì)位。外圍托架的每層均安置有光電傳感器。稱重傳感器用于檢測(cè)配藥完成后藥盒的重量，對(duì)系統(tǒng)誤差做出分析，安置在封裝機(jī)構(gòu)之前。

3）RFID技術(shù)

每個(gè)藥罐上均安裝有電子標(biāo)簽，供讀寫器識(shí)別。讀寫器經(jīng)RS232通訊轉(zhuǎn)RS485與PLC建立通訊關(guān)系，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用采用西門子讀寫器RF260R。

2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

2.1 閉環(huán)控制

中藥顆粒高效取藥系統(tǒng)核心是每個(gè)藥方的每味藥能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的落到藥盒里。為此做了閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)的精確度。如圖2所示，閉環(huán)控制邏輯框圖，本設(shè)備采取編碼器檢測(cè)伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度與稱重傳感器檢測(cè)藥盒重量的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)采用位置控制方式與編碼器位置反饋形成伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的內(nèi)部閉環(huán)系統(tǒng)，提高了設(shè)備的運(yùn)行精度[4]。采取外部閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要原因是當(dāng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度未達(dá)到下藥量的重量時(shí)，會(huì)影響配藥的精度，增加稱重傳感器的檢測(cè)，能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題，并且通過(guò)PID調(diào)節(jié)能夠提高設(shè)備的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)。

圖2 閉環(huán)控制邏輯框圖

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

圖3為控制系統(tǒng)流程圖。

運(yùn)行程序，設(shè)備上電啟動(dòng)，檢測(cè)各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)傳感器、指示燈、通訊模塊的狀態(tài)。如果出錯(cuò)，由人工檢修。然后檢測(cè)各藥箱的藥物重量，如果低于藥箱含量的一半，則進(jìn)行加藥動(dòng)作，然后藥箱到達(dá)藥物托架上。當(dāng)藥方到達(dá)系統(tǒng)后，系統(tǒng)確認(rèn)收到藥方，然后依次比較各個(gè)藥架上的藥物，選出重合度最高的藥架，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)到指定位置，將該藥方的其他藥物替換到此藥架上。然后，由推出機(jī)構(gòu)推送到外圍托架，進(jìn)行配藥準(zhǔn)備。當(dāng)檢測(cè)到有藥箱存在于外圍托架時(shí)，伺服電機(jī)帶動(dòng)齒形帶形成精確位移，旋轉(zhuǎn)電機(jī)升降驅(qū)動(dòng)下藥口，開始下藥待下藥完成后，檢測(cè)藥盒重量，若達(dá)標(biāo)，依此進(jìn)行下一味的配制，直至配制結(jié)束。若不達(dá)標(biāo)，通過(guò)PID調(diào)節(jié)，再次形成微轉(zhuǎn)角度，直至下藥達(dá)標(biāo)。下藥完成后，封裝貼簽，送到病人手中。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖

3 組態(tài)程序設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中采用了MCGS軟件，編寫了主界面，用戶參數(shù)設(shè)置界面，檢測(cè)監(jiān)控界面和報(bào)警界面。

主界面：顯示各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及手動(dòng)控制相關(guān)按鈕。

用戶參數(shù)設(shè)置界面：設(shè)置設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，運(yùn)行速度等。

檢測(cè)監(jiān)控界面：顯示配藥系統(tǒng)的工作流程，明確配藥進(jìn)程，并對(duì)一些重要參數(shù)通過(guò)指示燈進(jìn)行顯示。圖4為檢測(cè)監(jiān)控界面。

報(bào)警界面：將檢測(cè)到的報(bào)警參數(shù)生成表格，便于檢修和機(jī)器的維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文論述了一種基于PLC的中藥顆粒自動(dòng)配藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)編組，藥柜與循環(huán)機(jī)構(gòu)的分離，并聯(lián)多頭的取藥過(guò)程。目前，該控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某中型醫(yī)院的配藥過(guò)程中。實(shí)踐證明，該控制系統(tǒng)安全可靠，并且配藥效率大大提高，為企業(yè)帶來(lái)了很大的效益，推廣前景十分廣闊。

圖4 檢測(cè)監(jiān)控界面