全自動成品血袋包裝機的設(shè)計及應(yīng)用研究

王寶光，馬彧旻

全自動成品血袋包裝機的設(shè)計及應(yīng)用研究

王寶光，馬彧旻

目的：研制一種全自動成品血袋包裝機。方法：包裝機采用機電一體化設(shè)計、全自動控制，其基本構(gòu)成包括血袋傳送帶、血袋傳動電動機、PVC膜、PVC膜傳動電動機、血袋熱合機、血袋裁切機及程序控制器等。結(jié)果：解決了現(xiàn)有成品血袋在人工包裝時存在的效率低、污染大、易損壞等問題。結(jié)論：該全自動成品血袋包裝機特別適用于血站、血液中心及醫(yī)院輸血科等機構(gòu)使用。

成品血袋；血袋傳送帶；傳動電動機；熱合機；程序控制器

0 引言

按照《血站質(zhì)量管理規(guī)范》規(guī)定[1]的要求，采供血機構(gòu)在將血袋發(fā)送給臨床用血單位之前，需對血袋進行二次包裝，目的是對血制品起到二次保護的作用，以降低血袋在存貯及運輸過程中因意外損壞而造成血液污染的風(fēng)險。目前，血袋的二次包裝均為手工操作，即操作者直接在血袋外面套有相應(yīng)大小的塑料袋，再粘貼封口。手工操作存在諸多弊端：（1）封口不嚴，血袋易脫落損壞；（2）費時費力；（3）增加了血制品受污染的風(fēng)險。鑒于上述情況，筆者設(shè)計并制造了全自動成品血袋包裝機[2]，該包裝機具有自動化程度高、操作簡便、包裝速度快、提高工作效率等優(yōu)點。

1 研制需求分析

目前，我國血站數(shù)量總計452家，其分布和年采血量見表1[3]。

由表1可知，我國血站的年采血量已超過3 000萬袋，上述統(tǒng)計還未包括975家三級甲等醫(yī)院、645家三級醫(yī)院（2013年統(tǒng)計）以及其他級別醫(yī)院輸血科的急診自采血和自體輸血的采血量。數(shù)量如此巨大的血袋，均為人工包裝，其弊端顯而易見。以地市級中心血站為例，每天需包裝血袋約200袋，人工操作需2～3人，耗時3～4 h。而采用本包裝機進行上述工作，只需一人控制，十幾分鐘即可完成，大大降低了工作人員的勞動強度，提高了工作效率，增加了經(jīng)濟效益。鑒于此，筆者2012年發(fā)明了全自動成品血袋包裝機，該包裝機的誕生將徹底結(jié)束全國各血站手工包裝血袋的歷史。

表1 血站分布及采血量統(tǒng)計

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計及主要參數(shù)

本包裝機采用空間十字交叉結(jié)合X軸、Y軸雙平面的設(shè)計，其中X軸為血袋傳送部分，Y軸為PVC膜傳動部分以及PVC血袋熱合機、裁切機部分[4]。

2.1 基本結(jié)構(gòu)

2.1.1 X軸血袋傳動部分

由血袋傳送帶、血袋傳動輪、血袋傳動電動機、傳送帶電動機自動控制器等部分組合而成（如圖1所示）。

圖1 全自動成品血供應(yīng)包裝機正視圖（X軸）

2.1.2 Y軸PVC膜傳動部分以及PVC血袋熱合機部分

由上下PVC膜、上下PVC膜傳動輪、PVC膜傳動電動機、電動機自動控制器、PVC膜血袋熱合機、血袋裁切機，以及熱合機自動控制器等部分組合而成（如圖2所示）。

圖2 全自動成品血供應(yīng)包裝機側(cè)視圖（Y軸）

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝特點

2.2.1 X軸血袋傳動部分

血袋傳送帶通過轉(zhuǎn)輪受控于傳動電動機，傳動電動機由控制器自動控制。在傳送帶上等距畫好多個刻度線，為血袋放置位置。傳動電動機工作時以250 mm/s的速度步進（血袋長度：200 mL為200 mm，400 mL為230 mm），每步進1 s后，暫停約3 s，血袋暫停部位正好是2層PVC膜垂直位置，則熱合開始。

2.2.2 Y軸PVC膜傳動部分以及PVC血袋熱合機、裁切機部分

2.2.2.1 Y軸PVC膜傳動部分

PVC膜傳動部分包括上下2層PVC膜，PVC膜運動由傳動電動機和電動機自動控制器控制，運行速度為140 mm/s（血袋寬度：200 mL為110 mm，400 mL為120 mm），然后暫停3 s。其運行節(jié)律與X軸血袋傳動電動機同步控制。其下層PVC膜與血袋傳送帶貼壁同方向運行，直接將血袋運行于PVC膜上，傳送帶和PVC膜下附有一支架，支架上方對應(yīng)血袋熱合機。

2.2.2.2 血袋熱合機和裁切機部分

血袋熱合機由控制部分、加熱部分和裁切部分組成，控制部分主要控制熱合機上下移動，下降移動距離為40 mm。下降后暫停時間為3 s，同時熱合機開始加熱2s，熱合后裁切機開始裁切，裁切時間為1s。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

血袋包裝機主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 血袋包裝機主要技術(shù)參數(shù)

3 功能特點及應(yīng)用效果分析

3.1 功能設(shè)計

3.1.1 傳動電動機要求

采用直流減速電動機，體積小、功率大、噪聲低、耐用、易維護，且能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，以便實現(xiàn)血袋傳送帶、PVC膜傳送帶、熱合機三者同步工作[5]。

3.1.2 血袋傳送帶及PVC膜傳送速度、頻率的設(shè)定

血袋傳送帶及PVC膜傳送速度、頻率均受控于傳動電動機，且血袋傳送帶與PVC膜實現(xiàn)同步運行。每熱合一個血袋后，PVC膜和血袋傳送帶均自動向前步進一個血袋的距離，為下一次熱合做好準備，同時將已經(jīng)熱合好的血袋自動移至事先備好的存放盒內(nèi)。PVC膜采用熱封型，符合國家包裝行業(yè)標準的各項指標[6]。

3.1.3 熱合頭和裁切刀

熱合機具有不同尺寸的熱合頭和裁切刀進行更換，用于熱合和裁切不同規(guī)格的血袋，常用的血袋有200和400 mL 2種規(guī)格，即200 mL尺寸為200 mm× 110 mm，400 mL尺寸為230 mm×120 mm。

3.1.4 紅外自動感應(yīng)控制裝置（光電開關(guān)）

在工作過程中，如發(fā)現(xiàn)血袋未傳送到位或者血袋位置擺放不正等異?，F(xiàn)象，便自動停止運行，以防毀壞血袋，造成損失。

3.1.5 自動控制器

采用市售的表控TPC4-4TD程序控制器[7]（如圖3所示），可自行編程，采用表格設(shè)置、漢字顯示，輕松實現(xiàn)設(shè)備的自動化控制。該程序控制器采用光電隔離技術(shù)，因而抗干擾性能強、可靠性能高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制領(lǐng)域。表控TPC4-4TD程序控制的電路連接圖如圖4所示。

圖3 表控TPC4-4TD程序控制器

表控TPC4-4TD程序控制器相對于傳統(tǒng)的PLC編程器來說，設(shè)置及操作簡單，未受過專業(yè)的電子基礎(chǔ)培訓(xùn)、不懂單片機的人員也可快速掌握。該控制器只需和計算機相連接，再通過下載的軟件將程序輸入控制器后，即可脫機使用。軟件為中文界面（如圖5所示），只需要按硬件所需功能直接點擊選擇設(shè)定。

圖4 表控TPC4-4TD程序控制器電路

圖5 表控TPC4-4TD程序控制器計算機操作界面

3.2 工作原理

血袋包裝機啟動后，首先人工將需要包裝的血袋依次放到X軸傳送帶指定區(qū)域（刻度線標記區(qū)域），血袋傳送帶以250 mm/s的速度將血袋運送到Y(jié)軸2層PVC膜中間（即工作工位），停止3 s，這時Y軸的血袋熱合機下降到指定位置開始熱合約2 s，熱合后裁切機開始工作約1 s，完成血袋裁切，然后血袋傳送帶重新啟動，將包裝完的血袋向前運送，至此一個工作周期完成。隨著傳送帶節(jié)律性運動，下一個血袋便進入到工作工位，與此同時，新的PVC膜以140 mm/s的速度進入到工位處，從而開始下一工作周期的包裝程序[8]，依此往復(fù)工作。

3.3 功能特點

（1）速度快、效率高，1 min可包裝15袋血液，大大提高工作效率。

（2）準確率高，邊緣封口緊密，破損率低。

（3）體積小，占地小，萬向腳輪移動方便。

（4）噪聲低，對聽力無損害，不影響日常其他工作。

（5）耗電低，省成本，提高經(jīng)濟效益。

3.4 應(yīng)用效果分析

本包裝機樣機自2013年生產(chǎn)以來，在大慶市中心血站投入使用近1 a，期間使用效果很好，受到血站工作人員的一致好評。大慶市中心血站原每日需包裝血袋180～200個，處理入庫、出庫、發(fā)血、包裝血袋等日常工作需3人，而在本包裝機樣機投入使用后，上午的工作精簡到2人、下午的工作精簡到1人即可完成，提高了工作效率，生產(chǎn)成本隨之降低。

4 操作規(guī)程及操作注意事項

（1）開機前，檢查各傳送帶、PVC膜等安裝是否到位，電動機運行是否良好，加熱管是否有溫度。

（2）放置包裝機的臺面須平整，包裝機各支腳平穩(wěn)，支架位置擺放合理精確。傳送帶與下層PVC膜傳送速度頻率須保持一致，避免因血袋位置不精確造成熱合時血袋損壞。

（3）參數(shù)設(shè)定好后，必須試運行一次，以檢驗設(shè)定的速度、頻率是否配合協(xié)調(diào)，以免弄破血袋，造成不必要的損失。

（4）包裝機工作過程中，如需更換PVC膜，則需將儀器完全關(guān)閉，待PVC膜更換完畢后，重新試運行，確保一切正常后，再繼續(xù)工作[9]。

5 結(jié)語

筆者研制的全自動成品血袋包裝機具有設(shè)計理念先進、結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、性能穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于血液中心、血站及醫(yī)院輸血科。該包裝機選用直流減速電動機和表控TPC4-4TDC程序控制器，因而具有噪聲低、運行平穩(wěn)、控制精度高、省時省力、高效節(jié)能等優(yōu)點。該包裝機的成功研制，無論從提高工作效率方面，還是從消除人工包裝誤差及減輕勞動強度等方面都表現(xiàn)出十分明顯的優(yōu)勢，具有良好的使用效果，值得大力推廣應(yīng)用。

[1]中華人民共和國衛(wèi)生部.血站質(zhì)量管理規(guī)范[M].北京：中華人民共和國衛(wèi)生部，2006.

[2]申海鵬.淺談食品包裝機械中自動化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].食品安全導(dǎo)刊，2012（1/2）：38-39.

[3]中國輸血協(xié)會.全國采供血機構(gòu)名錄[M].北京：中國輸血協(xié)會，2008.

[4]王林寬，錢存生，王海平，等.藥品自動包裝機的系列研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2000，21（6）：11-13.

[5]蔡旭明.基于全自動包裝機PLC的優(yōu)化設(shè)計[J].機電工程技術(shù)，2012（7）：76-78.

[6]謝文波，沈志輝.BB/T 0012—2008 聚偏二氯乙烯（PVDC）涂布薄膜檢測標準[S].

[7]阿不來提沙吾提.當代醫(yī)學(xué)工程技術(shù)人員掌握PLC技術(shù)的必要性[J].醫(yī)療裝備，2011，24（2）：75.

[8]劉南，馬春翔.高速自動裝瓶機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，2007，38（2）：140-143.

[9]鮑風(fēng)雨.自動化設(shè)備及生產(chǎn)線調(diào)試與維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

（收稿：2014-08-26 修回：2014-11-20）

Design and application of automatic packaging machine for blood bag

WANG Bao-guang1,MA Yu-min2
（1.Department of Blood Transfusion,Daqing No.4 Hospital,Daqing 163712,Heilongjiang Province,China; 2.Department of Clinical Laboratory,Daqing No.4 Hospital,Daqing 163712,Heilongjiang Province,China）

ObjectiveTo develop an automatic blood bag packaging machine.MethodsElectromechanical integration and automatic control were involved in the development of the machine which was composed of bag conveyor,drive motor for bag,PVC membrane,drive motor for PVC membrane,heat-sealing device,cutting device,controller and etc.ResultsThe problems of low efficiency,heavy pollution,vulnerability and etc were solved.ConclusionThe machine can be used in blood station,blood center,hospital blood transfusion department and likely facilities. [Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（2）：43-45]

blood bag;blood bag conveyor;driving motor;heat-sealing machine;controller

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2015）02-0043-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.02.043

專 利：國家實用新型專利（ZL 2011204122334）

王寶光（1966—），男，主任，副主任技師，主要從事臨床輸血方面的研究工作，E-mail：guangbaowang@sina.com。

163712黑龍江大慶，大慶市第四醫(yī)院輸血科（王寶光），檢驗科（馬彧旻）