基于中藥自動配藥PLC系統(tǒng)的設(shè)計方案的研究

熊旺平+范志彪++周嫻

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.130

摘 要：中藥現(xiàn)有的人工配藥方式在精度、效率、用藥衛(wèi)生和便利性等方面都存在缺陷。為了實現(xiàn)信息自動化技術(shù)應(yīng)用到常規(guī)中藥顆粒手工操作的配藥方式，該文擬首先分析了幾種當前中藥配藥系統(tǒng)的方案，分析其中優(yōu)勢和不足，并基于可編程邏輯控制器進行系統(tǒng)設(shè)計，提出一種高效、快速的能控制中藥智能配藥的硬件設(shè)計方案，為研究后期新型中藥配藥系統(tǒng)提供了理論的支持。

關(guān)鍵詞：中藥 配藥系統(tǒng) 可編程邏輯控制器 硬件設(shè)計

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（a）-0130-02

中藥是我國有著悠久傳統(tǒng)的藥物，但現(xiàn)有的人工配藥方式受限于條件，現(xiàn)代生活對其在精度、效率、用藥衛(wèi)生和便利性等方面提出了更高的要求。融合信息控制技術(shù)對智能且自動化的配藥系統(tǒng)的研究是對傳統(tǒng)配藥方式的提高，首先較好地改進了傳統(tǒng)中藥配藥的不足，而且可以促使實現(xiàn)中藥領(lǐng)域在企業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)院藥物管理等方面的現(xiàn)代化及標準化。

1 當前的中藥自動化配藥方式

目前主流的配藥方式是把藥液除水提純成中藥顆粒，為了回避中藥存放和配藥形成的污染不足，按照固定質(zhì)量包裝成包，采用機器人手臂統(tǒng)一采抓，但存在若干問題，首先中藥箱不方便布局，如果受空間限制做成垂直布局的話取藥不便，而水平布局占面積大，如果移動過程中出現(xiàn)藥包掉落情況時，排查藥包麻煩。其次運行效率較低。皆因機器人手臂每抓一味中藥需要擺動若干次，假設(shè)一個中藥處方包含X味藥，平均計算每味要Y小包，醫(yī)囑為Z服，那么機器人手臂需要移動X*Y*Z次。

該文基于解決配方中單味中藥濃縮顆粒劑智能抓藥的問題，構(gòu)建立體式分級系統(tǒng)方案，將中藥調(diào)配技術(shù)、機械手臂控制技術(shù)、模式識別技術(shù)和智能信息處理結(jié)合起來，在醫(yī)生開完處方后，直接完成處方記錄、調(diào)配、傳送、庫存剩余顯示等多項功能，基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）研究尋找最優(yōu)控制模式。研究提高中藥配藥效率的同時降低了傳統(tǒng)人工配藥的誤差。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計方案

2.1 功能設(shè)計

中藥智能配藥調(diào)配平臺應(yīng)滿足各種復(fù)雜的處方配制的任務(wù)，所以控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下的功能。

（1）在醫(yī)生辦公室就可以實現(xiàn)自動錄入中藥處方、存儲原始數(shù)據(jù)及查詢功能。

（2）配藥的藥房電腦終端能識別中藥配方及分析數(shù)據(jù)，且具備交換控制指令、通信以及監(jiān)視狀態(tài)等功能。

（3）此外需要隨時匯總藥房的中藥存量數(shù)據(jù)，可以和藥物廠家聯(lián)網(wǎng)幫助其實現(xiàn)零庫存管理。

2.2 初始化工作

系統(tǒng)的工作流程受控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能決定，在開始階段主治醫(yī)生通過電腦根據(jù)病人情況開出處方，中藥藥房終端利用醫(yī)院局域網(wǎng)接受到處方內(nèi)容，經(jīng)過模式識別和信息處理后，根據(jù)中藥處方通過系統(tǒng)控制總線發(fā)出藥方調(diào)配的指令，底層硬件控制機械臂執(zhí)行任務(wù)，完成最終的中藥配藥及藥物傳送目標。

2.3 控制系統(tǒng)的硬件組成

底層的硬件由驅(qū)動系統(tǒng)、讀卡器、電腦、PLC運動控制單元、檢測系統(tǒng)及震動器等部分組成?；颊卟捎镁驮\卡在讀卡器刷卡，獲取患者的中藥處方及診療信息，依據(jù)病人病癥區(qū)分，將相應(yīng)的處方傳送到對應(yīng)配藥裝置，那么下位機以移動距離總和最小的為衡量指標，安排配藥過程順序，PLC運動控制單元依照終端傳遞過來的數(shù)據(jù)進行智能配藥。

結(jié)合可編程接口芯片8255A來設(shè)計PLC控制程序，主要用于控制取藥運行電機的運動，可以精確控制電機的運行位置和距離，從而完成取藥機械手的精確定位和藥品的定量抓取。工作流程設(shè)置如下。

（1）根據(jù)步進電機的勵磁順序列，設(shè)置控制步進電機順序轉(zhuǎn)動輸出的參數(shù)表。

（2）編程植入8255A的方式控制字。

（3）根據(jù)中藥配方的中藥種類及數(shù)量預(yù)設(shè)電機需要前進的步數(shù)。

（4）按照次序?qū)懭朊款愔兴幍闹饌€延時（采用慢轉(zhuǎn)、延時較長的延時子程序A）輸出表中的參數(shù)。

（5）預(yù)設(shè)快速轉(zhuǎn)過的步數(shù)。

（6）依次寫入延時（采用快轉(zhuǎn)、延時較短的延時子程序B）輸出表中參數(shù)。

（7）由于中藥配方一般比較復(fù)雜，所以要預(yù)設(shè)步進電機反向轉(zhuǎn)過的步數(shù)。

（8）逆序依次逐個延時（采用慢轉(zhuǎn)的子程序A）輸出表中數(shù)據(jù)。

（9）設(shè)定需要步進電機快速反向轉(zhuǎn)過的步數(shù)。

（10）逆序依次逐個延時（采用快速的子程序B）輸出表中數(shù)據(jù)。

按照以上的流程循環(huán)工作，步進電機實現(xiàn)了首先低速到高速正轉(zhuǎn)，其次高速正轉(zhuǎn)到低速反轉(zhuǎn)，再高速反轉(zhuǎn)，周而復(fù)始。抓藥穩(wěn)定性和準確性都能夠得到確保。

2.4 支撐機械系統(tǒng)

配藥的支撐機械系統(tǒng)由鏈輪輸送裝置、支架、接料器及其驅(qū)動裝置、震動器和內(nèi)附特殊料道的藥箱等裝置構(gòu)成，首先為降低運動摩擦阻力，在滾珠平板支承著藥箱，震動器放在下料藥箱位置的后方，工作時抖動震動器，使選中藥箱的藥包順序地從出藥口出藥；其次為了對出藥包數(shù)進行計數(shù)，靈敏的光電傳感器接到PLC的計數(shù)器的輸出，裝在出藥口下方的導(dǎo)料器上統(tǒng)計數(shù)值；接藥容器裝有多個料斗，可嘗試應(yīng)用帶減速器的電機，其特點是絲桿螺母機構(gòu)或齒輪齒條移動，驅(qū)動除了考慮矢量控制型變頻器驅(qū)動異步電機，還可以采用伺服電機鏈輪。

3 結(jié)論

對比傳統(tǒng)的配藥方式，該方案的改進和優(yōu)點表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）裝置技術(shù)成熟但結(jié)構(gòu)簡單，性價比高。藥箱放置在輪式輸送帶上，伺服電機帶動帶動皮帶轉(zhuǎn)動，抖動出藥口出藥，采用靈敏的光電傳感器統(tǒng)計出藥數(shù)量，都是技術(shù)成熟且成本較低的技術(shù)。

（2）設(shè)備維護方便且穩(wěn)定性高。不存在復(fù)雜的機械操作和設(shè)備，也不需要特殊定制的零部件。

（3）系統(tǒng)整體控制思維簡潔明了。系統(tǒng)設(shè)計的著力點就在計數(shù)及定位控制。

（4）根據(jù)醫(yī)生的藥方對病癥進行區(qū)分，采用輸送帶驅(qū)動藥箱，對應(yīng)的中藥配方在不同層進行操作，分類操作提高了配藥效率。

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