基于PLC的中藥顆粒自動配藥系統(tǒng)

司佳順，許東來

（北京工業(yè)大學 機械工程與應用電子技術學院，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。但是在我國，中藥顆粒的自動化高速配藥始終是一個短板。對于患者而言，排隊等待拿藥的時間長、效率低，容易引起醫(yī)患矛盾；對于醫(yī)院而言，藥房設備設施陳舊、占用人員多、人力成本高、藥師工作強度大，這是目前大多數(shù)醫(yī)院藥房普遍的狀況及存在的問題[1]。因此研究自動化高速配藥系統(tǒng)是符合發(fā)展潮流的，也必將在廣大醫(yī)院內(nèi)得到應用。

中藥顆粒自動配藥系統(tǒng)由循環(huán)往復式儲藥系統(tǒng)、藥物傳輸系統(tǒng)和自動配藥系統(tǒng)組成。通過三大系統(tǒng)的密切配合，完成對中藥顆粒的高速準確配藥。

1 控制系統(tǒng)工作流程及硬件構成

1.1 工作流程

整個系統(tǒng)的工作流程是：醫(yī)生經(jīng)過診斷后，開出藥方。藥方傳到系統(tǒng)中。待病人繳費后，系統(tǒng)根據(jù)藥房所含藥物種類對藥罐重新編組，然后就近推出到一個排架上，排架上貼有條形碼。系統(tǒng)初檢后，控制步進電機帶動齒型鏈旋轉，待檢測到外圍托架的第一層時，步進電機停止，伺服電機驅動四桿機構將藥架推出到外圍托架上，四桿機構收回，配藥系統(tǒng)工作。步進電機帶動齒形帶運動，藥盒排列在齒形帶上，待檢測到藥盒和相應的藥罐匹配后，升降電機和旋轉電機動作，完成第一味藥的下料。然后進行第二味藥的下料，而此時第二個藥盒進行第一味藥的下料過程，待下料完成后，藥盒進入稱重環(huán)節(jié)，若在允差范圍內(nèi)，則封裝貼簽，送到病人手中。配置第一個病人藥物的同時，第二個人的藥物也在同時配制，原理同上。

1.2 硬件組成

中藥顆粒自動配藥系統(tǒng)主要由工控機，顯示屏，PLC，伺服電機，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等構成。結構如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)硬件構成圖

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，技術可行，完全可以滿足現(xiàn)場使用要求。該部分主要根據(jù)各類傳感器的狀態(tài)控制相關電機的動作。

1）PLC控制柜內(nèi)安裝有S7-200 Smart，485通訊模塊，IO擴展模塊，RTU控制器，接線端子，開關電源，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設備狀態(tài)的實時監(jiān)控[2]。通過觸摸屏既可以很好的觀測配藥的狀態(tài)和各個電機的運行情況，又可以進行參數(shù)的設定以及查看相應的報警信息。

2）各種傳感器

各種傳感器實時采集物理量信號，輸出標準4～20mA電流信號，并配以二線制RVVP電纜單獨傳送到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隨動排架與外圍托架的對位。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配藥完成后藥盒的重量，對系統(tǒng)誤差做出分析，安置在封裝機構之前。

3）RFID技術

每個藥罐上均安裝有電子標簽，供讀寫器識別。讀寫器經(jīng)RS232通訊轉RS485與PLC建立通訊關系，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)。本設計采用采用西門子讀寫器RF260R。

2 控制系統(tǒng)程序設計

2.1 閉環(huán)控制

中藥顆粒高效取藥系統(tǒng)核心是每個藥方的每味藥能夠準確無誤的落到藥盒里。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，本設備采取編碼器檢測伺服電機的旋轉角度與稱重傳感器檢測藥盒重量的雙閉環(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動器內(nèi)的內(nèi)部閉環(huán)系統(tǒng)，提高了設備的運行精度[4]。采取外部閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要原因是當伺服電機旋轉角度未達到下藥量的重量時，會影響配藥的精度，增加稱重傳感器的檢測，能夠很好的解決這個問題，并且通過PID調節(jié)能夠提高設備的穩(wěn)定性和快速響應。

圖2 閉環(huán)控制邏輯框圖

2.2 PLC程序設計

圖3為控制系統(tǒng)流程圖。

運行程序，設備上電啟動，檢測各電機的運行狀態(tài)以及相關傳感器、指示燈、通訊模塊的狀態(tài)。如果出錯，由人工檢修。然后檢測各藥箱的藥物重量，如果低于藥箱含量的一半，則進行加藥動作，然后藥箱到達藥物托架上。當藥方到達系統(tǒng)后，系統(tǒng)確認收到藥方，然后依次比較各個藥架上的藥物，選出重合度最高的藥架，進行旋轉到指定位置，將該藥方的其他藥物替換到此藥架上。然后，由推出機構推送到外圍托架，進行配藥準備。當檢測到有藥箱存在于外圍托架時，伺服電機帶動齒形帶形成精確位移，旋轉電機升降驅動下藥口，開始下藥待下藥完成后，檢測藥盒重量，若達標，依此進行下一味的配制，直至配制結束。若不達標，通過PID調節(jié)，再次形成微轉角度，直至下藥達標。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)程序設計

設計中采用了MCGS軟件，編寫了主界面，用戶參數(shù)設置界面，檢測監(jiān)控界面和報警界面。

主界面：顯示各電機的運行狀態(tài)以及手動控制相關按鈕。

用戶參數(shù)設置界面：設置設備的各項參數(shù)，運行速度等。

檢測監(jiān)控界面：顯示配藥系統(tǒng)的工作流程，明確配藥進程，并對一些重要參數(shù)通過指示燈進行顯示。圖4為檢測監(jiān)控界面。

報警界面：將檢測到的報警參數(shù)生成表格，便于檢修和機器的維護。

4 結束語

本文論述了一種基于PLC的中藥顆粒自動配藥系統(tǒng)的設計。實現(xiàn)了動態(tài)編組，藥柜與循環(huán)機構的分離，并聯(lián)多頭的取藥過程。目前，該控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于國內(nèi)某中型醫(yī)院的配藥過程中。實踐證明，該控制系統(tǒng)安全可靠，并且配藥效率大大提高，為企業(yè)帶來了很大的效益，推廣前景十分廣闊。

圖4 檢測監(jiān)控界面