485通信對(duì)注射器泵精密控制的應(yīng)用

羌小龍

（上海眾惠自動(dòng)化工程技術(shù)有限公司，上海 201108）

1 概述

隨著工業(yè)4.0的提出和快速發(fā)展，智能制造在醫(yī)藥器械領(lǐng)域也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。醫(yī)藥檢測(cè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率大幅提高，藥劑量得到了精確嚴(yán)格的控制，并且合格率大幅度提升。注射器泵是實(shí)現(xiàn)藥劑量嚴(yán)格控制關(guān)鍵執(zhí)行器械，其能實(shí)現(xiàn)μL 級(jí)別的藥液控制。485通信技術(shù)的應(yīng)用則是將注射器泵連接到智能產(chǎn)線上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)泵的分別控制，大幅提高了泵的執(zhí)行效率，提高了產(chǎn)線的產(chǎn)能。

注射泵是由輸液泵衍生而來的，最早輸液泵/注射泵運(yùn)用于病床，可降低護(hù)士的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全性，同時(shí)提高醫(yī)院整體護(hù)理水平。如今由輸液泵衍生的注射器泵不光運(yùn)用于病床輸液，而且已經(jīng)廣泛運(yùn)用于醫(yī)用設(shè)備，非醫(yī)用的液體控制等各行各業(yè)中[2]。

電子工業(yè)協(xié)會(huì)于1983年在RS-422工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，制訂并發(fā)布了RS-485 總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。RS-485工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)能夠有效支持多個(gè)分節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)距離通信，并且對(duì)于信息的接收靈敏度較高等特性。在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中，RS-485總線主要用于與外部各種工業(yè)設(shè)備進(jìn)行信息傳輸和數(shù)據(jù)交換，所具備的對(duì)于噪聲的有效抑制能力、高效的數(shù)據(jù)傳輸速率與良好的數(shù)據(jù)傳輸可靠性以及可擴(kuò)展的通信電纜長(zhǎng)度是其他許多工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)所無法比擬的[3]。

2 注射器泵工作原理

注射器泵由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器、絲桿和支架等構(gòu)成，具有往復(fù)移動(dòng)的絲桿、螺母，因此也稱為絲桿泵。螺母與注射器的活塞相連，注射器里盛放藥液，實(shí)現(xiàn)高精度、平穩(wěn)無脈動(dòng)的液體傳輸。注射器泵按用途可分為醫(yī)用和非醫(yī)用，以及實(shí)驗(yàn)室用微量注射泵和工業(yè)用注射泵，按通道數(shù)可分為單通道和多通道（雙通道、四通道；六通道、八通道、十通道等）；按工作模式可分為單推和推拉以及雙向推拉模式；按構(gòu)造可分為分體式和組合式，等等[4]。

3 RS-485特性

典型的串行通信標(biāo)準(zhǔn)是RS-232和RS-485，它們定義了電壓，阻抗等，但不對(duì)軟件協(xié)議給予定義，區(qū)別于RS-232，RS-485的特性包括以下方面。

（1）RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+2～+6V 表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-6～-2V 表示。接口信號(hào)電平比RS-232-C 降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL 電平兼容，可方便與TTL 電路連接。

（2）RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10 Mbps。

（3）RS-485接口強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

（4）RS-485 接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000ft，實(shí)際上可達(dá)3 000m（理論上的數(shù)據(jù)，在實(shí)際操作中，極限距離僅達(dá)1 200m 左右），另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器，即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

4 控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)框架

該產(chǎn)線一共有72個(gè)泵，產(chǎn)線節(jié)拍需要達(dá)到2.5 s的動(dòng)作節(jié)拍。然而總站跟每個(gè)子站的交互時(shí)間約100 ms，再加上泵的動(dòng)作時(shí)間約1 s。所以綜合產(chǎn)線的節(jié)拍及通信之間的交互延時(shí)，將72個(gè)注射器泵分成了6組，6個(gè)485總線進(jìn)行連接。485通信控制注射器泵的總線架構(gòu)如圖1所示。PLC 一共擴(kuò)展了6個(gè)485總站模塊，每個(gè)總站下連接了12個(gè)注射器泵。

圖1 總線系統(tǒng)框架圖

4.2 線路連接

線路連接如圖2 所示。LJ71C24 模塊的SDA、SDB 與12個(gè)泵的RS-485-A、RS-485-B 依次串聯(lián)在一起。其中模塊的SDA 與RDA 短接，SDB 與RDB 短接，并且并聯(lián)終端電阻110Ω。

圖2 線路連接

4.3 通信設(shè)置

（1）首先配置PLC 的通信模塊，如圖3所示。一共添加6個(gè)智能模塊LJ71C24，設(shè)置起始地址及點(diǎn)數(shù)。設(shè)置完成后進(jìn)行參數(shù)檢查，檢查無錯(cuò)誤后確認(rèn)。

圖3 模塊添加

（2）通信模塊的參數(shù)設(shè)置，如圖4所示。對(duì)CH2通道的參數(shù)設(shè)置為無順序協(xié)議，及波特率38 400 bps其他參數(shù)選擇默認(rèn)設(shè)置。

圖4 模塊設(shè)置

（3）泵的參數(shù)設(shè)置，如圖5所示。泵的地址開關(guān)設(shè)置為第一個(gè)泵為“0”，其次為“1”，以此類推。泵的撥碼開關(guān)選擇對(duì)應(yīng)的波特率38 400bps。

圖5 泵設(shè)置

4.4 程序?qū)嵗?/h3>

（1）首先將6路模塊的通信程序制作完成。如圖6所示，為總線1的通信程序。

圖6 總線1的通信程序

（2）再根據(jù)注射器泵所定義好的通信內(nèi)容，制作與之對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議。如圖7所示為泵的簡(jiǎn)單控制協(xié)議。該協(xié)議能實(shí)現(xiàn)對(duì)泵的初始化控制、滴液控制、排液控制、吸液控制及泵的狀態(tài)查詢等基本的功能。

圖7 泵的簡(jiǎn)單控制協(xié)議

（3）最后根據(jù)產(chǎn)線的工藝編寫動(dòng)作流程。①泵先進(jìn)行抽液，通過注射器泵入口的轉(zhuǎn)換閥切換方向，配合注射器的動(dòng)作將管路及注射器內(nèi)部填充滿藥液。②根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的滴液量進(jìn)行滴液動(dòng)作，每滴一次更換一個(gè)產(chǎn)品。③注射器里面的液體全部滴完后（每滴液一次記錄一次，當(dāng)記錄值等于注射器的容量時(shí)）。④再將注射器填充滿藥液，繼續(xù)重復(fù)前面的滴液動(dòng)作。注射泵的每次動(dòng)作都會(huì)通過通信反饋泵的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)則根據(jù)反饋的狀態(tài)，來判斷泵的運(yùn)行是否正確。

5 結(jié)束語

隨著人們對(duì)健康追求的日益提高，體外監(jiān)測(cè)的需求也日益提高。原先的半人工半自動(dòng)的生產(chǎn)模式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)在的需求。醫(yī)用注射器泵也從原先的病房應(yīng)用到醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)中。要很好地將注射器泵連接到產(chǎn)線中，485通信成了不可缺少的一部分。485通信結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)傳輸距離和多站能力。485通信可以具備標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議方式和無協(xié)議方式，適用于自動(dòng)化中各種非標(biāo)產(chǎn)品的連接，是自動(dòng)化產(chǎn)線中不可缺少的一種通信方式。