基于PLC的药房取药系统设计

龙源期刊网的药房取药系统设计作者：肖洒宋燕秦琪来源：《软件导刊》2016年第10期摘要：传统人工发药模式使得药师工作量大、效率低、出错率高，不可避免地带来了一定的经济损失。鉴于此，结合HMI人机交互、电机位置控制技术，设计了一种以PLC为核心的药房取药系统，该系统具有自动化程度高、运行稳定、取药准确度高、易于控制和拓展等优点，能够提升药物调配和发送效率，提高药物管理水平。关键词：药房取药；PLC；HMI人机交互；电机位置控制；自检装置DOIDOI：10.11907/rjdk.161735中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：16727800（2016）0100064030引言随着国家和社会对药物信息化管理[1]重视程度的提高，医院信息化管理建设也日臻完善。国内很多医院都建立了信息化平台，但在医院信息化平台建设过程中发现，药房配套设备已经明显落后，医院对药品的收费、库房管理虽然已经实现了数据库管理，但在药房及其工作流程中仍然处于原始手动操作的管理状态（如药品的分发、盘点、效期管理等）。药房取药系统是为实现基本药物信息化、自动化管理而产生的机电一体自动化设备。该系统可根据处方信息完成基本药物的调配和发送，能随时统计基本药物在医院的使用信息，并通过信息平台统计反馈到相关监管部门，大幅度提升了工作效率和管理水平。1系统总体设计方案系统以PLC为核心，结合HMI人机交互、电机位置控制技术，具有自动化程度高、运行稳定、取药准确度高、易于控制和拓展等优点。系统总体设计如图1所示。2系统硬件设计2.1硬件组成该系统涉及逻辑控制和数据运算，选用永宏FBs系列PLC，型号为FBs-40MA，是一种外型小巧却能媲美中大型PLC功能的新一代微型PLC，具有价格低、功能强、使用简单、开发便利等优势[2]。龙源期刊网系统涉及伺服电机的精准运转，选用3项AC220～240V、频率为50Hz/60Hz的MR-AE-100A型号的伺服放大器，能与伺服电机有效配合指示电机的精准运行，具有位置控制、速度控制和转矩控制3种模式。HF-SN102J-S100伺服电机与伺服放大器结合使用，在伺服系统中控制机械元件的运转，在本系统中主要控制取药柜齿轮的转动。2.2系统两级介绍系统可分为两个级：管理级和现场级。两级之间通过工业以太网实现交互[3]。（1）管理级。管理级由全程监视PC和服务器组成。PC机完成整个系统的监视、现场级设备的调度和管理。可对信息数据进行打印和统计等操作。服务器存放药品处方信息，包含药品种类、数量和位置信息，这些数据以表格的形式存放于服务器中。收到用户命令后，服务器将药品的相关信息提供给现场级，让现场级中的子系统二完成准确的取药操作。（2）现场级。现场级主要由两类子系统构成，用于人机交互和药品推送的运动控制。人机交互包括HMI界面和手机APP操作。药品推送的运动控制由台达PLC实现电机的两轴协同控制实现，难点为伺服控制器的参数整定和原点搜索及原点返回的实现。子系统一：用户可通过手机APP发出取药命令，通过无线路传送给服务器，来调取服务器中相应的药品信息，再由第二类子系统执行相应的响应。子系统二：HMI提供药品处方的必要信息，指挥台达PLC按照设定动作进行响应，以实现必要的操作。PLC根据HMI的信息对电机进行位置控制，达到药品准确推送的目的。HMI与台达PLC用485总线完成互连，实现信息交换。此外，HMI还可以起到子系统监控的作用。由于整个系统工程量巨大，本项目主要完成子系统二的相关设计，此设计主要包括HMI界面设计、HMI与PLC之间的通信、伺服控制器参数设置以及PLC程序设计实现电机位置控制。其中，HMI与PLC计划采用标准Modbus协议、RS485进行连接。3系统软件实现3.1程序设计本系统中运动检测、继电器故障和药品出柜，都需要PLC进行判断，并于HMI界面中进行显示，因此软件部分需包含PLC程序设计、HMI组态和通讯设置。实际中根据具体需求情况配置药品推送条件。软件实现包括人机界面编程和PLC运动控制编程。龙源期刊网人机界面编程：HMI使用C++软件进行编写，界面中应包括取药、系统紧急停止选项，信息录入界面和监视界面。同时需要对HMI中的通信口、设备类型、连接方式以及PLC站号等参数进行设置。PLC运动控制[4]编程：系统上电初始化后，根据获得的药品处方中位置信息，PLC提供相应的脉冲量[5]，控制电机X运动，让对应的药品传送到出口传送带。完成此动作后，控制电机Y运动，带动推杆将药品从出口传送带推送到出口位置。当推送完毕，则电机Y和电机X依次反转，实现各自的归位动作。接着判断药品种类是否齐全，若未齐全，则准备下一次的推送。根据工艺要求和本项目的项目指标进行应用程序设计，主程序设计流程如图2所示。3.2设备连接设计程序首先进行系统初始配置，确定取药机工作前的初始状态，然后PLC循环监测控制信号，判断出取药信号并确定其优先级，接着将此信息上传给HMI，从而实现取药信息的显示。设备连接示意流程如图3所示。3.3上位机管理软件结构上位机与PLC通讯，协调PLC控制机械装置完成取药重任。上位机程序使用VS开发，主窗口包括处方处理、药品录入、药品查询和操作日志。主界面如图4所示。主要分为以下几个模块窗口：①自动取药窗口：主要包含处方信息、患者信息、医师信息和购买时间记录等，可以在此模块中建立和查询常用处方，以提高配药效率；②药品录入窗口：主要包含药品的编号、价格和名称，药品的产商、类别、存量、入库时间及药品在药柜中的具体方位；③药物查询窗口：根据药物的药品编号和药品名称，系统可自动检测出药品的处方信息及其在柜中的存放位置；④操作日志窗口：显示根据药房的交易情况记录各种药品的进出信息。3.4通讯设置PC和PLC之间[6]使用用户自定义的协议（自由端口模式）进行通信。本系统主要采用Modbus通讯协议和rs485硬件接口实现通讯的设置。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器采用主从技术通过网络与从设备进行通信，主设备进行初始化查询，从设备根据主设备查询提供的数据作出相应回应。此系统中的主设备为主机，从设备为可编辑逻辑控制器PLC。龙源期刊网接口组成的半双工网络，一般是两线制，采用屏蔽双绞线传输。接线方式为总线式拓扑结构，在RS485通信网络中采用主从通信方式。4运动控制及实现4.1储药盒运动在系统首次上电时，为保证取药位置的准确，首先应进行电机的原点搜索和复位，接着根据药品位置信息对应的脉冲量，进行准确的定位动作。4.2路径优化处方中包含不同种类的药品，取药的先后顺序[7]决定了系统的工作效率，可将蚁群算法[8]与取药应用相结合，解决取药系统中的路径优化问题。4.3齿隙消除由于传动机构中齿轮的存在，运动过程中存在齿隙滞后[9]的影响，可以加入适量的脉冲补偿进行消除。5应用效果本文通过HMI组态、PLC程序设计、通讯设计及电路设计，创建了一套完整的药房自动取药系统[10]。经现场测试，本系统满足预定的功能需求。如图5所示为自动取药机实物。大量实验证明，只要输入药品的信息存在于系统信息中，在操作人员操作步骤正确的情况下都能准确快速取到药品。6结语基于HMI和PLC的自动取药系统在硬件和软件上采用模块化的设计方法，合理的PLC程序设计、通讯设计、自检电路设计和HMI人机界面设计，使得该系统具有良好的人机交互、操作简单、响应迅速和自动化程度高等优点，能有效提高设备安装调试和故障维修效率，为设备长时间有效运行提供了有力保障。本取药系统的设计理念可移植到其它机器加工领域，拥有广阔的应用前景和良好的经济效益。参考文献参考文献：[1]黄宇.药店管理信息系统的分析与设计[J].软件导刊，2009（2）：9799.龙源期刊网[2]李成群，黄宝旺，樊鸿伟，等.基于PLC的自动化药房出药系统的研究[J].制造业自动化，2014，36（11）：99101.[3]程海英.校园无线局域网的安全策略探讨[J].软件导刊，2010，9（3）：128130.[4]刘亚东，李从心，汪德才，等.用PLC实现位置控制的方法[J].上海交通大学学报，2002，36（4）：491493.[5]凌志辉，邹昊，黄涛，等.二轴缠绕机PLC控制系统的设计[J].自动化仪表，2014，35（5）：3033.[6]袁池，楮亚萍，谷兴才.远程监控与维护系统及其在PCPLC网络上的实现[J].上海交通大学学报，2003，37（3）：450453.[7]李梅娟，陈雪波，王莉.多巷道固定货架拣选作业优化问题的研究[J].控制与决策，2008，23（12）：13381342.[8]赵天男，王晓红.蚁群算法及其应用研究[J].软件导刊，2010，9（6）：3436.[9]黄骧洪.传动链轮齿形的探讨——对国内有关链轮标准内容的商榷[J].江南大学学报：自然科学版，1992（4）：1724.[10]李练兵，柳倩，郭勇.滚动式智能取药柜的设计与实现[J].制造业自动化，2013，35（9）：113115.责任编辑（责任编辑：孙娟）龙源期刊网龙源期刊网