滾動式智能取藥柜的設計與實現

李練兵，柳 倩，郭 勇

LI Lian-bing, LIU Qian, GUO Yong

（河北工業大學 控制科學與工程學院，天津 300130）

0 引言

隨著科學技術的快速發展，大量的醫療設備自動化產品相繼產生。智能存取藥柜是一個用于醫院藥房上藥、取藥的自動化設備，大大降低了醫生的勞動強度，同時也提高了效率，是未來實現醫院藥房系統自動化的必要設備。本文中的智能存取藥柜是基于PLC和PC機實現的，由簡易PC機實現藥柜與醫院上層服務器之間的數據通訊，通過人機操作界面，實現藥房上藥、出藥數據監控及藥柜系統調試。PLC作為執行器，通過變頻器控制電機，完成藥柜的上藥、出藥工作。該藥柜樣機已完成試驗工作。

1 藥柜系統組成

智能存取藥柜系統主要包括醫院服務器、藥房服務器、智能存取藥柜三個部分,如圖1所示。

1）醫院服務器：主要負責管理、保存患者基本信息以及處方信息。

2）藥房服務器：負責查詢醫院服務器保存的病患信息，保存到本地數據庫，并將信息分離，以便相應的存取藥柜PC機查詢。并且接收各個存取藥柜PC機發來的數據記錄更新信息。

3）智能存取藥柜：包括存取藥PC機和PLC執行器，其中，存取藥PC機是智能存取藥柜的核心，負責藥品數量、藥品位置以及藥品存取歷史等信息的保存。并負責向控制器PLC發送取藥信號以及收集顯示存取藥柜狀態，將數據、狀態變化反饋給藥房服務器。

圖1 智能存取藥柜系統結構圖

2 自動取藥柜的硬件電路設計及材料選型

2.1 硬件材料選型

智能藥柜主要硬件材料主要包括異步電機、變頻器、旋轉編碼器、安全光幕、PLC控制器等，具體選型依據如下：

1）異步電機作為藥柜動力來源，主要考慮其輸出功率是否能夠滿足藥柜所需最大功率輸出，本文設計的智能藥柜采用的是0.75KW三項異步電機，轉速2825r/min，最大轉矩2.3。

2）變頻器作為電機驅動器，采用的是歐姆龍3G3JZ-A4007型號的變頻器，主要考慮其所驅動的電機的功率，歐姆龍3G3JZ-A4007型號的變頻器其最大適用電機容量為0.75KW。

3）旋轉編碼器主要是用來檢測電機轉速，通過PLC程序控制，可實現電機的精確定位。其選型的主要依據是PLC I/O模塊的識別精度即對最大脈沖頻率的識別，本藥柜采用的是歐姆龍的E6B2-CWZ6C型號編碼器，一圈輸出60個脈沖的。

4）安全光幕最為防止出現安全事故的裝置，主要考慮其光柵寬度。

5）PLC控制器采用的是德國WAGO公司的750-881 CPU模塊，750-430 開關量輸入模塊，750-530開關量輸出模塊，750-600終端模塊。主要考慮750-881 可支持兩路網口通訊，實現藥柜內部PLC控制器與簡易PC機，PLC控制器與藥房服務器的通訊。

2.2 電路設計

藥柜主電路主要包括其主體供電線路，控制器、變頻器、異步電機、24V電源模塊、安全光幕及一些開關器件和指示燈的連接線路。設計圖如圖2所示。

圖2 藥柜主體設計圖

計算機與網絡技術的發展，以及對控制和管理要求的不斷提高，PLC控制系統已發展成為可支持多臺設備組合的控制網絡[1]。通過上層服務器的協調配置，可實現多臺藥柜同時工作。

2.3 藥柜結構設計

藥柜采用滾動式結構設計，內部共有12層柜體，由鏈條連接，藥柜內側有滑道，電機通過鏈條拖動柜體旋轉，充分利用空間資源。

3 藥柜軟件設計

3.1 簡易PC機智能取藥界面設計

基于Microsoft Visual Studio2008軟件開發的智能藥柜存取藥界面，提供了方便的可視化操作平臺，主要流程如下：

1）系統分析[2]

根據智能存取藥柜的功能及其在醫院藥房中的作用，設計該系統的功能。主要包括其與藥房服務器之間的通訊和與PLC控制器之間的通訊，維護整個藥柜中數據的正確性。

2）數據庫設計

根據醫院藥房的藥品清單，日平均進出藥量完成數據庫的設計，在SQL Server 2008中創建數據庫、數據表。

3）界面開發

基于Microsoft Visual Studio2008軟件開發的智能藥柜存取藥界面主要包括主操作界面，上藥界面，出藥界面，調試界面等，該界面的主體程序主要實現對數據庫的中數據的查詢、修改和與上層藥房服務器、PLC控制器之間的基于MODBUS TCP/IP協議的數據通訊。其主要操作界面如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 主操作界面

圖4 藥柜出藥界面

圖5 系統維護調試界面

3.2 PLC程序設計

可編程邏輯控制器主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、編程裝置和電源組成[3]，主要負責完成接收PC機傳來的取藥指令，控制各驅動部件完成發藥工作，并通過MODBUS TCP/IP通訊協議向上位機反饋數據信息和配藥任務的執行狀態。本智能存取藥柜采用的是德國WAGO公司的PLC，選用其750-881 CUP模塊可支持MODBUS TCP/IP通訊。MODBUS TCP/IP報文服務采用客戶端/服務器的模式交換實時信息，該模式基于以下四種類型的報文：Modbus請求、Modbus確認、Modbus指示和Modbus響應[4]。當PC機接收到由藥房服務器發出的出藥清單時，其會將出藥指令傳遞給PLC控制器，使其通過控制電機帶動旋轉藥柜，將所需藥品旋轉到出藥口。藥柜運行過程當中，如有物體接近旋轉藥柜時，安全光幕會產生終止信號，并進入藥柜自檢狀態。因其程序是順序循環執行的[5]，控制流程示意圖如圖6所示。

圖6 PLC控制流程圖

4 智能存取藥柜樣機

該智能存取藥柜以完成實驗調試，基本實現其自動存取藥品功能以及與上層服務器之間的數據傳輸。藥房服務器可連接多臺藥柜，支持其同時工作。該樣機的機械結構設計由他人制作，本文所涉及的內容不包括這部分。樣機實體圖如圖7、圖8、圖9所示。

5 結束語

該智能存取藥柜通過PLC與PC機的結合，其實具有高效的自動存取藥能力，同時具有很強的數據處理能力，其穩定性高、運行可靠性良好。智能存取藥柜系統在整個藥房自動化系統當中，起到了關鍵性的作用，大大降低了勞動強度，同時提高藥房的工作效率，具有良好的經濟效益。

圖7 簡易PC機

圖8 PLC控制電路

圖9 藥柜整體圖

[1]邵美萍.基于PLC的嵌入式智能控制策略探析[J].科技創新導報,2011,11(b)：0112-01.

[2]劉浩.ASP.NET從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社,2010.4.

[3]王慶.基于S7-200 PLC的中藥自動發藥機系統的研究與實現[D].重慶：四川大學,2005.

[4]王可鵬.基于Modbus TCP/IP通信的實現[J].電腦知識與技術,2008,4(3)：553-554,764.

[5]常斗南.可編程序控制器原理·應用·實驗[M].北京：機械工業出版社,2008.5.