485通信對注射器泵精密控制的應用

羌小龍

（上海眾惠自動化工程技術有限公司，上海 201108）

1 概述

隨著工業4.0的提出和快速發展，智能制造在醫藥器械領域也得到了突飛猛進的發展。醫藥檢測產品的生產效率大幅提高，藥劑量得到了精確嚴格的控制，并且合格率大幅度提升。注射器泵是實現藥劑量嚴格控制關鍵執行器械，其能實現μL 級別的藥液控制。485通信技術的應用則是將注射器泵連接到智能產線上的關鍵環節，實現多個泵的分別控制，大幅提高了泵的執行效率，提高了產線的產能。

注射泵是由輸液泵衍生而來的，最早輸液泵/注射泵運用于病床，可降低護士的勞動強度，提高安全性，同時提高醫院整體護理水平。如今由輸液泵衍生的注射器泵不光運用于病床輸液，而且已經廣泛運用于醫用設備，非醫用的液體控制等各行各業中[2]。

電子工業協會于1983年在RS-422工業總線標準的基礎之上，制訂并發布了RS-485 總線工業標準。RS-485工業總線標準能夠有效支持多個分節點和遠距離通信，并且對于信息的接收靈敏度較高等特性。在工業通信網絡中，RS-485總線主要用于與外部各種工業設備進行信息傳輸和數據交換，所具備的對于噪聲的有效抑制能力、高效的數據傳輸速率與良好的數據傳輸可靠性以及可擴展的通信電纜長度是其他許多工業通信標準所無法比擬的[3]。

2 注射器泵工作原理

注射器泵由步進電機及其驅動器、絲桿和支架等構成，具有往復移動的絲桿、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，實現高精度、平穩無脈動的液體傳輸。注射器泵按用途可分為醫用和非醫用，以及實驗室用微量注射泵和工業用注射泵，按通道數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

典型的串行通信標準是RS-232和RS-485，它們定義了電壓，阻抗等，但不對軟件協議給予定義，區別于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的數據最高傳輸速率為10 Mbps。

（3）RS-485接口強，即抗噪聲干擾性好。

（4）RS-485 接口的最大傳輸距離標準值為4000ft，實際上可達3 000m（理論上的數據，在實際操作中，極限距離僅達1 200m 左右），另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個收發器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發器，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備網絡。

4 控制系統

4.1 控制系統框架

該產線一共有72個泵，產線節拍需要達到2.5 s的動作節拍。然而總站跟每個子站的交互時間約100 ms，再加上泵的動作時間約1 s。所以綜合產線的節拍及通信之間的交互延時，將72個注射器泵分成了6組，6個485總線進行連接。485通信控制注射器泵的總線架構如圖1所示。PLC 一共擴展了6個485總站模塊，每個總站下連接了12個注射器泵。

圖1 總線系統框架圖

4.2 線路連接

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

圖2 線路連接

4.3 通信設置

（1）首先配置PLC 的通信模塊，如圖3所示。一共添加6個智能模塊LJ71C24，設置起始地址及點數。設置完成后進行參數檢查，檢查無錯誤后確認。

圖3 模塊添加

（2）通信模塊的參數設置，如圖4所示。對CH2通道的參數設置為無順序協議，及波特率38 400 bps其他參數選擇默認設置。

圖4 模塊設置

（3）泵的參數設置，如圖5所示。泵的地址開關設置為第一個泵為“0”，其次為“1”，以此類推。泵的撥碼開關選擇對應的波特率38 400bps。

圖5 泵設置

4.4 程序實例

（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）再根據注射器泵所定義好的通信內容，制作與之對應的通信協議。如圖7所示為泵的簡單控制協議。該協議能實現對泵的初始化控制、滴液控制、排液控制、吸液控制及泵的狀態查詢等基本的功能。

圖7 泵的簡單控制協議

（3）最后根據產線的工藝編寫動作流程。①泵先進行抽液，通過注射器泵入口的轉換閥切換方向，配合注射器的動作將管路及注射器內部填充滿藥液。②根據預先設定好的滴液量進行滴液動作，每滴一次更換一個產品。③注射器里面的液體全部滴完后（每滴液一次記錄一次，當記錄值等于注射器的容量時）。④再將注射器填充滿藥液，繼續重復前面的滴液動作。注射泵的每次動作都會通過通信反饋泵的運行狀態，系統則根據反饋的狀態，來判斷泵的運行是否正確。

5 結束語

隨著人們對健康追求的日益提高，體外監測的需求也日益提高。原先的半人工半自動的生產模式已經無法適應現在的需求。醫用注射器泵也從原先的病房應用到醫藥產品的生產中。要很好地將注射器泵連接到產線中，485通信成了不可缺少的一部分。485通信結構簡單，具有良好的抗噪聲干擾性，長傳輸距離和多站能力。485通信可以具備標準協議方式和無協議方式，適用于自動化中各種非標產品的連接，是自動化產線中不可缺少的一種通信方式。