醫(yī)院藥房全自動(dòng)藥品智能存儲(chǔ)裝置研發(fā)

張盛開 荊珂 于吉生 殷實(shí)玉 張寶鑫

摘要：本裝置以PLC為核心，通過伺服電機(jī)精度實(shí)現(xiàn)貨架定位。取藥時(shí)，裝置可以通過一維碼掃描的方式或者直接在觸摸屏上選擇需要的藥品，裝置自動(dòng)把對(duì)應(yīng)藥品的貨架移動(dòng)到取貨臺(tái);存藥時(shí)，可以選擇掃描的形式或者在觸摸屏上直接選擇相應(yīng)的藥品，裝置自動(dòng)把對(duì)應(yīng)藥品的貨架移動(dòng)到取貨臺(tái)?？刂葡到y(tǒng)具有藥品統(tǒng)計(jì)報(bào)警功能，當(dāng)藥品數(shù)量缺少時(shí)，會(huì)提示工作人員補(bǔ)充藥品。

關(guān)鍵詞：PLC;伺服電機(jī);一維碼;觸摸屏;

0引言

近年來，國(guó)家和社會(huì)對(duì)醫(yī)院藥學(xué)服務(wù)質(zhì)量的要求不斷提高醫(yī)院藥品調(diào)劑必須改變手工發(fā)藥模式，提高擺藥速度和質(zhì)量。自動(dòng)化調(diào)劑是現(xiàn)代醫(yī)院藥房管理的發(fā)展趨勢(shì)，醫(yī)院自動(dòng)化發(fā)藥設(shè)備在醫(yī)院藥房廣泛推廣，全自動(dòng)口服藥品擺放機(jī)、全自動(dòng)針劑藥品擺放機(jī)、全自動(dòng)單劑量藥品分包機(jī)等使用增多，與醫(yī)院信息系統(tǒng)對(duì)接實(shí)現(xiàn)藥品分配的自動(dòng)化。

1醫(yī)院藥房全自動(dòng)藥品智能存儲(chǔ)裝置結(jié)構(gòu)組成

智能藥箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成：型材框架、電機(jī)、自帶底座軸承、齒輪、齒輪軸、懸掛鏈條、懸掛鏈條槽、支撐力臂、懸掛鏈條軸、儲(chǔ)藥盒。

智能藥箱送出機(jī)構(gòu)主要是兩條垂直平行可同步傳動(dòng)的可懸掛鏈條，兩條懸掛鏈條同一水平位置加裝懸掛力臂，同一水平面上的兩個(gè)懸掛力臂隨懸掛鏈條同步轉(zhuǎn)動(dòng)，無論懸掛鏈條怎么轉(zhuǎn)動(dòng)，同在一水平面上的兩個(gè)懸掛力臂始終都會(huì)在同一水平面，懸掛力臂如圖1所示，同一水平面的兩個(gè)懸掛力臂支撐一個(gè)懸掛軸，懸掛軸懸掛儲(chǔ)藥盒，儲(chǔ)藥盒依靠重力一直處于平穩(wěn)狀態(tài)，因此，無論智能藥箱立放還是臥放，儲(chǔ)藥盒始終處于平穩(wěn)的狀態(tài)。

當(dāng)PLC接收到取藥指令，PLC會(huì)通過輸出模塊，把PLC的指令信號(hào)傳送到伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出電子脈沖，使伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)，把想要取藥的儲(chǔ)藥盒通過懸掛鏈條傳送到取藥口。當(dāng)傳送機(jī)構(gòu)停止平穩(wěn)時(shí)，即可從儲(chǔ)藥盒中取出需要的藥。當(dāng)傳送機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，操作人員伸手取藥，光幕保護(hù)裝置會(huì)使伺服電機(jī)停止工作，以免使操作人員受傷，當(dāng)操作人員的手離開傳送機(jī)構(gòu)的工作范圍，伺服電機(jī)立即正常繼續(xù)工作，完成沒有完成的任務(wù)。

2 電氣控制系統(tǒng)組成

智能藥箱PLC采用西門子200 SMART系列，伺服選400W臺(tái)達(dá)的ASD-A2系列驅(qū)動(dòng)器與其配套的伺服電機(jī)。主要電氣硬件配置表如表1所示。

智能藥箱以PLC為核心，PLC采用西門子200 SMART系列，一維碼掃碼器采用RS232通訊方式，通過232轉(zhuǎn)485協(xié)議轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)，接入PLC的485通訊口，200 SMART PLC具有2個(gè)通訊口，485通訊口可以用來連接一些通訊設(shè)備，Profinet網(wǎng)口連接觸摸屏和電腦，用于顯示和操作畫面，同時(shí)可以下載PLC程序，非常方便。PLC和伺服驅(qū)動(dòng)器采用脈沖控制方式，事先把需要的脈沖數(shù)設(shè)計(jì)好，存儲(chǔ)在程序中，掃描不同藥品時(shí)，調(diào)用不同的脈沖數(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。

控制系統(tǒng)電氣原理圖如圖3所示，注意臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器與PLC脈沖輸出口連接時(shí)，需要連接1K的電阻，PLC輸出是24V，伺服輸入是5V，因而需要連接一個(gè)電阻進(jìn)行電壓匹配。脈沖方式是最簡(jiǎn)單也是最經(jīng)濟(jì)的一種方式，也可以采用通訊的方式控制伺服驅(qū)動(dòng)器，通訊方式是目前的主流控制方法，簡(jiǎn)單方便。

智能藥箱裝置外部輸入接口僅有一個(gè)急停按鈕，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，按下急停按鈕，立即停止裝置運(yùn)動(dòng)，其它所有的操作均在觸摸屏上完成，這樣可以節(jié)省面板空間，同時(shí)降低由于過多的硬接線出現(xiàn)的故障率。PLC和觸摸屏間采用Profinet通訊，數(shù)據(jù)傳輸速度快且穩(wěn)定。PLC系統(tǒng)點(diǎn)表如表2所示。

智能自動(dòng)藥箱采用的觸摸屏是西門子SMART70OIE-V3系列，觸摸屏目前有兩個(gè)操作頁(yè)面，自動(dòng)操作頁(yè)面和手動(dòng)操作頁(yè)面，觸摸屏的自動(dòng)畫面如圖4所示。手動(dòng)操作畫面可以操作藥品架的定向移動(dòng)，方便檢修和維護(hù)。自動(dòng)操作畫面可以實(shí)時(shí)顯示掃描藥品的一維碼信息和藥品種類，同時(shí)可以選擇一款藥品，藥品架會(huì)自動(dòng)移動(dòng)到取藥臺(tái)位置上。

3控制程序及伺服調(diào)試方法

控制程序采用西門子STEP 7-Micro/WIN SMART編寫。軟件中部分程序可以固化，只需稍微改些參數(shù)即可使用。程序分為幾部分，1主循環(huán)程序塊，進(jìn)行子程序調(diào)用;2一維碼RS485通訊子程序;3一維碼掃描數(shù)據(jù)對(duì)比子程序;4多種藥品坐標(biāo)子程序;5伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序;6故障處理子程序;7藥品報(bào)警子程序。首先由工作人員持相應(yīng)的藥品盒或者對(duì)應(yīng)的一維碼進(jìn)行掃碼，然后藥品架在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，正確移動(dòng)到取貨臺(tái)，工作人員可以進(jìn)行取藥操作或者存儲(chǔ)藥品操作。在沒有一維碼的情況下，工作人員也可以在觸摸屏上選擇相應(yīng)的藥品種類，藥品架在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下也會(huì)正確的移動(dòng)到取貨臺(tái)位置。如果藥品柜內(nèi)某種藥品數(shù)量小于一定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲光警告，并在屏幕上顯示缺少的藥品種類，工作人員可以及時(shí)補(bǔ)充藥品。

伺服驅(qū)動(dòng)器是閉環(huán)控制，設(shè)置伺服常規(guī)參數(shù)之后，還要設(shè)置低頻剛性，低頻剛性需要按照伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載調(diào)試，多次自動(dòng)調(diào)整增益，否則伺服電機(jī)會(huì)一直抖動(dòng)，甚至?xí)l(fā)出“吱吱”刺耳的噪音，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，在本裝置的低頻剛性設(shè)置為1.5時(shí)，滿足設(shè)計(jì)的工作要求。

4 運(yùn)行效果

采用伺服電機(jī)控制方式，位移精度可以控制在0.1mm以內(nèi)。存藥品時(shí)，采用條形碼掃描形式。取藥品時(shí)，可以掃碼或者在屏幕上選擇藥品種類（例如：感冒藥，感冒藥都在同一層上）。屏幕顯示相前藥品架的信息（7-3，第7層第3排），方便快速取貨。藥品貨架采用不固定運(yùn)行方式，可以循環(huán)運(yùn)行，也可以正反方向運(yùn)行，程序中采用控制算法，保證藥品架運(yùn)行路徑最短，節(jié)省取藥等待時(shí)間。電氣運(yùn)動(dòng)采用伺服電機(jī)，加裝絕對(duì)值編碼器，保證藥品架定位位置準(zhǔn)確。整體采用鏈條，同步軸控制。系統(tǒng)運(yùn)行效果如圖5所示，滿足取藥存藥工藝要求。

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基金：營(yíng)口理工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（202114435009）資助;