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现代控制技术在中药智能配药系统中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了新型中药智能配药系统的硬件和软件控制技术。硬件部分采用OMRON的PLC和基于CPLD的电路板进行控制,软件部分则通过组态软件FIX32与界面编辑软件VB相结合对上位机进行控制和通讯。本系统达到国内领先、国际先进的水平,它的研制成功对中药在世界范围内的进一步推广起到了重要的作用。

    关键词:中药智能配药系统 PLC CPLD FIX32 VB

中药智能配药系统(Intelligent Dispense System for Chinese Medicine)是随着中医院流程系统管理向电子化、网络化的方向发展而产生的。该系统工作的过程是:首先通过医院内部局域网将在终端电脑上开出的处方传至药房配药主控计算机,然后由主控计算机在查询药品数据库的基础上形成配药指令并下达给配药机器,完成配药过程。同时,主控计算机在配药机器终端的液晶显示屏上显示患者信息,并驱动打印机输出处方的综合信息,将处方综合信息连同配药机器输出的配好的分帖包装中药一起交付患者使用。中药智能配药系统的控制系统可分为机电控制系统和上位机软件控制系统,其结构框图如图1所示。
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1 机电控制系统

机电控制系统为分层分布式结构,采用上位机+下位机+集成电路板的技术进行综合控制。其电路系统结构框图如图2所示。具体介绍如下:

(1)上位机使用PC机,负责管理级和监控调度级的控制。上位机不采用工控机的原因是因系统对于界面、数据库处理及网络联系等均有较高的要求。上位机的主要功能是将人机界面输入的二进制编码信息通过RS-232串口传送给下位机,并对下位机的工作状况进行实时监控,完成药方打印和液晶显示。另外,它与药品管理信息系统之间的信息交互,是通过医院内部的局域网来进行并采用TCP/IP协议实现的。
现代控制技术在中药智能配药系统中的应用
    (2)下位机负责设备级控制。其功能是接收并解码上位机发送的二进制配药信息,然后根据配药信息选定所需药品,驱动相应集成电路板进行下药控制,并驱动机械手进行定位、取出药品、包装成袋,连同打印药方一起交付患者。下位机之所以采用PLC而没有选择价格相对低廉的单片机,原因之一是为了满足中药配药机对高速运作的要求,X轴导轨和Y轴导轨均采用伺服电机驱动,而单片机对伺服电机的控制能力相对较差,很难做到精确控制;原因之二是中药智能配药系统对可靠性的要求很高,而单片机的稳定性与PLC相比要差一些,且容易受到外界电磁的干扰。

(3)下药直流电动机的控制采用以ALTERA

公司的ACEX1K芯片为核心的集成电路板来完成。在该芯片中集成了在Max+plus II开发系统中用VHDL语言编写的控制、计数和定时功能。该电路板的功能是接收从PLC发来的命令和药品质量数,控制电动机的转数,在0.07g/转的精度下完成规定重量的下药。由于本系统使用了多达420个下药直流电机,因此采用可减少I/O点数及PLC布线的集成电路板。该系统的所有下药电机由28块集成电路板分别控制,每块集成电路板控制的下药部分相对独立。这样,检查和维修不受位置限制,具有较高的可靠性和性价比。

1.1 PLC控制

1.1.1 PLC配置

本系统PLC配置采用OMRON公司的C200HE型PLC,并在其基础上扩展了一个16点继电器型开关量输出模块C200H-OC225、一个32点晶体管型开关量输出模块C200H-OD215、两个16点开关量输入模块C200H-ID212和一个四轴位置控制模块C200HE-NC413。各模块的作用为:

(1)两个输入模块用来接收配药机器中各种接触器的位置反馈或动作的故障反馈,对其配置无特别要求;

(2)两个输出模块发出指令,用来操作配药机器。继电器型开关量输出模块驱动电流大,但不能频繁动作,因此用来控制所有电磁阀和各种直流电机、步进电机;晶体管型开关量输出模块则正好相反,且其输出为TTL电平,具有可以与其它集成电路接口的优点,用来驱动集成电路完成下药操作。

图3 伺服电机控制电路

    (3)四轴位置控制模块用来控制四轴(X、Y、Z、U)互相独立的两个伺服电机和三个步进电机。在X、Y轴上分别配置了两个伺服电机,而三个步进电机由于工作时间互相错开,全部配置在U轴上。另外,X、Y轴上各有左右限位开关和原点接近开关3个,Z轴有原

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