自動化藥品存儲控制系統(tǒng)的研制

1、自動化藥品存儲控制系統(tǒng)的研制ResearchonAutomaticDrug-StorageControlSystemZHANGHua,YUNChao(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation,BeijingUniversityofAeronautics&Astronautics,Beijing,100083,China):Accordingtothecurrentdrug-storageautomationequipmentandtheiroperatingcharacteristics,anautomaticdrug-storagecont

2、rolsystemisdesigned.Thedevelopmentofmajorhardwareandthedesignideasofcontrolsoftwarearediscussed.Andthefunctionsandmethodsoftheentirecontrolsystemareanalyzed.Atpresent,thesystemhasbeendeveloped,andexperimentprovesthatthissystemhashighreliabilityanditcanmeetthedemandsofdesign.Keywords:PMAC;automation;

3、drug-storage;controlsystem0引言隨著我國經(jīng)濟的快速增長和人民群眾對醫(yī)療衛(wèi)生需求的迅速提高,藥品的品種和數(shù)量也隨之迅速增長。如何有效管理這些藥品,降低管理成本,壓縮藥品資金流動周期,是當(dāng)前大中型醫(yī)院藥房面臨的一個嚴重問題。在傳統(tǒng)觀念上,我國的藥房建設(shè)很少受到醫(yī)院的重視,醫(yī)院藥房普遍存在藥房設(shè)備設(shè)施陳舊,工作環(huán)境差,藥師的工作強度高等問題1。將自動化藥品存儲設(shè)備引入醫(yī)院藥房是醫(yī)院藥房改革的一個新方向。自動化藥品存儲系統(tǒng)是應(yīng)用計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、自動化藥品存取設(shè)備對醫(yī)院藥房進行管理的信息化系統(tǒng)。它通過人工智能和機電傳輸?shù)仁侄?可以極大地提高藥品在藥房儲運的效率,減少差錯率

4、,節(jié)約寶貴的存儲面積,繼而引發(fā)藥房進出藥流程的再造,帶來管理方式的轉(zhuǎn)變和運營模式的升級2,3。本研究從軟件和硬件兩方面探討了一種基于某自動化藥品存儲設(shè)備的藥品倉儲控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。1 系統(tǒng)的控制要求根據(jù)醫(yī)院用戶對自動化藥品存儲設(shè)備功能的實際需求以及藥房倉儲物流的具體運行特點,自動化藥品存儲系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個功能:全自動運行功能當(dāng)自動化藥品存儲設(shè)備接收到入庫指令時應(yīng)能夠?qū)⑺幤窂纳纤幗K端自動搬運到儲藥貨架,并完成入庫和修改庫存信息等操作,中間無需人工干預(yù)。對運行過程進行監(jiān)控功能自動化藥品存儲設(shè)備運行時,要求對其進行可靠的實時監(jiān)控,包括對運行狀態(tài)、運行參數(shù)的顯示。檢測到系統(tǒng)故障時的報警功能自動化藥品存

5、儲設(shè)備運行時若發(fā)生故障,能夠按事先設(shè)定的故障級別進行處理,同時進行報警。出庫、入庫分別能夠獨立運行的功能對自動化藥品存儲設(shè)備,入庫設(shè)備和出庫設(shè)備是獨立的,其正常運行不受彼此的影響。如果入庫設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致入庫無法正常運行,出庫設(shè)備仍能夠正常運行。通訊功能能夠通過網(wǎng)絡(luò)通訊完成對藥品出庫和入庫的控制并可以對自動化藥品存儲設(shè)備的某些參數(shù)進行設(shè)置。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的處理功能通過對數(shù)據(jù)庫的操作和處理,能夠完成系統(tǒng)藥品庫存儲信息、出藥量、出庫總數(shù)、入庫歷史信息的修改和處理。2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計描述2.1 硬件平臺根據(jù)系統(tǒng)的要求以及對系統(tǒng)可靠性的考慮,設(shè)計的藥品存儲系統(tǒng)硬件主要由工控機（IPC）、運動控制卡（PMA

6、C可編程控制器（PLC）和伺服電機控制卡構(gòu)成。整個系統(tǒng)的硬件組成簡圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)的硬件組成簡圖IPC具有性能穩(wěn)定、運算速度快、高可靠性、環(huán)境適應(yīng)性強的特點,廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域4。為簡化系統(tǒng)的設(shè)計和提高系統(tǒng)的可靠性,本系統(tǒng)使用的是威達電公司的一款工控機,該工控機主頻為3.0GHz,內(nèi)存為1.0GB硬盤為80GB,Windows2000操作系統(tǒng),很好地滿足了系統(tǒng)硬件平臺的要求。在整個自動化藥品存儲系統(tǒng)中,工控機主要用于處理設(shè)備控制中的非實時任務(wù),如運動學(xué)計算、出庫規(guī)劃、系統(tǒng)監(jiān)控管理等。考慮到自動化藥品存儲設(shè)備運行循環(huán)跨度大、運行速度要求快、位置重復(fù)精度要求高等特點,系統(tǒng)采用美國Delt

7、aTau公司推出的PMAC2A-PC104動控制卡作為交流伺服電機的控制器,PMAC2A-PC10提一款性價比較高的8軸控制器,其基板可提供4通道10V模擬指令和脈沖方向指令輸出,可選的控制擴展板可提供其余4軸伺服通道及I/O、高速US序口以太網(wǎng)通訊接口5<本系統(tǒng)采用PLC控制出庫裝置和處理光電傳感器的反饋信息。此外,對系統(tǒng)中的一部分電機,僅要求實現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)控制,無調(diào)速要求，比較簡單,可采用PLC控制驅(qū)動該類型的電機動作。PLC和系統(tǒng)工控機之間通過RS232接口進行通信,可實現(xiàn)通過系統(tǒng)工控機對PLC進行參數(shù)設(shè)置，狀態(tài)顯示以及數(shù)據(jù)處理等功能。在本控制系統(tǒng)中,選用了富士數(shù)字式交流同步伺服電機

8、及其配套的驅(qū)動器作為自動化藥品存儲設(shè)備升降臺的驅(qū)動器。2.2 硬件功能的實現(xiàn)系統(tǒng)運行流程以及系統(tǒng)硬件所要求實現(xiàn)的功能如下:當(dāng)要求藥品入庫時,先把藥品手工放到升降臺上,由計算機通知系統(tǒng)入庫。當(dāng)系統(tǒng)IPC接收到某藥品的入庫指令后，系統(tǒng)對該藥品的庫存信息進行處理,如果滿足入庫條件,系統(tǒng)給PMAC1動控制卡發(fā)送運動指令,升降臺在伺服電機的帶動下按照PMAC勺運動規(guī)劃運動到藥品貨位。然后由PLC控制交流電機把升降臺上的藥品放入藥品貨位,實現(xiàn)藥品入庫。最后升降臺運行到初始上藥時的位置,完成一次入庫循環(huán)。類似地,當(dāng)要求藥品出庫時,系統(tǒng)對該藥品的庫存信息進行處理。如果滿足出庫條件,系統(tǒng)給PMAC!動控制卡發(fā)送

9、運動指令升降臺在伺服電機的帶動下按照PMAC勺運動規(guī)劃運動到藥品貨位。然后通過PLC的控制把藥品貨位上的指定數(shù)量藥品放入升降臺,升降臺緊接著運動到出藥口,實現(xiàn)藥品出庫。2.3 抗干擾的實現(xiàn)藥品存儲系統(tǒng)的硬件設(shè)備多數(shù)是放在控制柜內(nèi),導(dǎo)致控制柜內(nèi)的電氣、電子元器件容易受到電磁干擾,而且控制柜內(nèi)強電、弱電,控制線、電源線都有,容易產(chǎn)生相互影響,因此控制柜的防干擾設(shè)計非常重要。為了達到最好的防干擾效果,在系統(tǒng)設(shè)計之初就進行了通盤考慮,在元器件布局、配線方面,主要做到了以下幾點:(1) PMAC運動控制卡的轉(zhuǎn)接端子板單獨安裝,遠離各種強電、高頻干擾區(qū)域。(2)交流電機驅(qū)動器等振動源要遠離PLC安裝，以減

10、少PLC受到持續(xù)的振動激勵。(3)PMAC運動控制卡與伺服驅(qū)動器之間的控制線、電機與驅(qū)動器之間的控制線采用雙絞屏蔽電纜,增加抗干擾能力。3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計描述3.1 軟件平臺在系統(tǒng)軟件的開發(fā)過程中,需要根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用特點和實際需要選擇相應(yīng)的開發(fā)工具。在本系統(tǒng)中,考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、接口開發(fā)性、可視化開發(fā)環(huán)境以及對Windows技術(shù)的廣泛支持等因素,選擇VC6.0作為系統(tǒng)上位機軟件的開發(fā)平臺。自動化藥品存儲系統(tǒng)的信息管理涉及到藥品入庫信息、藥品出庫信息、藥品庫存信息等方面,這樣就需要建立相應(yīng)的藥品數(shù)據(jù)庫進行藥品數(shù)據(jù)信息的存儲處理。這里選擇SQLServer2000作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)平臺

11、,從而建立和管理藥品數(shù)據(jù)庫。綜上所述,自動化藥品存儲系統(tǒng)采用如下軟件平臺:開發(fā)環(huán)境:VC6.0;操作系統(tǒng):WindowsServer2000;數(shù)據(jù)庫:SQLServer2000。3.2 IPC與PMAC通訊的實現(xiàn)IPC主要進行系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入、參數(shù)設(shè)定、路徑規(guī)劃,任務(wù)指定等工作，在實際應(yīng)用中，IPC通過ISA總線與PMAC!訊,由PMAC艮據(jù)IPC的要求發(fā)送指令給伺服驅(qū)動器,再由伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機執(zhí)行相關(guān)指令。PMACS序分為在前臺實時運行的運動程序與在后臺循環(huán)掃描運行的PLCS序,這樣PMAC1成了運動控制和過程控制兩大功能,同時PMA沖所有程序都是在DSP勺CPU中執(zhí)彳f的,這樣就能

12、滿足控制的實時性和可靠性。對于系統(tǒng)工控機（IPC）與PMAC±間的通訊,系統(tǒng)采用DeltaTau公司提供的PMAC!訊件PTalk作為工控機控制軟件與PMA(C!訊的橋梁，PTalk包括了所有與PMAC勺通訊方法,在主程序中只需要調(diào)用這些方法就可以實現(xiàn)Windows同PMA(±間的數(shù)據(jù)交換6,7。在系統(tǒng)程序中該功能主要通過ComPam類來實現(xiàn),該類主要包括一些實現(xiàn)通訊的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)。如系統(tǒng)要執(zhí)行PMA/1坐標(biāo)系的1號程序,程序?qū)崿F(xiàn)如下：voidRun()charbuff32;CStringtemp;/聲明變量temp.Format(&1B1R);strcpy(

13、buff,temp);/執(zhí)行1坐標(biāo)系的1號程序mPTalk.GetResponse(&response,buff);/發(fā)送指令,執(zhí)行PMACS序SysFreeString(response);/釋放內(nèi)存資源系統(tǒng)首先利用PMA&用的運動語言編寫PMAC1動控制程序把運動控制程序下載到運動控制卡。然后采用控件PTalk中的GetResponse函數(shù)向PMACI：送執(zhí)行指定程序的指令,最后調(diào)用SysFreeString函數(shù)釋放內(nèi)存資源，從而實現(xiàn)IPC同PMA(±間的數(shù)據(jù)交換。3.3 IPC與PLC通訊的實現(xiàn)PLC主要在后臺用來監(jiān)控運動控制卡的各I/O口狀態(tài)以及處理傳感器檢測

14、到的信號。IPC與PLC之間使用RS232串口總線進行通信。在VC6.0平臺下，系統(tǒng)可以使用兩種編程方式實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)交換,其一是使用VC6.0提供的串行通信控件MSComrig種方法通信程序設(shè)計簡單,但控件占用的資源多、靈活性差。其二是調(diào)用WindowsAPI函數(shù),雖程序設(shè)計涉及底層編程較復(fù)雜,但這種方法可以清楚地掌握串口通信的機制,控制靈活、響應(yīng)速度快8,9。考慮到在串口通信中,系統(tǒng)要求具有控制靈活、響應(yīng)速度快等特點,自動化藥品存儲系統(tǒng)最終采用WindowsAPI通信函數(shù)編寫串行通信程序。在WindowsAPI中,串口和其他通信設(shè)備均被作為文件處理,串口的打開、關(guān)閉和讀寫等操作所用的API函

15、數(shù)與操作文件的函數(shù)相同10。WindowsAPI支持的串行通信有兩種,即同步串行通信和異步串行通信。本系統(tǒng)采用異步通訊方式與PLC進行通訊。在PLC程序設(shè)計時,系統(tǒng)為每套執(zhí)行裝置、光電傳感器組都分配了獨立的PLC內(nèi)存資源。而IPC通過異步通訊方式，以一定的時間間隔讀取PLC相應(yīng)內(nèi)存地址的數(shù)值，同時根據(jù)需要向指定的PLC內(nèi)存地址寫指令，完成工控機與PLC之間的串行通信。3.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫簡介系統(tǒng)采用SQLServer2000作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在自動化藥品存儲數(shù)據(jù)庫中,主要建立以下四個表,各個表的功能如下(1) 藥品庫存表:存放自動化藥品存儲設(shè)備中的藥品庫存信息,包括藥品總類、藥品名稱、藥品數(shù)量、藥品貨位信息等。該數(shù)據(jù)表可以通過系統(tǒng)查詢進行相應(yīng)的修改等維護工作。(2) 藥品歷史信息表:存放自動化藥品存儲設(shè)備中藥品操作的歷史記錄。包括藥品入藥信息和藥品出庫信息。通過該表可以對一定時間段內(nèi)每種藥品的進出庫信息進行各種分析,及時對藥品的種類和庫存進行調(diào)整。(3) 藥品上藥清單表,在自動化藥品存儲設(shè)備中如果出現(xiàn)某種藥品現(xiàn)有庫存量小于最大庫存量一定百分比時,系統(tǒng)自動將該藥品添加到藥品上藥清單表中,創(chuàng)建上藥清單,以便自動化藥品存儲設(shè)備進行入庫操作。設(shè)備根據(jù)上藥清單補充藥品后,根據(jù)實際上藥數(shù)量修