自动化药品存储控制系统的研制

1、自动化药品存储控制系统的研制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引言随着我国经济的快速增长和人民群众对医疗卫生需求的迅速提高,药品的品种和数量也随之迅速增长。如何有效管理这些药品,降低管理成本,压缩药品资金流动周期,是当前大中型医院药房面临的一个严重问题。在传统观念上,我国的药房建设很少受到医院的重视,医院药房普遍存在药房设备设施陈旧,工作环境差,药师的工作强度高等问题1。将自动化药品存储设备引入医院药房是医院药房改革的一个新方向。自动化药品存储系统是应用计算机、网络通讯设备、自动化药品存取设备对医院药房进行管理的信息化系统。它通过人工智能和机电传输等手段,可以极大地提高药品在药房储运的效率,减少差错率

4、,节约宝贵的存储面积,继而引发药房进出药流程的再造,带来管理方式的转变和运营模式的升级2,3。本研究从软件和硬件两方面探讨了一种基于某自动化药品存储设备的药品仓储控制系统的实现。1 系统的控制要求根据医院用户对自动化药品存储设备功能的实际需求以及药房仓储物流的具体运行特点,自动化药品存储系统应具备以下几个功能:全自动运行功能当自动化药品存储设备接收到入库指令时应能够将药品从上药终端自动搬运到储药货架,并完成入库和修改库存信息等操作,中间无需人工干预。对运行过程进行监控功能自动化药品存储设备运行时,要求对其进行可靠的实时监控,包括对运行状态、运行参数的显示。检测到系统故障时的报警功能自动化药品存

5、储设备运行时若发生故障,能够按事先设定的故障级别进行处理,同时进行报警。出库、入库分别能够独立运行的功能对自动化药品存储设备,入库设备和出库设备是独立的,其正常运行不受彼此的影响。如果入库设备出现故障导致入库无法正常运行,出库设备仍能够正常运行。通讯功能能够通过网络通讯完成对药品出库和入库的控制并可以对自动化药品存储设备的某些参数进行设置。数据库数据的处理功能通过对数据库的操作和处理,能够完成系统药品库存储信息、出药量、出库总数、入库历史信息的修改和处理。2 系统的硬件设计描述2.1 硬件平台根据系统的要求以及对系统可靠性的考虑,设计的药品存储系统硬件主要由工控机（IPC）、运动控制卡（PMA

6、C可编程控制器（PLC）和伺服电机控制卡构成。整个系统的硬件组成简图如图1所示。图1系统的硬件组成简图IPC具有性能稳定、运算速度快、高可靠性、环境适应性强的特点,广泛应用于工业控制领域4。为简化系统的设计和提高系统的可靠性,本系统使用的是威达电公司的一款工控机,该工控机主频为3.0GHz,内存为1.0GB硬盘为80GB,Windows2000操作系统,很好地满足了系统硬件平台的要求。在整个自动化药品存储系统中,工控机主要用于处理设备控制中的非实时任务,如运动学计算、出库规划、系统监控管理等。考虑到自动化药品存储设备运行循环跨度大、运行速度要求快、位置重复精度要求高等特点,系统采用美国Delt

7、aTau公司推出的PMAC2A-PC104动控制卡作为交流伺服电机的控制器,PMAC2A-PC10提一款性价比较高的8轴控制器,其基板可提供4通道10V模拟指令和脉冲方向指令输出,可选的控制扩展板可提供其余4轴伺服通道及I/O、高速US序口以太网通讯接口5<本系统采用PLC控制出库装置和处理光电传感器的反馈信息。此外,对系统中的一部分电机,仅要求实现其正反转控制,无调速要求，比较简单,可采用PLC控制驱动该类型的电机动作。PLC和系统工控机之间通过RS232接口进行通信,可实现通过系统工控机对PLC进行参数设置，状态显示以及数据处理等功能。在本控制系统中,选用了富士数字式交流同步伺服电机

8、及其配套的驱动器作为自动化药品存储设备升降台的驱动器。2.2 硬件功能的实现系统运行流程以及系统硬件所要求实现的功能如下:当要求药品入库时,先把药品手工放到升降台上,由计算机通知系统入库。当系统IPC接收到某药品的入库指令后，系统对该药品的库存信息进行处理,如果满足入库条件,系统给PMAC1动控制卡发送运动指令,升降台在伺服电机的带动下按照PMAC勺运动规划运动到药品货位。然后由PLC控制交流电机把升降台上的药品放入药品货位,实现药品入库。最后升降台运行到初始上药时的位置,完成一次入库循环。类似地,当要求药品出库时,系统对该药品的库存信息进行处理。如果满足出库条件,系统给PMAC!动控制卡发送

9、运动指令升降台在伺服电机的带动下按照PMAC勺运动规划运动到药品货位。然后通过PLC的控制把药品货位上的指定数量药品放入升降台,升降台紧接着运动到出药口,实现药品出库。2.3 抗干扰的实现药品存储系统的硬件设备多数是放在控制柜内,导致控制柜内的电气、电子元器件容易受到电磁干扰,而且控制柜内强电、弱电,控制线、电源线都有,容易产生相互影响,因此控制柜的防干扰设计非常重要。为了达到最好的防干扰效果,在系统设计之初就进行了通盘考虑,在元器件布局、配线方面,主要做到了以下几点:(1) PMAC运动控制卡的转接端子板单独安装,远离各种强电、高频干扰区域。(2)交流电机驱动器等振动源要远离PLC安装，以减

10、少PLC受到持续的振动激励。(3)PMAC运动控制卡与伺服驱动器之间的控制线、电机与驱动器之间的控制线采用双绞屏蔽电缆,增加抗干扰能力。3 系统的软件设计描述3.1 软件平台在系统软件的开发过程中,需要根据系统的应用特点和实际需要选择相应的开发工具。在本系统中,考虑到系统的稳定性、可靠性、接口开发性、可视化开发环境以及对Windows技术的广泛支持等因素,选择VC6.0作为系统上位机软件的开发平台。自动化药品存储系统的信息管理涉及到药品入库信息、药品出库信息、药品库存信息等方面,这样就需要建立相应的药品数据库进行药品数据信息的存储处理。这里选择SQLServer2000作为系统数据库的开发平台

11、,从而建立和管理药品数据库。综上所述,自动化药品存储系统采用如下软件平台:开发环境:VC6.0;操作系统:WindowsServer2000;数据库:SQLServer2000。3.2 IPC与PMAC通讯的实现IPC主要进行系统相关的数据输入、参数设定、路径规划,任务指定等工作，在实际应用中，IPC通过ISA总线与PMAC!讯,由PMAC艮据IPC的要求发送指令给伺服驱动器,再由伺服驱动器驱动伺服电机执行相关指令。PMACS序分为在前台实时运行的运动程序与在后台循环扫描运行的PLCS序,这样PMAC1成了运动控制和过程控制两大功能,同时PMA冲所有程序都是在DSP勺CPU中执彳f的,这样就能

12、满足控制的实时性和可靠性。对于系统工控机（IPC）与PMAC±间的通讯,系统采用DeltaTau公司提供的PMAC!讯件PTalk作为工控机控制软件与PMA(C!讯的桥梁，PTalk包括了所有与PMAC勺通讯方法,在主程序中只需要调用这些方法就可以实现Windows同PMA(±间的数据交换6,7。在系统程序中该功能主要通过ComPam类来实现,该类主要包括一些实现通讯的重要数据结构和函数。如系统要执行PMA/1坐标系的1号程序,程序实现如下：voidRun()charbuff32;CStringtemp;/声明变量temp.Format(&1B1R);strcpy(

13、buff,temp);/执行1坐标系的1号程序mPTalk.GetResponse(&response,buff);/发送指令,执行PMACS序SysFreeString(response);/释放内存资源系统首先利用PMA&用的运动语言编写PMAC1动控制程序把运动控制程序下载到运动控制卡。然后采用控件PTalk中的GetResponse函数向PMACI：送执行指定程序的指令,最后调用SysFreeString函数释放内存资源，从而实现IPC同PMA(±间的数据交换。3.3 IPC与PLC通讯的实现PLC主要在后台用来监控运动控制卡的各I/O口状态以及处理传感器检测

14、到的信号。IPC与PLC之间使用RS232串口总线进行通信。在VC6.0平台下，系统可以使用两种编程方式实现串口数据交换,其一是使用VC6.0提供的串行通信控件MSComrig种方法通信程序设计简单,但控件占用的资源多、灵活性差。其二是调用WindowsAPI函数,虽程序设计涉及底层编程较复杂,但这种方法可以清楚地掌握串口通信的机制,控制灵活、响应速度快8,9。考虑到在串口通信中,系统要求具有控制灵活、响应速度快等特点,自动化药品存储系统最终采用WindowsAPI通信函数编写串行通信程序。在WindowsAPI中,串口和其他通信设备均被作为文件处理,串口的打开、关闭和读写等操作所用的API函

15、数与操作文件的函数相同10。WindowsAPI支持的串行通信有两种,即同步串行通信和异步串行通信。本系统采用异步通讯方式与PLC进行通讯。在PLC程序设计时,系统为每套执行装置、光电传感器组都分配了独立的PLC内存资源。而IPC通过异步通讯方式，以一定的时间间隔读取PLC相应内存地址的数值，同时根据需要向指定的PLC内存地址写指令，完成工控机与PLC之间的串行通信。3.4 系统数据库简介系统采用SQLServer2000作为数据库管理系统。在自动化药品存储数据库中,主要建立以下四个表,各个表的功能如下(1) 药品库存表:存放自动化药品存储设备中的药品库存信息,包括药品总类、药品名称、药品数量、药品货位信息等。该数据表可以通过系统查询进行相应的修改等维护工作。(2) 药品历史信息表:存放自动化药品存储设备中药品操作的历史记录。包括药品入药信息和药品出库信息。通过该表可以对一定时间段内每种药品的进出库信息进行各种分析,及时对药品的种类和库存进行调整。(3) 药品上药清单表,在自动化药品存储设备中如果出现某种药品现有库存量小于最大库存量一定百分比时,系统自动将该药品添加到药品上药清单表中,创建上药清单,以便自动化药品存储设备进行入库操作。设备根据上药清单补充药品后,根据实际上药数量修