梁 超，高鐵軍（華北理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，　河北 唐山　063009）

基于PLC的自動(dòng)售藥系統(tǒng)的研究

梁 超，高鐵軍
（華北理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山063009）

針對(duì)目前普通藥房售藥在時(shí)間上出現(xiàn)的空當(dāng)，根據(jù)重力落料原理和密集存儲(chǔ)原則，開(kāi)發(fā)出一種基于PLC的自動(dòng)售藥系統(tǒng)；本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)半自動(dòng)化上藥，儲(chǔ)藥和自動(dòng)化發(fā)藥，藥品的出庫(kù)和入庫(kù)操作并行執(zhí)行。論文重點(diǎn)論述系統(tǒng)的功能與實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)以及解決方案。本系統(tǒng)能夠填補(bǔ)普通藥房在時(shí)間上的服務(wù)空白，24小時(shí)滿足人們的購(gòu)藥需求，方便廣大民眾，為廣大民眾提供更好的售藥和用藥服務(wù)。

自動(dòng)售藥機(jī)；控制系統(tǒng)；PLC

0　引言

隨著國(guó)內(nèi)醫(yī)療改革的不斷深入，藥品的自動(dòng)配送，補(bǔ)給以及智能管理已經(jīng)成為醫(yī)院藥房發(fā)展的必然趨勢(shì)［1］，各種新型的自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)，發(fā)放和管理系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)［2］。在國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家，自動(dòng)化藥方技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，這類(lèi)設(shè)備基本已經(jīng)普及。2001年美國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)自動(dòng)售藥機(jī)，這種售藥機(jī)可以自動(dòng)識(shí)別處方，能夠準(zhǔn)確的吐出醫(yī)生開(kāi)出的藥品，準(zhǔn)確率也高于人工發(fā)藥，這種自動(dòng)售藥機(jī)和藥店是平行的，和藥店員工完成同樣的工作。英國(guó)則是把自動(dòng)售藥機(jī)放在醫(yī)院里，目的是減少排隊(duì)，方便患者，購(gòu)藥者將處方卡插入機(jī)器，然后與注冊(cè)藥劑師進(jìn)行視頻通話，經(jīng)藥劑師核查無(wú)誤后，使用者付款，隨后機(jī)器突出藥品和用藥說(shuō)明。2002年8月上海引進(jìn)了大陸第一臺(tái)售藥機(jī)，最開(kāi)始自動(dòng)售藥機(jī)完全放在藥店內(nèi)，還需要有藥劑師在一旁指導(dǎo)購(gòu)藥，完全沒(méi)有顯示出優(yōu)勢(shì)，知名度不高。歲后的幾年又出現(xiàn)了手機(jī)積分或用話費(fèi)兌換藥品的機(jī)器和出藥兩較小的以紙幣付款的機(jī)器，但都有一定的局限性而未能推廣。2008年以后出現(xiàn)的自動(dòng)售藥設(shè)備克服了付款難，藥品種類(lèi)少的難題，該列設(shè)備藥品儲(chǔ)量達(dá)，可以刷卡結(jié)算，但是藥監(jiān)局不允許擺放在不具備藥品經(jīng)營(yíng)資格的地方。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的自動(dòng)售藥機(jī)魚(yú)龍混雜，很多設(shè)備效果不佳，難于維護(hù)和管理，這給自動(dòng)售藥設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)新的挑戰(zhàn)［3～5］。

本文研制出的適合于藥店的無(wú)人值守式自動(dòng)售藥機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)上百種用藥品的24小時(shí)無(wú)間歇售藥，亦能在售藥高峰期分流購(gòu)藥人群，從而減少購(gòu)藥高峰給藥房帶來(lái)的壓力，該設(shè)備提供多種方式結(jié)算，現(xiàn)金，刷卡以及無(wú)線支付均可，能大大減少消費(fèi)者排隊(duì)等候時(shí)間，提高服務(wù)效率和質(zhì)量。

1　系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

無(wú)人值守式自動(dòng)售藥機(jī)必須具備以下功能：①具備自主選擇藥品并將所選藥品快速準(zhǔn)確的發(fā)放到購(gòu)藥者手中；②能夠?qū)崿F(xiàn)一定數(shù)量常用盒裝藥品的存儲(chǔ)和管理，能夠保證在無(wú)工作人員值守的夜間也能為有需要的人提供服務(wù)；③能夠?qū)崿F(xiàn)庫(kù)存藥品的人工補(bǔ)充，在相應(yīng)庫(kù)存藥品不足時(shí)能夠自動(dòng)報(bào)警，由人工將藥品補(bǔ)充到相應(yīng)槽位上。無(wú)人值守自動(dòng)售藥機(jī)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。它包括上藥系統(tǒng)、密集存儲(chǔ)系統(tǒng)、自動(dòng)出藥系統(tǒng)、藥品的庫(kù)存管理和控制系統(tǒng)。

圖1　自動(dòng)售藥機(jī)整體機(jī)構(gòu)示意圖

1.1上藥系統(tǒng)

無(wú)人值守式自動(dòng)售藥機(jī)通過(guò)人工操作實(shí)現(xiàn)藥品的補(bǔ)給，首先應(yīng)分析一段時(shí)間內(nèi)藥店發(fā)放藥品的種類(lèi)和數(shù)量的動(dòng)態(tài)結(jié)果，得到百余種最常用藥，通過(guò)掃碼器掃得藥盒上的條形碼與藥品的信息共同生成條形碼藥品信息數(shù)據(jù)庫(kù)，分析這些藥品藥盒自身的尺寸得到一系列的儲(chǔ)藥槽的寬度值，為保證藥盒能在儲(chǔ)藥槽內(nèi)順利滑出，要求藥盒與兩側(cè)隔板之間應(yīng)留有2mm間距。根據(jù)藥盒高度將其分配到相應(yīng)槽位上，從而得到藥品的儲(chǔ)位數(shù)據(jù)庫(kù)。

工作人員根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行藥品的補(bǔ)充工作，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)后，工作人員根據(jù)上藥系統(tǒng)提示便可以知道存儲(chǔ)量不足的藥品的名稱、存儲(chǔ)位置、缺空數(shù)量等信息，工作人員按提示取來(lái)空缺藥品，準(zhǔn)備上藥。工作人員用掃碼器掃藥品盒的條形碼時(shí)，相應(yīng)槽位的指示燈亮起，工作人員操作上要操作系統(tǒng)手工補(bǔ)充一定數(shù)量的藥品。

1.2儲(chǔ)藥和出藥系統(tǒng)

無(wú)人值守式自動(dòng)售藥機(jī)利用重力落料原理，通過(guò)斜坡式儲(chǔ)藥柜實(shí)現(xiàn)盒裝藥品的密集存儲(chǔ)，其中U型儲(chǔ)藥槽作為盒裝藥品存儲(chǔ)的最存儲(chǔ)小單元；藥品的密集存儲(chǔ)要求藥品的庫(kù)存量在滿足實(shí)際需求的情況下盡可能的少庫(kù)存的藥品兩量可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，以應(yīng)對(duì)某些季節(jié)性高發(fā)病的爆發(fā)。

出藥系統(tǒng)主要通過(guò)控制電磁鐵翻板開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)盒裝藥品的快速發(fā)放。電磁鐵擋板開(kāi)關(guān)主要由基座1、電磁鐵2及鐵芯3、復(fù)位彈簧4翻板5等主要部分組成，如圖3所示。在無(wú)發(fā)藥動(dòng)作時(shí)，藥盒在擋板的作用下平躺在傾斜儲(chǔ)藥槽道6內(nèi)鋪設(shè)的兩根平行的玻璃纖維導(dǎo)軌7上，導(dǎo)軌通過(guò)卡子8固定在儲(chǔ)藥槽道內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)接收到發(fā)藥指令時(shí)，相應(yīng)槽道的電磁鐵翻板開(kāi)關(guān)受控動(dòng)作，在鐵芯的帶動(dòng)下，翻板有繞翻板軸8轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，待運(yùn)動(dòng)到一定程度，支板滾輪9將藥盒前端支起，同時(shí)前擋板下沉，藥盒滑出，藥盒滑出大約三分之一的位置后電磁鐵檔板開(kāi)關(guān)斷電，翻板板在復(fù)位彈簧的作用下回復(fù)原位，藥盒順著擋板滾輪10滑出。復(fù)位的電磁鐵翻板開(kāi)關(guān)又能阻擋尚未下滑至此的第二盒藥品；需要多少盒藥，只需電磁鐵檔板開(kāi)關(guān)動(dòng)作幾次，不同的藥品尺寸不一，所以各個(gè)槽道前端的電磁鐵檔板開(kāi)關(guān)的通電時(shí)間就不一樣，通電時(shí)間應(yīng)保證藥盒下滑不超過(guò)自身長(zhǎng)度尺寸的1/3為宜。

藥品下滑后，經(jīng)導(dǎo)流機(jī)構(gòu)下落至提升傾倒機(jī)構(gòu)底部，待所有藥品發(fā)放完畢后，提升傾倒機(jī)構(gòu)將藥品提升至一定高度后傾倒在取藥口，以方便購(gòu)藥者拿取。

圖2　發(fā)藥電磁鐵翻板開(kāi)關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)及動(dòng)作狀態(tài)示意圖

2　控制和管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)能夠?qū)υ趲?kù)藥品智能管理，庫(kù)存藥品的種類(lèi)和數(shù)量始終處在動(dòng)態(tài)平衡中，藥品的出庫(kù)，入庫(kù)以及庫(kù)存情況都被記錄并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)，在庫(kù)藥品的有效期均處在系統(tǒng)的監(jiān)控狀態(tài)下，一旦有藥品接近有效期，系統(tǒng)即發(fā)出報(bào)警。

斜坡式儲(chǔ)藥槽道的前端的相應(yīng)位置安裝了一對(duì)光電對(duì)射檢測(cè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)該列槽道的任何一槽道有藥盒滑出時(shí)，藥盒便阻斷對(duì)射光信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)傳回PLC，PLC便認(rèn)定已經(jīng)完成一盒藥品的發(fā)放，如此將光電對(duì)射開(kāi)關(guān)擴(kuò)展為與每列槽道相對(duì)應(yīng)的上下兩排，就可以對(duì)任一在庫(kù)藥品的發(fā)放情況進(jìn)行檢測(cè)。

發(fā)藥程序啟動(dòng)后，光電計(jì)數(shù)器首先通電工作，發(fā)藥動(dòng)作一開(kāi)始，對(duì)射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)便將所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳回PLC并跟上位機(jī)的目標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比，如果檢測(cè)數(shù)小于目標(biāo)數(shù)，則PLC控制電磁鐵翻板開(kāi)關(guān)繼續(xù)動(dòng)作，直到檢測(cè)數(shù)等于目標(biāo)值，發(fā)藥動(dòng)作停止，發(fā)藥指令執(zhí)行完畢。

控制系統(tǒng)采用觸摸屏作為上位機(jī)，PLC為下位機(jī)，在接收上位機(jī)的指令后控制電磁鐵擋板開(kāi)光執(zhí)行發(fā)藥動(dòng)作，系統(tǒng)通過(guò)矩陣控制方案實(shí)現(xiàn)所有電磁鐵擋板開(kāi)關(guān)的控制，為了抑制線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流，需要在每個(gè)電磁鐵上各串聯(lián)和并聯(lián)一個(gè)二極管，以保證感應(yīng)電流不會(huì)影響到其他電磁鐵，矩陣控制示意圖如圖5所示。發(fā)藥動(dòng)作完成后，所有藥品經(jīng)藥品導(dǎo)流機(jī)構(gòu)滑至位于提升機(jī)構(gòu)底部的盛藥裝置內(nèi)，此時(shí)提升電機(jī)受控動(dòng)作，提升機(jī)構(gòu)將藥品提升至一定高度后觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)并停止，此時(shí)，電動(dòng)推桿受控動(dòng)作，將盛藥裝置內(nèi)的藥品傾倒在取藥口，傾倒完成后，電動(dòng)推桿復(fù)位，電機(jī)受控反向運(yùn)動(dòng)，提升機(jī)構(gòu)下行，運(yùn)動(dòng)至底部觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)2，運(yùn)動(dòng)停止，發(fā)藥完畢。

本系統(tǒng)采用繼電器輸出類(lèi)型的PLC外加晶體管輸出類(lèi)型的模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)槽位指示燈 （發(fā)光二極管），指示

圖3　控制系統(tǒng)組成框圖

燈由PLC矩陣輸出驅(qū)動(dòng)，可明顯節(jié)省PLC輸出點(diǎn)的占用量，外部硬件設(shè)計(jì)示意圖如圖5所示：

圖中電阻R*起限流作用，用以保護(hù)發(fā)光二極管不

圖4　電磁鐵擋板開(kāi)關(guān)矩陣控制示意圖

圖5　槽位指示燈外部硬件設(shè)計(jì)示意圖

被過(guò)強(qiáng)電流燒毀，R為開(kāi)關(guān)三極管的上拉電阻，用以保證開(kāi)光三極管隨PLC輸出點(diǎn)的狀態(tài)變化而準(zhǔn)確的截止與導(dǎo)通。

3　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制程序流程如圖6所示。自動(dòng)售藥系統(tǒng)的軟件控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序模塊和功能子程序模塊兩部分組成［6］。

主程序模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)售藥系統(tǒng)初始化和對(duì)售藥系統(tǒng)各硬件組態(tài)部分的開(kāi)機(jī)測(cè)試，并對(duì)自動(dòng)售藥系統(tǒng)的整個(gè)作業(yè)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。功能子模塊主要包括電磁鐵翻板開(kāi)關(guān)（發(fā)藥）模塊、槽位指示燈（上藥）模塊、藥品提升模塊、光電檢測(cè)模塊，功能子程序模塊采用順序控制模式控制。軟件的模塊化設(shè)計(jì)具有維護(hù)方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)售藥系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

圖6　控制系統(tǒng)主程序流程圖

4　結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了基于PLC的無(wú)人值守式自動(dòng)售藥系統(tǒng)的構(gòu)成，工作原理，控制組成。該無(wú)人值守式自動(dòng)售藥系統(tǒng)各個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)間相互配合，能夠?qū)崿F(xiàn)一定數(shù)量藥品的售賣(mài)，存儲(chǔ)和管理，填補(bǔ)普通藥房在時(shí)間上的服務(wù)空缺，滿足人們24小時(shí)購(gòu)藥需求，本系統(tǒng)充分利用矩陣控制方式，節(jié)省了PLC輸出點(diǎn)的占用量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

［1］張石革，馬國(guó)輝.論藥師職責(zé)轉(zhuǎn)型的時(shí)代使命與必然性［J］.中國(guó)藥房，2006，2.

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Research on the Automatic Drug Delivery System Based on PLC

LIANG Chao，GAO Tie-Jun
（North China University of Science and Technology，Tangshan Hebei 063000，China）

In view of regular pharmacies's service defects，according to the gravity feeding principle and the principle of dense storage，developed a drug vending system.This system can realize semi automated irrigation，medicine storage and automated dispensing，drug delivery of cargo from storage and warehousing operations executed in parallel.This paper focuses on the function of the system，the key technology and the solution.This system can fill the gaps in the services of regular pharmacies in the time，24 hours to meet people's demand for the purchase，to facilitate the broad masses of the people，provide better sale of drugs and treatment services for the general public.

Automatic vending machine；control system；PLC

TP23

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.016

1002-6673（2015）05-042-03

2015-07-09

梁超（1991-），男，河北承德人，在讀碩士研究生。研究方向：機(jī)電一體化；高鐵軍（1968-），男，遼寧葫蘆島人，博士，教授。研究方向：機(jī)電一體化。