崔少晨

摘要

門(mén)診輸液是一種常用的治療方法，但時(shí)間較長(zhǎng)，反復(fù)查看輸液進(jìn)度則占用醫(yī)護(hù)人員較多的工作時(shí)間。PLC是一種可靠成熟的可編程控制技術(shù)，本課題利用重力傳感器構(gòu)建了基于PLC的輸液監(jiān)控系統(tǒng)，可根據(jù)吊瓶質(zhì)量變化計(jì)算剩余液體量，并及時(shí)通過(guò)聲光報(bào)警提醒醫(yī)護(hù)人員，簡(jiǎn)便可靠，適用性強(qiáng)，減輕了門(mén)診工作量，改善了患者就診體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】輸液監(jiān)控 PLC 重力 感應(yīng) 聲光報(bào)警

每到冬春季節(jié)，流行性感冒、上呼吸道感染等疾病發(fā)病率上升，輸液是一種有效的治療手段。但是學(xué)生，白領(lǐng)，公務(wù)員等群體，限于時(shí)間要求，只能選擇夜晚去醫(yī)院輸液，以避免影響次日的學(xué)習(xí)工作。輸液過(guò)程中，患者需要時(shí)刻留意液體是否輸完，在心理上不能得到放松，也難以安心入睡;而負(fù)責(zé)輸液的護(hù)士則需要不斷查看各患者的輸液進(jìn)度，占用了原本就不充裕的醫(yī)護(hù)人員更多時(shí)間。可編程控制技術(shù)（PLC）成熟可靠，在各行業(yè)應(yīng)用廣泛，醫(yī)療行業(yè)也逐步引入，以提高工作效率，減輕醫(yī)護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)。

針對(duì)傳統(tǒng)輸液方式存在的問(wèn)題，基于PLC的輸液監(jiān)控系統(tǒng)是一種有效解決策略。有文獻(xiàn)[4]提出了根據(jù)激光脈沖計(jì)量液滴的輸液監(jiān)控系統(tǒng)，但逐滴計(jì)量體積的方法易受各種因素干擾，如不同濃度的葡萄糖注射液、生理鹽水以及不同的添加藥物、不同的滴速等，均會(huì)影響液滴表面張力和液滴體積，導(dǎo)致誤差增大2-3cm的液面檢測(cè)裝置極易液面的波動(dòng)干擾，且每次更換吊瓶后均需重新安裝，也不適用于形狀不規(guī)則的塑料吊瓶，限制了其實(shí)際應(yīng)用和廣泛推廣。輸液尤其是夜間輸液，護(hù)士工作繁忙，急需開(kāi)發(fā)新的更加可靠、簡(jiǎn)便的設(shè)備。

1 設(shè)計(jì)思路

臨床常用的輸液瓶的一般有兩種規(guī)格：250mL和500mL，但是注射液僅是藥物溶劑，不同患者根據(jù)病情需要摻入不同劑量的藥物;另外，不同廠家的注射液包裝材料、規(guī)格不同，不能僅根據(jù)吊瓶總重量來(lái)判斷液體的剩余量。因此，為保證該系統(tǒng)的通用性和可操作性，醫(yī)護(hù)人員可在配藥完成、輸液開(kāi)始前設(shè)置注射液規(guī)格并一鍵進(jìn)入開(kāi)始狀態(tài)。在輸液開(kāi)始后，系統(tǒng)通過(guò)重力傳感器檢測(cè)質(zhì)量變化，并根據(jù)液體重量的減少量（AW）判斷液體剩余量（因注射液的密度接近1g/mL，可根據(jù)質(zhì)量改變計(jì)算剩余注射液體積）。以500mL規(guī)格的吊瓶為例，當(dāng)編號(hào)為1的輸液瓶?jī)?nèi)液體剩余20m1即質(zhì)量的減少量ΔW=480g時(shí)，護(hù)士站1號(hào)指示燈閃爍并發(fā)出時(shí)間間隔為2s的報(bào)警聲，提醒護(hù)士將1號(hào)病輸液瓶?jī)?nèi)插頭稍向外拔出;當(dāng)編號(hào)為1的輸液瓶?jī)?nèi)液體大約剩余10mL即質(zhì)量的減少量ΔW-490g時(shí)，護(hù)士站1號(hào)指示燈間隔1s閃爍并發(fā)出時(shí)間間隔為1s的報(bào)警聲，提醒護(hù)士1號(hào)病人輸液即將完成，需更換吊瓶或結(jié)束輸液。結(jié)束輸液后，可手動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)，或在更換吊瓶期間重力為零時(shí)，系統(tǒng)不報(bào)警。

為了保證輸液報(bào)警系統(tǒng)的可靠性，除了根據(jù)吊瓶重量的減少量來(lái)判斷液體是否流完外，在吊瓶口夾裝一個(gè)非接觸式液面?zhèn)鞲衅?，?dāng)連續(xù)5S檢測(cè)沒(méi)有液體通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)定輸液結(jié)束，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此時(shí)報(bào)警方式與液體剩余10G時(shí)報(bào)警方式相同。

2 輸液監(jiān)控器的硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的硬件原理圖如圖1所示，由重力傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、可編程控制器、聲光?bào)警裝置四大部分組成。

2.1 重力傳感器

重力傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)來(lái)進(jìn)行工作的。重力傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于晶體變形會(huì)產(chǎn)生電壓，只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。

2.2 液位感應(yīng)器

液位感應(yīng)器由電容式傳感器構(gòu)成，將液面位置變化變?yōu)殡娙萘康慕换．?dāng)若連續(xù)5秒檢測(cè)無(wú)液體通過(guò)，系統(tǒng)記錄此時(shí)數(shù)據(jù)，認(rèn)為輸液結(jié)束。

2.3 可編程控制器

可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置，具有硬件配置方便、安裝方便、使用方便、維護(hù)方便的特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。重力傳感器和液位感應(yīng)器將輸液液體重量的變化和狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送給可編程控制器，可編程控制器根據(jù)內(nèi)部編程軟件輸出結(jié)果，使聲光報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的操作。

2.4 聲光報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警燈和報(bào)警聲裝置直接與PLC的輸出裝置相連接，根據(jù)輸出情況作出相應(yīng)的反應(yīng)。

3 輸液監(jiān)控器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輸液監(jiān)控器控制系統(tǒng)由PLC控制，完成相關(guān)要求。

3.1 確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)

通過(guò)對(duì)輸液監(jiān)控器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析后，可得出PLC接受到信號(hào)有：輸液開(kāi)始信號(hào)、輸液液體剩余20g信號(hào)、輸液液體剩余10G信號(hào)、液位感應(yīng)器檢測(cè)5s內(nèi)無(wú)液體信號(hào)、重力傳感器無(wú)重量感應(yīng)信號(hào)共5點(diǎn)輸入。PLC需要輸出的信號(hào)有報(bào)警燈點(diǎn)亮和報(bào)警聲音共2點(diǎn)輸出。編程元件和其對(duì)應(yīng)的功能如表1所示。

3.2 控制系統(tǒng)硬件接線圖

監(jiān)控器控制系統(tǒng)的硬件接線圖如圖2所示。

3.2 單一輸液桿輸液監(jiān)控PLC程序設(shè)計(jì)

單一輸液桿輸液監(jiān)控的控制要求在設(shè)計(jì)思路里進(jìn)行了詳細(xì)闡述，根據(jù)控制要求，編寫(xiě)單一輸液桿輸液監(jiān)控PLC程序如下所示：

LD I0.0

A I0.4

LPS

A I0.1

AN I0.2

AN T37

TON T37，20

LPP

LD T37

LD I0.2

O I0.3

A SM0.5

OLD

AID

=Q0.0

AN I0.1

=Q0.1

3.3 多個(gè)輸液桿輸液監(jiān)控PLC程序設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輸液室有多個(gè)椅位供病人輸液，護(hù)士站需要監(jiān)測(cè)多個(gè)輸液桿輸液狀態(tài)。在設(shè)計(jì)程序時(shí)，使用跳轉(zhuǎn)指令跳過(guò)沒(méi)有正在工作的輸液桿，CPU只掃描工作狀態(tài)下的程序，減小CPU的掃描時(shí)間。根據(jù)跳轉(zhuǎn)指令的特點(diǎn)，繪制CPU掃描邏輯圖，如圖3所示。

按照CPU掃描邏輯圖設(shè)計(jì)多個(gè)椅位輸液報(bào)警PLC程序，如下所示：

LDN I0.0

imp 1

1號(hào)椅位輸液報(bào)警PLC程序

LBL 1

LDN I0.5

JMP 2

2號(hào)椅位輸液報(bào)警PLC程序

LBL 2

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC控制的通過(guò)重力感應(yīng)方式監(jiān)控輸液進(jìn)度的控制系統(tǒng)，可在配藥完成、輸液開(kāi)始前設(shè)置注射液規(guī)格并一鍵進(jìn)入開(kāi)始狀態(tài)，保證了該系統(tǒng)的通用性和可操作性。在輸液開(kāi)始后，系統(tǒng)通過(guò)重力傳感器檢測(cè)質(zhì)量變化，并根據(jù)液體重量的減少量（ΔW）判斷液體剩余量，附帶電容式傳感器構(gòu)成的液位感應(yīng)器提供雙重保障，可在接近結(jié)束時(shí)將信號(hào)傳遞給護(hù)士站，通過(guò)報(bào)警燈和報(bào)警聲呼叫護(hù)士。該系統(tǒng)更加可靠、簡(jiǎn)便，適用于輸液室的特殊工作環(huán)境，改善了患者的就診體驗(yàn)，減輕了醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)。

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