PLC中药自动发药机设计

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1、目录第一章前言3第1.1节中药自动发药机设计意义3第1.2节 系统功能要求3第1.3节 系统实现的功能4第二章 中药自动发药机系统分析5第2.1节中药自动发药机工作过程5第2.2节 发药机控制系统设计5第三章 中药配方颗粒自动发药机控制系统硬件设计7第3.1节中药配方颗粒自动发药机硬件系统简介7第3.3节中药配方颗粒自动发药机系统配置9第3.4节自动发药机控制系统接线图与I/O分配表9第四章 中药配方颗粒自动发药机软件系统设计12第4.1节应用程序总体结构及功能模块12第4.2节上位PC机软件信息管理系统设计12第4.3节 下位机PLC软件控制系统设计13第五章总结15参考文献16【摘要】本文

2、主要围绕着与中药配方颗粒自动发药机系统相关的理论与实践进行讨论研 究。详细介绍了中药配方颗粒自动发药机系统的总体设计方案以及主要特点，论述了自动 发药机系统硬件部分的设计思想与实现。具体阐述了发药机系统的储药架、储药瓶、药杯、 取药机械手、旋转送杯装置及自动封装机这几个重要硬件构成的设计思路。【关键词】：中药配方；PLC；自动发药第一章前言第1.1节中药自动发药机设计意义江苏澳洋医药物流有限公司由澳洋集团下属医疗投资公司投资运作。实习期间我作为 江苏澳洋医药物流有限公司一名仓库管理员，通过平时观察，我在想，能不能采用计算机 控制发放药物，来提高发药的速度，从而能够节约人力，提高工作效率。目前，

3、绝大多数的中医院或中药房仍然采用手工称秤的方式来称取原生中药饮片。在 医生开具处方后，药剂师根据处方中的药材及重量标注进行称取，再凭感觉及经验按照所 开的副数将其分到每一副药里。这样就要求药剂师不仅要熟悉每味药材的存放地点，还要 精确称量。传统的配药方式劳动强度大，效率低，时间长，易出错，特别是对药剂师的依 赖性过强。这些缺点迫使人们思考以一种全新的配药方式来适应日益高速发展的中药产 业。在七十年未曾经出现过针对中药开发研制的“电子配药机”，因当时工业自动化、计 算机网络等一系列技术的不发达，科技含量较低，又由于配药对象是原生中药饮片的限制， 药品定量、称取及包装都很困难，所以操作使用不便，实

4、际应用价值不高，很快就被医药 市场淘汰，仅仅“昙花一现”。国家政策的大力支持，中药配方颗粒的成功研制，相关技术的成熟，推出一种全新的 配药方式成为了可能。中药配方颗粒自动发药机系统就是在这样的一个环境中应运而生。第1.2节系统功能要求医生在终端PC机上开出电子处方，然后通过医院内部局域网将电子处方的信息存储 到网络的数据库服务器。划价的PC机负责将数据库服务器的电子处方调出，完成患者的划价工作。划价完成以后，上位机的发药员将完成划价以后的电子处方加入配药任务队列自动取 药、发药。上位机是一台性能较高的PC机来实现，与我们设计的中药配方颗粒自动发药 机信息管理系统配合，负责发药机的控制和维护。完

5、成了处方的审核，并协调控制整个自 动发药机的运行。由PLC系统控制自动发药机运行。机电控制系统由专门药库，取药装置、取杯装置和 封口装置组成，能完成药瓶的精确定位和药品的定量输出。整个系统的设计包含了多处功 能反馈以及错误报警。打印机主要是负责系统打印各种查询统计报表，处方，以及划价单。条形码阅读器主要负责的是当取药的时候，药品身份验证，以检查、核对所取药品 是否与处方上的相符；当换药瓶的时候，避免药瓶放错位置。第1.3节系统实现的功能我们研制开发的中药配方颗粒自动发药机系统是结合了机械自动化、计算机编程、计 算机网络、数据通信、光电数据采集等等先进技术，来实现中药配取的机械化、自动化和 网络

6、化。本发药机系统药架储药432味，能够充分地满足中药开方，且可以自由增加或减少药 品的味数。研制开发的中药配方颗粒自动发药机系统具备如下主要功能：1. 系统自动复位:发药机系统的各组成部分别回到初始状态:封口机复位;转筒 复位。2. 系统自检功能:新药瓶上架时，通过自检将药架上药瓶的位置信息、条形码信息反 馈回发药机控制平台，并存储到相应数据库。3，自动配药功能:当处方里的药品信息通过内部局域网传输入上位PC机后，计算机 将通过下位机PLC驱动取药装置准确定位并通过药品条形码检查药品的正误，自动、精确 取药，并遵循传统中医的服用习惯分别包装后送出。在整个取配药的过程中上位PC机可 以监控。4.

7、 自动核对功能:在系统开始进行取药之前，自动检查输入处方的药品信息有无禁忌、 互克、毒药和精神类药。如有错误，则机器自动报警提示，是否继续由药剂师来决定；如 无，则系统自动完成取药、包装全过程。5. 自动打印功能:取药、包装正常完成之后，相关的信息可以通过打印机打印出来。 打印内容包括患者姓名、性别、年龄等身份信息，主治医生姓名，所开药品的种类、数量、 价格以及服用方法。6. 报警提示功能:计算机控制系统，系统设计有多种安全、可靠措施，有缺药报警、 加错药报警、取药失败报警、药品过期报警、系统故障报警等功能。7. 统计查询功能:系统还有用药统计、病历统计等多种信息统计功能，可以即时提供 对药品

8、使用、库存和患者病历情况的查询。第二章 中药自动发药机系统分析第2.1节中药自动发药机工作过程中药配方颗粒自动发药机系统的设计思路一中医院的医生根据病患者的病情开出电 子处方，在划价处通过计费系统计算、收取费用以后，将处方信息通过医院的内部局域网 络转送到医院中药房内的主控计算机中，添加至配药任务队列，主控计算机读取处方的综 合信息（包括患者姓名、药品名称、计量单位以及份量），并查询中药数据库，再计算优 化取药所需的最短路径，形成启动指令并传输给PLC控制系统，PLC驱动发药机完成取杯、 取药、包装。如果配药任务成功完成，主控计算机的输出端液晶显示屏上会显示患者信息， 并驱动相联的打印机输出病

9、患者药方的信息，与包装好的中药颗粒一同交付给患者。如果 配药任务由于某些原因，如：药品名人为写错、禁用药品等等，主控计算机会提示报警， 维修人员维修完成以后，重新发送。第2.2节发药机控制系统设计中药配方颗粒自动发药机系统由中药配方颗粒发药机和发药机信息管理系统两大部 分构成。该系统的研制涉及到计算机、通信、机械、人工智能等多个技术领域的理论知识。 整个系统的硬件部分是由局域网的多台终端计算机、一台打印机、两个条形码阅读器（一 个条形码阅读器是换药的时候使用，另一个是自动发药机取药进行可靠性保证使用的）和 中药配方颗粒发药机组成。中药配方颗粒发药机取药发药系统该系统的核心部分是由主控计算机PC

10、（上位机）、PLC控制系统（下位机）、取药发药系 统这三部分组成。其中主控计算机PC作为整个系统的上位机，采用人机界面实现系统的 管理和协调，主要负责数据信息的输入、分析、处理、输出，提供给终端用户PC以数据 库支持，建立与PLC的通信连接，发送信息、指令到PLC,接收PLC的运行状态信息，进 行实时监控;完成液晶屏显示和药方及反馈信息的打印PLC控制系统作为整个系统的下位 机，主要负责管理取药发药系统；接收上位机发送的信息数据，并控制硬件装置，如：步 进电机、取药机械手、条形码阅读器等执行相应的操作。取药发药系统包括了电机系统、 条形码别系统、取药机械手驱动系统、药杯封口装置等等，其接收指令

11、实现具体的识药、 取药、包装这一系列完成。中药配方颗粒自动发药机系统由局域网的多台终端设备协同工作。其整体的拓扑结构 图如图2-2所示。图2-2中药配方颗粒自动发药机系统的整体拓扑结构图第三章 中药配方颗粒自动发药机控制系统硬件设计第3.1节中药配方颗粒自动发药机硬件系统简介中药配方颗粒自动发药机系统的硬件主要包括储药架、储药瓶、导轨、取药机械手、 旋转送杯装置、自动封装机、负压产生装置、两个条形码阅读器以及上位计算机、打印机。 系统总体结构如图3-1所示。药架药瓶送杯装置图3-1发药机总体示意图3.1.1储药架的设计储药架是整个控制系统的对象，采用长方体的形态。储药架为直排矩阵模式，整体尺

12、寸为:4000mmX2300mmX1000mm。外壳为钢架结构，共分为四个框架，其中单一的框架分 为9排，且每排之间的距离约为80mm。每排可放置12个储药瓶，共计432个药瓶。储药 架如此设计既可以方便取药操作，又可以使储药瓶数目易于扩展。储药架的大小可以根据 不同级别医院或药房的实际情况做相应的调整。储药钢架的前部底端安装导轨，如图3-2 所示。药架药瓶3-2储药架示意图3.1.2储药瓶及药杯的设计储药瓶采用特殊的塑料材质制成，符合国家药品卫生标准大小的设计都是经过严密的论证和反复的优化其形状、尺寸（如图3-6所示）。图3-3储药瓶侧视图3.1.3取药机械手的设计取药机械手主要由三部分组成

13、，由上至下依次是:条形码阅读器、取药齿条、开关机 械夹。以下过程同前第3.3节中药配方颗粒自动发药机系统配置该设备的折纸机、推板杆伺服电机、主电机与真空泵采用PLC进行控制。现场有光电 检测开关11个，接近检测开关2个，压力检测开关1个。另外手动控制按钮6个，自动 控制按钮2个，工作方式选择开关2个，其次，变频调速系统需要2个数字输入点，所以 PLC需要26个数字输入信号。系统控制对象是折纸机、推板杆伺服电机、主电机与真空 泵。折纸机需1个电磁阀控制，推板杆伺服电机为单向运输，仅需1个输出点，主电机与 变频器组成变频调速系统需要1个数字输出，真空泵的输出作为吸说明书与吸药盒使用， 其中吸说明书

14、需一个电磁阀控制，吸药盒需2个电磁阀控制，废品剔除需1个电磁阀控制， 给药盒仓加料需要1个盒仓升降控制电磁阀，故现场控制信号有9个，另外设置了 “准备 就绪”、“循环”、“停止”和“故障”等系统状态指示灯4个，所以系统需要有20个数字 量输出。根据输入输出信号的数量、类型及控制要求，同时考虑到系统维护、功能扩展以及经 济性等因素，主控部件决定选用西门子SIMATICS7-200 CPU226可编程控制器，其共有24 个输入点和16个输出点，同时外加一个数字量扩展模块 EM223产品编号为6ES7 223-1PH20-0XA0该模块有8个数字输入，8个数字输出。第3.4节自动发药机控制系统接线图

15、与I/O分配表PLC外部接线图如图3-9所示，分配表如表3-1所示。上位PC机信号机械手基准点检测说明书料位检测药盒料位检测条形码检测吸盒方向检测说明书吸下检测药版上检测药版下检测高速脉冲输入端说明书夹住检测盒吸下检测机械手基准点检测舌头检测瓶仓位置检测变频器运行正常变频器故障图3-9 PLC外部接线图（一）吸说明书拆说明书手，控制吸药盒推板推入真空泵剔废一 手动自动控制停止手动工作方式一停止控制系统I/O分配表如表下所示:I2.0Q1.2I2.1Q1.3I2.2Q1.4I2.3Q1.5I2.4Q1.6I2.5Q1.7I2.6Q 2.0I2.7Q2.1I3.0Q2.2Q2.3I3.1Q2.4C

16、OM3COMNLCNDSB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SA1SA2! SB8图3-9外部接线图（二）0YV7-PV8-口 YV9口 YV10口 YV11口 YV12口 YV13t_H1_2H1 3= FU 2多药板报警停机缺说明书报警停机缺药盒报警停机机械手卡住报警停机说明书料位过低盒仓位过低真空泵压力过低准备就绪 循环停止故障12 V表3-1系统I/O分配表输入输出兀件代号功能输入继电器兀件代号功能输出继电器第四章 中药配方颗粒自动发药机软件系统设计第4.1节应用程序总体结构及功能模块中药配方颗粒自动发药机系统的软件构成为两大部分:上位PC机软件信息管理系统 和下位机软件控制系统。

17、发药机信息管理系统的开发设计是结合当前医院现行的中药、处 方、人员等管理模式，运用SQL Server 2000作为后台支持的数据库管理系统，使用Visual Basic 6.0编写前台操作界面。中药配方颗粒自动发药机的控制系统是采用上位机和下位机通过串行通信口 RS-232 连接所组成的完整的控制系统。上位PC机使用Windows操作系统，下位机使用西门子公 司S7-200 CPU226的可编程控制器。这样既能充分发挥可编程控制器的可靠、易于使用、 结构紧凑，便于工业控制的特点:又能发挥PC机操作界面良好、数据处理能力强，并且可 以为数据库管理系统和计算机网络软件提供运行平台的优势。第4.2

18、节 上位PC机软件信息管理系统设计在中药配方颗粒自动发药机系统中，配药任务的形成以及对中药基本信息、处方的管 理都是以相应的数据库为依托，并结合医院的中药管理系统，开发了中药配方颗粒自动发 药机的信息管理软件。上位PC机软件信息管理系统主要分为人机互动平台和关系数据库。人机互动平台是由 Visual Basic6.0编写完成并实现，并设置了相应的管理操作权限，管理员需拥有帐户和 密码进入操作界面，以确保整个软件系统的安全性。关系数据库在整个上位机软件信息管 理系统中是关键的，承担着中药药品信息、处方管理信息、患者病历信息、医生基本信息 的储存，以及配药任务的形成。上位PC机软件信息管理系统现由

19、八大功能模块组成，分别是:发药机管理模块、处方 管理模块、员工管理模块、中药基本信息管理模块、药瓶更换模块、用户信息模块、统计 查询模块、系统帮助模块.每个模块都与后台的数据库建立连接，提供了发送处方、储存 中药信息、管理处方、病历建档等等功能。其设计结构框图，如图4-1所示。药瓶更换模块/L数据库、j员工管理模块系统帮助模块RS-232连接匚统计查询模块上位机信息管发药机管理模I理系统 中药基本信息 块 管理模块用户信息模块处方管理模块PC/PF电缆下位机S7-200PLC图4-1上位机软件信息管理系统结构框图第4.3节 下位机PLC软件控制系统设计下位机PLC主要负责完成接收上位PC机传送

20、来的取药动作指令，控制各驱动部件完 成发药工作，并向上位机反馈通信和配药任务的执行状态。其发药流程图，如图4-2所示。开始收到上位机取药命令L 机械手取药杯读取上位机传入的处方数据机械手回到XYtt运动系统报警处理机械手到达封口是置药杯封口压膜出药( 结束图4-2下位机软件控制发药流程图第五章总结经过为期三个多月的努力，终于独立完成了 单击此处键入毕业设计名称。 通过自己的学习和研究，以及导师的关心和指导，经过反复的试用证明，系统基本上能满 足设计需要。实现了系统单击此处键入毕业设计名称功能。但由于自己水平 有限，加上时间有限，还存在很多不足之处：1.2.3. 功能还不够强大，一些功能还需要在

21、实践过程中不断提高。今后设想：继续完善此系统，。通过本次毕业设计，我的分析问题、解决问题的能力得到了很大的提高。遇到问题时 并不是马上去问老师，而是先自己分析、思考，并通过上网、查阅图书资料等手段，先自 己思考如何解决。例如，我在调试一段XXX程序时进入了循环，一开始没有找出原因，后 来发现缺少结束条件所致。另外，我还认识到，必须不断的进行学习，并将学到的知识应用于实际问题中，只有 这样才能不断取得更大的进步。参考文献1 骆德汉.可编程控制器与现场总线网络控制M.北京:科学出版社,2005.2 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例M.北京:人民邮电出版社,2004.3 廖常初.可编程序控制器

22、应用技术M.重庆:重庆大学出版社,1998.4 西门子(中国)有限公司.MM440变频器手册Z.上海:西门子(中国)有限公司.2003.5 西门子(中国)有限公司.S7-200可编程控制器系统手册Z.上海：西门子(中国)有限公司.2005.6 刘为成.瓦楞纸板横切机实现电脑改造的一条有效途径J.包装业.1998,(12)： 16-17.7 刘来英.注塑成型工艺M.北京：机械工业出版社.2005.8 陈山，潘天红，朱进.瓦楞纸板自动横切机控制系统设计J.林业机械与木工设备，2005,(08)： 22-249 黄俊，王兆安.电力电子变流技术M.北京：北京机械工业出版社，1993.10 朱茂健.台达

23、机电产品在瓦楞纸板横切控制系统中的应用J.包装与食品机械，2005，(23)： 37-38.11 郭庆鼎，王成元.交流伺服系统M.北京：北京机械工业出版社，1993.12 王成元，周美文，郭庆鼎编著矢量控制交流伺服驱动电动机M.北京：北京机械出版社1994.13 胡崇岳主编.现代交流调速技术M.北京：北京机械工业出版社，2000.14 任永益，潘孟春，翁飞兵，瞿元新瓦楞纸板同步剪切控制系统的设计与研制N.国防科技大学 学报，1999 .2.15 张文勇，部显光.永磁低速同步电动机应用技术概况J .微特电机.2001,(03)： 5-10.16 朱磊.用变频器实现多台异步电动机间的同步控制J.上

24、海轻工业.2005,(05)： 6-12.致谢毕业设计是完成教学计划达到专业培养目标的一个重要的教学环节，是教学计划中综 合性最强的实践性教学环节，它在培养和提高我们综合运用专业知识分析和解决实际问题 的能力，并进行工程技术人员所必须具备的基本素质的训练等方面具有很重要的意义。本次历时二个多月的毕业设计-单击此处键入毕业设计名称已接近尾声了， 我的设计也基本上圆满完成了。此时回想前一段忙碌而辛苦的日子，体会多多，感慨也不 少。设计过程也如我所料，遇到不少的问题，最终都一一解决了。首先，要感谢我的毕业指导老师单击此处键入教师名称老师。他们时时关 心我的设计进展情况使我深受感动，在毕业设计过程中，

25、当我遇到困难时，给我理顺思路; 遇到难题时，一一细心的解答。感谢他对我的论文提出了很多中肯的意见。老师渊博的知 识、严谨的治学态度、勇于开拓的创新精神、忘我的工作热情、务实的工作作风以及积极 向上、乐观进取的人生态度使我终生受益。另外，我还要感谢我的实习单位单击此处键入实习单位名称的XXX和XXX， 他们给予了工作和学习上的大力支持，给我的设计提出了很多好的建议。其次，感谢沙洲职业工学院的老师们，我欣赏老师们丰富的实践经验和讲课时的风采， 尤其不管是课内还是课处，老师们都能耐心地解答我们的疑问，既教书又育人，这种高尚 的情操值得我们学习。我要对老师们说一句：老师，你们辛苦了，我将用我的实际行动去 回报我的恩师和学校，感谢他们园丁般的栽培。最后，我还要感谢我们的班主任单击此处键入班主任名字老师，你为我们 投入了很大的精力，牺牲了太多的休息时间，我们会记在心里，在这里祝你万事如意、心 想事成。祝福我们的校园、领导、老师以及同学，祝福他们明天更美好。系统（主要）程序清单附录