基于PLC的自动售药系统的研究

梁 超，高铁军（华北理工大学 机械工程学院，　河北 唐山　063009）

基于PLC的自动售药系统的研究

梁 超，高铁军
（华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山063009）

针对目前普通药房售药在时间上出现的空当，根据重力落料原理和密集存储原则，开发出一种基于PLC的自动售药系统；本系统能够实现半自动化上药，储药和自动化发药，药品的出库和入库操作并行执行。论文重点论述系统的功能与实现，关键技术以及解决方案。本系统能够填补普通药房在时间上的服务空白，24小时满足人们的购药需求，方便广大民众，为广大民众提供更好的售药和用药服务。

自动售药机；控制系统；PLC

0　引言

随着国内医疗改革的不断深入，药品的自动配送，补给以及智能管理已经成为医院药房发展的必然趋势［1］，各种新型的自动化药品存储，发放和管理系统不断涌现［2］。在国外的一些发达国家，自动化药方技术已经相当成熟，这类设备基本已经普及。2001年美国开始出现自动售药机，这种售药机可以自动识别处方，能够准确的吐出医生开出的药品，准确率也高于人工发药，这种自动售药机和药店是平行的，和药店员工完成同样的工作。英国则是把自动售药机放在医院里，目的是减少排队，方便患者，购药者将处方卡插入机器，然后与注册药剂师进行视频通话，经药剂师核查无误后，使用者付款，随后机器突出药品和用药说明。2002年8月上海引进了大陆第一台售药机，最开始自动售药机完全放在药店内，还需要有药剂师在一旁指导购药，完全没有显示出优势，知名度不高。岁后的几年又出现了手机积分或用话费兑换药品的机器和出药两较小的以纸币付款的机器，但都有一定的局限性而未能推广。2008年以后出现的自动售药设备克服了付款难，药品种类少的难题，该列设备药品储量达，可以刷卡结算，但是药监局不允许摆放在不具备药品经营资格的地方。目前国内市场上的自动售药机鱼龙混杂，很多设备效果不佳，难于维护和管理，这给自动售药设备的发展带来新的挑战［3～5］。

本文研制出的适合于药店的无人值守式自动售药机能够实现上百种用药品的24小时无间歇售药，亦能在售药高峰期分流购药人群，从而减少购药高峰给药房带来的压力，该设备提供多种方式结算，现金，刷卡以及无线支付均可，能大大减少消费者排队等候时间，提高服务效率和质量。

1　系统的功能实现

无人值守式自动售药机必须具备以下功能：①具备自主选择药品并将所选药品快速准确的发放到购药者手中；②能够实现一定数量常用盒装药品的存储和管理，能够保证在无工作人员值守的夜间也能为有需要的人提供服务；③能够实现库存药品的人工补充，在相应库存药品不足时能够自动报警，由人工将药品补充到相应槽位上。无人值守自动售药机的整体结构如图1所示。它包括上药系统、密集存储系统、自动出药系统、药品的库存管理和控制系统。

图1　自动售药机整体机构示意图

1.1上药系统

无人值守式自动售药机通过人工操作实现药品的补给，首先应分析一段时间内药店发放药品的种类和数量的动态结果，得到百余种最常用药，通过扫码器扫得药盒上的条形码与药品的信息共同生成条形码药品信息数据库，分析这些药品药盒自身的尺寸得到一系列的储药槽的宽度值，为保证药盒能在储药槽内顺利滑出，要求药盒与两侧隔板之间应留有2mm间距。根据药盒高度将其分配到相应槽位上，从而得到药品的储位数据库。

工作人员根据系统提示进行药品的补充工作，当系统发出警报后，工作人员根据上药系统提示便可以知道存储量不足的药品的名称、存储位置、缺空数量等信息，工作人员按提示取来空缺药品，准备上药。工作人员用扫码器扫药品盒的条形码时，相应槽位的指示灯亮起，工作人员操作上要操作系统手工补充一定数量的药品。

1.2储药和出药系统

无人值守式自动售药机利用重力落料原理，通过斜坡式储药柜实现盒装药品的密集存储，其中U型储药槽作为盒装药品存储的最存储小单元；药品的密集存储要求药品的库存量在满足实际需求的情况下尽可能的少库存的药品两量可根据实际情况调整，以应对某些季节性高发病的爆发。

出药系统主要通过控制电磁铁翻板开关以实现盒装药品的快速发放。电磁铁挡板开关主要由基座1、电磁铁2及铁芯3、复位弹簧4翻板5等主要部分组成，如图3所示。在无发药动作时，药盒在挡板的作用下平躺在倾斜储药槽道6内铺设的两根平行的玻璃纤维导轨7上，导轨通过卡子8固定在储药槽道内。当系统接收到发药指令时，相应槽道的电磁铁翻板开关受控动作，在铁芯的带动下，翻板有绕翻板轴8转动的趋势，待运动到一定程度，支板滚轮9将药盒前端支起，同时前挡板下沉，药盒滑出，药盒滑出大约三分之一的位置后电磁铁档板开关断电，翻板板在复位弹簧的作用下回复原位，药盒顺着挡板滚轮10滑出。复位的电磁铁翻板开关又能阻挡尚未下滑至此的第二盒药品；需要多少盒药，只需电磁铁档板开关动作几次，不同的药品尺寸不一，所以各个槽道前端的电磁铁档板开关的通电时间就不一样，通电时间应保证药盒下滑不超过自身长度尺寸的1/3为宜。

药品下滑后，经导流机构下落至提升倾倒机构底部，待所有药品发放完毕后，提升倾倒机构将药品提升至一定高度后倾倒在取药口，以方便购药者拿取。

图2　发药电磁铁翻板开关机械结构及动作状态示意图

2　控制和管理系统

本系统能够对在库药品智能管理，库存药品的种类和数量始终处在动态平衡中，药品的出库，入库以及库存情况都被记录并实时更新数据库，在库药品的有效期均处在系统的监控状态下，一旦有药品接近有效期，系统即发出报警。

斜坡式储药槽道的前端的相应位置安装了一对光电对射检测开关，当该列槽道的任何一槽道有药盒滑出时，药盒便阻断对射光信号，产生一个电信号传回PLC，PLC便认定已经完成一盒药品的发放，如此将光电对射开关扩展为与每列槽道相对应的上下两排，就可以对任一在库药品的发放情况进行检测。

发药程序启动后，光电计数器首先通电工作，发药动作一开始，对射光电检测开关便将所检测到的数据传回PLC并跟上位机的目标数据对比，如果检测数小于目标数，则PLC控制电磁铁翻板开关继续动作，直到检测数等于目标值，发药动作停止，发药指令执行完毕。

控制系统采用触摸屏作为上位机，PLC为下位机，在接收上位机的指令后控制电磁铁挡板开光执行发药动作，系统通过矩阵控制方案实现所有电磁铁挡板开关的控制，为了抑制线圈产生的感应电流，需要在每个电磁铁上各串联和并联一个二极管，以保证感应电流不会影响到其他电磁铁，矩阵控制示意图如图5所示。发药动作完成后，所有药品经药品导流机构滑至位于提升机构底部的盛药装置内，此时提升电机受控动作，提升机构将药品提升至一定高度后触发行程开关并停止，此时，电动推杆受控动作，将盛药装置内的药品倾倒在取药口，倾倒完成后，电动推杆复位，电机受控反向运动，提升机构下行，运动至底部触发行程开关2，运动停止，发药完毕。

本系统采用继电器输出类型的PLC外加晶体管输出类型的模块来驱动槽位指示灯 （发光二极管），指示

图3　控制系统组成框图

灯由PLC矩阵输出驱动，可明显节省PLC输出点的占用量，外部硬件设计示意图如图5所示：

图中电阻R*起限流作用，用以保护发光二极管不

图4　电磁铁挡板开关矩阵控制示意图

图5　槽位指示灯外部硬件设计示意图

被过强电流烧毁，R为开关三极管的上拉电阻，用以保证开光三极管随PLC输出点的状态变化而准确的截止与导通。

3　控制系统软件设计

系统采用模块化结构设计，控制程序流程如图6所示。自动售药系统的软件控制系统采用模块化设计，由主程序模块和功能子程序模块两部分组成［6］。

主程序模块实现对自动售药系统初始化和对售药系统各硬件组态部分的开机测试，并对自动售药系统的整个作业过程进行实时监控。功能子模块主要包括电磁铁翻板开关（发药）模块、槽位指示灯（上药）模块、药品提升模块、光电检测模块，功能子程序模块采用顺序控制模式控制。软件的模块化设计具有维护方便、运行稳定可靠和结构简单等优点，能够实现自动售药系统的高效稳定运行。

图6　控制系统主程序流程图

4　结束语

本文介绍了基于PLC的无人值守式自动售药系统的构成，工作原理，控制组成。该无人值守式自动售药系统各个系统结构间相互配合，能够实现一定数量药品的售卖，存储和管理，填补普通药房在时间上的服务空缺，满足人们24小时购药需求，本系统充分利用矩阵控制方式，节省了PLC输出点的占用量，结构简单，运行稳定可靠。

［1］张石革，马国辉.论药师职责转型的时代使命与必然性［J］.中国药房，2006，2.

［2］郝华增，李展翅，等.智能药房的研究［J］.包装与食品机械，2005，5.

［3］赵安琪.自动售药机的破冰之路［J］.中国药店，2010，10.

［4］刘誉.自动售药机：公益在前，盈利何时能跟上［N］.世纪药店，2013，1.

［5］杨玉颢，刘乐兵.自动售药机的应用及监管分析［J］.齐鲁药事，2009，10.

［6］夏明忠，夏以轩，李兵元.软件模块化设计和模块化管理［J］.中国信界，2012，11.

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，在读硕士研究生。研究方向：机电一体化；高铁军（1968-），男，辽宁葫芦岛人，博士，教授。研究方向：机电一体化。