基于中药自动配药PLC系统的设计方案的研究

熊旺平+范志彪++周娴

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.130

摘 要：中药现有的人工配药方式在精度、效率、用药卫生和便利性等方面都存在缺陷。为了实现信息自动化技术应用到常规中药颗粒手工操作的配药方式，该文拟首先分析了几种当前中药配药系统的方案，分析其中优势和不足，并基于可编程逻辑控制器进行系统设计，提出一种高效、快速的能控制中药智能配药的硬件设计方案，为研究后期新型中药配药系统提供了理论的支持。

关键词：中药 配药系统 可编程逻辑控制器 硬件设计

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（a）-0130-02

中药是我国有着悠久传统的药物，但现有的人工配药方式受限于条件，现代生活对其在精度、效率、用药卫生和便利性等方面提出了更高的要求。融合信息控制技术对智能且自动化的配药系统的研究是对传统配药方式的提高，首先较好地改进了传统中药配药的不足，而且可以促使实现中药领域在企业生产、医院药物管理等方面的现代化及标准化。

1 当前的中药自动化配药方式

目前主流的配药方式是把药液除水提纯成中药颗粒，为了回避中药存放和配药形成的污染不足，按照固定质量包装成包，采用机器人手臂统一采抓，但存在若干问题，首先中药箱不方便布局，如果受空间限制做成垂直布局的话取药不便，而水平布局占面积大，如果移动过程中出现药包掉落情况时，排查药包麻烦。其次运行效率较低。皆因机器人手臂每抓一味中药需要摆动若干次，假设一个中药处方包含X味药，平均计算每味要Y小包，医嘱为Z服，那么机器人手臂需要移动X*Y*Z次。

该文基于解决配方中单味中药浓缩颗粒剂智能抓药的问题，构建立体式分级系统方案，将中药调配技术、机械手臂控制技术、模式识别技术和智能信息处理结合起来，在医生开完处方后，直接完成处方记录、调配、传送、库存剩余显示等多项功能，基于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）研究寻找最优控制模式。研究提高中药配药效率的同时降低了传统人工配药的误差。

2 控制系统的设计方案

2.1 功能设计

中药智能配药调配平台应满足各种复杂的处方配制的任务，所以控制系统需要实现以下的功能。

（1）在医生办公室就可以实现自动录入中药处方、存储原始数据及查询功能。

（2）配药的药房电脑终端能识别中药配方及分析数据，且具备交换控制指令、通信以及监视状态等功能。

（3）此外需要随时汇总药房的中药存量数据，可以和药物厂家联网帮助其实现零库存管理。

2.2 初始化工作

系统的工作流程受控制系统的结构及功能决定，在开始阶段主治医生通过电脑根据病人情况开出处方，中药药房终端利用医院局域网接受到处方内容，经过模式识别和信息处理后，根据中药处方通过系统控制总线发出药方调配的指令，底层硬件控制机械臂执行任务，完成最终的中药配药及药物传送目标。

2.3 控制系统的硬件组成

底层的硬件由驱动系统、读卡器、电脑、PLC运动控制单元、检测系统及震动器等部分组成。患者采用就诊卡在读卡器刷卡，获取患者的中药处方及诊疗信息，依据病人病症区分，将相应的处方传送到对应配药装置，那么下位机以移动距离总和最小的为衡量指标，安排配药过程顺序，PLC运动控制单元依照终端传递过来的数据进行智能配药。

结合可编程接口芯片8255A来设计PLC控制程序，主要用于控制取药运行电机的运动，可以精确控制电机的运行位置和距离，从而完成取药机械手的精确定位和药品的定量抓取。工作流程设置如下。

（1）根据步进电机的励磁顺序列，设置控制步进电机顺序转动输出的参数表。

（2）编程植入8255A的方式控制字。

（3）根据中药配方的中药种类及数量预设电机需要前进的步数。

（4）按照次序写入每类中药的逐个延时（采用慢转、延时较长的延时子程序A）输出表中的参数。

（5）预设快速转过的步数。

（6）依次写入延时（采用快转、延时较短的延时子程序B）输出表中参数。

（7）由于中药配方一般比较复杂，所以要预设步进电机反向转过的步数。

（8）逆序依次逐个延时（采用慢转的子程序A）输出表中数据。

（9）设定需要步进电机快速反向转过的步数。

（10）逆序依次逐个延时（采用快速的子程序B）输出表中数据。

按照以上的流程循环工作，步进电机实现了首先低速到高速正转，其次高速正转到低速反转，再高速反转，周而复始。抓药稳定性和准确性都能够得到确保。

2.4 支撑机械系统

配药的支撑机械系统由链轮输送装置、支架、接料器及其驱动装置、震动器和内附特殊料道的药箱等装置构成，首先为降低运动摩擦阻力，在滚珠平板支承着药箱，震动器放在下料药箱位置的后方，工作时抖动震动器，使选中药箱的药包顺序地从出药口出药；其次为了对出药包数进行计数，灵敏的光电传感器接到PLC的计数器的输出，装在出药口下方的导料器上统计数值；接药容器装有多个料斗，可尝试应用带减速器的电机，其特点是丝杆螺母机构或齿轮齿条移动，驱动除了考虑矢量控制型变频器驱动异步电机，还可以采用伺服电机链轮。

3 结论

对比传统的配药方式，该方案的改进和优点表现在以下几方面。

（1）装置技术成熟但结构简单，性价比高。药箱放置在轮式输送带上，伺服电机带动带动皮带转动，抖动出药口出药，采用灵敏的光电传感器统计出药数量，都是技术成熟且成本较低的技术。

（2）设备维护方便且稳定性高。不存在复杂的机械操作和设备，也不需要特殊定制的零部件。

（3）系统整体控制思维简洁明了。系统设计的着力点就在计数及定位控制。

（4）根据医生的药方对病症进行区分，采用输送带驱动药箱，对应的中药配方在不同层进行操作，分类操作提高了配药效率。

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