中药自动发药机系统四视图分析报告.docx
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中药自动发药机系统四视图分析报告.docx
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中药自动发药机系统四视图分析报告
中药自动发药机系统四视图分析报告
姓名:
XX
学号:
091219XX
专业:
机械工程及自动化
上海大学机电工程与自动化学院
2012.9
1引言
目前,绝大多数的中医院或中药房仍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。
鉴于这一缺点,中药自动发药机应运而生。
在硬件上它采用PLC控制,结合储药架、储药瓶、药杯、取药机械手、旋转送杯装置及自动封装机等重要硬件;在软件上通过VB对上位机进行编程,以数据库为依托形成处方管理和存档、生成配药信息、将信息传递给自动配药机的系列功能的信息管理软件。
2功能视图分析
(1)功能分析
自动发药机的工作流程如下图所示:
1)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。
2)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。
3)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。
完成了处方的审核,并协调控制整个自动发药机的运行。
4)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。
5)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。
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。
自动发药机(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:
①发药机系统的各组成部分别回到初始状态:
②封口机复位;③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.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使用、库存和患者病历情况的查询。
配置处方完成划价PLC通讯自检功能自动复位自动配药自动核对报警打印
条形码扫描技术控制技术机械结构设计检测技术软件设计数据库技术接口技术
拾取药杯取药定位检验正误按计量取药纸袋封装、出药
机械手驱动系统条形码识别模块步进电机控制药杯封口装置
功能分析图
在功能分析过程中,需要详细说明的是,系统的核心部分是由主控计算机PC(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,其接收指令实现具体的识药、取药、包装这一系列完成。
3结构视图分析
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。
发药机总体示意图
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,整体尺寸为:
4000mm×2300mm×1000mm。
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。
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。
储药瓶侧视图
取药机械手主要由三部分组成,由上至下依次是:
条形码阅读器、取药齿条、开关机械夹。
4控制视图分析
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S7-200CPU226的可编程控制器。
1)上位机控制方法:
上位PC机软件信息管理系统现由八大功能模块组成,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,如图所示。
上位机软件信息管理系统结构框图
2)下位机控制方法:
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SIMATICS7-200CPU226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6ES7223-1PH20-0XA0该模块有8个数字输入,8个数字输出。
自动发药机控制系统PLC接线图:
PLC外部接线图
(一)
外部接线图
(二)
下位机的发药控制程序的流程图:
下位机程序控制发药流程图
5信息视图分析
本视图中,处方信息从医生诊室终端出发,传送至内部局域网,从药品信息数据库中提取信息,生成配药信息,再结合价格信息生成最终的划价单。
上位机中的信息经过软件处理后,将配药任务的状态信息传递至下位机PLC对取药系统进行各方面的控制;在取药之前进行药品条形码信息的核对,核对成功才能开门取药。
取药成功后,患者通过条形码信息取药。
打印机将药品的品种、剂量、价格等信息打印输出。
从而形成一套完成的信息流。
系统信息流图
自动发药机系统的整体信息流图
6总结
本文中我所总结的自动配药机是一个比较标准的机电一体化系统,涉及到了PLC控制、电机与驱动等多方面知识。
通过自己的学习和借鉴现有的资料,我对这样的一个系统有了较为完整的理解,对机电一体化的分析方法有了很好的掌握。
我结合书本上的分析方法,从功能视图、结构视图、控制视图、信息视图四个角度分析了该系统。
尤其是功能分析和控制分析让我学到了很多东西。
功能视图是了解和认识这一系统的主视图,首要途径。
详细的写出来功能视图能分析清楚系统设计的来龙去脉,把握设计目的和技术要点。
而控制视图涉及到了很多技术层面上的知识,如PLC控制、编程、软件等,从这一角度来分析能明白系统的控制方法和控制规律。
通过分析该系统,我对机电一体化的原理理解也进一步加深,明白了机、电是如何相结合的,对本门课程的学习也更加感兴趣。
7参考文献
[1]机电一体化原理[M].上海:
上海大学机电工程与自动化学院.
[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]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.
[4]郭庆鼎,王成元.交流伺服系统[M].北京:
北京机械工业出版社,1998。
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