梁 超，高鐵軍（華北理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，　河北 唐山　063009）

基于PLC的自動售藥系統(tǒng)的研究

梁 超，高鐵軍
（華北理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，河北 唐山063009）

針對目前普通藥房售藥在時間上出現(xiàn)的空當，根據(jù)重力落料原理和密集存儲原則，開發(fā)出一種基于PLC的自動售藥系統(tǒng)；本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)半自動化上藥，儲藥和自動化發(fā)藥，藥品的出庫和入庫操作并行執(zhí)行。論文重點論述系統(tǒng)的功能與實現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)以及解決方案。本系統(tǒng)能夠填補普通藥房在時間上的服務(wù)空白，24小時滿足人們的購藥需求，方便廣大民眾，為廣大民眾提供更好的售藥和用藥服務(wù)。

自動售藥機；控制系統(tǒng)；PLC

0　引言

隨著國內(nèi)醫(yī)療改革的不斷深入，藥品的自動配送，補給以及智能管理已經(jīng)成為醫(yī)院藥房發(fā)展的必然趨勢［1］，各種新型的自動化藥品存儲，發(fā)放和管理系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)［2］。在國外的一些發(fā)達國家，自動化藥方技術(shù)已經(jīng)相當成熟，這類設(shè)備基本已經(jīng)普及。2001年美國開始出現(xiàn)自動售藥機，這種售藥機可以自動識別處方，能夠準確的吐出醫(yī)生開出的藥品，準確率也高于人工發(fā)藥，這種自動售藥機和藥店是平行的，和藥店員工完成同樣的工作。英國則是把自動售藥機放在醫(yī)院里，目的是減少排隊，方便患者，購藥者將處方卡插入機器，然后與注冊藥劑師進行視頻通話，經(jīng)藥劑師核查無誤后，使用者付款，隨后機器突出藥品和用藥說明。2002年8月上海引進了大陸第一臺售藥機，最開始自動售藥機完全放在藥店內(nèi)，還需要有藥劑師在一旁指導(dǎo)購藥，完全沒有顯示出優(yōu)勢，知名度不高。歲后的幾年又出現(xiàn)了手機積分或用話費兌換藥品的機器和出藥兩較小的以紙幣付款的機器，但都有一定的局限性而未能推廣。2008年以后出現(xiàn)的自動售藥設(shè)備克服了付款難，藥品種類少的難題，該列設(shè)備藥品儲量達，可以刷卡結(jié)算，但是藥監(jiān)局不允許擺放在不具備藥品經(jīng)營資格的地方。目前國內(nèi)市場上的自動售藥機魚龍混雜，很多設(shè)備效果不佳，難于維護和管理，這給自動售藥設(shè)備的發(fā)展帶來新的挑戰(zhàn)［3～5］。

本文研制出的適合于藥店的無人值守式自動售藥機能夠?qū)崿F(xiàn)上百種用藥品的24小時無間歇售藥，亦能在售藥高峰期分流購藥人群，從而減少購藥高峰給藥房帶來的壓力，該設(shè)備提供多種方式結(jié)算，現(xiàn)金，刷卡以及無線支付均可，能大大減少消費者排隊等候時間，提高服務(wù)效率和質(zhì)量。

1　系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

無人值守式自動售藥機必須具備以下功能：①具備自主選擇藥品并將所選藥品快速準確的發(fā)放到購藥者手中；②能夠?qū)崿F(xiàn)一定數(shù)量常用盒裝藥品的存儲和管理，能夠保證在無工作人員值守的夜間也能為有需要的人提供服務(wù)；③能夠?qū)崿F(xiàn)庫存藥品的人工補充，在相應(yīng)庫存藥品不足時能夠自動報警，由人工將藥品補充到相應(yīng)槽位上。無人值守自動售藥機的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。它包括上藥系統(tǒng)、密集存儲系統(tǒng)、自動出藥系統(tǒng)、藥品的庫存管理和控制系統(tǒng)。

圖1　自動售藥機整體機構(gòu)示意圖

1.1上藥系統(tǒng)

無人值守式自動售藥機通過人工操作實現(xiàn)藥品的補給，首先應(yīng)分析一段時間內(nèi)藥店發(fā)放藥品的種類和數(shù)量的動態(tài)結(jié)果，得到百余種最常用藥，通過掃碼器掃得藥盒上的條形碼與藥品的信息共同生成條形碼藥品信息數(shù)據(jù)庫，分析這些藥品藥盒自身的尺寸得到一系列的儲藥槽的寬度值，為保證藥盒能在儲藥槽內(nèi)順利滑出，要求藥盒與兩側(cè)隔板之間應(yīng)留有2mm間距。根據(jù)藥盒高度將其分配到相應(yīng)槽位上，從而得到藥品的儲位數(shù)據(jù)庫。

工作人員根據(jù)系統(tǒng)提示進行藥品的補充工作，當系統(tǒng)發(fā)出警報后，工作人員根據(jù)上藥系統(tǒng)提示便可以知道存儲量不足的藥品的名稱、存儲位置、缺空數(shù)量等信息，工作人員按提示取來空缺藥品，準備上藥。工作人員用掃碼器掃藥品盒的條形碼時，相應(yīng)槽位的指示燈亮起，工作人員操作上要操作系統(tǒng)手工補充一定數(shù)量的藥品。

1.2儲藥和出藥系統(tǒng)

無人值守式自動售藥機利用重力落料原理，通過斜坡式儲藥柜實現(xiàn)盒裝藥品的密集存儲，其中U型儲藥槽作為盒裝藥品存儲的最存儲小單元；藥品的密集存儲要求藥品的庫存量在滿足實際需求的情況下盡可能的少庫存的藥品兩量可根據(jù)實際情況調(diào)整，以應(yīng)對某些季節(jié)性高發(fā)病的爆發(fā)。

出藥系統(tǒng)主要通過控制電磁鐵翻板開關(guān)以實現(xiàn)盒裝藥品的快速發(fā)放。電磁鐵擋板開關(guān)主要由基座1、電磁鐵2及鐵芯3、復(fù)位彈簧4翻板5等主要部分組成，如圖3所示。在無發(fā)藥動作時，藥盒在擋板的作用下平躺在傾斜儲藥槽道6內(nèi)鋪設(shè)的兩根平行的玻璃纖維導(dǎo)軌7上，導(dǎo)軌通過卡子8固定在儲藥槽道內(nèi)。當系統(tǒng)接收到發(fā)藥指令時，相應(yīng)槽道的電磁鐵翻板開關(guān)受控動作，在鐵芯的帶動下，翻板有繞翻板軸8轉(zhuǎn)動的趨勢，待運動到一定程度，支板滾輪9將藥盒前端支起，同時前擋板下沉，藥盒滑出，藥盒滑出大約三分之一的位置后電磁鐵檔板開關(guān)斷電，翻板板在復(fù)位彈簧的作用下回復(fù)原位，藥盒順著擋板滾輪10滑出。復(fù)位的電磁鐵翻板開關(guān)又能阻擋尚未下滑至此的第二盒藥品；需要多少盒藥，只需電磁鐵檔板開關(guān)動作幾次，不同的藥品尺寸不一，所以各個槽道前端的電磁鐵檔板開關(guān)的通電時間就不一樣，通電時間應(yīng)保證藥盒下滑不超過自身長度尺寸的1/3為宜。

藥品下滑后，經(jīng)導(dǎo)流機構(gòu)下落至提升傾倒機構(gòu)底部，待所有藥品發(fā)放完畢后，提升傾倒機構(gòu)將藥品提升至一定高度后傾倒在取藥口，以方便購藥者拿取。

圖2　發(fā)藥電磁鐵翻板開關(guān)機械結(jié)構(gòu)及動作狀態(tài)示意圖

2　控制和管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)能夠?qū)υ趲焖幤分悄芄芾恚瑤齑嫠幤返姆N類和數(shù)量始終處在動態(tài)平衡中，藥品的出庫，入庫以及庫存情況都被記錄并實時更新數(shù)據(jù)庫，在庫藥品的有效期均處在系統(tǒng)的監(jiān)控狀態(tài)下，一旦有藥品接近有效期，系統(tǒng)即發(fā)出報警。

斜坡式儲藥槽道的前端的相應(yīng)位置安裝了一對光電對射檢測開關(guān)，當該列槽道的任何一槽道有藥盒滑出時，藥盒便阻斷對射光信號，產(chǎn)生一個電信號傳回PLC，PLC便認定已經(jīng)完成一盒藥品的發(fā)放，如此將光電對射開關(guān)擴展為與每列槽道相對應(yīng)的上下兩排，就可以對任一在庫藥品的發(fā)放情況進行檢測。

發(fā)藥程序啟動后，光電計數(shù)器首先通電工作，發(fā)藥動作一開始，對射光電檢測開關(guān)便將所檢測到的數(shù)據(jù)傳回PLC并跟上位機的目標數(shù)據(jù)對比，如果檢測數(shù)小于目標數(shù)，則PLC控制電磁鐵翻板開關(guān)繼續(xù)動作，直到檢測數(shù)等于目標值，發(fā)藥動作停止，發(fā)藥指令執(zhí)行完畢。

控制系統(tǒng)采用觸摸屏作為上位機，PLC為下位機，在接收上位機的指令后控制電磁鐵擋板開光執(zhí)行發(fā)藥動作，系統(tǒng)通過矩陣控制方案實現(xiàn)所有電磁鐵擋板開關(guān)的控制，為了抑制線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流，需要在每個電磁鐵上各串聯(lián)和并聯(lián)一個二極管，以保證感應(yīng)電流不會影響到其他電磁鐵，矩陣控制示意圖如圖5所示。發(fā)藥動作完成后，所有藥品經(jīng)藥品導(dǎo)流機構(gòu)滑至位于提升機構(gòu)底部的盛藥裝置內(nèi)，此時提升電機受控動作，提升機構(gòu)將藥品提升至一定高度后觸發(fā)行程開關(guān)并停止，此時，電動推桿受控動作，將盛藥裝置內(nèi)的藥品傾倒在取藥口，傾倒完成后，電動推桿復(fù)位，電機受控反向運動，提升機構(gòu)下行，運動至底部觸發(fā)行程開關(guān)2，運動停止，發(fā)藥完畢。

本系統(tǒng)采用繼電器輸出類型的PLC外加晶體管輸出類型的模塊來驅(qū)動槽位指示燈 （發(fā)光二極管），指示

圖3　控制系統(tǒng)組成框圖

燈由PLC矩陣輸出驅(qū)動，可明顯節(jié)省PLC輸出點的占用量，外部硬件設(shè)計示意圖如圖5所示：

圖中電阻R*起限流作用，用以保護發(fā)光二極管不

圖4　電磁鐵擋板開關(guān)矩陣控制示意圖

圖5　槽位指示燈外部硬件設(shè)計示意圖

被過強電流燒毀，R為開關(guān)三極管的上拉電阻，用以保證開光三極管隨PLC輸出點的狀態(tài)變化而準確的截止與導(dǎo)通。

3　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，控制程序流程如圖6所示。自動售藥系統(tǒng)的軟件控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，由主程序模塊和功能子程序模塊兩部分組成［6］。

主程序模塊實現(xiàn)對自動售藥系統(tǒng)初始化和對售藥系統(tǒng)各硬件組態(tài)部分的開機測試，并對自動售藥系統(tǒng)的整個作業(yè)過程進行實時監(jiān)控。功能子模塊主要包括電磁鐵翻板開關(guān)（發(fā)藥）模塊、槽位指示燈（上藥）模塊、藥品提升模塊、光電檢測模塊，功能子程序模塊采用順序控制模式控制。軟件的模塊化設(shè)計具有維護方便、運行穩(wěn)定可靠和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)自動售藥系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。

圖6　控制系統(tǒng)主程序流程圖

4　結(jié)束語

本文介紹了基于PLC的無人值守式自動售藥系統(tǒng)的構(gòu)成，工作原理，控制組成。該無人值守式自動售藥系統(tǒng)各個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)間相互配合，能夠?qū)崿F(xiàn)一定數(shù)量藥品的售賣，存儲和管理，填補普通藥房在時間上的服務(wù)空缺，滿足人們24小時購藥需求，本系統(tǒng)充分利用矩陣控制方式，節(jié)省了PLC輸出點的占用量，結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定可靠。

［1］張石革，馬國輝.論藥師職責轉(zhuǎn)型的時代使命與必然性［J］.中國藥房，2006，2.

［2］郝華增，李展翅，等.智能藥房的研究［J］.包裝與食品機械，2005，5.

［3］趙安琪.自動售藥機的破冰之路［J］.中國藥店，2010，10.

［4］劉譽.自動售藥機：公益在前，盈利何時能跟上［N］.世紀藥店，2013，1.

［5］楊玉顥，劉樂兵.自動售藥機的應(yīng)用及監(jiān)管分析［J］.齊魯藥事，2009，10.

［6］夏明忠，夏以軒，李兵元.軟件模塊化設(shè)計和模塊化管理［J］.中國信界，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，在讀碩士研究生。研究方向：機電一體化；高鐵軍（1968-），男，遼寧葫蘆島人，博士，教授。研究方向：機電一體化。