自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)控制系統(tǒng)的研制

摘 要:根據(jù)藥品倉儲(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備所要達(dá)到的功能及其運(yùn)行特性，研制了一種藥品倉儲(chǔ)物流控制系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)中主要的硬件設(shè)備的設(shè)計(jì)和控制軟件的設(shè)計(jì)方法做了闡述，同時(shí)分析了整個(gè)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能和方法。目前該系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)完成，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，可靠性高。

關(guān)鍵詞:PMAC;自動(dòng)化;倉儲(chǔ)系統(tǒng);控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TP23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)01-145-03

Research on Automatic Drug-Storage Control System

ZHANG Hua，YUN Chao

(School of Mechanical Engineering and Automation，Beijing University of Aeronautics Astronautics，Beijing，100083，China)

Abstract:According to the current drug-storage automation equipment and their operating characteristics，an automatic drug-storage control system is designed.The development of major hardware and the design ideas of control software are discussed.And the functions and methods of the entire control system are analyzed.At present，the system has been developed，and experiment proves that this system has high reliability and it can meet the demands of design.

Keywords:PMAC;automation;drug-storage;control system

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長和人民群眾對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生需求的迅速提高，藥品的品種和數(shù)量也隨之迅速增長。如何有效管理這些藥品，降低管理成本，壓縮藥品資金流動(dòng)周期，是當(dāng)前大中型醫(yī)院藥房面臨的一個(gè)嚴(yán)重問題。在傳統(tǒng)觀念上，我國的藥房建設(shè)很少受到醫(yī)院的重視，醫(yī)院藥房普遍存在藥房設(shè)備設(shè)施陳舊，工作環(huán)境差，藥師的工作強(qiáng)度高等問題[1]。

將自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備引入醫(yī)院藥房是醫(yī)院藥房改革的一個(gè)新方向。自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、自動(dòng)化藥品存取設(shè)備對(duì)醫(yī)院藥房進(jìn)行管理的信息化系統(tǒng)。它通過人工智能和機(jī)電傳輸?shù)仁侄危梢詷O大地提高藥品在藥房儲(chǔ)運(yùn)的效率，減少差錯(cuò)率，節(jié)約寶貴的存儲(chǔ)面積，繼而引發(fā)藥房進(jìn)出藥流程的再造，帶來管理方式的轉(zhuǎn)變和運(yùn)營模式的升級(jí)[2，3]。本研究從軟件和硬件兩方面探討了一種基于某自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備的藥品倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)的控制要求

根據(jù)醫(yī)院用戶對(duì)自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備功能的實(shí)際需求以及藥房倉儲(chǔ)物流的具體運(yùn)行特點(diǎn)，自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個(gè)功能:

全自動(dòng)運(yùn)行功能 當(dāng)自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備接收到入庫指令時(shí)，應(yīng)能夠?qū)⑺幤窂纳纤幗K端自動(dòng)搬運(yùn)到儲(chǔ)藥貨架，并完成入庫和修改庫存信息等操作，中間無需人工干預(yù)。

對(duì)運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)控功能 自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，要求對(duì)其進(jìn)行可靠的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括對(duì)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)的顯示。

檢測到系統(tǒng)故障時(shí)的報(bào)警功能 自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行時(shí)若發(fā)生故障，能夠按事先設(shè)定的故障級(jí)別進(jìn)行處理，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

出庫、入庫分別能夠獨(dú)立運(yùn)行的功能 對(duì)自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備，入庫設(shè)備和出庫設(shè)備是獨(dú)立的，其正常運(yùn)行不受彼此的影響。如果入庫設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致入庫無法正常運(yùn)行，出庫設(shè)備仍能夠正常運(yùn)行。

通訊功能 能夠通過網(wǎng)絡(luò)通訊完成對(duì)藥品出庫和入庫的控制，并可以對(duì)自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備的某些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的處理功能 通過對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作和處理，能夠完成系統(tǒng)藥品庫存儲(chǔ)信息、出藥量、出庫總數(shù)、入庫歷史信息的修改和處理。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)描述

2.1 硬件平臺(tái)

根據(jù)系統(tǒng)的要求以及對(duì)系統(tǒng)可靠性的考慮，設(shè)計(jì)的藥品存儲(chǔ)系統(tǒng)硬件主要由工控機(jī)(IPC)、運(yùn)動(dòng)控制卡(PMAC)、可編程控制器(PLC)和伺服電機(jī)控制卡構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)的硬件組成簡圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的硬件組成簡圖

IPC具有性能穩(wěn)定、運(yùn)算速度快、高可靠性、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域[4]。為簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和提高系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)使用的是威達(dá)電公司的一款工控機(jī)，該工控機(jī)主頻為3.0 GHz，內(nèi)存為1.0 GB，硬盤為80 GB，Windows 2000操作系統(tǒng)，很好地滿足了系統(tǒng)硬件平臺(tái)的要求。在整個(gè)自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)系統(tǒng)中，工控機(jī)主要用于處理設(shè)備控制中的非實(shí)時(shí)任務(wù)，如運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、出庫規(guī)劃、系統(tǒng)監(jiān)控管理等。

考慮到自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行循環(huán)跨度大、運(yùn)行速度要求快、位置重復(fù)精度要求高等特點(diǎn)，系統(tǒng)采用美國DeltaTau公司推出的PMAC2A-PC104運(yùn)動(dòng)控制卡作為交流伺服電機(jī)的控制器，PMAC2A-PC104是一款性價(jià)比較高的8軸控制器，其基板可提供4通道10 V模擬指令和脈沖方向指令輸出，可選的控制擴(kuò)展板可提供其余4軸伺服通道及I/O、高速USB和以太網(wǎng)通訊接口[5]。

本系統(tǒng)采用PLC控制出庫裝置和處理光電傳感器的反饋信息。此外，對(duì)系統(tǒng)中的一部分電機(jī)，僅要求實(shí)現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)控制，無調(diào)速要求，比較簡單，可采用PLC控制驅(qū)動(dòng)該類型的電機(jī)動(dòng)作。PLC和系統(tǒng)工控機(jī)之間通過RS 232接口進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)通過系統(tǒng)工控機(jī)對(duì)PLC進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，狀態(tài)顯示以及數(shù)據(jù)處理等功能。

在本控制系統(tǒng)中，選用了富士數(shù)字式交流同步伺服電機(jī)及其配套的驅(qū)動(dòng)器作為自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備升降臺(tái)的驅(qū)動(dòng)器。

2.2 硬件功能的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)運(yùn)行流程以及系統(tǒng)硬件所要求實(shí)現(xiàn)的功能如下:當(dāng)要求藥品入庫時(shí)，先把藥品手工放到升降臺(tái)上，由計(jì)算機(jī)通知系統(tǒng)入庫。當(dāng)系統(tǒng)IPC接收到某藥品的入庫指令后，系統(tǒng)對(duì)該藥品的庫存信息進(jìn)行處理，如果滿足入庫條件，系統(tǒng)給PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，升降臺(tái)在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下按照PMAC的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)到藥品貨位。然后由PLC控制交流電機(jī)把升降臺(tái)上的藥品放入藥品貨位，實(shí)現(xiàn)藥品入庫。最后升降臺(tái)運(yùn)行到初始上藥時(shí)的位置，完成一次入庫循環(huán)。

類似地，當(dāng)要求藥品出庫時(shí)，系統(tǒng)對(duì)該藥品的庫存信息進(jìn)行處理。如果滿足出庫條件，系統(tǒng)給PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，升降臺(tái)在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下按照PMAC的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)到藥品貨位。然后通過PLC的控制把藥品貨位上的指定數(shù)量藥品放入升降臺(tái)，升降臺(tái)緊接著運(yùn)動(dòng)到出藥口，實(shí)現(xiàn)藥品出庫。

2.3 抗干擾的實(shí)現(xiàn)

藥品存儲(chǔ)系統(tǒng)的硬件設(shè)備多數(shù)是放在控制柜內(nèi)，導(dǎo)致控制柜內(nèi)的電氣、電子元器件容易受到電磁干擾，而且控制柜內(nèi)強(qiáng)電、弱電，控制線、電源線都有，容易產(chǎn)生相互影響，因此控制柜的防干擾設(shè)計(jì)非常重要。為了達(dá)到最好的防干擾效果，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就進(jìn)行了通盤考慮，在元器件布局、配線方面，主要做到了以下幾點(diǎn):

(1) PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的轉(zhuǎn)接端子板單獨(dú)安裝，遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電、高頻干擾區(qū)域。

(2) 交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等振動(dòng)源要遠(yuǎn)離PLC安裝，以減少PLC受到持續(xù)的振動(dòng)激勵(lì)。

(3) PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的控制線、電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的控制線采用雙絞屏蔽電纜，增加抗干擾能力。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)描述

3.1 軟件平臺(tái)

在系統(tǒng)軟件的開發(fā)過程中，需要根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)和實(shí)際需要選擇相應(yīng)的開發(fā)工具。在本系統(tǒng)中，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、接口開發(fā)性、可視化開發(fā)環(huán)境以及對(duì)Windows技術(shù)的廣泛支持等因素，選擇VC 6.0作為系統(tǒng)上位機(jī)軟件的開發(fā)平臺(tái)。

自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)系統(tǒng)的信息管理涉及到藥品入庫信息、藥品出庫信息、藥品庫存信息等方面，這樣就需要建立相應(yīng)的藥品數(shù)據(jù)庫進(jìn)行藥品數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)處理。這里選擇SQL Server 2000作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)平臺(tái)，從而建立和管理藥品數(shù)據(jù)庫。

綜上所述，自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)系統(tǒng)采用如下軟件平臺(tái):

開發(fā)環(huán)境:VC 6.0;

操作系統(tǒng):Windows Server 2000;

數(shù)據(jù)庫:SQL Server 2000。

3.2 IPC與PMAC卡通訊的實(shí)現(xiàn)

IPC主要進(jìn)行系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入、參數(shù)設(shè)定、路徑規(guī)劃，任務(wù)指定等工作，在實(shí)際應(yīng)用中，IPC通過ISA總線與PMAC通訊，由PMAC根據(jù)IPC的要求發(fā)送指令給伺服驅(qū)動(dòng)器，再由伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)執(zhí)行相關(guān)指令。PMAC程序分為在前臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)程序與在后臺(tái)循環(huán)掃描運(yùn)行的PLC程序，這樣PMAC集成了運(yùn)動(dòng)控制和過程控制兩大功能，同時(shí)PMAC中所有程序都是在DSP的CPU中執(zhí)行的，這樣就能滿足控制的實(shí)時(shí)性和可靠性。

對(duì)于系統(tǒng)工控機(jī)(IPC)與PMAC之間的通訊，系統(tǒng)采用DeltaTau公司提供的PMAC通訊控件PTalk作為工控機(jī)控制軟件與PMAC通訊的橋梁，PTalk包括了所有與PMAC的通訊方法，在主程序中只需要調(diào)用這些方法就可以實(shí)現(xiàn)Windows同PMAC之間的數(shù)據(jù)交換[6，7]。在系統(tǒng)程序中該功能主要通過ComPamc類來實(shí)現(xiàn)，該類主要包括一些實(shí)現(xiàn)通訊的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)。如系統(tǒng)要執(zhí)行PMAC中1坐標(biāo)系的1號(hào)程序，程序?qū)崿F(xiàn)如下:

void Run()

{

char buff[32];

CString temp;

//聲明變量

temp.Format(″1B1R″);

strcpy(buff，temp);

//執(zhí)行1坐標(biāo)系的1號(hào)程序

mPTalk.GetResponse(response，buff);

//發(fā)送指令，執(zhí)行PMAC程序

SysFreeString(response);

//釋放內(nèi)存資源

}

系統(tǒng)首先利用PMAC專用的運(yùn)動(dòng)語言編寫PMAC運(yùn)動(dòng)控制程序，把運(yùn)動(dòng)控制程序下載到運(yùn)動(dòng)控制卡。然后采用控件PTalk中的GetResponse函數(shù)向PMAC發(fā)送執(zhí)行指定程序的指令，最后調(diào)用SysFreeString函數(shù)釋放內(nèi)存資源，從而實(shí)現(xiàn)IPC同PMAC之間的數(shù)據(jù)交換。

3.3 IPC與PLC通訊的實(shí)現(xiàn)

PLC主要在后臺(tái)用來監(jiān)控運(yùn)動(dòng)控制卡的各I/O口狀態(tài)以及處理傳感器檢測到的信號(hào)。IPC與PLC之間使用RS 232串口總線進(jìn)行通信。在VC6.0平臺(tái)下，系統(tǒng)可以使用兩種編程方式實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)交換，其一是使用VC 6.0提供的串行通信控件MSComm，這種方法通信程序設(shè)計(jì)簡單，但控件占用的資源多、靈活性差。其二是調(diào)用Windows API函數(shù)，雖程序設(shè)計(jì)涉及底層編程較復(fù)雜，但這種方法可以清楚地掌握串口通信的機(jī)制，控制靈活、響應(yīng)速度快[8，9]。考慮到在串口通信中，系統(tǒng)要求具有控制靈活、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)系統(tǒng)最終采用Windows API通信函數(shù)編寫串行通信程序。在Windows API中，串口和其他通信設(shè)備均被作為文件處理，串口的打開、關(guān)閉和讀寫等操作所用的API函數(shù)與操作文件的函數(shù)相同[10]。

Windows API支持的串行通信有兩種，即同步串行通信和異步串行通信。本系統(tǒng)采用異步通訊方式與PLC進(jìn)行通訊。在PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)為每套執(zhí)行裝置、光電傳感器組都分配了獨(dú)立的PLC內(nèi)存資源。而IPC通過異步通訊方式，以一定的時(shí)間間隔讀取PLC相應(yīng)內(nèi)存地址的數(shù)值，同時(shí)根據(jù)需要向指定的PLC內(nèi)存地址寫指令，完成工控機(jī)與PLC之間的串行通信。

3.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫簡介

系統(tǒng)采用SQL Server 2000作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，主要建立以下四個(gè)表，各個(gè)表的功能如下:

(1) 藥品庫存表:存放自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備中的藥品庫存信息，包括藥品總類、藥品名稱、藥品數(shù)量、藥品貨位信息等。該數(shù)據(jù)表可以通過系統(tǒng)查詢進(jìn)行相應(yīng)的修改等維護(hù)工作。

(2) 藥品歷史信息表:存放自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備中藥品操作的歷史記錄。包括藥品入藥信息和藥品出庫信息。通過該表可以對(duì)一定時(shí)間段內(nèi)每種藥品的進(jìn)出庫信息進(jìn)行各種分析，及時(shí)對(duì)藥品的種類和庫存進(jìn)行調(diào)整。

(3) 藥品上藥清單表，在自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備中如果出現(xiàn)某種藥品現(xiàn)有庫存量小于最大庫存量一定百分比時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將該藥品添加到藥品上藥清單表中，創(chuàng)建上藥清單，以便自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行入庫操作。設(shè)備根據(jù)上藥清單補(bǔ)充藥品后，根據(jù)實(shí)際上藥數(shù)量修改藥品數(shù)據(jù)庫中藥品庫存表。同時(shí)將該藥品的上藥清單表清空。

(4) 藥品出藥清單表:當(dāng)系統(tǒng)要求將一定數(shù)量的藥品出庫時(shí)，系統(tǒng)對(duì)藥品庫存表中該藥品的庫存信息進(jìn)行處理，若該藥品滿足出庫條件，則將該藥品處理結(jié)果添加到藥品出藥清單表，以便自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行出庫操作。

4 結(jié) 語

目前自動(dòng)化藥品存儲(chǔ)控制系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)完成，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，達(dá)到了預(yù)期的效果。由于該控制系統(tǒng)的硬件和軟件具有較高開放性，除了用于藥品存儲(chǔ)以外，還可以廣泛用于物流自動(dòng)化行業(yè)中的小型盒裝物料倉儲(chǔ)控制等方面，具有廣闊的市場前景。

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