探討PLC技術(shù)在醫(yī)療電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

摘要：隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，我國(guó)的PLC技術(shù)有了較為明顯的進(jìn)步進(jìn)展，PLC技術(shù)的運(yùn)用也越來越廣泛。電氣工程當(dāng)中有效運(yùn)用PLC技術(shù)，能夠讓其自動(dòng)化水平得到進(jìn)一步提高，更能夠讓電氣工程自動(dòng)化得到更好發(fā)展。本文主要對(duì)醫(yī)療電氣設(shè)備自動(dòng)化控制當(dāng)中運(yùn)用PLC技術(shù)進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療電氣設(shè)備自動(dòng)化控制;PLC技術(shù);應(yīng)用

在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)都在持續(xù)增長(zhǎng)的情況下，電氣自動(dòng)化也在以較快的速度發(fā)展著，近些年國(guó)家增大了電氣設(shè)備自動(dòng)化與現(xiàn)代化的建設(shè)力度，運(yùn)用PLC技術(shù)能夠很好地促進(jìn)電氣設(shè)備自動(dòng)化控制。PLC技術(shù)存在較好的性能優(yōu)勢(shì)，醫(yī)療電氣設(shè)備自動(dòng)化控制運(yùn)用PLC技術(shù)存在重要意義。

一、PLC技術(shù)具有的原理和性能特征

PLC控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制器，是專為電器設(shè)備設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。PLC的根本是微處理器，其主要是借助電氣自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代新技術(shù)結(jié)合，來構(gòu)建新的醫(yī)療設(shè)備控制裝置。PLC技術(shù)的基礎(chǔ)工作原理是按照順序開展掃描，通過循環(huán)模式來實(shí)施相關(guān)工作，其能夠借助設(shè)置好的邏輯順序來有效掃描輸入接口，并按照編寫程序來處理輸入值，并且還可以在驅(qū)動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行處理結(jié)果值的實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。當(dāng)電源狀態(tài)維持穩(wěn)定的時(shí)候，系統(tǒng)才可以安全運(yùn)行。同時(shí)PLC技術(shù)存在以下特征，第一，PLC技術(shù)存在較好的靈敏反應(yīng)，PLC設(shè)備內(nèi)部存在有輔助繼電器，且內(nèi)部也不存在連接導(dǎo)線，因此其繼電器節(jié)點(diǎn)的變位時(shí)間和0比較接近，這說明不需要考慮返回值，說明PLC的靈敏反應(yīng)較好。第二，PLC技術(shù)的可靠性比較強(qiáng)，PLC技術(shù)的抗干擾能力較強(qiáng)，這是因?yàn)橄嚓P(guān)人員在研發(fā)PLC的時(shí)候，相關(guān)人員會(huì)考慮到PLC的抗干擾性能，所以PLC技術(shù)運(yùn)用在醫(yī)療電氣設(shè)備當(dāng)中，能夠讓其被干擾的概率得到顯著降低，確保醫(yī)療設(shè)備在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。第三，PLC具有便利的操作，PLC技術(shù)存在簡(jiǎn)單的指令形式，現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠直接操作PLC。可編程邏輯控制器作為離散控制的產(chǎn)品，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。基于PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來，利用存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令，并通過輸入/輸出（I/O）發(fā)出控制信號(hào)和接受輸入信號(hào)，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。基于PLC的控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)相比較，具有不可忽視的優(yōu)點(diǎn)：與繼電·接觸器控制系統(tǒng)的比較，PLC系統(tǒng)在靈活性和擴(kuò)展性、可靠性和可維護(hù)性、控制速度和穩(wěn)定性、延時(shí)的可調(diào)性與精度、設(shè)計(jì)與施工、系統(tǒng)價(jià)格方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，并代替繼電·接觸器控制廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備自動(dòng)控制中;與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較：PLC系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)、順序掃描方式工作、惡劣工業(yè)應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性方面都是工業(yè)用微機(jī)無法相比的。

為做好PLC系統(tǒng)的質(zhì)量控制工作，軟件測(cè)試是工程實(shí)施階段質(zhì)量控制的一種有效手段。基于PLC軟件的特殊性（非CPU指令代碼）和深嵌入式特點(diǎn)，其軟件測(cè)試環(huán)境很難搭建，對(duì)測(cè)試用例特別是異常測(cè)試用例的注入帶來了困難。目前主流的測(cè)試方法主要有三種：全數(shù)字仿真測(cè)試環(huán)境下的PLC軟件測(cè)試、硬件在回路環(huán)境下的PLC軟件測(cè)試、形式化驗(yàn)證。硬件在回路（HiL）測(cè)試技術(shù)包括實(shí)時(shí)處理器、I/O接口和操作界面，可以精確的仿真測(cè)試系統(tǒng)中物理上并不存在的部分。實(shí)時(shí)處理器提供硬件I/O通信、數(shù)據(jù)記錄、激勵(lì)生成和模型執(zhí)行等。I/O接口提供被測(cè)電子控制單元（ECU）與模型仿真的虛擬環(huán)境之間的傳感器和PLC控制器的交互。操作界面與實(shí)時(shí)處理器通信，提供測(cè)試命令、可視化、配置管理、分析和報(bào)告任務(wù)。HiL技術(shù)采用硬件故障插入在ECU和被測(cè)試系統(tǒng)之間產(chǎn)生信號(hào)故障，達(dá)到測(cè)試和驗(yàn)證故障條件下設(shè)備性能的目的。硬件在回路技術(shù)與PLC相結(jié)合，將PLC的電機(jī)信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)等各種控制信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型，與I/O接口模擬成為一個(gè)受控對(duì)象模型，將電壓、電流、電磁、浪涌脈沖等硬件激勵(lì)以及越界值、非法指令、樁程序段、靶子程序段等軟件故障作為測(cè)試序列加載到受控對(duì)象模型，實(shí)際輸出平均故障前時(shí)間MTBF、故障次數(shù)、故障率、可靠度等指標(biāo)，通過類比系統(tǒng)實(shí)際輸出與期望輸出來驗(yàn)證PLC控制器。硬件在回路環(huán)境下的PLC軟件測(cè)試可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)軟件非侵入式的、更真實(shí)的測(cè)試，通過硬件在回路仿真測(cè)試環(huán)境的構(gòu)建，可以實(shí)現(xiàn)用戶關(guān)心的各種測(cè)試需求，如：功能、性能、接口等，特別是能實(shí)現(xiàn)真實(shí)的性能測(cè)試。不過，由于這種仿真環(huán)境多是針對(duì)特定被測(cè)目標(biāo)開發(fā)，專用性很強(qiáng)，很難移植到其他同類被測(cè)軟件的測(cè)試環(huán)境搭建中，在一定程度上降低了測(cè)試資源的利用效率。

二、醫(yī)療自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)用PLC技術(shù)的意義

（一）PLC技術(shù)可以讓醫(yī)療自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性得到明顯提高

近些年我國(guó)的醫(yī)療自動(dòng)化技術(shù)正在以較快的速度發(fā)展著，我國(guó)現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到了醫(yī)療控制一體化的控制目標(biāo)，這個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要PLC技術(shù)的幫助。電力系統(tǒng)當(dāng)中增強(qiáng)了PLC技術(shù)的運(yùn)用，首先PLC技術(shù)能夠很好地監(jiān)督與管理醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行的過程，使得各方面檢查等可以得到安全保障，促使醫(yī)療設(shè)備的使用效率得到進(jìn)一步提高。同時(shí)醫(yī)療設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中科學(xué)運(yùn)用PLC技術(shù)，能夠?qū)z查過程中產(chǎn)生的許多實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，所得到的數(shù)據(jù)能夠開展統(tǒng)計(jì)分析，以便于醫(yī)療人員得到最為準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。電子系統(tǒng)信息技術(shù)能夠?qū)︶t(yī)療設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況開展監(jiān)控，且電子系統(tǒng)信息技術(shù)能夠?qū)Ω鞣N潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)有效的檢測(cè)，并且對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)控，以此來對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行有效判斷。若系統(tǒng)突然發(fā)生意外事故，系統(tǒng)可以在較短時(shí)間來制定良好的解決方案，最大程度的降低影響，使得人力與物力資源得到有效保護(hù)，使得企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到充足保障。

（二）PLC技術(shù)能夠讓醫(yī)療診斷以及檢查效率得到明顯提高

近些年各個(gè)行業(yè)中開始運(yùn)用智能化設(shè)備，醫(yī)療檢查進(jìn)一步提高了自動(dòng)化水平，這能夠讓醫(yī)療的檢查效率得到顯著的提高，且系統(tǒng)的可靠性和安全性都得到有效保障。通常一個(gè)大型的醫(yī)療設(shè)備所需要的技術(shù)管理人員只有幾個(gè)，技術(shù)管理人員能夠借助電氣自動(dòng)系統(tǒng)來對(duì)整個(gè)檢查流程進(jìn)行控制，同時(shí)能夠?qū)Σ煌瑱z查環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)來進(jìn)行監(jiān)控，可以最為真實(shí)地對(duì)患者的各方面情況進(jìn)行反應(yīng)。以自動(dòng)化控制系統(tǒng)來作為例子，在醫(yī)療檢查進(jìn)行有效的運(yùn)行控制的時(shí)候，相關(guān)技術(shù)人員能夠借助PC、PLC等不同控制系統(tǒng)來對(duì)不同環(huán)節(jié)的執(zhí)行器來開展遠(yuǎn)程控制，以此來對(duì)整個(gè)流程的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行有效控制，這樣技術(shù)管理人員即使不在現(xiàn)場(chǎng)也能夠掌控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，從而讓醫(yī)療檢查工作效率得到顯著性的提高，并更加方便維護(hù)系統(tǒng)。此外醫(yī)院運(yùn)用電子信息，也能夠?qū)夹g(shù)人員的要求進(jìn)行適當(dāng)降低，技術(shù)人員只需要掌握終端控制軟件的使用方法，掌握常見問題的解決方法，其他內(nèi)容則無過多要求，這可以讓企業(yè)的運(yùn)行效率得到顯著提高。

（三）PLC技術(shù)能夠?qū)ο到y(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控

PLC技術(shù)能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行良好控制，在醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，相關(guān)技術(shù)人員能夠?qū)ο到y(tǒng)中參數(shù)的變化進(jìn)行檢測(cè)，所以在安裝電氣自動(dòng)化設(shè)備的時(shí)候，需要在系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)安裝設(shè)備控制點(diǎn)，以此來整體監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。電氣自動(dòng)化設(shè)備在安裝以及操作配電設(shè)備的環(huán)節(jié)中具有特殊性，安裝過程相對(duì)來說也較為煩瑣，需要根據(jù)實(shí)際不同的環(huán)境來開展科學(xué)安裝。配電設(shè)備需要對(duì)功率開展科學(xué)合理的計(jì)算，使得安全裕度得到充分保障。同時(shí)相關(guān)技術(shù)人員能夠運(yùn)用雙回路的供電方式，使得系統(tǒng)可以可靠安全的運(yùn)行，即使是發(fā)生意外停電，系統(tǒng)也能夠繼續(xù)正常運(yùn)行，以此確保工業(yè)生產(chǎn)可以順利開展，讓企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失得到有效減少。

三、醫(yī)療電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中運(yùn)用PLC技術(shù)

（一）運(yùn)用在次序控制方面

在開展電氣設(shè)備自動(dòng)化控制工作的時(shí)候，需要運(yùn)用許許多多的能量來有效支撐系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，以此來讓醫(yī)院的正常整體運(yùn)轉(zhuǎn)得到有效保障。技術(shù)管理人員運(yùn)用PLC技術(shù)，能夠很好地轉(zhuǎn)變電氣設(shè)備能量的消耗情況。在開展電氣自動(dòng)化控制的過程中，能夠通過開關(guān)來進(jìn)行有效控制，來讓電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)得到良好的掌控。繼電器在電氣設(shè)備當(dāng)中具有重要作用，技術(shù)管理人員有效控制繼電器，就能夠讓控制的整體效率得到進(jìn)一步提高，使得技術(shù)管理人員能夠全面控制電氣自動(dòng)化設(shè)備。技術(shù)管理人員能夠通過相關(guān)模塊來對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)控制，這能夠有效避免控制次序發(fā)生問題而影響到電氣設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得效率得到保障。

（二）運(yùn)用在開關(guān)量控制方面

醫(yī)療電氣設(shè)備的開關(guān)控制在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制當(dāng)中具有重要意義，開關(guān)控制會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的工作造成嚴(yán)重影響。在實(shí)際實(shí)踐工作當(dāng)中，主要通過磁性來有效控制電氣設(shè)備開關(guān)，這依賴磁性來控制的方式，不但需要經(jīng)歷復(fù)雜的流程，難以進(jìn)行操作，還難以取得較高的控制準(zhǔn)確度，并且這種方式還容易因外界多種因素影響而出現(xiàn)降低運(yùn)轉(zhuǎn)速度的情況，導(dǎo)致效率逐漸降低。針對(duì)這種控制方式的問題，相關(guān)技術(shù)管理人員需要有效優(yōu)化電氣自動(dòng)化控制中的繼電器，盡可能讓繼電器的工作質(zhì)量與效率都得到有效提高，使得觸點(diǎn)的工作得到正常保障，讓故障的發(fā)生次數(shù)得到有效減少。技術(shù)管理人員能夠借助PLC技術(shù)來有效控制開關(guān)量，讓各種自動(dòng)化設(shè)備都能夠得到促進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)。技術(shù)管理人員有效運(yùn)用PLC技術(shù)，能夠提高操作人員的操作能力，借助顯示器來讓操作程序得到呈現(xiàn)，并且可以監(jiān)察很多元器件，若元器件出現(xiàn)明顯故障，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并且快速地對(duì)故障進(jìn)行處理，這樣不會(huì)對(duì)工作造成非常嚴(yán)重的不良影響，還能夠讓操作系統(tǒng)產(chǎn)生的工作效率得到進(jìn)一步提高。舉例說相關(guān)人員能夠借助PLC裝置控制技術(shù)來對(duì)運(yùn)行中的醫(yī)療機(jī)械設(shè)備進(jìn)行管理，有效對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行把控，根據(jù)檢查的實(shí)際速度以及患者的實(shí)際情況，來對(duì)整個(gè)開關(guān)控制系統(tǒng)進(jìn)行良好控制，使得系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和安全性得到充分保障。

（三）運(yùn)用在閉環(huán)控制中

電氣設(shè)備存在豐富多樣化的開關(guān)形式，日常生活中較為多見的有控制箱啟動(dòng)式、技術(shù)控制式與手動(dòng)式等。將PLC技術(shù)廣泛運(yùn)用在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制當(dāng)中，能夠讓電氣設(shè)備開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。在日常實(shí)踐中相關(guān)人員需要準(zhǔn)確地對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行判斷，結(jié)合電氣設(shè)備存在的不同特征，采取不一樣的開關(guān)控制方式。通過日常實(shí)踐能夠知道，PLC技術(shù)具有優(yōu)良的自動(dòng)化控制性與精準(zhǔn)性，所以有許多醫(yī)療設(shè)備制造廠家喜歡在多種電氣設(shè)備當(dāng)中運(yùn)用PLC技術(shù)。閉環(huán)控制當(dāng)中科學(xué)運(yùn)用PLC技術(shù)，具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其不但可以讓電氣控制系統(tǒng)的高效性與穩(wěn)定性得到明顯提高，還可以讓電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的生產(chǎn)質(zhì)量與獲得效果都得到充分的保障。

（四）運(yùn)用在通信聯(lián)網(wǎng)方面

PLC技術(shù)運(yùn)用在通信聯(lián)網(wǎng)方面存在一定優(yōu)勢(shì)，在通信聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中運(yùn)用PLC技術(shù)的基本原理是：下位機(jī)選擇PLC，上位機(jī)、可編程序控制器和PLC同級(jí)，且上位機(jī)和可編程序控制器都能夠和PLC實(shí)施通信傳輸。隨著臨床醫(yī)療檢查工作的陸續(xù)開展，PLC可以對(duì)同級(jí)的上位機(jī)或是可編程序控制器等通信對(duì)象產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)采集，通過此來進(jìn)行有效的自動(dòng)化信息控制與管理工作。舉例說多排螺旋CT能夠借助PLC在通信聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的優(yōu)勢(shì)，研發(fā)出短信報(bào)警功能，該報(bào)警功能的主要流程是：GPRS設(shè)置模塊定義為FX1N-232-BD板，將模式有效設(shè)置為短信透?jìng)鳎ㄌ芈蕝?shù)能夠設(shè)置為9600N81。當(dāng)完成基本工作的設(shè)置后，F(xiàn)X1N型號(hào)的PLC能夠正常運(yùn)行，當(dāng)受到觸發(fā)時(shí)，PLC串口能夠自動(dòng)發(fā)出報(bào)警需求，然后對(duì)外傳遞報(bào)警數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息通過DTU轉(zhuǎn)化之后，便可以使得醫(yī)務(wù)人員及時(shí)的觀察到在檢查過程中所出現(xiàn)的異常情況。

（五）運(yùn)用在故障檢測(cè)當(dāng)中

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行控制主要是借助電磁閥、壓力繼電器和行程開關(guān)等常規(guī)元件，如果這些常規(guī)電器元件發(fā)生故障，系統(tǒng)則會(huì)出現(xiàn)不能立即停機(jī)的情況，導(dǎo)致故障引發(fā)嚴(yán)重后果。運(yùn)用PLC技術(shù)則能夠借助邏輯控制來讓故障檢測(cè)裝置得到有效增加，以便在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)元件故障，在造成嚴(yán)重事故之前就可以先進(jìn)行停機(jī)報(bào)警。因?yàn)獒t(yī)療設(shè)備在工作循環(huán)當(dāng)中，各個(gè)設(shè)備都需要一定時(shí)間來運(yùn)行，在對(duì)工步工作進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，能夠在PLC程序當(dāng)中安裝與啟動(dòng)一個(gè)計(jì)時(shí)器，其設(shè)定值能夠設(shè)置成比該動(dòng)作持續(xù)的時(shí)間還要多出20%-30%，將多出的時(shí)間用來顯示、報(bào)警或者是自動(dòng)進(jìn)行停機(jī)。當(dāng)設(shè)備某個(gè)工步動(dòng)作要比規(guī)定的時(shí)間多很多時(shí)，并且已經(jīng)到達(dá)設(shè)置的計(jì)時(shí)器時(shí)間，但又還沒有進(jìn)入到下一個(gè)工步動(dòng)作的時(shí)候，計(jì)時(shí)器能夠?qū)⒐收闲盘?hào)發(fā)出，以此來有效預(yù)防由于某個(gè)元件失效而導(dǎo)致設(shè)備損壞。相關(guān)人員也能夠借助PLC邏輯錯(cuò)誤來開展故障檢測(cè)，在設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)候，控制系統(tǒng)當(dāng)中各個(gè)輸入、輸出信號(hào)以及中間變量之間具有較好的邏輯關(guān)系，當(dāng)邏輯關(guān)系發(fā)生異常的時(shí)候，設(shè)備肯定會(huì)發(fā)生故障。相關(guān)人員能夠在程序當(dāng)中合理編制異常邏輯程序，將異常邏輯關(guān)系的狀態(tài)定義為有效的故障信號(hào)，以此來有效控制報(bào)警與停機(jī)。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著近些年技術(shù)的不斷增強(qiáng)，醫(yī)療電氣設(shè)備自動(dòng)化控制當(dāng)中運(yùn)用PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是越來越突出的，PLC技術(shù)能夠運(yùn)用在次序控制方面、開關(guān)量控制方面、閉環(huán)控制方面、故障檢測(cè)方面中，其能夠讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性都得到顯著的提升，使得成本得到有效降低，有利于制造工業(yè)的綜合效益得到進(jìn)一步提升。

作者單位：陳廣利? ? 山東省東營(yíng)市墾利區(qū)衛(wèi)生健康局

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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