探討PLC技術在醫療電氣設備自動化控制中的應用

摘要：隨著現代社會經濟的不斷發展，科學技術的持續進步，我國的PLC技術有了較為明顯的進步進展，PLC技術的運用也越來越廣泛。電氣工程當中有效運用PLC技術，能夠讓其自動化水平得到進一步提高，更能夠讓電氣工程自動化得到更好發展。本文主要對醫療電氣設備自動化控制當中運用PLC技術進行探究。

關鍵詞：醫療電氣設備自動化控制;PLC技術;應用

在現代社會經濟與科學技術都在持續增長的情況下，電氣自動化也在以較快的速度發展著，近些年國家增大了電氣設備自動化與現代化的建設力度，運用PLC技術能夠很好地促進電氣設備自動化控制。PLC技術存在較好的性能優勢，醫療電氣設備自動化控制運用PLC技術存在重要意義。

一、PLC技術具有的原理和性能特征

PLC控制系統，可編程邏輯控制器，是專為電器設備設計的一種數字運算操作的電子裝置。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程，是工業控制的核心部分。PLC的根本是微處理器，其主要是借助電氣自動化技術、計算機技術等現代新技術結合，來構建新的醫療設備控制裝置。PLC技術的基礎工作原理是按照順序開展掃描，通過循環模式來實施相關工作，其能夠借助設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，并且還可以在驅動設備上進行處理結果值的實時呈現。當電源狀態維持穩定的時候，系統才可以安全運行。同時PLC技術存在以下特征，第一，PLC技術存在較好的靈敏反應，PLC設備內部存在有輔助繼電器，且內部也不存在連接導線，因此其繼電器節點的變位時間和0比較接近，這說明不需要考慮返回值，說明PLC的靈敏反應較好。第二，PLC技術的可靠性比較強，PLC技術的抗干擾能力較強，這是因為相關人員在研發PLC的時候，相關人員會考慮到PLC的抗干擾性能，所以PLC技術運用在醫療電氣設備當中，能夠讓其被干擾的概率得到顯著降低，確保醫療設備在運行過程中的穩定性。第三，PLC具有便利的操作，PLC技術存在簡單的指令形式，現場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品，在自動化領域占據著十分重要的位置。基于PLC的工業控制系統由模仿原繼電器控制原理發展起來，利用存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令，并通過輸入/輸出（I/O）發出控制信號和接受輸入信號，來控制各類機械或生產過程。基于PLC的控制系統與其他控制系統相比較，具有不可忽視的優點：與繼電·接觸器控制系統的比較，PLC系統在靈活性和擴展性、可靠性和可維護性、控制速度和穩定性、延時的可調性與精度、設計與施工、系統價格方面具有巨大優勢，并代替繼電·接觸器控制廣泛應用于醫療設備自動控制中;與計算機控制系統的比較：PLC系統的功能模塊結構、順序掃描方式工作、惡劣工業應用環境適應性方面都是工業用微機無法相比的。

為做好PLC系統的質量控制工作，軟件測試是工程實施階段質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，其軟件測試環境很難搭建，對測試用例特別是異常測試用例的注入帶來了困難。目前主流的測試方法主要有三種：全數字仿真測試環境下的PLC軟件測試、硬件在回路環境下的PLC軟件測試、形式化驗證。硬件在回路（HiL）測試技術包括實時處理器、I/O接口和操作界面，可以精確的仿真測試系統中物理上并不存在的部分。實時處理器提供硬件I/O通信、數據記錄、激勵生成和模型執行等。I/O接口提供被測電子控制單元（ECU）與模型仿真的虛擬環境之間的傳感器和PLC控制器的交互。操作界面與實時處理器通信，提供測試命令、可視化、配置管理、分析和報告任務。HiL技術采用硬件故障插入在ECU和被測試系統之間產生信號故障，達到測試和驗證故障條件下設備性能的目的。硬件在回路技術與PLC相結合，將PLC的電機信號、開關量信號等各種控制信號轉化成數學模型，與I/O接口模擬成為一個受控對象模型，將電壓、電流、電磁、浪涌脈沖等硬件激勵以及越界值、非法指令、樁程序段、靶子程序段等軟件故障作為測試序列加載到受控對象模型，實際輸出平均故障前時間MTBF、故障次數、故障率、可靠度等指標，通過類比系統實際輸出與期望輸出來驗證PLC控制器。硬件在回路環境下的PLC軟件測試可以實現對被測軟件非侵入式的、更真實的測試，通過硬件在回路仿真測試環境的構建，可以實現用戶關心的各種測試需求，如：功能、性能、接口等，特別是能實現真實的性能測試。不過，由于這種仿真環境多是針對特定被測目標開發，專用性很強，很難移植到其他同類被測軟件的測試環境搭建中，在一定程度上降低了測試資源的利用效率。

二、醫療自動化系統中運用PLC技術的意義

（一）PLC技術可以讓醫療自動化系統的可靠性得到明顯提高

近些年我國的醫療自動化技術正在以較快的速度發展著，我國現已經達到了醫療控制一體化的控制目標，這個目標的實現需要PLC技術的幫助。電力系統當中增強了PLC技術的運用，首先PLC技術能夠很好地監督與管理醫療設備運行的過程，使得各方面檢查等可以得到安全保障，促使醫療設備的使用效率得到進一步提高。同時醫療設備自動化系統當中科學運用PLC技術，能夠對檢查過程中產生的許多實時數據進行收集，所得到的數據能夠開展統計分析，以便于醫療人員得到最為準確的檢測結果。電子系統信息技術能夠對醫療設備系統的實際運行情況開展監控，且電子系統信息技術能夠對各種潛在風險進行及時有效的檢測，并且對關鍵參數進行有效監控，以此來對系統的運行情況進行有效判斷。若系統突然發生意外事故，系統可以在較短時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，使得企業的經濟效益得到充足保障。

（二）PLC技術能夠讓醫療診斷以及檢查效率得到明顯提高

近些年各個行業中開始運用智能化設備，醫療檢查進一步提高了自動化水平，這能夠讓醫療的檢查效率得到顯著的提高，且系統的可靠性和安全性都得到有效保障。通常一個大型的醫療設備所需要的技術管理人員只有幾個，技術管理人員能夠借助電氣自動系統來對整個檢查流程進行控制，同時能夠對不同檢查環節的運行狀態來進行監控，可以最為真實地對患者的各方面情況進行反應。以自動化控制系統來作為例子，在醫療檢查進行有效的運行控制的時候，相關技術人員能夠借助PC、PLC等不同控制系統來對不同環節的執行器來開展遠程控制，以此來對整個流程的實際運轉情況進行有效控制，這樣技術管理人員即使不在現場也能夠掌控整個系統的運行，從而讓醫療檢查工作效率得到顯著性的提高，并更加方便維護系統。此外醫院運用電子信息，也能夠對技術人員的要求進行適當降低，技術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，其他內容則無過多要求，這可以讓企業的運行效率得到顯著提高。

（三）PLC技術能夠對系統的運行狀態進行監控

PLC技術能夠對整個系統的實際運行情況進行良好控制，在醫療設備系統實際運行的時候，相關技術人員能夠對系統中參數的變化進行檢測，所以在安裝電氣自動化設備的時候，需要在系統的不同環節安裝設備控制點，以此來整體監控系統的運行狀況。電氣自動化設備在安裝以及操作配電設備的環節中具有特殊性，安裝過程相對來說也較為煩瑣，需要根據實際不同的環境來開展科學安裝。配電設備需要對功率開展科學合理的計算，使得安全裕度得到充分保障。同時相關技術人員能夠運用雙回路的供電方式，使得系統可以可靠安全的運行，即使是發生意外停電，系統也能夠繼續正常運行，以此確保工業生產可以順利開展，讓企業的經濟損失得到有效減少。

三、醫療電氣設備自動化控制中運用PLC技術

（一）運用在次序控制方面

在開展電氣設備自動化控制工作的時候，需要運用許許多多的能量來有效支撐系統的運轉，以此來讓醫院的正常整體運轉得到有效保障。技術管理人員運用PLC技術，能夠很好地轉變電氣設備能量的消耗情況。在開展電氣自動化控制的過程中，能夠通過開關來進行有效控制，來讓電氣設備運轉得到良好的掌控。繼電器在電氣設備當中具有重要作用，技術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一步提高，使得技術管理人員能夠全面控制電氣自動化設備。技術管理人員能夠通過相關模塊來對自動化設備進行單獨控制，這能夠有效避免控制次序發生問題而影響到電氣設備的運轉，使得效率得到保障。

（二）運用在開關量控制方面

醫療電氣設備的開關控制在電氣設備自動化控制當中具有重要意義，開關控制會對電氣設備的工作造成嚴重影響。在實際實踐工作當中，主要通過磁性來有效控制電氣設備開關，這依賴磁性來控制的方式，不但需要經歷復雜的流程，難以進行操作，還難以取得較高的控制準確度，并且這種方式還容易因外界多種因素影響而出現降低運轉速度的情況，導致效率逐漸降低。針對這種控制方式的問題，相關技術管理人員需要有效優化電氣自動化控制中的繼電器，盡可能讓繼電器的工作質量與效率都得到有效提高，使得觸點的工作得到正常保障，讓故障的發生次數得到有效減少。技術管理人員能夠借助PLC技術來有效控制開關量，讓各種自動化設備都能夠得到促進運轉。技術管理人員有效運用PLC技術，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，并且可以監察很多元器件，若元器件出現明顯故障，系統能夠及時發現故障，并且快速地對故障進行處理，這樣不會對工作造成非常嚴重的不良影響，還能夠讓操作系統產生的工作效率得到進一步提高。舉例說相關人員能夠借助PLC裝置控制技術來對運行中的醫療機械設備進行管理，有效對整個系統進行把控，根據檢查的實際速度以及患者的實際情況，來對整個開關控制系統進行良好控制，使得系統的協調性和安全性得到充分保障。

（三）運用在閉環控制中

電氣設備存在豐富多樣化的開關形式，日常生活中較為多見的有控制箱啟動式、技術控制式與手動式等。將PLC技術廣泛運用在電氣設備自動化控制當中，能夠讓電氣設備開關實現自動化控制。在日常實踐中相關人員需要準確地對電氣設備進行判斷，結合電氣設備存在的不同特征，采取不一樣的開關控制方式。通過日常實踐能夠知道，PLC技術具有優良的自動化控制性與精準性，所以有許多醫療設備制造廠家喜歡在多種電氣設備當中運用PLC技術。閉環控制當中科學運用PLC技術，具有較強的優勢，其不但可以讓電氣控制系統的高效性與穩定性得到明顯提高，還可以讓電氣設備自動化控制系統的生產質量與獲得效果都得到充分的保障。

（四）運用在通信聯網方面

PLC技術運用在通信聯網方面存在一定優勢，在通信聯網當中運用PLC技術的基本原理是：下位機選擇PLC，上位機、可編程序控制器和PLC同級，且上位機和可編程序控制器都能夠和PLC實施通信傳輸。隨著臨床醫療檢查工作的陸續開展，PLC可以對同級的上位機或是可編程序控制器等通信對象產生的數據信息進行有效的實時采集，通過此來進行有效的自動化信息控制與管理工作。舉例說多排螺旋CT能夠借助PLC在通信聯網當中的優勢，研發出短信報警功能，該報警功能的主要流程是：GPRS設置模塊定義為FX1N-232-BD板，將模式有效設置為短信透傳，波特率參數能夠設置為9600N81。當完成基本工作的設置后，FX1N型號的PLC能夠正常運行，當受到觸發時，PLC串口能夠自動發出報警需求，然后對外傳遞報警數據，數據信息通過DTU轉化之后，便可以使得醫務人員及時的觀察到在檢查過程中所出現的異常情況。

（五）運用在故障檢測當中

傳統控制系統對設備運行進行控制主要是借助電磁閥、壓力繼電器和行程開關等常規元件，如果這些常規電器元件發生故障，系統則會出現不能立即停機的情況，導致故障引發嚴重后果。運用PLC技術則能夠借助邏輯控制來讓故障檢測裝置得到有效增加，以便在第一時間發現元件故障，在造成嚴重事故之前就可以先進行停機報警。因為醫療設備在工作循環當中，各個設備都需要一定時間來運行，在對工步工作進行檢測的時候，能夠在PLC程序當中安裝與啟動一個計時器，其設定值能夠設置成比該動作持續的時間還要多出20%-30%，將多出的時間用來顯示、報警或者是自動進行停機。當設備某個工步動作要比規定的時間多很多時，并且已經到達設置的計時器時間，但又還沒有進入到下一個工步動作的時候，計時器能夠將故障信號發出，以此來有效預防由于某個元件失效而導致設備損壞。相關人員也能夠借助PLC邏輯錯誤來開展故障檢測，在設備正常運行的時候，控制系統當中各個輸入、輸出信號以及中間變量之間具有較好的邏輯關系，當邏輯關系發生異常的時候，設備肯定會發生故障。相關人員能夠在程序當中合理編制異常邏輯程序，將異常邏輯關系的狀態定義為有效的故障信號，以此來有效控制報警與停機。

四、結束語

隨著近些年技術的不斷增強，醫療電氣設備自動化控制當中運用PLC技術的優勢是越來越突出的，PLC技術能夠運用在次序控制方面、開關量控制方面、閉環控制方面、故障檢測方面中，其能夠讓系統的穩定性與可靠性都得到顯著的提升，使得成本得到有效降低，有利于制造工業的綜合效益得到進一步提升。

作者單位：陳廣利? ? 山東省東營市墾利區衛生健康局

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