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凹川大学坝士学位论文 中药配方颗粒自动发药机取药路径研究 计算机应用技术专业 研究生向昕指导老师李志蜀教授 摘要： 中药配方颗粒的问世是中药汤剂改革矛- 中药现代化的必然趋势。它不须煎 煮，即服即冲，将中医药传统的汤剂，转变为一种快捷、简单、方便、卫生的 剂型，是中药汤剂改革的一种尝试。中药配方颗粒自动发药机系统就是以中药 配方颗粒作为待敢的药物，它是一个涉及到计算机、通信、电子、医学、机械、 自动控制、人工智能等学科领域的复杂系统。其控制系统可以分为三个层次： 管理级、监控调度级、设备控制级。 在单次下药时间和机械手的运动速度固定的情况下，中药配方颗粒自动发 药机系统的发药效率主要是由机械手的取药路径长度来决定。本文通过对机械 手取药路径的多种基本算法的分析和测试，提出了一利t 适用于各种取药情况的 混合型路径算法，并以j a v a 语言作为编程工具加以实现。 具体来说，本文的主要研究成果如下： 归纳出了机械手取药的数学模型及其特点，并分析了现使用的x 轴寻址 算法的原理及其优缺点。 分析了3 种适用于机械手取药的数学模型的基本算法的原理及其优缺 点，并使用j a v a 语言作为编程。i 一具加以实现。 通过测试确定了3 种基本算法的最佳适用范围，并以此为基础提出了一 种适用于各种取药情况的混合型路径算法。 结合实际的情况对混合式路径算法的实现程序进行改进，并提出了改进 后的程序的总体结构，该总体结构共分为预处理模块、算法执行模块、 常用药方处埋模块和异常情况处理模块这4 个部分。 本文提出的混合型路径算法可以在取药路径的汁算时间和取药路径长度这 u 川1 人学顺士学位论文 两项性能上取得平衡点，并最终使该自动发药机系统的发药效率达到令人满意 的程度。通过测试也可以看出，当取药路径的计算时间在允许的范围内时，混 合型路径算法获得的取药路径长度比现使用的x 轴寻址算法获得的取药路径长 度要短1 0 左右，这充分证明了混合型取药路径算法的性能优良。 关键词：自动发药机系统旅行商问题路径算法计算时涮路径长度 i i 川，i 凡学埘【学位论文 t h es t u d yo ft h em a n i p u l a t o ra c c e s s i n g m e d i c i n er o u t e m a j o ra p p l i c a t i o nl e c h n o l o g yo f t h ec o m p u t e r s t u d e n tx i a n gx i na d v i s o rl iz h i s h u a b s t r a c t ： t h ec r e a t i o no fp r e s c r i p t i o np a r t i c l eo f t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n ei st h e n e c e s s a r yc u r r e n to ft r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n ed e c o c t i o ni n n o v a t i o na n d t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n em o d e r n i z a t i o n i tn e e dn o td e e o c t i n g ，a d dw a t e r w h e n e v e ry o un e e dt od o s e i th a st r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n ed e c o c t i o nc b r a g e t oat y p eo fq u i c k ，s i m p l e c o n v e n i e n ta n dh y g e i a l lm e d i c a m e n t i t sa n a t t e m p to ft r a d i t i o n a lc h i r l e s em e d i c i n ed e c o c t i o ni n n o v a t i o n t h ea l l t o m a t i c r e e d i c i n ed i s t r i b u t i o ns y s t e mo fp r e s c r i p t i o n p a r t i c l eo f t r a d i t i o n a l c h i n e s e m e d i c i n em a k e sth ep r e s c r i p t i o np a r t i c l eo ft r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n ea st h e i 1 e d i c i n ew h i c hisw a i t i n gf o rb e i n gg o t i t sac o m p l ic a t e ds y s t e r nt h a t r e l a t e st oc o m p u t e rs e i e n c e ，e o n l l n u n i c a t i o n ，e l e c t r o n i c s ，p h y s i e ， m e e h a n is m ，a u t o m a t i o n ，a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ee t c s e i e n t l n cd o m a i n i t sc o n l r o ls y s t e mi sd i v i d e dt ot h r e e1 e v e l s ：m a n a g e m e n t1 e v e l ，m o n i t o r a t le m p e t i n g1 e v e l ，e q u i p m e n tc o n t r o l li n g1 e v e l w i t ht h ec o n d i t i o no fs i n g l ed i s t r i b u t n gt i m ea n dm a n i p u l a t o ra r e f i x e c l ，t h ed i s t r i b u t i n ge f f i e i e n c yo f t h ea u t o m a t i cm e d i c i n e d i s t r i b u t i o ns y s t e mo fp r e s c r i p t i o np a r t i c l eo ft r a d i t i o n a lc h i n e s e m e d i c i n e sd e c i d e db yt h ea c c e s s i n gr o u t e e r l g t ho fm a n i p u a t e r t h o u g h a n a l y s i sa n dt e s tf o rm a n yb a s i ea l g o t i t h i no fm a n j p u l a t o ra c c e s s i n gr o u t e 巾i sp a p e rb r i n go u tat y p eo f lm u l t i p l er o u t ea l g o t i t h i nt h a zi sf i t f o r 川川人学砸一f 学匣沦丈 m a n yk i n d so f m e d i c i n e t h ep r o g r a n u n i n gt 0 0 1 t h em a j o rs t u d y i n g b e l o w ： d i s t r i b u t i o n ，a n dr e a l i z ei tb ym a k i n gj a v am s r e s u l t so ft h i sp a p e ra r es h o w e dd e t a i l e d t ya s i tc o f c l u d e dm a t h e m a t i cm o d e la n di t sc h a r a c t e ro f 。m a n i p u l a t o r a c c e s s i n gl n e d i c i n e i ta n a ly z e dt h et h e o rya n di t sm e t i ta n dd e m e r l to f c u r r e n tx - a x i sa d d r e s s i n ga l g o r i t h m na n a l y z e dt h et h e o r ya n di t sm e r i ta n dd e m e r i to ft h r e et y p e s 。t h a s i ca l g o r i t h mw h i c hi sf i tf o rt h em a t h e m a t i cm o d e lo fm a r l i p u l a t o r a c c e s s i n gm e d i c i m e ，a n dr e a l i z e di tb ya s i n gj a v aa sp r o g r a m m i n gt 0 0 1 i tc o n f i r m e dt h eb e s ti np o i n tr a n g eo ft h r e et y p e so fb a s i c a g o r i t h i nt h r o u g ht e s tl n g ，a n db r o u g h to u tat y p eo fa l g o r i t h i no f c o l i l p o s i t er o u t et h a ti sf i tf o rm a n yk jr i d so fm e d i c i n ed is t r i b u t io n i tm a d ei m p r o v e m e n tf o rt h er e a l i z i n gp r o g r a mo fa l g o r i t h mo f c o f n p o s i t ef o u t ea n dp r o v i d e dt h et o t a ls t z + o c t u r eo fi m p r o v e dp r o g r a m t h i ss t r u c t u r ei sd i v i d e di n t op r e p r o c e s sm o d u l e ，a l g o t i t h me x e c u t i n g m o d u l e ，n o r m a l l yu s e dp r e s c r i p t i o np r o c e s sm o d u l ea n da b n o r m a lc t s e p r o c e s sm o d u l e t h el n u l t i p l er o u t ea l g e r i t h mp r o v i d e db yt h i sp a p e rc a ng e tb a h m c e d p o i n ta tt h ec a l c u l a t i n gc i m ea n dl e n g t ho fa c c e s s i n gm e d i c jr i or o u t e 。 a n dt l i n a l l ym a k et h ee f f i c i e n c yo ft h i sa u t o m a t i cm e d i c i n ed i s t r i b u t i o n s y s t e l nb eb e s t t t r o u g ht e s ty o uc a ns e et h a tw h e nt h ec a l c u a t j n gl i i l l e o f & c r e s s i n gm e d i c i n er o u t ei si n t h ea c c e p t a b l er a n g e ，t h e 】e n g t ho f a c c e s s i n gm e d i c i n er o u t er e a l i z e db ya l g o r i t h mo fc o m p o s i t er o u t ei s1 0 s h o r t e rt h a nt h el e n g t ho fa c c e s s i n gm e d i c i n er o u t er e a l i z e db yc u r r e n t x - a x i sa d d r e s s i n ga l g o r i t h m t h i sp r o v e st h ee x c e l1 0 n c eo fa l g o r i t h mo f c o m p o stt er o u t e k e yw o r d s ：a u t o m a t i cm e d i c i n ed i s t r i b u t i o ns y s t e r n ，r o u t ea 1 9 0 r i t h m c a l c u l a ti n gt i m e t h el e n g t ho fr o u t e 列川大学埘j 一学位论文 l 绪论 1 1 中药及其发展 1 1 1 中药的含义 在我困的辽阔大地和海域，分布着种类繁多、产量丰富的天然药材资源， 包括植物、动物和矿物。仅典籍所载，已达三干种以上。对于这些宝贵资源的 丌发和有效利用，已有悠久的历史，也是我国医药学发展的物质基础。几千年 来，以之作为防治疾病的主要武器，对保障人民健康和民族繁衍起着不可忽视 的作用。 这些药物中，植物性药材占大多数，使用也更普遍，所以自古以来药学叫 做“本草学”。 本草学典籍和文献资料十分丰富，记录着我国人民发明和发展医药学的智 慧创造和卓越贡献并较完整地保存和流传下来，成为中华民族优秀文化宝库 中一个重要内容。由于中药的应用是以中医学理论为基础的，有着独特的理论 体系和应用形式，充分反映了我国自然资源及历史、文化等方面的若干特点， 所以人们把它称为“中药”。中药学就是专门研究中药基本理论和各种中药的来 源、采制、性能功效及应用方法等知识的门学科，是祖国医学的一个重要组 成部分。 j t j - h 于治疗和预防疾病的物质，一般统称为“药物”。就来源而言，药物可 分为天然药物、化学药品和生物制品三大类，天然药物是指人类在自然界中发 现并可直接供药用的植物、动物或矿物，以及基本不改变其药理化学属性的加 工品。“中药”、“草药”和“民族药”除极少数“如铅丹等”为人工合成药外， 绝大多数均同天然药物范畴。中药是广义的概念，包括传统中药、民间药( 草 药) 和民族药。 传统中药是指在全国范围内广泛使用，并作为商品在中药市场流通，载于中 医药典籍，以传统中医药学理论阐述药理作用并指导临床应用、有独特的理 论体系和使用形式，加工炮制比较规范的天然药物及其加工品。 民i h i 药是指草药医生或民间用以防治疾病的天然药物及其加工品，通常根据 ”u ，i f 大学坝士学位论文 经验辨症施用，一股是自种、自采、自制、自用，少见或不见于欺籍，而且 应用地区局限，缺少比较系统的医药学理论及统一的加工炮制舰范。 民族药则指我国除汉族外，各少数民族在本民族区域内使用的天然药物，有 独特的医药理论体系，以民族医药理论或民族用药经验为指导，多为自采、 自用，或采用巡回行医售药的经营方式。民族药是我国传统医药体系的重要 组成部分，它的存在与发展，不仅丰富了中国医药学主库，也促进了中药的 发展。 中药、民间药和民族药三者既有区别，又有紧密的内在联系，在用药方面 相互交叉、相互渗透、相互补充，从而丰富和延伸了“中药”的内涵，组成了 广义的中药体系。 1 1 2 中药的相互作用 中药的相互作用是通过药物配伍实现的。配伍是将两种或两种以上的药物 配合应用。中药配伍有“宜”、“忌”的不同。前人在长期的医疗中，积累了丰 富的药物配伍经验，中药间的相互作用概括有如下七种： 单行：指只用一味药( 一种药) 独白发挥治疗作用。 相须：两种性能相同的药物配伍应用，产生协同作用，增强疗效。 o 褶使：两种性能不同的药物合用，相互促进，提高疗效。 o 相畏：两种药物合用，一种药物能抑制或减轻另一种药物的烈性或毒 性。 相杀：一种药物能减低或消除另一种药物的毒性或不良反应。 o 相恶：两种药物合用，能相互抑制、降低或丧失药效，属配伍禁忌。 o 相反：两种药物合用后，能发生毒副作用者，属配伍禁忌。 以上总称“七情和合”。其中相恶、相畏、相反的药物，具有不同程度的拮 抗作用，配方时应慎重行事。配伍得当，可增强疗效；醌伍不当，能降低疗效， 甚至发生中毒。凡两种药物合用时，能降低或丧失药效，或能产生毒副作用的， 称为配伍禁总。 r l l ! j i f 大学坝l 学位论文 i i 3 传统中药的j j j i 药方法 汤剂是临床上应用最为广泛的中药剂型。它是将炮制加工后的各种中药材， 经过中医根据病人的具体病情，进行辨症施治的巧妙配伍后所配成的药剂，加 上水置于有盖的煎药器具内，在火上加热，积水滚沸煎熬而撷取它有效成分的 液体制剂。 汤剂适应中医辨症施治，随症加减的原则。除具有制备简单易行，溶媒来 源厂，无刺激性及副作用等特点外，还具备液体制剂的优点，即吸取快、能迅 速发挥药效。汤剂多为复方，药物之间能相互促进、相互制约，达到增强疗效、 缓和药性之目的，能充分发挥中医方剂中各种药物的配伍作用。 汤剂按其制备方法的不同，可分为四种类型： 簟煮剂：是用一般的温度和加热时间，：阿药物煎煮去渣所得的液体剂型。 煮剂浓度适中，具有吸收快、奏效迅速、作用强的特点。 煎剂：是将经过煎煮去渣的药液，再经过加热浓缩所得的液体剂型。 煎剂加热时口j 比较长，药液的浓度高，能减弱药物的毒性。 o煮散：是药材粗颗粒与水共煮去渣取汁而制成的液体药剂。煮敞具有 节省药材，便于煎服等优点。 沸水泡药：是药物经过沸水浸泡去渣所得的液体剂型。沸水泡药，频 频饮之，又称饮剂。沸水泡药加热时制短，温度比较低，药物味薄气 清，善于清泄上焦热邪。 汤剂的疗效与中药的煎法有很大的关系。煎药器皿的选择，煎煮中药时的 火候，以及煎煮中药的时间等许多因素都能影响汤剂的疗效。所以为了提高汤 剂的疗效，必须重视中药的煎煮。丽一般的人往往因为没有经验或者怕麻烦而 不能使汤剂达到最佳的疗效。 i i 4 中药配方颗粒 “中药配方颗粒”是指按照重要制剂浸提法，选用适当的溶媒和程序，使 中药饮片中的可溶性有效成分浸出，浸浓缩干燥，按一定比例制成的散剂或颗 粒剂。实行单味定量包装，供药剂人员遵医嘱随证处方，按规定剂量调配给病 叫川大学硼1 二学位论文 人直接服用。“中药配方颗粒”不须煎煮，即服即冲，将中医药传统的汤剂，转 变为种怏捷、简单、方便、卫生的剂型，是中药汤剂改革的一种尝试。 “中药配方颗粒”的问世是中药汤剂改革和重要现代化的必然趋势，其有 许多优点： 机械化大生产，优于传统煎煮。“中药配方颗粒”代替中药饮片用于l 临床， 从而根本改变了几千年来中药饮片以根、茎、叶、花、果实等直接入药煎煮 的方法。主要免煎饮片机械化生产是根据单味中药的陛质，其在不同湿度、 时间、p h 值等条件下，提取的有效成分最高含量为标准，用先进的生产设 备和稳定的生产工艺制成的粉末。病人可直接服用，避免了传统汤剂由病人 自己煎煮。而病人对加水量、浸泡时间、火候、煎煮时间、先煎、后下等不 甚j 解或怕麻烦，不按要求煎煮，从而影响疗效。机械化科学生产中药配方 颗粒彳：仅保证了成品质量，而且也避免了药物间相互影响，减少了不耐热成 分的损失等，从而保证了中药疗效。 统一一质量标准，确保疗效。“中药配方颗粒”应由卫生行政部门指定固定药 厂生产。从原材料的产地、质量、运输、贮存等都应有一套管理规定，对每 一种药材根据其有效成分的性质，制定生产工艺、质量标准以及检测方法， 制定出免煎饮片与中药饮片两者之问的用量换算关系。中药免煎饮片的生产 要科学管理，统一质量标准，每一个环节都严格把关，以确保临床疗效。随 着市场的拓展，市场需求量增加，厂家可根据本地气候、环境等条件，选择 适宜本地生长环境的药材，捌有自己的栽培、种植基地，从种植、采收、炮 制加工到机械化生产免煎饮片一条龙，这样成本将大大降低，价格上：【哿更能 为病人接受，成品质量、疗效得到保证。 便于服用、携带。“中药配方颗粒”经乖1 学处理，服用时不须煎煮，只需按 医师处方以丌水冲服即可，从而减少人力、节省了时间、方便病人服用。又 由于体积小，携带更方便，最适于旅途服用和_ 丁作繁忙、无时削煎煮的病人 服用。急诊病人也随取随服。 便于保管、调配。“中药配方颗粒”采用铝箔袋包装，不易吸潮，避免了中 药贮藏、保管不当带来的走油、变色、虫蛀、霉变等质量问题，减少了污染， 方便保管。山于其包装袋上都表明了与原生药的换算关系，调配更加方便、 卫生快捷，可避免传统中药手抓、秤称带来的分剂量误差，也改观了传统中 药房给人脏、乱、累的现象。 静利用中药配方颗粒制备冲剂。利用中药配方制备冲剂是按处方取相当于原生 药重量的免煎饮片混合，按适当比例加入糊精等辅料，按制料要求制备软材， 置入制粒机制粒。这种方法制备冲剂省时省力，卫生、快捷方便。它免去了 重要煎煮、浓缩、醇沉等工序，缩短了制备d 寸i h j ，节省能源，设备和乙醇的 使用，月不受煎煮时间的限制，随时可以制备。 1 1 5 中药配方颗粒自动发药机的产生 中药配方颗粒的出现为中药配方颗粒自动发药机提供了坚实的物质基础。 中药配方颗粒发药机就是以中药配方颗粒作为待取的药物，机械手根据取药路 径算法得出的礅药路径来抓取药架上相应的药物。机械手取药的结果是多种中 药配方颗粒的混合剂。封装以后即可发放给病人。当病人需要服用时，只需用 热水冲丌即可。 使用中药配方自动发药机进行配药与手工配药相比较： o 发药效率：中药配方颗粒自动发药机取一副药的时问只主要取决于机械 手取药路径长度和下药的时问，并不受外界j ：= i = 境因素的影h 向( 比如发 药人员的机体状态) ，所以中药配方颗粒自动发药机的发药效率是比较 稳定的。而人工配药的效率受外界环境的各种因素和发药员本身机体 状态的影响很大，所以发药效率并不稳定。 o 药物取量的准确性：药物的不同用量对汤剂的疗效有很大的影响。因此， 为了达到最佳的疗效，就要准确的按照药方中给定的药物用量来抓取 相应的药物。中药配方颗粒自动发药机可以通过上位计算机( 高性能 p c 机) 中的既定程序准确的控制药物的抓取量，以使达到最佳的疗效。 而手： 配药出于人为的因素或操作环境、设备和程序等因素的影l 榈， 很难精确的抓取药方中的药物，这样难免会影响到疗效。 安全性：由1 1 2 可知，药物之间的相互作用有：单行、相须、相使、 相畏、相杀、相恶和相反，一种七种。其中，相恶、相畏、相反的药 物，具有不同程度的拮抗作用，往往不能配于同一药方之中。中药配 方颗粒自动发药机可以通过上位计算机( 高性能p c 机) 中的既定程序 刚川人学顾一学位论义 在取药的不同阶段进行各种安全性检查，以确保发放给病人的最终成 品的安全性。而手 1 取药时，安全性完全由负责取药的操作人员的工 作态度决定。因此，手工取药时发放给病人的最终成品的安全性并不 稳定。 综上所述，中药配方颗粒自动发药机比起手工取药有多方面的优势。所以， 中药配方颗粒自动发药机的，i ：发是有实际的应用价值的。 1 2 中药配方颗粒自动发药机系统 1 2 1 系统的总体结构 中药配方颗粒自动发药机系统是一个涉及到计算机、通信、l 乜子、医学、 机械、自动控制、人工智能等学科领域的复杂系统。其控制系统可以分为三个 层次：管理级、监控调度级、设备控制级。 ( 1 ) 管理级 其由上位机完成，是整个系统的大脑，管理着配药全过程。它接收医生丌 出的处方信息，查询药品数据库和处方数据库，并根据下层监控调度级传来的 配药完成情况信息，经过智能处理，产生下一个配药，发药的任务，存放在任 务队列中。管理级同时还接收药品的出入库信息，管理药品数据库和处方数据 库，并且对药品使用情况进行统计分析，查询，产生药品的需求计划。 ( 2 ) 监控调度级 它由上位机实现，接收来自下层设备控制级传来的系统运行状态信息，包 括取药配置的位置，下药的完成情况，条形码的识别机识别药品与需取药品的 核对f 确与否等，监控着整个配药系统的运行。同时，它对上层管理级下达的 配药任务进行调度，合理规划各任务执行的先后顺序，分包装置与取药系统的 协测等，以提高整个系统的运行效率。 ( 3 ) 设备控制级 主要由性能稳定可靠的p l c 组成。配药任务经过调度级分配后，由p l c 具 体控制硬件装置完成配药操作。p l c 负责控制取药装置进行下药和成品的封装， 控制下药系统精确实现处方要求的药品的重量等。 6 p h 川1 人学坝卜学位论义 中药配方颗粒自动发药机可由局域网的多台终端计算机协同工作。电子处 方终端系统是提供给开处方医师将处方输入到p c 机，然后存储到数据库服务 器。病人完成看病l r 药以后，可以到划价处划价。划价员从数据库将病人的处 方调出，完成划价的工作。划价以后，发药员就可以立刻发送划价以后的处方。 系统的硬件由局域网的多台终端计算机、一台打印机、两个条形码阅读器 ( 一个条形码阅读器是换药的时候使用，一个是自动发药机取药进行可靠性保 证使用的) 和中药颗粒自动配方发药机组成。结构如图1 一l 所示： 器 图1 - l 系统硬件配置框图 叠 电子处方终端用于医生通过医院内部局域网在终端电脑上开处方，然后将电 子处方的信息存储到网络的数据库服务器。 划价的p c 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。 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进行自动发药。 上位机是一台性能较高的p c 机来实现，与我们设计的中药配方颗粒自动发 药机管理系统配合，负责发药机的控静m 维护。完成了处方的审核，并协调 7 心川大学坝_ l 学位论文 控制整个自动发药机的运行。 由p l c 系统控制自动发药机运行。机电控制系统由专门药库，取药装置和 导轨组成，能完成药箱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。 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。 自动发药帆的控制系统是采用上位机和下位机通过串行通信口r s 2 3 2 连 接所组成的完整的控制系统。上位机使用p c 机，下位机使用西门子公二js 7 2 0 0 c p u 2 2 6 的可编程控制器( p l c ) ，这样，既能充分发挥可编程控制器的可靠、 易于使用、结构紧凑，便于工业控制的特点，又能发挥p c 机操作界面良好、数 据处理能力强并且可以为数据库管理系统和计算机网络软件提供运行平台的优 势。 1 2 2 上位机配药管理信息系统 在中药配方颗粒自动发药机系统中，配药任务的形成以及对中药基本信息， 处方的管理都是以相应的数据库为依托。在中药颗粒自动配方发药机信息管理 系统的设计中，使用s q ls e r v e r 2 0 0 0 作为后台数据库管理系统，并结合医院的 中药管理系统，丌发了中药配方颗粒自动发药机的信息管理软件。 ( 1 ) 电子处方生成管理模块 医生在填写处方单时，需要输入病人和开处方医生的信息，从中药库选择 中药或者从常用处方中选择药单。生成的电子处方在没有划价之前是可以进行 修改的，划价和发送中药以后是不能进行修改和删除。 ( 2 ) 常用处方管理模块 常用处方模块提供了上百种药典和民间常用的处方，便于医生丌处方的时 候可以进行参照，然后根据患者具体的病情，更改中药或药量。该模块提供了 常用处方的添加，修改和删除功能。 ( 3 ) 员工管理模块 员工管理模块提供了对药房或医院的员工的基本管理，包括添加，修改员 工基本信息。员工的信息的删除只能通过员工的离职来完成，不能直接删除员 t 。 幽型查兰竺! 兰竺堡墨 ( 4 ) 中药基本信息管理模块 中药基本信息数据库可以存放上百上千的中药的基本信息，其中只有4 0 0 味药( 根据医院或药房的规模可咀进行扩展) 放到药架上。浚模块需要将中药 的条形码、名称，拼音缩写，浓缩比等基本中药信息存放到数据库。 ( 5 ) 药瓶更换模块 药瓶更换模块是在药瓶使用完毕以后，用户需要把新的药瓶放到药架。由 于用户在操作过程中可能同时更换几个药瓶，存在将药瓶放错位置的可能性， 所以在用户更换药瓶的时候必须使用条形码阅读器将药瓶的条码信息读出，条 形码的信息主要包括中药的识别码以及该药瓶重要颗粒的浓缩比，如果药瓶的 浓缩比和数据库存储的浓缩比发生变化，需要更新数据库的信息。更换药瓶以 后系统进行自检。自检的主要目的是防止用户在换药的时候换错药瓶，保证数 据库的中药位置信息和药架的中药位置保持一致。 ( 6 ) 用户管理 用户管理主要是对操作员以及操作员的权限进行管理。在信息系统中，控 制了操作员的使用权限，确保系统的安全a ( 7 ) 查询统计模块 查询统计模块包括： o 医生工作量的查询统计：统计丌处方医生某段时间开处方的情况以及 处方价格统计。 中药用量统计：统计某段时间中药的使用情况。 o 中药查询统计：查询统计药架上中药的剩余量和有效期，当剩余量和 有效期低于某数字的时候，报警提示。 ( 8 ) 系统帮助模块 帮助提供对用户使用本信息管理系统的帮助支持。 l2 3 系统的主要特点 随症加减：每味药都可以完全按照医生的处方对药量进行随意增减，没有最 小量的限制： 无交叉污染：因为每昧药的出药系统各自独立，所以杜绝了交叉污染： 叫j 1 1 人学删l 学位论文 配药量精确：误差范围完全符合国家卫生部相关标准； 配药安全无误：配药过程中利用条码扫描等手段进行双重药品验证，确保配 药准确无误； 药品独立包装：按照处方取好药后，每付药独立密封包装在一个药杯内，患 者服用省时又方便； 药品存放环境好：药品存放于密封环境中，具备防尘和防潮措施，确保药品 质量； 。 具有现代网络管理的功能：电子处方可以在网络上不同的p c 机生成，传到 中央数据库，然后可以自动进行划价，再通过发药机控制平台统一进行发药； 操作简单可靠：配套的中药浓缩自动发药机管理系统具有良好的人机界面， 可以对中药、处方以及发药机进行管理。大大降低了劳动强度，只需要1 名发药人员就可以完成所有的操作。 哪川大学侦j ：学位论文 2p l c 与上位计算机的通信 图2 1 所示的是机械手、p l c 和上位计算机三者之间的联系。上位计算机 作为整个中药配方颗粒自动发药机系统的核心部分，它会承担控制系统三级分 化中管理级和监控调度级的工作。而p l c 则实现设备控制级的工作。 图2 1 三者之间的关系 剥于一张药单的取药工作，上位计算机在管理级会对药单进行处理，产生 取药任务，并将之排入任务队列。而在监控调度级，上位计算机会对任务队列 中的任务进行调度，以提高整个系统的运行效率。当上位计算机与p l c 实现通 信以后，上位计算机会将取药任务的控制信息发送到p l c 中。最后是由p i c 通 过输出信号来控制硬件装置实现取药任务。 相对的，硬件装置由外部获得的信息会反馈到p l c ，再由p l c 通过与上位 计算机的通信而回送到上位计算机中。上位计算机会根据回送的信息作出相应 的处理。 由二所述，p l c 犹如是上位计算机与硬件装置之间的一座桥梁，起到了联 系上位计算机和硬件装置的作用。而实现p l c 与上位计算机的通信是p l c 成为 上位计算机与硬件装置之间桥梁的前提条件。 实现p l c 与上位计算机的通信，既可以使用西门子公司的s i m a t i c v 1 川大学预上学位论文 m i c r o c o m p u t i n g 软件，也可使用p l c 的自由端口模式。 2 1 可编程序控制器p l c 2 1 1 可编程序控制器( p l c ) 介绍 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到 了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可分为几类，如可编程序 控制器、基于p c 总线的工业控制计算机、基于单片基的测控装最、用于模拟量 闭环控制的可编程调节器、集散控制系统( d c s ) 和现场总线控制系统( f c s ) 等。可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置， 它已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。 可编程序控制器( p r o g r a m m a b l e c o n t r o l l e r ) 本来应简称为p c ，为了与个人 计算机( p e r s o n a lc o m p u t e r ) 的简称p c 相区别，一般将它简称为p l c ( p r o g r a a n m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) 。 国际电工委员会( i e c ) 在1 9 8 5 年的可编程序控制器标准草案笫3 稿中， 对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子 系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内 部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通 过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序 控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其 功能的原则设计。”从上述定义可以看出，可编程序控制器是一种用程序来改变 控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他 计算机通信联网的功能。 2 1 2 可编程序控制器的工作原理 2 1 21 用触点和线圈实现逻辑运算 在数字量控制系统中，变量仅有两种相反的工作态度，如高电平和低电平、 p ij i l 大学硕l 学位论文 继电器线圈的通电和断电、触点的接通和断丌，可用逻辑代数中的1 和0 束表 示它们。在波形图中，用高电平表示1 状态，用低电平表示0 状态。 “与”、“或”、“非”逻辑运算的输入输出关系如表2 1 所示，用继电器电 路或梯形图可以实现“与”、“或”、“非”逻辑运算。用多个触点的串、并联电 路可以实现复杂的逻辑运算。 表2 i 逻辑运算关系表 与或1 i q ) o = 1 0o i1 q o 1 = 1 0 2 + 1 0 3q o 2 = 1 0 4 m oi 0 i q 0 o f 02 i o 3 q o1 ol ooooo0l0 0 10 o11 l 00 io l ll1l11 在继电器电路图和梯形图中，线圈的状态是输出量或被控量，触点的状态 是输入量。继电器的线圈通电时，其常7 r 触点接通，常闭触点断丌；线圈断电 时，其常丌触点断开，常闭触点闭合。梯形图中的位操作元件( 如可编程序控 制器的输出q o o ) 的触点和线圈也有类似的关系。 2 1 2 2 可编程控制器的工作方式 ( i ) 工作方式 可编程序控制器有两种工作方式，即r u n ( 运行) 与s t o p ( 停止) 方式。 在r u n 方式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。在c p u 模块的面板上用“r u n ”l e d 显示当前的工作方式。 在s t o p 方式，c p u 不执行用户程序，可用编程软件创建和编辑用户程序， 设胃可编程序控制器的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到可编程 序控制器。 p q 川大学顺l j 学位论立 如果有致命错瀑，在消除它之前不允许从停j 二方式进入运行方式。可编程 序控制器操作系统储存非致命错误供用户检查，但不会从运行方式自动进入停 止方式。 ( 2 ) 用方式开关改变工作方式 c p u 模块上的方式丌关在s t o p 位置时将停止用户程序的运行；在r u n 位 置时，：阿启动用户程序的运行。方式丌关在s t o p 或t e r m ( t e r m i n a l ，终端) 位置时，电源通电后c p u 自动进入s t o p 方式；在r u n 位置时，电源通电自 动进入r u n 方式。 ( 3 ) 用s t e p7 - m i c r o w i n3 2 编程软件改变工作方式 在用编程软件控制c 1 u 的工作方式之前，首先应在编程软件与可编程序控 制器之间建立起通信连接，并将方式，关设置在r u n 或r l e r m 位置。允许用 编程软件改变c p u 的工作方式。在软件中单击工具条上的运行按钮可进入运行 方式，单击停止按钮可进入停止方式。 ( 4 ) 在程序中改变工作方式 在程序中插入s t o p 指令，可使c p u 由r u n 方j 进入s7 f o p 方式。 2 1 2 3 可编程序控制器的工作原理 可编程序控制器通电后，需要对硬件和软件做些初始化的工作。为了使 可编程序控制器的输出及时地u 自应各种输入信号，初始化后反复不停地分阶段 处理各种不同的任务( 如图2 - 2 所示) ，这种周而复始的循环工作方式称为扫描 工作方式。 ( 1 ) 读取输入 在可编程序控制器的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信 号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出眺像寄存器。c p u 以字节( 8 位) 为单位来读写输入输出( i o ) 映像寄存器。 在读取输入阶段，可编程序控制器把所有外部数字量输入电路的o n o f f ( i 0 ) 状态读入映像寄存器。外接的输入电路闭合时，对应的输入映像寄存器 为l 状态，梯形图中对应的输入点的常开触点接通，常闭触点断丌。外接的输 入电路断丌时，对应的输入映像寄存器为0 状态，梯形图中对应的输入点的常 川人学硕士学位论文 丌触点断开，常闭触点接通。 r u n 状态 s t o p ： j i 态 图2 - 2 扫描过程 ( 2 ) 执行用户程序 可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排 列。在r e i n 工作方式的程序执行阶段，在没有跳转指令时，c p u 从第一条指 令开始，逐条顺序地执行用户程序，直至遇到结柬( e ) 指令。遇到结束指 令时，c p u 检查系统的智能模块是否需要服务。 在执行指令时，从i 0 映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其o 1 状 态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄 存器中。因此，各映像寄存器( 只读的输入映像寄存器除外) 的内容随着程序 的执行而变化。 在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器 的：状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取 输入阶段被读入。执行程序时，对输入，输出的存取通常是通过映像寄存器，而 不是实际的i o 点，这样做有以下的好处： 。 程序执行阶段的输入值是固定的，程序执行完后再用输出映像寄存器 的值更新输出点，使系统的运行稳定。 心川大学硕l ：学位论文 用户程序读写i o 映像寄存器比读写i o 点快得多，这样可以提高程序 的执行速度。 i o 点必须按位来存取，而映像寄存器可按位、字节、字或双字来存取， 灵活性好。 ( 3 ) 通信处理 在智能模块通信处理阶段，c p u 模块检鹰智能模块是否需要服务，如果需 要，读取智能模块的信息并存取在缓冲区中，供下一扫描周期使用。在通信信 息处理阶段，c p u 处理通信口接收到的信息，在适当的时候将信息传送给通信 请求方。 ( 4 ) c p u 自渗断测试 自诊断测试包括定期检查e e p r o m 、用户程序存储器、i o 模块状态以及 i o 扩展总线的一致性，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。 ( 5 ) 修改输出 c p u 执行完用户程序后，将输出映像寄存器的0 1 状态传送到输出模块并 锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1 状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继 电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出点 的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器中存放的二进制数为0 ，将它送到继电 器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常丌触点断开，外部负载断 电，停l l 工作。 当c p u 的工作方式从r u n 变为s t o p 时，数字量输出被置为系统块中的 输出表定义的：状态，或保持当时的状态。默认的设置是将数字量输出清零，模 拟量输出保持最后写的值。 ( 6 ) 中断程序的处理 如果在程序中使用了中断，中断事件发生时立即执行中断程序，中断程序 可能在扫描周期的任意点上被执行。 ( 7 ) 立即i o 处理 在程序执行过程中使用立即i o 指令可以直接存取i o 点。用立即i o 指令 读输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新。用立即i o 指令来改 写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。 旧川大学倾士学位论立= 2 1 2 4 输入，输出滞后时间 输入输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编程控制器的外部输入信号 发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间 隔，它由输入电路滤波时i 剧、输出电路的滞后时问和因扫描工作方式产生的滞 后时间三部分组成。 输入模块的r c 滤波电路用