（计算机应用技术专业论文）基于S7200PLC的中药自动发药机系统的研究与实现.pdf

y - 7 7 8 8 4 4 基于$ 7 - 2 0 0p l c 的中药自动发药机系统的 研究与实现 计算机应用技术专业 研究生王庆 指导教师李志蜀 摘要： 众所周知，中草药作为祖国的传统瑰宝，在中国的医药发展史上占有举足轻 重的地位。回溯过去。数千年来中草药的传统使用方式主要是运用“饮片入药， 临用煎汤”的调理思想。到了8 0 年代，中国各大中医院设立庞大的煮药室，以 应门诊与住院病人的需求。“入世”以来，我国面临着医药市场国际化的激烈竞 争，国家将“创新药物和中药现代化”列为“十五”重大科技专项，旨在加速推 进创新药物研究，大力开展中药现代化。 因此，四川大学计算机学院和四川绿色药业集团合作研制开发免煎中药系统 中药配方颗粒自动发药机系统。 本文主要围绕着与中药配方颗粒自动发药机系统相关的理论与实践进行深 入的讨论研究。具体内容如下： i 考察当前整个中药市场的发展现状和前景，综合现有的研发技术条件， 论证了研发中药配方颗粒自动发药机系统的必要性、可行性和重要性。 2 详细论述了中药配方颗粒自动发药机系统的总体设计方案以及主要特 点。 3 论述了中药配方颗粒自动发药机系统硬件部分的设计思想与实现。其中 具体阐述了发药机系统的储药架、储药瓶、药杯、取药机械手、旋转送 杯装置及自动封装机这几个重要硬件构成的设计思路。特别是储药瓶的 巧妙设计使中药配方颗粒自动发药机系统在取药定量方面比市场现有的 同类产品更具优越性和先进性。 4 论述了中药配方颗粒自动发药机系统软件部分的设计思想与实现。具体 阐述了发药机系统的软件构成：上位p c 机软件信息管理系统和下位机 p l c 软件控制系统。 5 介绍了可编程序控制器、西门子$ 7 - 2 0 0p l c 的相关原理，重点研究了 自由端口通信在计算机与s 7 2 0 0p l c 之间数据传输中的应用与实现。 详细论述了下位机p l c 程序和上位p c 机v b 程序的设计思路以及具体实 现，通过与西门子同类软件的性能比较，结果表明自由端口通信程序软 件大大提高了计算机与p l c 之间的数据传输效率，且运行稳定。 6 介绍了分枝一限界算法的相关理论，重点研究了分枝一限界算法在取药路 径优化问题方面的应用，并同使用顺序法来求解取药路径的方案相比较， 实验结果表明经分枝一限界算法优化后的取药路径有效缩短了配药对闻。 中药配方颗粒自动发药机系统有巨大的市场潜力，研制完成的第二代样机在 各种性能测试中运行良好。现在正在进行第三代样机的开发研制。 关键词：中药配方颗粒；p l c ：自由端口通信；分枝一限界算法：路径优化 t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f a u t o d i s p e n s i n gs y s t e m f o rc h i n e s em e d i c i n eb a s e d o ns 7 2 0 0p l c m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y p o s t g r a d u a t e ：w a n gq i n g a d v i s o r ：l iz h i s h u a b s t r a 砖： a sw ek n o w n ，c h i n e s em e d i c i n a lh e r bi so l l rn a t i o n a lt r e a s u r e ，a n di tp l a y sa d e c i s i v er o l ei nt h eh i s t o r yo ft r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e sd e v e l o p m e n t l o o k b a c ku p o nt h ep a s ty e a r s ，t r a d i t i o n a lu s a g eo f h e r b si s “d e e o c f i n gm e d i c i n a lm a t e r i a l c r u d es l i c e sw h e nw a n tt ot a k e ”i n8 0 s ，m a n yh o s p i t a l sh a v es e tu pr o o m so f d e c o c f i n gm e d i c i n a ih e r b si nc h i n at om e e tt h es i c k n e s s d e m a n d s s i n c e t h e e n t e r i n gi n t ot h ew t o ，c h i n ah a sb e e nf a c e dw i t hk e e nc o m p e t i t i o n o fi n t e r n a t i o n a l m a r k e ti nc h i n e s em e d i c i n a lh e r b s o u rg o v e m m e u th a sr e g a r d e d i n n o v a t i o na n d m o d e r n i z a t i o no ft r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e a sa r li m p o r t a n ts c i e n t i f i ca n d t e c h n o l o g i c a lp r o j e c t ，i n o r d e rt os p e e du pp r o m o t i n gi n n o v a t i o n si nm e d i c i n e r e s e a r c ha n dm a k em e d i c i n em o d e m i z a t i o no nab i gs c a l e t h e r e f o r e ，t h ec o m p u t i n gs c h o o lo fs i c h u a nu n i v e r s i t yh a sc o o p e r a t e dw i t hl v y a oc o m p a n yo fs i c h u a ni nr e s e a r c h i n gan e wk i n do fa u t o d i s p e n s i n gs y s t e mf o r f o r m u l ap a r t i c l e so f t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i t l e t h ep a p e r sm a j o rr e s e a r c h i n gw o r ki sb a s e do nt h et h e o r ya n dp r a c t i c eo f a u t o d i s p e n s i n gs y s t e m t h em a i nc o n c r e t ed e t a i l so ft h er e s e a r c h i n gw o r ka r ea s f o l l o w s ： 1 t h ef i r s tc h a p t e rd e m o n s t r a t e st h en e c e s s i t y , f e a s i b i l i t ya n di m p o r t a n c eo f r e s e a r c h i n ga u t o - d i s p e n s i n gs y s t e mf o rf o r m u l ap a r t i c l e so 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 ，t h r o u g hi n v e s t i g a t i n gt h ep r e s e n tc o n d i t i o na n dp r o s p e c to fd e v e l o p m e n t i i ； i nw h o l em a r k e to fc h i n e s em e d i c i n a lc r o p ，a n ds y n t h e s i z i n gt h ec u r r e n tt e c h n o l o g y 2t h es e c o n dc h a p t e re x p o u n d st h eo v e r a l ld e s i g ns c h e m eo fa u t o - d i s p e n s i n g s y s t e mf o rf o r m u l ap a r t i c l e so f t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e ，a n di t sm a j o rf e a t u r e s 3 ，t h et h i r dc h a p t e re x p o u n d st h ed e s i g ni d e aa n dr e a l i z a t i o no ft h eh a r d w a r e p a r to fa u t o d i s p e n s i n gs y s t e mf o rf o r m u l ap a r t i c l e so f t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e i te x p l a i n sa ts o m el e n g t hm e d i c i n es h e l f , s t o r em e d i c i n eb o t t l e ，m e d i c i n ec u p ，a n d s oo n ，t h e s eh a r d w a r ec o n s t i t u t i o n so fa u t o d i s p e n s i n gs y s t e m s p e c i a l l y ， a u t o d i s p e n s i n gs y s t e mi ss u p e r i o rt oe x i s t i n gw a r ep r o d u c t so fd o m e s t i cm a r k e ti n q u a n t i t a t i v em e d i c i n e 4 t h ef o u r t hc h a p t e re x p o u n d st h ed e s i g ni d e aa n dr e a l i z a t i o no ft h es o f t w a r e p a r to fa u t o - d i s p e n s i n gs y s t e mf o rf o r m u l ap a r t i c l e so ft r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e i t e x p l a i n sa ts o m el e n g t ht h ep ci n f o r m a t i o nm a n a g es y s t e m ，a n dp l cc o n t r o l s y s t e m 5 o nt h eb a s i so fi n t r o d u c i n gt h ep r i n c i p l eo fp l ca n ds 7 2 0 0p l ci nt h ef i f t h c h a p t e r , t h es i x t hc h a p t e rl a y ss p e c i a ls t r e s s o nt h es t u d y i n go fa p p l i c a t i o na n d i m p l e m e n t a t i o no ff r e ep o r tc o m m u n i c a t i o ni nd a t at r a n s m i s s i o nb e t w e e np ca n d s 7 2 0 0p l c a n de x p o u n d st h ed e s i g ni d e a sa n di m p l e m e n t a t i o no fp l cp r o g r a m a n dv bp r o g r a mi nd e t a i l a c c o r d i n gt oc o m p a r i n gf r e ep o r tc o m m u n i c a t i o n p r o g r a mw i t ht h es i m i l a rs o f t w a r ep r o g r a mo fs i e m e n s ，t h ef o r m e ri n c r e a s e sh i g h l y t h er a t eo fd a t at r a n s m i s s i o nb e t w e e nc o m p u t e ra n ds 7 2 0 0p l c a n dr u n n i n ga ta s t a b l el e v e l 6 t h es e v e n t hc h a p t e rf i r s t l yi n t r o d u c e sb r a n c ha n db o u n da l g o r i t h mi nb r i e f , a n dl a y ss t r e s su p o nt h er e s e a r c h i n go fa p p l i c a t i o no fb r a n c ha n db o u n da l g o r i t h m i no p t i m i z i n gp a t ho fd i s p e n s i n gm e d i c i n e c o m p a r e dw i t hs e q u e n t i a lm e t h o d ， b r a n c ha n db o u n da l g o r i t h ms h o r t e n se f f i c i e n t l yt h et i m eo f d i s p e n s i n gm e d i c i n e s a u t o - d i s p e n s i n gs y s t e mf o rf o r m u l ap a r t i c l e so ft r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e h a sg i g a n t i cm a r k e t i n gp o t e n t i a l t h es e c o n dg e n e r a t i o nm a c h i n ei sm r m i n gg o o d ， a n dt h et h i r dg e n e r a t i o nm a c h i n ei sr e s e a r c h i n g k e y w o r d s ：f o r m u l ap a r t i c l e so f t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e ；p l c ； f r e ep o r tc o m m u n i c a t i o n ；b r a n c ha n db o u n d a l g o r i t h m ；p a t ho p t i m i z a t i o n i ” l 四) j l 大学硕士学位论文 1引言 1 1 课题的意义 中药历史悠久，源远流长，不仅是中国文化博大精深的一个侧面，也是现 代医药经济中独具特色的重要组成部分。正是由于中药在医学史上的重要地位 和作用，所以继承、创新、发扬中药这个瑰宝是非常必要的。 传统的中药在当今高速发展的社会中越来越体现出质量不确定性、使用不 方便性等等缺点，早在1 9 9 3 年，国家中医药管理局倡导并确立了“中药配方颗 粒的研制与开发”项目。从此中药配方颗粒自动发药机系统的研究拉开序幕。 中药颗粒是由中药饮片经现代工业加工提炼浓缩而成，小颗粒从生产、加工、 贮存、携带、质量控制、药理药效、用药方式等诸多方面，更接近于标准化、 规范化和现代化。入世以来，国家更是高度重视中药的发展，大力提倡中药现 代化。为了使中国丰富的中药资源走出国门，将沿用千年的中药饮片经过科学 转化为中药颗粒这种新形式是大势所趋。 几千年来，医师们根据一套整体观念和辩证论治的原则，提供了中药的传 统调理方法，所以中药饮片的传统煎用方式是经历了长期的考验。而中药颗粒 化后可即冲即饮，免煎、免煲，就如西药服用那么方便。不过，有部分的专家 提出中药汤剂“混合煎煮”可以增强疗效，消除药物的偏性或毒性，而中药颗 粒的单独提取及使用则不具备这些优点。相反地，大部分的专家认为我国历史 上已有将单味中草药提炼制成水剂、酊剂等的先例，只要现代药理学对常用的 1 8 0 0 余种中草药材以及5 0 0 余种中药方作出系统的、综合的分析论证，有了可 靠的大量科学数据，就可以得出中药颗粒怎样煎制，怎样组合，怎样使用是合 乎科学的。因此传统的中药饮片颗粒化是具有可行性的。 研制中药配方颗粒自动发药机系统，可以完成医院药房从手工抓药到自动 发药的转变，再加上医院药房的服务逐渐电子化、网络化，该系统能实现人力 的节省、中药配制效率的提高，并具有取药快捷准确、药量精确、缺药报警、 卫生可靠的功能。 中药颗粒化不是否定中药饮片，而是中药饮片在特定历史时期的一种有效 四川大学硕士学位论文 的补充、延伸和发展。实践是衡量、评价一个新事物好坏的唯一标准。 1 2 发展现状 中药严格意义上说是由中药材、中药饮片、中成药三部分组成。其中中药 饮片和中成药是临床主要采用的治疗药物，特别是中药饮片直接用于中医处方。 中医用药的一个鲜明的特点就是饮片入药，生熟异治。所以中药饮片质量 的好坏直接影响着患者用药的安全和疗效，直接影响着中医药的发展。建国以 来，国家一直都没有出台统一的中药饮片制作规范以及中药饮片的质量控制标 准，现在生产的中药饮片都是按照祖辈流传下的方法和地方约定俗成的习惯来 炮制的。实际上，中药饮片的炮制工艺同时存在着部颁中国药典标准、企业标 准等等，同一中药品种因炮制方法的不同而产生使用上的矛盾，地域性太强无 法实现全国市场的流通。 这样缺乏统一、有效的市场管理和监督，一旦出现生产、经营、质量等方 面的问题就很严重。制作和管理上的巨大隐患，使中药出口也面临着严峻的考 验。我国中药出口曾达年创汇7 亿美元左右，自1 9 9 6 年以来由于国内没有制订 完善的质量检测标准，假冒伪劣商品越来越多等等因素，出口逐年下滑，特别 是中药饮片所占份额的下降趋势最为明显。 因此，加快现代中药饮片的研制以开发中药使用的新形式是改善现今中药 行业诸多问题的途径之一。国家中医药管理局等有关部门从多年前就尝试着研 制和推行一种“中药配方颗粒”，对中药饮片进行改革，大力发展中药现代化， 希望借中国加入w t o 之机，让国药走出国门，让中医与国际医学接轨。 关于“中药配方颗粒的研制与开发”项目，先后有一方药业、三九集团、 天江药业等等开展研制和开发。其中有的已推出相配套的中药自动配药机，即 使在医院试用推行也处于初级阶段。不过由于某些技术上的原因出现了精确定 量难以实现、机器取药时间长、包装不合理、故障率高以及价格成本偏高等等 问题，而使用快捷方便是最大的优点。 l a ) q 绿色药业科技发展股份有限公司也是通过国家药品监督管理部门的审 批，成为“中药配方颗粒的研制与开发”项目试点的生产企业之一。与四川大 学计算机学院合作，着手研发中药配方颗粒自动发药机系统。现阶段正开展第 婴型奎兰堡主堂竺堡苎 三代样机的研制、生产和测试。总结前一开发阶段的经验教训以及市场同类产 品的优劣情况，在第一代、第二代样机的基础上，保留精华、去其糟粕，并且 申请了国家多项实用型专利，创新地提出不少的技术亮点，逐渐地改进软、硬 件部分，完善发药桃各个部件的性能，以期到达最好的整体运行效果。 各种中药颗粒荆是由相关的单味中药饮片经现代工业加工提炼、浓缩、干 燥、灭菌而成，分别装入储药瓶。有医生开出处方，该发药机系统就可以根据 输入的处方信息，如：药名、剂量、剂数等等，即时自动完成一系列动作识别、 取药、计量、包装、发药。患者服用时就仅需将这些不同颗粒混合放进一个杯 中用开水冲服即可。 中药配方颗粒是新兴的中药剂型，它同传统中医开方用中药饮片煎煮成汤 药服用有着一定的区别，也有着一定的联系。效果到底如何目前尚在试验中， 而没有得出肯定或否定的结论。不过这已是对我国中药领域的一次具有革命意 义的探索和创新，得到国家和中医药专家的肯定和支持。 1 3 未来趋势 四川大学计算机学院与四川绿色药业科技发展股份有限公司共同研制开发 的中药配方颗粒自动发药机系统取药精确、操控性好，有着非常广阔的市场前 景。2 0 0 1 年，原国家药品监督管理局将“中药配方颗粒”纳入中药饮片实施批 准文号管理，中药饮片颗粒化拥有了合法身份。中药颗粒不仅能保持中药汤剂 的临床特色，而且还能满足现代人的消费需求；中药颗粒卫生安全、服用方便、 保存方便以及携带方便，更适合现化社会的需要。未来几年内，我国对中药颗 粒的生产将越来越规范化、标准化、现代化。中药颗粒的研究工作将进一步加 强在生产技术、临床用药和疗效评估等方面的研究。通过制订统一的质控标准 方法，进而为制订相关法律法规提供科学、确定的依据。 国家中医药管理局副局长李振吉曾讲：“由于在质量可控和使用便捷上独具 优势，更符合现代生活快节奏的需要，加之国际市场推广空间广阔，中药配方 颗粒在未来的中药消费市场中，将比传统中药饮片更具竞争力。” 与中药配方颗粒相配的发药机系统同样具有极高的市场价值。该系统将计 算机网络技术、数据库技术、自动控制技术、机器人技术以及路径优化算法等 堕型查兰璺主兰堡堡奎 等有机地结合起来，实现中药颗粒的调配。这可以改变中药房“麻袋贮存、杆 稃称量、手工抓分”的中药饮片传统管理和调配模式，加快了中药走向世界的 步伐。 中药颗粒化以及自动发药机系统的研制从某种的意义上来说，是随着社会 发展、人民需求而应运而生的。不久的将来，中药配方颗粒自动发药机系统会 从科研阶段步入市场运作阶段，这势必使我国丰富的中草药资源推广国际引入 一个新的高潮。 1 4 论文的主要研究工作 本人参加了四川大学计算机学院和四川绿色药业集团合作的项目“中药配 方颗粒自动发药机系统”的研制开发工作。本文的主要研究内容具体包括：论 证中药配方颗粒自动发药机系统存在的市场前景；论述发药机系统的总体设计 思想与实现；论述第二代样机的硬件设计方案，并比较同类产品的研发情况； 论述发药机系统的软件设计与实现。其中本文最重要的工作是实现了计算机与 西门子s 7 2 0 0 p l c 之间的自由端口通信在中药配方颗粒自动发药机系统中的应 用，以及研究分枝一限界算法在发药机系统取药机械手路径优化问题方面的应 用。 四川大学硕士学位论文 2 中药配方颗粒自动发药机系统设计概述 2 1 中药配方颗粒自动发药机系统总体设计 2 1 1 中药配方颗粒自动发药机系统的发展历程 直n - - - 十一世纪的今天，绝大多数的中医院或中药房仍然采用手工称秤的 方式来称取原生中药饮片。在医生开具处方后，药剂师根据处方中的药材及重 量标注进行称取，再凭感觉及经验按照所开的副数将其分到每一副药里。这样 就要求药剂师不仅要熟悉每味药材的存放地点，还要精确称量。传统的配药方 式劳动强度大，效率低，时间长，易出错，特别是对药剂师的依赖性过强。这 些缺点迫使人们思考以一种全新的配药方式来适应日益高速发展的中药产业。 在七十年代末曾经出现过针对中药开发研制的“电子配药机”，因当时工业 自动化、计算机网络等一系列技术的不发达，科技含量较低：又由于配药对象 是原生中药饮片的限制，药品定量、称取及包装都很困难。所以操作使用不便， 实际应用价值不高，很快就被医药市场淘汰，仅仅“昙花一现”。 国家政策的大力支持，中药配方颗粒的成功研制，相关技术的成熟，使推 出一种全新的配药方式成为了可能。中药配方颗粒自动发药机系统就是在这样 的一个环境中应运而生。 2 1 2 中药配方颗粒自动发药机系统的设计思想 中药配方颗粒自动发药机系统的设计思路中医院的医生根据病患者的 病情开出电子处方，在划价处通过计费系统计算、收取费用以后，将处方信息 通过医院的内部局域网络转送到医院中药房内的主控计算机中，添加至配药任 务队列。主控计算机读取处方的综合信息( 包括患者姓名、药品名称、计量单 位以及份量) ，并查询中药数据库，再计算优化取药所需的最短路径，形成启动 指令并传输给p l c 控制系统，p l c 驱动发药机完成取杯、取药、包装。如果配 药任务成功完成，主控计算机的输出端液晶显示屏上会显示患者信息，并驱动 相联的打印机输出病患者药方的信息，与包装好的中药颗粒一同交付给患者。 婴坐查兰堡主兰堡堡苎 如果配药任务由于某些原因，如：药品名人为写错、禁用药品等等，主控计算 机会提示报警，维修人员维修完成以后，重新发送。 中药配方颗粒自动发药机系统由中药配方颗粒发药机和发药机信息管理系 统两大部分构成。该系统的研制涉及到计算机、通信、机械、人工智能等多个 技术领域的理论知识。整个系统的硬件部分是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，另一个 是自动发药机取药进行可靠性保证使用的) 和中药配方颗粒发药机组成。其总 体设计框架如图2 一l 所示。 l 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一- j 图2 - 1 中药配方颗粒自动发药机系统硬件配置框图 由图2 一l 可以分析中药配方颗粒自动发药机系统的工作原理。该系统的核 心部分是由主控计算机p c ( 上位机) 、p l c 控制系统( 下位机) 、取药发药系 统这三部分组成。其中主控计算机p c 作为整个系统的上位机，采用人机界面 实现系统的管理和协调，主要负责数据信息的输入、分析、处理、输出；提供 给终端用户p c 以数据库支持；建立与p l c 的通信连接，发送信息、指令到p l c ， 6 璺! ! ! 查堂堡圭堂垡堡苎 一 鼍收p l c 的运行状态信息，进行实时监控：完成液晶屏显示和药方及反馈信 0 打印。p l c 控制系统作为整个系统的下位机，主要负责管理取药发药系统： 收上位机发送的信息数据，并控制硬件装置，如：步进电机、取药机械手、 矗形码阅读器等执行相应的操作。取药发药系统包括了电机系统、条形码识别 系统、取药机械手驱动系统、药杯封口装置等等，其接收指令实现具体的识药、 取药、包装这一系列动作的完成。 中药配方颗粒自动发药机系统由局域网的多台终端设备协同工作。其整体 的拓扑结构图如图2 2 所示。 图2 - 2 中药配方颗粒自动发药机系统的整体拓扑结构图 工作的具体步骤如下： 医生在终端p c 机上开出电子处方，然后通过医院内部局域网将电 子处方的信息存储到网络的数据库服务器。 璺型盔兰堡主兰篁丝皇 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加入配 药任务队列自动取药、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信息管理系统配合，负 责发药机的控制和维护。完成了处方的审核，并协调控制整个自动 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、取杯装置和封口装置组成，能完成药瓶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。 条形码阅读器主要负责的是当取药的时候，药品身份验证，以检 查、核对所取药品是否与处方上的相符：当换药瓶的时候，避免 药瓶放错位置。 2 1 3 中药配方颗粒自动发药机系统的功能设计 我们研制开发的中药配方颗粒自动发药机系统是结合了机械自动化、计算 机编程、计算机网络、数据通信、光电数据采集等等先进技术，来实现中药配 取的机械化、自动化和网络化。 本发药机系统药架储药4 3 2 味，能够充分地满足中药开方，且可以自由增 加或减少药品的昧数。研制开发的中药配方颗粒自动发药机系统具备如下主要 功能： i 系统自动复位：发药机系统的各组成部分回到初始状态：封口机复 位；转筒复位。 2 系统自检功能：新药瓶上架时，通过自检将药架上药瓶的位置信息、条 形码信息反馈回发药机控制平台，并存储到相应数据库。 3 自动配药功能：当处方里的药品信息通过内部局域网传输入上位p c 机 后，计算机将通过下位机p l c 驱动取药装置准确定位并通过药品条形码检查药 品的正误，自动、精确取药，并遵循传统中医的服用习惯分别包装后送出。在 整个取配药的过程中上位p c 机可以监控。 8 堕型奎主堡主兰竺笙兰 4 自动核对功能：在系统开始进行取药之前，自动检查输入处方的药品信 息有无禁忌、互克、毒药和精神类药。如有，则机器自动报警提示，是否继续 由药剂师来决定；如无，则系统自动完成取药、包装全过程。 5 自动打印功能：取药、包装正常完成之后，相关的信息可以通过打印机 打印出来。打印内容包括患者姓名、性别、年龄等身份信息，主治医生姓名， 所开药品的种类、数量、价格以及服用方法。 6 报警提示功能：计算机控制系统，系统设计有多种安全、可靠措施，有 缺药报警、加错药报警、取药失败报警、药品过期报警、系统故障报警等功能。 7 统计查询功能：系统还有用药统计、病历统计等多种信息统计功能，可 以即时提供对药品使用、库存和患者病历情况的查询。 2 2 中药配方颗粒自动发药机系统的总体结构 中药配方颗粒自动发药机系统是一个涉及到计算机、通信、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。 1 l 管理级：它由上位机完成，是整个系统的大脑，管理着配药的全过程。 它接收医生开出的处方信息，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、条形码阅读器识别药品、 以及需取药品的核对正确与否等等，监控着整个系统的运行。同时，它对上层 管理级下达的配药任务进行调度，合理规划各项任务执行的先后顺序，负责取 药装置与封装装置的协调等，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取药操作。p l c 负责控制取药装置进行下 药和成品的封装，控制取药系统精确实现处方要求的药品重量等等。 日 四川大学硕士学位论文 2 3 中药配方颗粒自动发药机系统的主要特点 1 随症加减：每昧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： 2 无交叉污染：因为每味药的出药系统各自独立，所以杜绝了交叉污染； 3 取药量精确：误差范围完全符合国家卫生部相关标准； 4 取药安全无误：取药过程中利用条形码扫描等手段进行双重药品验证， 确保取药准确无误： 5 药品独立包装：按照处方取好药后，每副药独立密封包装在一个药杯内， 患者服用省时又方便； 6 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： 7 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 到相关数据库，然后可以自动进行划价，再通过发药机系统控制平台统一进行 发药： 8 操作简单可靠：配套的中药配方颗粒自动发药机信息管理系统具有良好 的人机界面，可以对中药、处方以及发药机进行管理。这样大大降低了劳动强 度，仅需名发药人员就可以完成所有的操作。 斟川大学顾上学位论文 3 中药配方颗粒自动发药机系统的硬件设计 3 1发药机系统的硬件简介 中药配方颗粒自动发药机系统的硬件主要包括储药架、储药瓶、导轨、取 药机械手、旋转送杯装置、自动封装机、负压产生装置、两个条形码阅读器以 及上位计算机、打印机。如图3 一l 所示： 3 1 1 储药架的设计 储药架是整个控制系统的对象，采用长方体的形态。储药架为直排矩阵模 式，整体尺寸为：4 0 0 0 m m x 2 3 0 0 m m x1 0 0 0 m m 。外壳为钢架结构，共分为四个框 架，其中单一的框架分为9 排，且每排之间的距离约为8 0 m m 。每排可放置1 2 个储药瓶，共计4 3 2 个药瓶。储药架如此设计既可以方便取药操作，又可以使 储药瓶数目易于扩展。储药架的大小可以根据不同级别医院或药房的实际情况 做相应的调整。储药钢架的前部底端安装导轨，如图3 2 所示： 四川大学硕士学位论文 3 1 2 储药瓶及药杯的设计 图3 - 2 储药架示意图 储药瓶采用特殊的塑料材质制成，符合国家药品卫生标准。其形状、尺寸 大小的设计都是经过严密的论证和反复的优化。如图3 3 所示： 图3 - 3 储药瓶侧视图 些型奎堂婴主堂焦堡苎 储药瓶可以独立地分离为两个部分：瓶盖和瓶身。瓶盖为圆形，并分为外 层瓶盖、中间交替层、内层瓶盖。外层瓶盖和内层瓶盖相对固定；中间交替层 的瓶盖的圆周外沿是精细的齿轮设计，且可以转动。这三层瓶盖分别钻有三个 规格大小相同的出药孔。瓶身大致为长方体，设计的关键之处是接近瓶盖的面 呈倾斜状。 药瓶整体在储药架中立体摆放，瓶盖密封朝下。这样的设计既有效利用储 药架内的空间，又可以保证储药瓶使用完毕后几乎没有残留物，颗粒药品的下 药定量简单精确，下药高效流畅。 由于瓶盖的三个出药孔的设计，对应的接药杯也设计为三个接药槽。如图 3 4 所示： 31 3 取药机械手的设计 图3 - 4 药杯俯视图 取药机械手主要由三部分组成，由上至下依次是：条形码阅读器、取药齿 条、开关机械夹。 其中条形码阅读器用于扫描储药瓶上的条形码，判断取药位置的药瓶是否 是要取的药品：取药齿条是由步进电机驱动，用于咬合、转动储药瓶盖上的齿 轮以打开瓶盖取出处方上标定的药量：开关机械夹用于固定药杯，并将其置于 储药瓶的正下方，接药。 四川大学硕士学位论文 31 4 旋转送药杯装置的设计 旋转送药杯装置也称自动取药杯装置，它由底座及平台、旋转筒支架、旋 转筒下压装置、瞬时负压发生装置四个部分组成，在整个发药机系统中用于自 动提取药杯。整个装霞可以与系统分离，拆卸独立。 送药杯装置设计为八个不锈钢的旋转简垂直环立，每个筒内能层叠盛装6 0 个塑料药杯。这些筒通过弧形卡连接于中心轴，中心轴通过单向轴承与步进电 机相联接，瞬时负压发生装置通过负压管连接在底座上。开始进行取药杯操作 时，八个不锈纲筒旋转于操作平台上方，通过下压装置和瞬时负压，将筒内的 药杯取出并留置在取药机械手臂上的开关机械夹。 这个装置的设计结构明了，操作简单，承载量大，自动化程度高。实现独 立送杯可以有效地杜绝取药时药品的交叉污染。 3 1 5 自动封装机的设计 为了实现发药机系统在取药的全过程中药品无污染，在取药的最后一个环 节设计了自动封装机。自动封装机采用热压膜封装技术对取药机械手送来的药 杯进行封装。 封装机装置的主要组成部件有：加热器、切口器、下压运动装置及收带运 行装置。加热器采用交流加热电阻，加热体为纯铜块，热传导快，效率高。加 热器受温控仪控制，温控仪控制封装温度。切口器刀头采用纯进口刀片制作， 切口快捷均匀。下压运动装置机械采用凸轮结构，并利用弹簧将旋转运动转化 为直线运动。收带运行装置将封装带固定，提高封装效率的同时，方便废带回 收。 封装机主要负责接药完成后药杯的封装。封装过程自动化，故障率低。且 封装膜采用符合国家卫生标准的食物封装膜，成本低廉，换装方便。 3 2 发药机系统在取药定量设计上的比较 3 ，2 1 我们研制的发药机系统在设计上的优点 我们研制的“中药配方颗粒自动发药机系统”采用散装的中药配方颗粒为 1 4 婴业查堂堡主兰垡堕苎 操作对象，中药颗粒存放于储药架上逐一倒立安放的储药瓶内，并通过特殊设 计的储药瓶盖运用旋转下药方式来实现药品的精确定量。现已申请国家多项专 利。 储药瓶分为独立的两部分：瓶身和瓶盖。瓶身和瓶盖通过丝口可以相互旋 成一个密封的整体。瓶身设计使用长方体型而不使用圆柱型，目的在于节省储 药架的空间；瓶身接近瓶口处呈倾斜状，可保证储药瓶使用后几乎没有残留的 中药颗粒。瓶盖设计为圆形，且分为三层：外层瓶盖、中间交替层、内层瓶盖； 这三层瓶盖面分别钻有三个规格大小相同的出药孔，这三个小孔呈规则的等边 三角形排列：其中外层瓶盖和内层瓶盖相对固定，中间交替层可以自由转动， 且圆周外侧为连续齿轮；中间交替层、内层瓶盖的出药孔设计最重要，其厚度、 直径通过反复考察、论证、实践，确定设置整个小孔的有效容量为3 1 4 立方毫 米。 取药定量的核心思想是系统开始取药时，取药机械手行走到目的储药瓶正 面，其上安装的齿条与储药瓶盖的中间层齿轮相贴合，带动中间交替层的转动。 瓶盖的初始状态一般是外层瓶盖与中间交替层的三个小孔重合。当中间交替层 开始转动，并转动角度6 0 。时，其三个小孔就与内层瓶盖的三个小孔重合一次， 储药瓶内的中药颗粒流入中间层的小孔中：中间交替层继续转动，并再次转动 角度6 0 。时，其三个小孔又与外层瓶盖的三个小孔重合，中间层的中药颗粒就 可以流入专门设计的药杯里；以此类推，中间交替层每转动1 2 0 。时完成三次 下药。 瓶盖上之所以设计三个出药孔就在于：取药过程中，中间交替层旋转一周， 可以实现同时取三副同剂量的药品，这样使自动取药的效率提高三倍。此外外 层瓶盖和内层瓶盖的小孔始终无法重合，这样避免了瓶内的中药颗粒与空气的 长时间接触，有效地实现了对药品的密封保存。 为了保证储药瓶的卫生安全，当一瓶药取完以后，中药颗粒的生产厂家可 回收，清洗、消毒后再次封装中药颗粒，这样可以避免长时间反复使用同一储 药瓶而导致药品质量、卫生不合格的情况。 32 2 与七、八十年代的“电子配药机”比较 七十年代末出现的“电子配药机”操作对象为原生中药饮片。由于原生中 婴型查兰堕主兰些堡兰 药在形状、大小、质地上存在着较大的差异，就决定了很难精确定量、并影响 着加料、输送、包装等操作。因为操作对象本身局限性的根本原因，加上相关 科技技术的不成熟，信息沟通不及时、不全面，使“电子配药机”无法实现高 效自动地取配中药。 3 2 3 与三九集团推出的“中药自动配药系统”比较 近几年，三九集团推出的“中药自动配药系统”在药品定量问题上有了新 的发展，其操作对象为内装单味中药浓缩颗粒的封装小袋。小袋的规格相同， 封装同等重量的中药颗粒。该系统对中药的定量过程实质上就是对重量固定、 头尾相连的封装小袋进行剪取的过程。其核心思想是把系列的小袋根据种类 不同分别存放在储药柜中；取药装置按照处方抓取小袋中药，同时依照克数要 求完成切割；最终汇成整帖中药。 在实士见中药颡粒化以后，该系统的配药方式运用较成熟的切割封装技术， 使药品定量较准确，基本实现了操作简便化，配药自动化。但是也存在着明显 的缺陷：首先批量的小袋封装容易造成定量上的误差，难咀实现对中药高浓缩 颗粒的精确定量；其次小袋定量包装的组合可能难以满足中医理论对中药用量 的讲究，即小袋中药的克数组合可能无法满足处方的用量要求：最后配药完成 以后，患者领取服用需核对处方逐一分组成副，方可撕开集中，冲水服用，无 形中给患者增添不便。 四川大学硕士学位论文 4 中药配方颗粒自动发药机系统的软件设计 4 1中药配方颗粒自动发药机系统的软件构成 中药配方颗粒自动发药机系统的软件构成为两大部分：上位p c 机软件信息 管理系统和下位机软件控制系统。发药机信息管理系统的开发设计是结合当前 医院现行的中药、处方、人员等管理模式，运用s o ls e r v e r2 0 0 0 作为后台支 持的数据库管理系统，使用v i s u a lb a s i c6 0 编写前台操作界面。 中药配方颗粒自动发药机的控制系统是采用上位机和下位机通过串行通信 口r s 一2 3 2 连接所组成的完整的控制系统。上位p c 机使用w i n d o w s 操作系统， 下位机使用西门子公司s 7 2 0 0c p u2 2 6 的可编程控制器。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。 4 2 上位p c 机软件信息管理系统 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，并结合医院的中药管理系统，开发了 中药配方颗粒自动发药机的信息管理软件。 上位p c 机软件信息管理系统主要分为人机互动平台和关系数据库。人机互 动平台是由v i s u a lb a s i c6 0 编写完成并实现，并设置了相应的管理操作权限， 管理员需拥有帐户和密码进入操作界面，以确保整个软件系统的安全性。关系 数据库在整个上位机软件信息管理系统中是关键的，承担着中药药品信息、处 方管理信息、患者病历信息、医生