论文部分内容阅读
摘要：本装置以PLC为核心，通过伺服电机精度实现货架定位。取药时，装置可以通过一维码扫描的方式或者直接在触摸屏上选择需要的药品，装置自动把对应药品的货架移动到取货台;存药时，可以选择扫描的形式或者在触摸屏上直接选择相应的药品，装置自动把对应药品的货架移动到取货台。控制系统具有药品统计报警功能，当药品数量缺少时，会提示工作人员补充药品。
关键词：PLC;伺服电机;一维码;触摸屏;
0引言
近年来，国家和社会对医院药学服务质量的要求不断提高医院药品调剂必须改变手工发药模式，提高摆药速度和质量。自动化调剂是现代医院药房管理的发展趋势，医院自动化发药设备在医院药房广泛推广，全自动口服药品摆放机、全自动针剂药品摆放机、全自动单剂量药品分包机等使用增多，与医院信息系统对接实现药品分配的自动化。
1医院药房全自动药品智能存储装置结构组成
智能药箱的机械结构组成：型材框架、电机、自带底座轴承、齿轮、齿轮轴、悬挂链条、悬挂链条槽、支撑力臂、悬挂链条轴、储药盒。
智能药箱送出机构主要是两条垂直平行可同步传动的可悬挂链条，两条悬挂链条同一水平位置加装悬挂力臂，同一水平面上的两个悬挂力臂随悬挂链条同步转动，无论悬挂链条怎么转动，同在一水平面上的两个悬挂力臂始终都会在同一水平面，悬挂力臂如图1所示，同一水平面的两个悬挂力臂支撑一个悬挂轴，悬挂轴悬挂储药盒，储药盒依靠重力一直处于平稳状态，因此，无论智能药箱立放还是卧放，储药盒始终处于平稳的状态。
当PLC接收到取药指令，PLC会通过输出模块，把PLC的指令信号传送到伺服驱动器，伺服驱动器发出电子脉冲，使伺服电机驱动传送机构，把想要取药的储药盒通过悬挂链条传送到取药口。当传送机构停止平稳时，即可从储药盒中取出需要的药。当传送机构运转时，操作人员伸手取药，光幕保护装置会使伺服电机停止工作，以免使操作人员受伤，当操作人员的手离开传送机构的工作范围，伺服电机立即正常继续工作，完成没有完成的任务。
2 电气控制系统组成
智能药箱PLC采用西门子200 SMART系列，伺服选400W台达的ASD-A2系列驱动器与其配套的伺服电机。主要电气硬件配置表如表1所示。
智能药箱以PLC为核心，PLC采用西门子200 SMART系列，一维码扫码器采用RS232通讯方式，通过232转485协议转换器，转换成RS485信号，接入PLC的485通讯口，200 SMART PLC具有2个通讯口，485通讯口可以用来连接一些通讯设备，Profinet网口连接触摸屏和电脑，用于显示和操作画面，同时可以下载PLC程序，非常方便。PLC和伺服驱动器采用脉冲控制方式，事先把需要的脉冲数设计好，存储在程序中，扫描不同药品时，调用不同的脉冲数，实现精准定位。该系统网络图如图2所示。
控制系统电气原理图如图3所示，注意台达伺服驱动器与PLC脉冲输出口连接时，需要连接1K的电阻，PLC输出是24V，伺服输入是5V，因而需要连接一个电阻进行电压匹配。脉冲方式是最简单也是最经济的一种方式，也可以采用通讯的方式控制伺服驱动器，通讯方式是目前的主流控制方法，简单方便。
智能药箱装置外部输入接口仅有一个急停按钮，当设备出现故障时，按下急停按钮，立即停止装置运动，其它所有的操作均在触摸屏上完成，这样可以节省面板空间，同时降低由于过多的硬接线出现的故障率。PLC和触摸屏间采用Profinet通讯，数据传输速度快且稳定。PLC系统点表如表2所示。
智能自动药箱采用的触摸屏是西门子SMART70OIE-V3系列，触摸屏目前有两个操作页面，自动操作页面和手动操作页面，触摸屏的自动画面如图4所示。手动操作画面可以操作药品架的定向移动，方便检修和维护。自动操作画面可以实时显示扫描药品的一维码信息和药品种类，同时可以选择一款药品，药品架会自动移动到取药台位置上。
3控制程序及伺服调试方法
控制程序采用西门子STEP 7-Micro/WIN SMART编写。软件中部分程序可以固化，只需稍微改些参数即可使用。程序分为几部分，1主循环程序块，进行子程序调用;2一维码RS485通讯子程序;3一维码扫描数据对比子程序;4多种药品坐标子程序;5伺服电机驱动子程序;6故障处理子程序;7药品报警子程序。首先由工作人员持相应的药品盒或者对应的一维码进行扫码，然后药品架在伺服电机的驱动下，正确移动到取货台，工作人员可以进行取药操作或者存储药品操作。在没有一维码的情况下，工作人员也可以在触摸屏上选择相应的药品种类，药品架在电机的驱动下也会正确的移动到取货台位置。如果药品柜内某种药品数量小于一定数值时，系统会自动发出声光警告，并在屏幕上显示缺少的药品种类，工作人员可以及时补充药品。
伺服驱动器是闭环控制，设置伺服常规参数之后，还要设置低频刚性，低频刚性需要按照伺服电机运转时的负载调试，多次自动调整增益，否则伺服电机会一直抖动，甚至会发出“吱吱”刺耳的噪音，经过反复实验，在本装置的低频刚性设置为1.5时，满足设计的工作要求。
4 运行效果
采用伺服电机控制方式，位移精度可以控制在0.1mm以内。存药品时，采用条形码扫描形式。取药品时，可以扫码或者在屏幕上选择药品种类（例如：感冒药，感冒药都在同一层上）。屏幕显示相前药品架的信息（7-3，第7层第3排），方便快速取货。药品货架采用不固定运行方式，可以循环运行，也可以正反方向运行，程序中采用控制算法，保证药品架运行路径最短，节省取药等待时间。电气运动采用伺服电机，加装绝对值编码器，保证药品架定位位置准确。整体采用链条，同步轴控制。系统运行效果如图5所示，满足取药存药工艺要求。
参考文献：
[1] 李志梅. 基于S7-200 SMART PLC与MCGS触摸屏的以太网自动线系统构建[J]. 机电工程技术，2019
[2] 赵德杰. 苹果采摘机器人的视觉伺服定位研究[J]. 信息技术，2018
[3] 雷志伟. PLC定位伺服系统在精铸件浇口和飞边打磨中的应用[J]. 河北省科学院学报，2017
基金：營口理工学院大学生创新创业项目（202114435009）资助;
关键词：PLC;伺服电机;一维码;触摸屏;
0引言
近年来，国家和社会对医院药学服务质量的要求不断提高医院药品调剂必须改变手工发药模式，提高摆药速度和质量。自动化调剂是现代医院药房管理的发展趋势，医院自动化发药设备在医院药房广泛推广，全自动口服药品摆放机、全自动针剂药品摆放机、全自动单剂量药品分包机等使用增多，与医院信息系统对接实现药品分配的自动化。
1医院药房全自动药品智能存储装置结构组成
智能药箱的机械结构组成：型材框架、电机、自带底座轴承、齿轮、齿轮轴、悬挂链条、悬挂链条槽、支撑力臂、悬挂链条轴、储药盒。
智能药箱送出机构主要是两条垂直平行可同步传动的可悬挂链条，两条悬挂链条同一水平位置加装悬挂力臂，同一水平面上的两个悬挂力臂随悬挂链条同步转动，无论悬挂链条怎么转动，同在一水平面上的两个悬挂力臂始终都会在同一水平面，悬挂力臂如图1所示，同一水平面的两个悬挂力臂支撑一个悬挂轴，悬挂轴悬挂储药盒，储药盒依靠重力一直处于平稳状态，因此，无论智能药箱立放还是卧放，储药盒始终处于平稳的状态。
当PLC接收到取药指令，PLC会通过输出模块，把PLC的指令信号传送到伺服驱动器，伺服驱动器发出电子脉冲，使伺服电机驱动传送机构，把想要取药的储药盒通过悬挂链条传送到取药口。当传送机构停止平稳时，即可从储药盒中取出需要的药。当传送机构运转时，操作人员伸手取药，光幕保护装置会使伺服电机停止工作，以免使操作人员受伤，当操作人员的手离开传送机构的工作范围，伺服电机立即正常继续工作，完成没有完成的任务。
2 电气控制系统组成
智能药箱PLC采用西门子200 SMART系列，伺服选400W台达的ASD-A2系列驱动器与其配套的伺服电机。主要电气硬件配置表如表1所示。
智能药箱以PLC为核心，PLC采用西门子200 SMART系列，一维码扫码器采用RS232通讯方式，通过232转485协议转换器，转换成RS485信号，接入PLC的485通讯口，200 SMART PLC具有2个通讯口，485通讯口可以用来连接一些通讯设备，Profinet网口连接触摸屏和电脑，用于显示和操作画面，同时可以下载PLC程序，非常方便。PLC和伺服驱动器采用脉冲控制方式，事先把需要的脉冲数设计好，存储在程序中，扫描不同药品时，调用不同的脉冲数，实现精准定位。该系统网络图如图2所示。
控制系统电气原理图如图3所示，注意台达伺服驱动器与PLC脉冲输出口连接时，需要连接1K的电阻，PLC输出是24V，伺服输入是5V，因而需要连接一个电阻进行电压匹配。脉冲方式是最简单也是最经济的一种方式，也可以采用通讯的方式控制伺服驱动器，通讯方式是目前的主流控制方法，简单方便。
智能药箱装置外部输入接口仅有一个急停按钮，当设备出现故障时，按下急停按钮，立即停止装置运动，其它所有的操作均在触摸屏上完成，这样可以节省面板空间，同时降低由于过多的硬接线出现的故障率。PLC和触摸屏间采用Profinet通讯，数据传输速度快且稳定。PLC系统点表如表2所示。
智能自动药箱采用的触摸屏是西门子SMART70OIE-V3系列，触摸屏目前有两个操作页面，自动操作页面和手动操作页面，触摸屏的自动画面如图4所示。手动操作画面可以操作药品架的定向移动，方便检修和维护。自动操作画面可以实时显示扫描药品的一维码信息和药品种类，同时可以选择一款药品，药品架会自动移动到取药台位置上。
3控制程序及伺服调试方法
控制程序采用西门子STEP 7-Micro/WIN SMART编写。软件中部分程序可以固化，只需稍微改些参数即可使用。程序分为几部分，1主循环程序块，进行子程序调用;2一维码RS485通讯子程序;3一维码扫描数据对比子程序;4多种药品坐标子程序;5伺服电机驱动子程序;6故障处理子程序;7药品报警子程序。首先由工作人员持相应的药品盒或者对应的一维码进行扫码，然后药品架在伺服电机的驱动下，正确移动到取货台，工作人员可以进行取药操作或者存储药品操作。在没有一维码的情况下，工作人员也可以在触摸屏上选择相应的药品种类，药品架在电机的驱动下也会正确的移动到取货台位置。如果药品柜内某种药品数量小于一定数值时，系统会自动发出声光警告，并在屏幕上显示缺少的药品种类，工作人员可以及时补充药品。
伺服驱动器是闭环控制，设置伺服常规参数之后，还要设置低频刚性，低频刚性需要按照伺服电机运转时的负载调试，多次自动调整增益，否则伺服电机会一直抖动，甚至会发出“吱吱”刺耳的噪音，经过反复实验，在本装置的低频刚性设置为1.5时，满足设计的工作要求。
4 运行效果
采用伺服电机控制方式，位移精度可以控制在0.1mm以内。存药品时，采用条形码扫描形式。取药品时，可以扫码或者在屏幕上选择药品种类（例如：感冒药，感冒药都在同一层上）。屏幕显示相前药品架的信息（7-3，第7层第3排），方便快速取货。药品货架采用不固定运行方式，可以循环运行，也可以正反方向运行，程序中采用控制算法，保证药品架运行路径最短，节省取药等待时间。电气运动采用伺服电机，加装绝对值编码器，保证药品架定位位置准确。整体采用链条，同步轴控制。系统运行效果如图5所示，满足取药存药工艺要求。
参考文献：
[1] 李志梅. 基于S7-200 SMART PLC与MCGS触摸屏的以太网自动线系统构建[J]. 机电工程技术，2019
[2] 赵德杰. 苹果采摘机器人的视觉伺服定位研究[J]. 信息技术，2018
[3] 雷志伟. PLC定位伺服系统在精铸件浇口和飞边打磨中的应用[J]. 河北省科学院学报，2017
基金：營口理工学院大学生创新创业项目（202114435009）资助;