中药房中药配方颗粒的自动化调剂系统设计研究

2021-12-02陈东

商品与质量 2021年44期

陈东

广东正源分子中药有限公司广东梅州 514299

伴随着现代信息技术的应用和普及，社会生活出现了方方面面的变化，中药房管理工作也开始积极应用技术手段，运用技术手段进行中药配方颗粒调剂工作。通过设计自动化调剂系统，能够有效应对传统药片调剂方式的不足，提高系统应用效能，切实提高工作效率和称量精度。

1 中药房中药配方颗粒自动化调剂常见问题

在现代社会的快速发展下，虽然许多药房已经开始采用技术手段进行自动化调剂。但是还有很大一部分药房依旧采用人工调剂中药配方颗粒的方式，使得管理效率、称量精度都存在诸多不足，在一定程度上阻碍了中医药产业的恒稳发展。

一方面，现如今中药饮片自动化调剂机械产品的研发力度有限，设备自动化操作水平较低。需要注意的是，中药类别多样、形态各异，在存储时，很多时候都会采用散装形式进行存储。而中药师开药方多是采用重量进行中药使用量记录，这也就使得机械手段进行中药抓取总是存在一些偏差。中药形态也存在一些差别，很多时候，为了提高自动化水平，都会将中药打碎成粉末，粉末状的中药处理更加方便，但是在具体进行中药煎煮时则很容易生成许多泡沫，这些泡沫的存在，将会影响到中药效果[1]。

另一方面，颗粒称重较为复杂，应用技术手段进行自动化调剂，也很容易影响称重效果。事实上，对于中药称重一共有两种方式，第一种称重方式是进料式称重，第二种方式是卸料式称重，具体如何测量，则需要结合中药配方颗粒进行选择。而在中药配料环节，想要给料系统快速运作，准确性则会相应降低，想要给料系统准确给料，系统运行效率将会减慢。由此可见，今后应当不断改进方法，充分发挥中药房中药配方颗粒的自动化调剂系统的应用优势。

2 中药房中药配方颗粒的自动化调剂系统设计

2.1 控制系统整体架构设计

实现中药房中药配方颗粒的自动化调剂、合理进行系统设计，本文则从中药房中药配药机系统出发，通过智能获取医师处方信息、灵活调控立式回转药柜、智能控制取药称量装置等一系列操作，完成对应指令。具体而言，为了实现中药房中药配方颗粒自动化调剂系统的应用功能，则需要加强整体架构设计。对于自动化调剂系统，将会应用到立式回转药柜、取药称量装置、回收装置、包装机、贴标机以及缓存机构等。整个自动化调剂系统则将中央系统服务器作为设备核心，能够同步连接多台柜式自动抓药机，系统运行时，则可以通过医院HIS系统同步发送药方信息，医院HIS系统界面如图1所示。基于具体的任务安排相应分配给药机系统服务器，药剂服务器还会相应连接本机人机界面、数据库、通讯模块，通讯模块则可以具体进行配药颗粒的包装作业。抓药机的应用核心在于服务器，借助服务器的作用，能够接收并读取模块状态信息、发出动作指令，每次配药完成，则会同步更新数据库。

图1 医院HIS系统

需要注意的是，中药房中药配方颗粒自动化调剂系统执行机构设备类别多、功能应用较为复杂，在具体使用时，则可以选取分布式控制系统。对于系统应用的立式回转药柜，还会相应配套取药称量装置，可同时配药多贴，包装机则可以相应配备贴标机，同步打上患者名称、医嘱，还需要将其与控制接口连接控制（包装机应该配备贴标机，可以打上患者名称跟医嘱）。

2.2 I/O点统计

对于中药房中药配方颗粒自动化调剂系统，中药自动化调剂设备如图2所示，可以根据系统动作流程、控制要求，将系统控制信号一共划分为以下几个部分，分别是数字量的输出信号、数字量的输入信号以及模拟量的输入信号。

图2 中药自动化调剂设备

第一，对于数字量的输出信号，主要包括中药房挡板电机、伺服电机、封袋电机，配药旋转电机还有拉袋电机等。第二，对于数字量的输入信号，能够实现各种设备的启动、停止以及光电保护等工作。第三，对于模拟量的输入信号，不仅能够实现称重传感器电信号检测工作，还可以完成横封、纵封温度的检测作业。基于中药房中药配方颗粒自动化调剂系统，系统应用到4台PLC自身的I/O接口数量存在一些差异。其中，以中药房中药颗粒的自动化调剂系统中某台S7-200PLC的I/O接口分配情况展开分析：对于手动启停系统，系统一共设置三个按钮和3个数字量输入通道，能够实现启动、停止、急停的作用效果。对于单台立式回转药柜，一共需要2个数字量输入通道、2个数字量输出通道，数字量输入通道多用于进行计层检测开关、光电保护，数字量输出通道多用于进行控制三相异步电机正转、控制三相异步电机反转[2]。对于取药称量装置，一共需要14个数字量输入通道、7个模拟量输入通道、42个数字量输出通道，数字量输入通道分别用于取药气缸首端磁性开关、取药气缸尾端磁性开关，模拟量输入通道分别用于称重传感器，数字量输出通道分别用于取药气缸伸出与收回动作电磁阀、取药吸盘电磁阀、直线振动器快、慢振。

2.3 传感器模块选型

对于中药房中药配方颗粒自动化调剂系统，将会应用到许多传感器，代替人工模式进行数据监控和动作支护。主要应用的设备包括称重传感器、光电开关以及温度传感器。

首先，对于称重传感器，承载量程较大、工作冲击力大，这就需要合理把控承载量程，促使称重传感器承载量程能够保持在整个传感器量程的40%以内。系统称量对象则是已经经过预处理的中药配方颗粒，这些中药颗粒小，需要相应准备好称量漏斗接纳中药配方颗粒，避免出现称重传感器偏载情况[3]。

其次，对于光电开关，应用光电传感器可以直接将光信号转变成为电信号，从而实现智能检测的作用效果。通常而言，中药房中药配方颗粒自动化调剂系统光电开关基于感应模式，可以将其划分为三种类别，第一种是反射型，第二种是对射式，第三种即为槽型。光电开关主要是指接收器、发射器，以及日常应用到的检测电路。在立式回转药柜处，还会相应设置安全保护传感器，通过安全保护装置，切实保证回转药柜使用安全、技术人员操作方便。处于缓存机柜处的光电传感器，则需要预先设置好参考原点，线性模组运行到目标位置后，还能够将此位置作为基本的坐标原点，并预先设置好限位传感器起到保护工作，避免出现装置损坏的情况。

再次，对于温度传感器，主要应用于进行温度检测，不仅可以实现包装机横封装置温度检测，还可以实现包装机纵封装置温度监督。需要注意的是，如果温度检测结果较低且明显低于封装温度，则需要应用加温装置不断升温，直到温度达到塑料薄膜最佳封装温度。如果应用螺钉式E型热电偶温度传感器，温度测量范围广泛，最高能够测量的温度达到800℃，而塑料薄膜封装温度则始终约为140℃，变化幅度较小。

2.4 试制样机气动回路

对于中药房中药配方颗粒的自动化调剂系统，气体回路则由执行元件、控制元件、气源多部分构成。具体而言，通过执行元件，能够实现压力转换的作用，直接将空气中的压力转换成为机械能，可以直接将执行元件划分为两个类别，分别是气动马达、气缸，可以用于支持机构运动。通过控制元件，便能够完成压缩空气的精细化调节，不仅能够控制压缩空气压力大小，还可以转换压缩空气压力流动方向。气源则能够实现气体供应的作用，气源的使用能够保障整个气体回路的正常使用，通过空气压缩机提供气体，直接将机械能进行转化，从而达成基本要求。在自动化调剂系统进行具体设计时，将会应用到二位五通双线圈电磁阀，从而完成气缸动作控制的作用。

2.5 试制样机组态开发

中药房中药配方颗粒自动化调剂系统组态软件能够实现中药调剂系统的全过程监控，作为自动化系统中的基础性软件开发平台，合理展开组态开发，能达成形成人机交互界面，提高运行效率。通常而言，可以直接使用WINCC设计人机交互界面，而交互界面的设计工作，不仅需要合理设计主页面、包装控制界面，还需要科学设计立式回转药柜控制界面、取药称量回收装置控制界面；同时建立数据库，管理药品的库存及与医院数据系统实现对接，快速对医生发出的处方信息作出反应。其中，主界面作为整个中药配方颗粒自动化调剂系统的核心部分，当接收到处方信息或者工作人员输入所需中药配方颗粒的具体信息，如目标贴数、目标克数等，便可以借助系统自身功能，做好进一步的动作。缓存包装控制则需要用户结合自身实际情况进行操作，合理设定滑台位置距离、运动速度，还可以通过手动控制缓存机构、包装机，促使工作人员能完成点位控制的作用效果。

2.6 试制样机控制程序

对于中药房中药配方颗粒的自动化调剂系统，试制样机控制程序作为调剂系统的控制基础，无论是取药阶段，还是称量阶段、包装贴标、收尾阶段，具体的动作操作都存在诸多差别。具体而言，对于取药阶段，整个中药房中药配方颗粒自动化调剂系统将会应用到取药气缸、取药吸盘等多个设备，等到取药结束，则会相应进入称量阶段。基于系统获取得到中医师开具药方，根据调剂中药配方颗粒剂量、贴数等情况，发送指令给PLC，通过回转柜直接恢复到取药层，通过线性模组的滑台复位，则可以直接恢复到参考原点。与此同时，包装机开始进入加热状态，直接处理横封装置、纵封装置。当中药集成药箱处于取药层，通过RFID核对药品名称后便能够通过取药气缸、取药吸盘吸取药箱。当收回取药气缸，还可以同步将药箱拉出。随后，取药气缸伸出，集成药箱就可以直接送回到原有位置，而吸盘当处于放气状态后，也会直接收回取药气缸。