羌小龙

（上海众惠自动化工程技术有限公司，上海 201108）

1 概述

随着工业4.0的提出和快速发展，智能制造在医药器械领域也得到了突飞猛进的发展。医药检测产品的生产效率大幅提高，药剂量得到了精确严格的控制，并且合格率大幅度提升。注射器泵是实现药剂量严格控制关键执行器械，其能实现μL 级别的药液控制。485通信技术的应用则是将注射器泵连接到智能产线上的关键环节，实现多个泵的分别控制，大幅提高了泵的执行效率，提高了产线的产能。

注射泵是由输液泵衍生而来的，最早输液泵/注射泵运用于病床，可降低护士的劳动强度，提高安全性，同时提高医院整体护理水平。如今由输液泵衍生的注射器泵不光运用于病床输液，而且已经广泛运用于医用设备，非医用的液体控制等各行各业中[2]。

电子工业协会于1983年在RS-422工业总线标准的基础之上，制订并发布了RS-485 总线工业标准。RS-485工业总线标准能够有效支持多个分节点和远距离通信，并且对于信息的接收灵敏度较高等特性。在工业通信网络中，RS-485总线主要用于与外部各种工业设备进行信息传输和数据交换，所具备的对于噪声的有效抑制能力、高效的数据传输速率与良好的数据传输可靠性以及可扩展的通信电缆长度是其他许多工业通信标准所无法比拟的[3]。

2 注射器泵工作原理

注射器泵由步进电机及其驱动器、丝杆和支架等构成，具有往复移动的丝杆、螺母，因此也称为丝杆泵。螺母与注射器的活塞相连，注射器里盛放药液，实现高精度、平稳无脉动的液体传输。注射器泵按用途可分为医用和非医用，以及实验室用微量注射泵和工业用注射泵，按通道数可分为单通道和多通道（双通道、四通道；六通道、八通道、十通道等）；按工作模式可分为单推和推拉以及双向推拉模式；按构造可分为分体式和组合式，等等[4]。

3 RS-485特性

典型的串行通信标准是RS-232和RS-485，它们定义了电压，阻抗等，但不对软件协议给予定义，区别于RS-232，RS-485的特性包括以下方面。

（1）RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+2～+6V 表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-6～-2V 表示。接口信号电平比RS-232-C 降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL 电平兼容，可方便与TTL 电路连接。

（2）RS-485的数据最高传输速率为10 Mbps。

（3）RS-485接口强，即抗噪声干扰性好。

（4）RS-485 接口的最大传输距离标准值为4000ft，实际上可达3 000m（理论上的数据，在实际操作中，极限距离仅达1 200m 左右），另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器，即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

4 控制系统

4.1 控制系统框架

该产线一共有72个泵，产线节拍需要达到2.5 s的动作节拍。然而总站跟每个子站的交互时间约100 ms，再加上泵的动作时间约1 s。所以综合产线的节拍及通信之间的交互延时，将72个注射器泵分成了6组，6个485总线进行连接。485通信控制注射器泵的总线架构如图1所示。PLC 一共扩展了6个485总站模块，每个总站下连接了12个注射器泵。

图1 总线系统框架图

4.2 线路连接

线路连接如图2 所示。LJ71C24 模块的SDA、SDB 与12个泵的RS-485-A、RS-485-B 依次串联在一起。其中模块的SDA 与RDA 短接，SDB 与RDB 短接，并且并联终端电阻110Ω。

图2 线路连接

4.3 通信设置

（1）首先配置PLC 的通信模块，如图3所示。一共添加6个智能模块LJ71C24，设置起始地址及点数。设置完成后进行参数检查，检查无错误后确认。

图3 模块添加

（2）通信模块的参数设置，如图4所示。对CH2通道的参数设置为无顺序协议，及波特率38 400 bps其他参数选择默认设置。

图4 模块设置

（3）泵的参数设置，如图5所示。泵的地址开关设置为第一个泵为“0”，其次为“1”，以此类推。泵的拨码开关选择对应的波特率38 400bps。

图5 泵设置

4.4 程序实例

（1）首先将6路模块的通信程序制作完成。如图6所示，为总线1的通信程序。

图6 总线1的通信程序

（2）再根据注射器泵所定义好的通信内容，制作与之对应的通信协议。如图7所示为泵的简单控制协议。该协议能实现对泵的初始化控制、滴液控制、排液控制、吸液控制及泵的状态查询等基本的功能。

图7 泵的简单控制协议

（3）最后根据产线的工艺编写动作流程。①泵先进行抽液，通过注射器泵入口的转换阀切换方向，配合注射器的动作将管路及注射器内部填充满药液。②根据预先设定好的滴液量进行滴液动作，每滴一次更换一个产品。③注射器里面的液体全部滴完后（每滴液一次记录一次，当记录值等于注射器的容量时）。④再将注射器填充满药液，继续重复前面的滴液动作。注射泵的每次动作都会通过通信反馈泵的运行状态，系统则根据反馈的状态，来判断泵的运行是否正确。

5 结束语

随着人们对健康追求的日益提高，体外监测的需求也日益提高。原先的半人工半自动的生产模式已经无法适应现在的需求。医用注射器泵也从原先的病房应用到医药产品的生产中。要很好地将注射器泵连接到产线中，485通信成了不可缺少的一部分。485通信结构简单，具有良好的抗噪声干扰性，长传输距离和多站能力。485通信可以具备标准协议方式和无协议方式，适用于自动化中各种非标产品的连接，是自动化产线中不可缺少的一种通信方式。