CN105607573B - 一种药房的智能仓储和自动分发系统 - Google Patents

一种药房的智能仓储和自动分发系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种药房的智能仓储和自动分发系统，可对盒装西药和中药饮片包等进行智能仓位管理、处方分析、指令信息处理、自动告知机组分发；该系统主要包括：数据处理模块，用于获取处方信息，进行仓位存储管理和处理处方信息；通信模块，用于主控计算机与下位机PLC的通信，传输指令信息；机械执行模块，用于在PLC控制下执行取药与还药动作。本发明实现了药房存储药品的智能化和提取处方，分发药品的自动化，提高了药房的运作效率并且很好的降低成本。

Description

一种药房的智能仓储和自动分发系统
技术领域
本发明属于控制系统技术领域，具体是一种药房的智能仓储和自动分发系统。
背景技术
目前，信息技术在医疗卫生领域已经得到了较普遍的应用，各种规模的医院一般都部署了HIS(医院信息系统)，这使得医院中对各类信息的管理效率得到了大大的提高，使整个医院的运营更加有序高效。但同时，医院中的发药环节已经成为了影响工作效率提高的一个瓶颈环节。当前，多数医院目前还是使用手工方式进行发药操作，这种操作方式速度慢、工作强度大并且易产生错误，已经越来越不适应时代的发展。由于存储大量散装药品，药房的仓位管理和污染也是不可忽视的一个问题。采用大数据分析和自动化技术提高药房的工作效率是当前医院发展的必然趋势，随着医院信息管理系统(HIS)的普及，实现医院药品管理和发放自动化已经成为可能。
西药房由于包装规整，易于实现药品管理和机械提取，且国外的智能药房(目前市面可见的多以西药房为主)已经发展到相当水平，所以西药房已经出现过很多种类的智能药房系统。中药房国外还没有研究过类似自动化发药设备，且原生中药形状各异、品格不一，没有统一的标准，极大地限制了中药自动化配药设备发展。中药饮片包的出现，解决了长期困扰中药自动化设备的规格不统一的问题，我国传统中药房工作量大、环境复杂，急需自动化配药设备减轻工作人员负担，优化发药环境。自动化的中药饮片包智能仓储和自动分发系统是一个综合性很强的系统，它的设计将控制理论、机构学、信息大数据处理以优化理论融合在一起，针对某一特定的对象，从而构建起控制系统的动力--控制模型。
以主控计算机和多台PLC组合而成的控制系统相比利用微控制器所构成的系统以及传统的模拟电路相比，具有以下的优点：绝大多数控制逻辑利用PLC中所编写的程序实现，外围电路简单易于维护，而内部程序方便后期维护和升级。PLC有强大的运算和处理功能，也具有大容量的存储器，实现了复杂的算法，PLC本身的质量也相当可靠，无零点漂移，控制精度高，同时也提供了强大的扩展能力。主控计算机与机组通过以太网进行通信，通信速度快，通信稳定，以IP地址进行辨识的方式提供了巨大的机组扩展能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安装在中西药房的智能仓储管理系统和自动分发控制系统。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种药房的智能仓储和自动分发系统，包括数据处理模块，包括接口数据库与主控计算机，负责获取处方信息，进行仓位存储管理和处理处方信息；通信模块负责主控计算机与下位机即PLC的通信，传输指令信息；机械执行模块，包括主控制器PLC和从控制器，负责在PLC控制下执行取药与还药动作。
所述数据处理模块中，接口数据库接收来自医院信息系统发来的处方信息并发送给主控计算机，主控计算机负责药品智能仓位存储管理、药品处方处理和分机组发送指令。
所述接口数据库中存有根据药品使用频率设计的对应仓位分布表，长度为六位数字，格式为机组号(两位)+左右柜位置(1或者2)+层号(两位)+仓位隔仓情况(一位)，(如011011，即一机组左柜一层左侧隔仓)，保证发送处方时所需取出的药品均匀地分布在各个机组中；主控计算机采用多线程操作，主线程提取处方信息配合药品仓位表进行预处理生成每个机组的配货信息即仓位调度指令，每个机组对应一个独立运行的线程，读取对应机组的配货信息和监控每个机组的动作完成状态，最后反馈给主线程，完成对一个处方的操作。
所述主控计算机还设有药品仓位管理模块，以根据实际要求修改仓位表，修改药品存量。
所述通信模块选用松下公司FPX-COM5的通信插件对FPX系列的PLC进行扩展来实现与上位机的以太网通信；通过设置COM5通信模式并设置其物理IP及通信端口号完成其初始化；主控计算机通过读取配置文件中的信息获取每个机组对应的IP地址与端口号，通过地址与端口号信息开启套接字(socket)协议与下位机完成连接；主控一旦开启就保持与所有机组的监听状态，以实时发送指令和获取机组状态；在这一协议中计算机是客户端(Client)，PLC为服务器端(Server)。
所述机械执行模块包括主控制器和从控制器；主控制器为松下PLC(FPX-C40T)，通过注入FPWIN Pro 7编写的程序后进行运行，其负责处理主控计算机发来的指令和调动各从控制器；从控制器包括升降伺服电机驱动器、拉箱伺服电机驱动器和人机界面触摸屏，从控制器负责控制执行机构和动作执行完成确认。
所述升降伺服电机和拉箱伺服电机共同控制一个取药平台，升降伺服电机驱动器根据PLC发来的脉冲将拉箱平台运动至对应层高即拉箱位置，拉箱伺服电机驱动器根据PLC发来的脉冲控制左右拉箱电机拉出左柜或是右柜的药品，拉箱电机完成一组左右拉箱动作后升降电机控制平台移动至取药口等待人工取药，取药人员取完药后点击对应左右柜触摸屏提示PLC发脉冲进行还箱操作。
本发明与现有技术相比，其显著优点：实现了药房仓储的智能化、处方处理和发药部分的自动化，解决了药房仓储复杂、环境差以及发药效率低下、出错概率大等复杂困难问题，并且很好的降低了成本，节省了空间。
附图说明
图1是本发明机柜外观图。
图2是本发明机柜内部机构图。
图3是本发明Pro7PLC程序设计框图。
图4是本发明设定COM5通信扩展块对应机组的IP和端口号。
图5是本发明设定COM5通信扩展块对应机组的通信方式和波特率。
图6是本发明在PRO7端设定通信扩展块对应的COM口的属性。
图7是本发明主控程序分机组运行综合监控管理界面。
图8是本发明主控程序智能仓位管理界面。
图9是本发明智能仓位管理对应数据库中的仓位表设计。)
图10是本发明机组线程PLCProcess框图。
图11是本发明药房智能仓储和自动分发系统的原理框图。
具体实施方式
本发明药房的智能仓储和自动分发系统包括数据处理模块，通信模块和机械执行模块。本发明的数据处理模块为使用C语言编写的上位机主控系统，对数据库中的处方进行分析提取结合机组药品仓位分布表生成对应机组的指令，通过套接字(socket)协议与下位机(PLC)进行通信。机械执行模块的主控制器为松下PLC(FPX-C40T)并扩展COM5进行通信，从控制器又分为伺服电机驱动器和人机界面控制屏。所有的药品根据所设计的仓位分布表均匀存储在多个机组中，主控与所有机组通过交换机链接在同一个网域中，用不同的IP地址进行区分；采用了多路传感器信号确定送药平台的运动状态，确保了发药动作的准确率；采用伺服电机与驱动器的组合保证运动位置的准确性以及发药过程的快速，高效，稳定；上位机采用多线程操作，可自定义机组数目，高效稳定，便于扩展。
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
1、设计思路
本发明所述基于PLC和网络通信的多机组药房智能仓储和自动分发系统主要由主控计算机、PLC控制的机械结构和人机界面触摸屏组成，如图11所示；该设备经配仓分析后为多台机组同时工作，根据药房需求和药品种类，数量可在此基础上自由增减。
(1)接口数据库与主控计算机：该系统配有一台主控计算机，它通过交换机与上一级接口电脑连接在一起，通过socket协议进行通信，在这一协议中，接口电脑是client端，而主控电脑是server端。接口电脑将从HIS读取到的处方信息整合后发送给主控计算机。主控计算机本地设有SQL Server数据库，主控计算机将获取到的处方信息与本地数据库中的仓位表进行对应，将处方信息处理为对应的仓位分布信息，再分解为对应机组的配货信息，最后变为指令同时下发给各机组，之后等待机组完成，下发下一组处方。
(2)通信模块：通过COM5扩展模块实现了上位机与下位机的以太网通信。上位机和PLC通讯方式通过响应式方式进行通讯，选择传输速率高、稳定可靠的工业以太网作为传输通道可以大大提高控制系统的稳定性。上位机PC端和多组PLC通过交换机连接在一个网段内，通过设定好PLC的IP地址等参数，可以进行PC至PLC的点对点通讯，可以提高传输效率，减小通讯干扰。
(3)PLC控制的机械动作模块：该结构主要由左右两个存药柜，前部的升降平台和电气柜和触摸屏等组成。升降平台由一台升降伺服电机驱动，升降平台装有分别用来拖动左右柜药箱的两台伺服电机，三台电机分别通过驱动器与PLC相连接。触摸屏起人机接口的作用，提示当前取药情况。它与PLC通过RS-232电路连接，通信方式为MEWTOCOL-COM主站/从站，计算机连接方式。这种通信方式中，屏幕为主站，PLC为从站，通过PLC开放的程序变量区域，屏幕可以对机械结构的动作距离进行微调，以克服多机组存在的不同机械误差情况。机械结构中还有金属感应的极限开关，以及光幕保护等等。具体的机柜外观与结构可见图1和图2。
2、硬件设计与通信
2.1PLC程序设计
PLC的主要任务为保持与上位机的通信，接受来自上位机的指令并进行解析，反馈给上位机接收到指令的信息并做出相应的动作。同时，与人机界面触摸屏保持交互，在完成一套指令所包含的所有动作后，能反馈给上位机完成指令的信息。
PLC的程序主要分为三个模块：串口通信模块，发药动作模块和复位系统模块。为了方便机械结构调试，还设有手动运行模块，方便调试人员控制三台伺服电机的位置。使用松下的FPWIN Pro 7软件进行编写。Pro7端PLC程序具体设计流程框图可见于图3。
(1)串口通信模块
PC通过COM5通信插件与PLC相连接来建立socket通信通道，COM5和PLC之间仍然采用串口通信方式，串口通信模块的主要功能是从PC端接收所有指令并进行预处理以供PLC进行后面的动作控制。
(2)复位系统模块
系统上电之后，等待上位机发送自检指令，正确接收到指令之后，系统进入自检模块，进行A、B轴拉箱伺服电机的和Z轴升降伺服电机的回零，自检结束后向上位机反馈自检成功，进入发药等待状态。
(3)发药处理模块
发药处理和补药处理流程类似，以发药处理为例，PLC接收发药指令，进行指令解析、算术运算和逻辑元素，将需要取出的药品分别从A、B柜依次取出，取出所有药品后向上位机反馈取药完成的消息，下位机所有机组均取药完成后，该处方处理完成。
2.2PLC扩展块通信设定
关于上位机(主控计算机)与下位机(PLC)的通信，通过COM5扩展块进行，对其设定，通过Configurator WD软件对在线的COM5扩展块进行设定，并在对应的PLC编程软件PRO7中修改对应设置。COM5扩展块与计算机的通信模式为程序控制(通用通信)模式，对于计算机COM5扩展块为套接字协议中的服务器端，需要设定其IP与通信端口，而与PLC内部通信时，COM5扩展块为串口通信，所以需要设定其波特率等属性。具体WD端设置过程见图4与图5，Pro7端对应的COM5扩展口通信设置见图6。
2.3PLC的I/O点分配
编写PLC程序，首先需要分析被控对象所需的资源，针对实际需求进行精确的计算，使PLC能最大限度地满足被控对象的控制要求。对PLC的I/O口进行资源分配是PLC控制系统程序设计的前提，本系统下位机设备模块众多，根据需要，输入信号有：零位开关、限位开关、出药口安全光幕、光电编码器等，输出设备有：单轴驱动器、双轴驱动器、数个状态灯等。资源分配表如下所示：
除光电编码器外，其余输入输出设备均连接在PLC的I/O口上，而光电编码器通过AFPX-COM3通信插件接入PLC，即插即用，在此不做赘述。
3、系统工作过程
主控计算机负责接收从接口发来的处方，将其转换为PLC所需的指令，通过socket协议向对应机组的相应IP下发。主控计算机开启时，先初始化数据库，更新药品信息，从配置文件中读取对应的机组IP，生成对应机组的socket连接事件，此时，若PLC的COM5扩展块正常运行，主控能连上对应的IP以及对应的端口，则socket的连接事件触发，主控计算机与PLC处于监听状态。若COM5扩展块不正常运行，或者网络不畅通以及端口不能正常打开，则会触发socket的报错事件，显示对应的错误码，方便操作人员去进行检查。
当操作人员确认所有机组在线后，即可控制主控计算机对机组发送自检指令，各机组进行自检，左右拖箱电机回原点，升降平台再进行回原点动作，自检动作完成后告知主控计算机已完成自检。主控计算机在所有机组完成自检后才确认自检流程完成，进入发药流程，等待接口计算机发送来的处方信息，压入待处理处方队列。
下位机收到指令后，分析指令，使取药平台升至对应层高，拉出左右柜中的药品，再将取药平台升至取药口位置，同时点亮屏幕显示当前拉出的药品等待人员取药。人员取完药品后，点击触摸屏，确定取完药瓶，下位机返回取出的药箱，再将指令中剩余的药品调出，当一组指令完成后，反馈信息给主控电脑，表明该机组完成了该处方的所有药品，主控计算机的机组对应的小线程继续发送下一个处方，而主线程则是等待所有机组完成后更新处方信息。
数据交互流程：
(1)主控计算机开启，连接所有机组，校验在线情况，判断全部机组在线后，操作人员发送自检指令，机组收到自检指令后回馈确认收到自检指令的信息，同时开始自检，自检完成后再回馈自检完成的信息。
(2)主控计算机完成自检后状态恢复，进入发药模式，将未处理完的处方和从接口接收到的处方压入处方队列，各个机组线程也有相同的队列。线程查询数据库，将具体的处方信息转换为机组能够处理的指令信息，通过以太网向各个机组的IP下发。机组确认收到处方信息后立即向主控计算机反馈信息，同时开始发药动作，分别从左柜和右柜取出第一个药品，点亮屏幕提示工作人员取药。
(3)当下位机完成一个处方的所有药品后，向主控反馈该机组一个处方完成的信息，机组线程刷新数据库，将该机组标志位置为完成。之后，机组线程再遍历数据库，确认其余机组是否完成该处方，若所有机组完成，则更新数据库中该处方的总状态位为完成，告知主线程更新队列信息，最后发送队列下一个处方；若其余机组中有机组标志位为为未完成，则仅发送队列下一个处方。由于各机组有先后完成的顺序，则对于某一处方总有最后一个完成的机组所对应的机组线程负责去改变总状态信息。
4、软件设计
主控系统(PharmacySys)主要任务是处理从HIS发来的处方，生成下位机指令，控制下位机取出处方中的药品，取完通知窗口系统进行取药确认。主控系统同时还具有仓位编码功能、仓位信息管理、药品配仓功能。
4.1主控程序初始化与自检模块
开启主控软件，进入“系统运行状态”界面，这个界面用于显示处方的执行情况，机组的运行的情况等。在创建“系统运行状态”界面的同时，系统自动调用FormCreate(TObject*Sender)函数，调用bt_Initial->Click()函数，进入系统初始化处理过程。初始化具体内容如下：
(1)将自定义的控件添加到主控对应的界面，其中共有对应机组状态的N(N为机组数目)个按钮和状态栏组。
(2)主控程序为HIS系统，备货系统分别提供一个端口，以便它们通过Socket进行数据传输，在初始化过程中首先对端口进行设置。
(3)生成Process，Process为处方队列处理线程，Process线程中生成对应机组的线程PLCProcess。创建机组线程的过程中完成与下位机的Socket通信建立，并告知主界面显示在线情况。
(4)初始化一些标志状态变量。
(5)对NBCF(内部处方表)进行处理，NBCF是主控程序专用的数据表，它是一个循环的固定大小的数据表。
(6)界面状态显示。
(7)主控与各机组保持监听。
(8)自检按钮可按。
(9)初始化对应的特殊处理
在初始化的最后步，使得自检按钮可按，按下自检按钮后，执行机组自检处理过程。主控监听各机组的自检情况。当所有机组反馈为接收到自检指令并完成自检后，进入正常处理流程。自检处理过程其实是进入了各机组线程的自检模式。具体主控运行界面如图7所示。
4.2主控程序处方接收与处理模块
在说明队列处理模块之前，还是先说明HIS处方接收及处理模块，虽然它们是并行的，但队列的处理是以HIS处方接收并处理后为前提的。
此模块也就是与HIS系统Socket连接的一个读取事件函数ServerSOcket1ClinetRead。它负责读取HIS发送的处方信息，将其进行分析，存入到HISCF(HIS处方表)同时生成一个新的内部处方元组，添加到NBCF中。最后将新生成的内部处方元组中的NBCFID字段的值压入处方队列中。
4.3主控程序机组线程模块
新生成的内部处方元组中的NBCFID字段的值压入主线程处方队列的同时，也压入各机组线程各自的处方队列中。各机组线程的Excute()函数主要有两个模式，一是自检模式，二是发送处方指令模式。自检模式，即将自检指令向下发送，并等待机组反馈的过程。发送处方指令模式，就是将线程队列中存储的处方元依次处理为仓位指令下发的过程。所设计的线程内部执行流程可见于图10。
4.4药品仓位信息管理模块
主控程序通过对仓位表的查询完成处方中药品信息向仓位信息的转换，为了保证处方中常用药品能均匀地出现在各个机组中保证取药人员在各个机组前取药所耗时间相近，进行设计仓位表设计时，常用药品被均匀放置在各机组三四五三层之中。进行这样的设计可以保证常用药品均匀出现在各个机组的同时，由于三四五层距离取药口位置最近，也使得机械结构的行程最短。
于此同时，为了方便药房人员对药品仓位分布进行调整，增加删减药品等，主控界面还设有药品仓位信息管理窗体。药房人员通过在这一窗体之中操作就可以对数据库中的药品仓位表(YPBCW)进行操作，修改仓位号，药品名称和当前存量等等。具体实现如图8和图9所示。

Claims (4)

1.一种药房的智能仓储和自动分发系统，其特征在于：包括
数据处理模块，包括接口数据库与主控计算机，用于获取处方信息，进行仓位存储管理和处理处方信息；所述接口数据库中存有根据药品使用频率设计的对应仓位分布表，长度为六位数字，格式为两位机组号＋左右柜位置，以1或者2代表+两位层号+一位仓位隔仓情况，保证发送处方时所需取出的药品均匀地分布在各个机组中；主控计算机采用多线程操作，主线程提取处方信息配合药品仓位表进行预处理生成每个机组的配货信息即仓位调度指令，每个机组对应一个独立运行的线程，读取对应机组的配货信息和监控每个机组的动作完成状态，最后反馈给主线程，完成对一个处方的操作；
通信模块，用于主控计算机与下位机即PLC的通信，传输指令信息；
机械执行模块，包括主控制器PLC和从控制器，用于在PLC控制下执行取药与还药动作；主控制器为松下PLC，通过注入FPWIN Pro 7编写的程序后进行运行，其负责处理主控计算机发来的指令和调动各从控制器；从控制器包括升降伺服电机驱动器、拉箱伺服电机驱动器和人机界面触摸屏，从控制器负责控制执行机构和动作执行完成确认；所述升降伺服电机和拉箱伺服电机共同控制一个取药平台，升降伺服电机驱动器根据PLC发来的脉冲将拉箱平台运动至对应层高即拉箱位置，拉箱伺服电机驱动器根据PLC发来的脉冲控制左右拉箱电机拉出左柜或是右柜的药品，拉箱电机完成一组左右拉箱动作后升降电机控制平台移动至取药口等待人工取药，取药人员取完药后点击对应左右柜触摸屏提示PLC发脉冲进行还箱操作。
2.根据权利要求1所述的药房的智能仓储和自动分发系统，其特征在于：所述数据处理模块中，接口数据库接收来自医院信息系统发来的处方信息并发送给主控计算机，主控计算机负责药品智能仓位存储管理、药品处方处理和分机组发送指令。
3.根据权利要求1所述的药房的智能仓储和自动分发系统，其特征在于：所述主控计算机还设有药品仓位管理模块，以根据实际要求修改仓位表，修改药品存量。
4.根据权利要求1所述的药房的智能仓储和自动分发系统，其特征在于：所述通信模块选用松下公司FPX-COM5的通信插件对FPX系列的PLC进行扩展来实现与上位机的以太网通信；通过设置COM5通信模式并设置其物理IP及通信端口号完成其初始化；主控计算机通过读取配置文件中的信息获取每个机组对应的IP地址与端口号，通过地址与端口号信息开启套接字（socket）协议与下位机完成连接；主控一旦开启就保持与所有机组的监听状态，以实时发送指令和获取机组状态；在这一协议中计算机是客户端（Client），PLC为服务器端（Server）。
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