CN113060466A - 一种中药药房自动发药系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中药药房自动发药系统及其控制方法，该系统包括：上位机以及与上位机通信连接的发药机组设备，所述发药机组设备包括PLC控制器以及与PLC控制器电性连接的药盒传送机构和发药机本体，所述发药机本体内设置有若干发药单元以及药品滑道，若干所述发药单元的发药口均与所述药品滑道连通；所述药盒传送结构包括传送带以及与传送带电性连接的传送电机，所述药品滑道的出口位于所述传送带的上方，所述传送带用于传送药盒，所述药盒到达所述药品滑道下方装药。本发明通过多个发药单元能够实现散装中药的自动调剂及配送，减少了医师将药品按照所属处方进行分类的工作量，提高了药品发药效率。

Description

一种中药药房自动发药系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动发药设备技术领域，特别是涉及一种中药药房自动发药系统及其控制方法。

背景技术

随着医院药学信息化建设的发展，以粗放式管理为主的传统医院药房将逐步迈入精细化管理阶段。医院药房的自动化革新将是各国现代化药房的新发展方向，自动化药房、数字化管理、药品闭环管理也是药房发展的必然趋势。

药房自动化系统在国内大中型医院已经得到了广泛的应用和认同，全国已经有数百家医院引进了各式的药房自动化系统，药房自动化系统可调剂涵盖医院超过95％的药品，同等空间内储存能力可有效提高，同时可减少药师走动，提高处方处理速度，大幅提高药师的工作效率，降低病患的等待时间，使得药师能将更多精力投入到临床用药监测、处方点评、合理用药情况分析等专业工作中。随着科技的不断进步，我国自主研发药房自动化设备取得了一定的成效。目前国内自动化药房设备主要有以下几种：

(1)苏州艾隆科技的快速发药机IRON，是一种盒装西药发药机，这种发药机主要用于盒装西药的发药工作，对西药盒的大小和尺寸均有一定的要求，设备购买费用较高，后期维护成本也较昂贵；

(2)华康公司的全自动单剂量摆药机，根据医嘱信息自动地将患者每一次需要服用的药品自动分包为单剂量包装，该设备自动化程度较高，但是不适用于现代化药房需要承担的发药任务；

(3)和利时公司的中药调剂设备，主要解决散装颗粒药品的调配，当处方需要多种药品时，该系统效率较低；

(4)三九集团的新型中药自动配药系统，该设备首先将单味中药的浓缩颗粒进行小袋封装，封装后的小袋首尾相连后存放在药柜内，需要取药时利用两个轮毂截断需要的袋数，该发药设备结构简单，依赖于中药的前期处理，而且无法实现药品的精确定量。此外，目前针对中药散装药品的自动化发药设备还不多见，进一步完善自动化发药设备的性能以便于为医疗卫生事业提供更好的技术支持成为本领域技术人员的重要课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种中药药房自动发药系统及其控制方法，通过多个发药单元能够实现散装中药的自动调剂及配送，减少了医师将药品按照所属处方进行分类的工作量，提高了药品发药效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种中药药房自动发药系统，该系统包括上位机以及与上位机通信连接的发药机组设备，所述发药机组设备包括PLC控制器以及与PLC控制器电性连接的药盒传送机构和发药机本体，所述发药机本体内设置有若干发药单元以及药品滑道，若干所述发药单元的发药口均与所述药品滑道连通；所述药盒传送结构包括传送带以及与传送带电性连接的传送电机，所述药品滑道的出口位于所述传送带的上方，所述传送带用于传送药盒，所述药盒到达所述药品滑道下方装药；

所述发药单元包括储料仓和称料仓，所述储料仓和称料仓之间设置有输送通道，所述储料仓的出料口位于所述输送通道的首端上方，所述称料仓的进料口位于所述输送通道的末端下方，所述输送通道内设置有输送机，用于将所述储药仓的出料口出来的药品送入所述称料仓；所述储料仓的底部设置有第一称重传感器，所述第一称重传感器用于称量所述储料仓中剩余的药品重量，所述称料仓的底部设置有第二称重传感器，所述第二称重传感器用于称量所述称料仓内的送出的药品重量，所述称料仓的出料口铰接设置有仓门，所述仓门通过电动推杆连接到所述称料仓的壳体上，所述电动推杆与推动电机驱动连接；所述称料仓的出料口即为所述发药单元的发药口，与所述药品滑道连通；

所述输送机的电机、传送电机和推动电机分别通过一个电机驱动器与所述 PLC控制器电性连接，所述第一称重传感器和第二称重传感器分别通过重量变送器与所述PLC控制器电性连接。

进一步的，所述输送机采用无轴螺旋输送机。

进一步的，所述储料仓内还设置有搅拌器，所述搅拌器与所述PLC控制器电性连接。

进一步的，所述传送带的首端处设置有药盒收发机构，用于收发药盒。

进一步的，所述传送带的两侧设置有若干光电传感器，所述光电传感器用于检测药盒的位置，所述光电传感器与所述PLC控制器电性连接。

本发明还提供了一种中药药房自动发药系统的控制方法，应用于上述的中药药房自动发药系统，包括以下步骤：

S1，启动中药药房自动发药系统，进行系统初始化，判断系统运行状态是否正常，系统正常运行跳转至步骤S2；否则进行系统维护，修复完成后重新启动系统；

S2，进行发药机组设备检查，判断各机组状态是否正常，如果正常跳转至步骤S3；如果异常则进行维修后重新启动；

S4，上位机的管理系统确认无误后，根据需求添加处方，等待各机组上线；

S5，发药机组设备与上位机进行通信连接，向上位机反馈当前自身信息；

S6，上位机根据处方和机组状态进行任务分配；如果当前系统非空闲，任务等待执行，直到机组为可执行状态。

进一步的，所述上位机根据处方和机组状态进行任务分配，具体包括：

S601，上位机下发任务，PLC控制器控制药盒传送机构，药盒通过传送带传送到发药机本体下方等待装药；

S602，PLC控制器根据上位机的任务，控制所述发药机本体内部的对应处方的各个发药单元进行发药，具体包括：

PLC控制器发出指令启动输送机的电机，开始出料，并实时获得第一称重传感器以及第二称重传感器的称重数据；

PLC控制器采用模糊控制法控制输送机的输送速度，将药品送入称料仓；

PLC控制器判断称料仓的称重数据是否达到目标重量；

达到目标重量后PLC控制器发送指令停止输送机的电机；

PLC控制器控制推动电机驱动电动推杆，打开仓门，将药品送入药品滑道，药品从药品滑道中受自身重力落入下方的药盒内；

S603，PLC控制器控制药盒传送机构，将装好药品的药盒传送到指定位置。

进一步的，所述PLC控制器控制输送机的输送速度，将药品送入称料仓，具体包括：

每隔0.1s读取第一称重传感器的数据，和上一次读取的数据做差，作为发药速度，并和目标发药量做差，得出未发药量，再按照其数值划分到各区间得到未发药量和出药速度的模糊区间，再通过电机调速值和出药速度及未发药量的映射关系得到电机驱动器的速度控制字，再由PLC控制器通过modbus协议写入电机驱动器的寄存器中。

进一步的，所述PLC控制器判断称料仓的称重数据是否达到目标重量，具体包括：

设出药速度为p，称重仓上的称重数据中药品质量为m₂，下落高度为h，则此时已出药品的质量m₃应该为称重仓的药品质量加上空中残留的药品质量，其值为：

将求得的已出药品的质量m₃与目标重量进行比较判断。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的中药药房自动发药系统及其控制方法，该系统主要包括上位机以及与上位机通信连接的发药机组设备，所述发药机组设备包括PLC控制器以及与PLC控制器电性连接的药盒传送机构和发药机本体，所述发药机本体内设置有若干发药单元，每个发药单元内放置不同的药剂，能够根据处方发放药剂，实现药品的配制；本发明在称重时考虑了系统的动态误差和静态误差，并采用模糊控制方法来控制发药速度，通过验证得出采用了该方法后发药的速度和精度都有所提升，符合国家药典关于调剂误差的范围；调度上，本系统采用了以处方为单位的调度方法，即每次都只送出单张处方所需的药，减少了医师将药品按照所属处方进行分类的工作量，审核起来也更加快速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中药药房自动发药系统的结构示意图；

图2为本发明实施例发药机组设备的结构示意图；

图3为本发明实施例发药机本体的内部侧视图；

图4为本发明实施例中药药房自动发药系统的通信方式示意图；

图5为本发明实施例中药药房自动发药系统的控制方法的流程图；

图6为本发明实施例发药单元的侧视图；

图7为本发明实施例发药单元的俯视图；

图8为本发明实施例发药单元的立体结构示意图；

图9为本发明实施例PLC控制器的控制结构示意图；

图10为本发明实施例机组调配示意图；

图11为本发明实施例机组工作流程示意图；

图12为本发明实施例出料速度控制流程示意图；

图13为本发明实施例电磁铁的安装位置示意图；

图14为本发明实施例电磁铁的结构示意图；

附图标记：1、控制柜；2、药盒收发机构；3、发药单元；4、药品滑道； 5、发药机本体；6、药盒；7、传送带；8、光电传感器；9、电磁铁；

301、输送机的电机；302、第一称重传感器；303、连接杆；304、储料仓； 305、输送通道；306、称料仓；307、电动推杆；308、仓门；309、搅拌器； 310、输送机的叶片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种中药药房自动发药系统及其控制方法，通过多个发药单元能够实现散装中药的自动调剂及配送，减少了医师将药品按照所属处方进行分类的工作量，提高了药品发药效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的中药药房自动发药系统包括上位机以及与上位机通信连接的发药机组设备，如图2至图3所示，所述发药机组设备包括PLC控制器以及与PLC控制器电性连接的药盒传送机构和发药机本体，所述PLC控制器设置在控制柜1内部，所述发药机本体5内设置有若干发药单元3以及药品滑道4，若干所述发药单元3的发药口均与所述药品滑道4连通；所述药盒传送结构包括传送带7以及与传送带7电性连接的传送电机，所述药品滑道4的出口位于所述传送带7的上方，所述传送带7用于传送药盒6，所述药盒6到达所述药品滑道4下方装药；所述传送带7的上方可以依次设置多个发药机本体5；

如图6至图7所示，所述发药单元3包括储料仓304和称料仓306，所述储料仓304和称料仓306之间设置有输送通道305，所述储料仓304的出料口位于所述输送通道305的首端上方，所述称料仓306的进料口位于所述输送通道305的末端下方，所述输送通道305内设置有输送机，所述输送机采用无轴螺旋输送机，用于将所述储药仓304的出料口出来的药品送入所述称料仓306；所述储料仓304的底部设置有第一称重传感器302，所述第一称重传感器302 用于称量所述储料仓304中剩余的药品重量，所述称料仓306的底部设置有第二称重传感器，所述第二称重传感器用于称量所述称料仓306内的送出的药品重量，所述称料仓306的出料口铰接设置有仓门308，所述仓门308通过电动推杆307连接到所述称料仓306的壳体上，所述电动推杆307与推动电机驱动连接；所述称料仓306的出料口即为所述发药单元3的发药口，与所述药品滑道4连通；

如图4和图9所示，所述输送机的电机301、传送电机和推动电机分别通过一个电机驱动器与所述PLC控制器电性连接，所述第一称重传感器302和第二称重传感器分别通过重量变送器与所述PLC控制器电性连接。

所述储料仓304内还设置有搅拌器309和输送机的叶片310，所述搅拌器 309与所述PLC控制器电性连接。所述传送带7的首端处设置有药盒收发机构 2，用于收发药盒。

在该系统中，PLC控制器的com1端口和每个发药单元的电机驱动器通过 RS-485总线进行连接，采用modbus协议进行通信进而控制对应的电机，而发药单元的称重传感器和重量变送器相连，PLC控制器的com2端口和重量变送器通过RS485总线相连，采用modbus协议进行通信进而读取第一称重传感器和第二称重传感器的数据。

如图13所述，所述传送带7的两侧设置有若干光电传感器8，光电传感器8的发射端和接收端对应设置，所述光电传感器8用于检测药盒的位置，所述光电传感器与所述PLC控制器电性连接。所述传送带7上还设置有若干电磁铁9，所述电磁铁9用于固定药盒6的位置，其型号为斯凡公司的推出式圆管型电磁铁SFT-3520S-01，电磁铁正负极接至PLC控制器的输出继电器的控制回路上，由PLC控制器控制其通电，PLC将相应输出线圈状态置1可使电磁铁通电并执行推出动作从而挡住药盒不让其前进，起到固定的作用；将其置 0使电磁铁断电并收回从而让药盒前进，如图14所示。

光电传感器用于检测药盒，PLC控制器内部通过外部输入寄存器的值获取其状态，PLC通过改变外部输出寄存器来控制电磁铁固定药盒以及传送带的启停和仓门推杆电机；PLC控制器通过其com0端口的rs232接口和上位机进行通信，采用松下PLC的通信协议。

本发明提供的中药药房自动发药系统主要包括上位机管理系统、发药机组及一些辅助设备等。上位机管理系统主要负责对系统的各项功能进行控制与管理；发药机组是系统的主要执行单位，执行具体的发药任务；辅助设备包括监控和安全设施例如摄像头和报警器和警报器。具备以下特点：

Ⅰ.功能的完整性，对于中药药房自动发药设备系统而言，最重要也是最基本的设计要求是应能实现用户管理、药品管理、机组管理、处方管理、调度策略、系统管理等功能；

Ⅱ.良好的兼容性，中药药房自动发药设备系统应为一些其他的业务功能预留数据接口，与不同功能的管理系统之间相互兼容、数据共享；

Ⅲ.易于扩展，能够适应不同的仓储环境、不同型号的机组等，同时应保证系统后续的升级更新；

Ⅳ.便捷舒适的用户体验，中药药房自动发药设备系统的界面应布局合理、内容清晰明了、功能便于操作。

本发明中发药机组设备内的主要参数如表1所示：

表1单个机组主要参数表

序号	名称	指标
			1	整体重量	2t
2	外形尺寸	1.5m*1**2m
			3	称重精度	±1g
4	电源	220V交流电
			5	通讯线	RS-232、RS-485通信电缆
6	控制器	PLC控制器

其中，PLC控制器选用松下公司生产的FP-XHC40R型PLC控制器，其参数如下表所示：

表2 PLC控制器参数表

松下FP-XH-C40R型PLC作为整个系统的控制器，通过RS485和电机驱动以及重量变送器相连，并采用modbus协议进行通讯，控制仓门和传送带，以及电磁铁和检测药盒位置的光电传感器；和上位机则是通过RS232进行连接，并采用松下PLC的协议进行通信。PLC及其相连的设备以及连接方式如附图 3所示。

重量变送器是一种将物理量变换成电信号，将毫伏信号输出的传感器经隔离放大转换成标准直流信号的变送器，本发明使用其读取发药单元的称料仓重量传感器数据。本发明所采用的重量变送器是苏州欧陆达公司生产的 TDA-04D6型重量变送器，其参数如表3所示，配套使用的第一称重传感器和第二称重传感器为同公司生产的2kg重量传感器，一个重量变送器配6个称重传感器。

表3数字重量变送器参数表

PLC的com2端口通过RS-485总线和重量变送器相连，使用modbus协议进行通信，松下PLC的指令集成了modbus通信协议功能，只需调用相应的指令模块就能编写相应的读写程序自动读取或修改从站寄存器，PLC读取重量变送器的寄存器数据功能由指令F145实现，其格式如下：

F146RECV

站号

存放起始地址

读取长度

寄存器地址

站号是从站地址，存放六个通道数据寄存器地址为0x1C2—1CC。

输送机用于将药品送入称料仓重，为满足不同种药材的出料要求，国内外已开发出多种类型的输送器。本发明中输送机考虑到发药单元结构设计以及电机和输送机安装位置，和中药形状以及颗粒大小，决定采用无轴螺旋输送机。无轴螺旋输送机是一种利用电机带动螺旋回转，推移物料以实现输送目的的机械。它能水平、倾斜或垂直输送，具有结构简单、横截面积小、密封性好、操作方便、维修容易、便于封闭运输等优点。

输送机的电机采用FL57BYG276-30A-021型步进电机，其参数如表4所示。步进电机的正常运转还需要靠驱动器的驱动，驱动器是一种能够将控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机角位移的器件。本发明选用57型步进电机驱动器ID254pro型两相步进电机细分驱动器控制步进电机，每一个电机配一个驱动器，多个驱动器和PLC的com1端口通过RS-485总线相连并采用 Modbus协议进行通信，其电气参数如表5所示。

表4 FL57BYG276-30A-021型两相步进电机参数表

步距角

相数

静力矩

电流

电阻

电感

重量

1.8°

2

0.4N.m

2A

1.4Ω

1.4mH

0.4kg

表5 ID 254pro型两相步进电机细分驱动器参数表

在额定工作的情况下，步进电机停止的位置和转速仅仅取决于脉冲信号的脉冲数和频率，不受负载变化的影响，只需改变驱动寄存器的值就可控制电机。因此，本发明通过使用PLC的指令改变驱动器的寄存器数据来对电机进行调速。

写功能由指令F145实现，其格式如下：

F145SEND

站号

数据

DT0

寄存器地址

本发明中所使用寄存器地址为323和308，323用于控制启停以及转向， 308控制速度，323不同的值代表的动作如下所示：

表6寄存器指令表

寄存器值	功能
		04	正转
05	反转
		06	停止

308不同的值代表不同速度，值越大速度则越大。除输送机的电机外，本发明所使用的电机还包含用于控制称料仓门的推杆电机以及传送电机，这两种电机连接了PLC的寄存器，通过PLC的外部输出寄存器来控制，推杆电机寄存器值为1时电机正转打开仓门，为0时电机反转关闭仓门；传送电机在寄存器值为1时启动传送带，为0时传送带停止。

除输送机的电机外，本文所使用的电机还包含用于控制称料仓门的推杆电机以及传送带电机，这两种电机连接了PLC的寄存器，通过PLC的外部输出寄存器来控制，推杆电机寄存器值为1时电机正转打开仓门，为0时电机反转关闭仓门；传送带电机在寄存器值为1时启动传送带，为0时传送带停止。

光电传感器型号为CX-411，其功能为检查药盒经过，光电传感器分为发射方和接收方两部分，分别置于传送带的两侧，当药盒经过时，接收方无法收到光电信号，PLC相应的输入寄存器会置1，未被挡住时接收方能够持续收到光电信号，此时该寄存器会保存0。电磁铁用于固定药盒，PLC将其对应的外部输出寄存器置1时，电磁铁会弹出挡住药盒前进，为0时会缩回。

如图5所示，本发明还提供了一种中药药房自动发药系统的控制方法，应用于上述的中药药房自动发药系统，包括以下步骤：

S1，启动中药药房自动发药系统，进行系统初始化，判断系统运行状态是否正常，系统正常运行跳转至步骤S2；否则进行系统维护，修复完成后重新启动系统；

S2，进行发药机组设备检查，判断各机组状态是否正常，如果正常跳转至步骤S3；如果异常则进行维修后重新启动；

S4，上位机的管理系统确认无误后，根据需求添加处方，等待各机组上线；

S5，发药机组设备与上位机进行通信连接，向上位机反馈当前自身信息；

S6，上位机根据处方和机组状态进行任务分配；如果当前系统非空闲，任务等待执行，直到机组为可执行状态。其中，所述上位机根据处方和机组状态进行任务分配，具体包括：

S601，上位机下发任务，PLC控制器控制药盒传送机构，药盒通过传送带传送到发药机本体下方等待装药；

S602，PLC控制器根据上位机的任务，控制所述发药机本体内部的对应处方的各个发药单元进行发药，具体包括：

PLC控制器发出指令启动输送机的电机，开始出料，并实时获得第一称重传感器以及第二称重传感器的称重数据；

PLC控制器采用模糊控制法控制输送机的输送速度，将药品送入称料仓；

PLC控制器判断称料仓的称重数据是否达到目标重量；

达到目标重量后PLC控制器发送指令停止输送机的电机；

PLC控制器控制推动电机驱动电动推杆，打开仓门，将药品送入药品滑道，药品从药品滑道中受自身重力落入下方的药盒内；

S603，PLC控制器控制药盒传送机构，将装好药品的药盒传送到指定位置。

如图12所示，其中，所述PLC控制器控制输送机的输送速度，将药品送入称料仓，具体包括：

每隔0.1s读取第一称重传感器的数据，和上一次读取的数据做差，作为发药速度，并和目标发药量做差，得出未发药量，再按照其数值划分到各区间得到未发药量和出药速度的模糊区间，再通过电机调速值和出药速度及未发药量的映射关系得到电机驱动器的速度控制字，再由PLC控制器通过modbus协议写入电机驱动器的寄存器中。

出料速度控制采用的模糊控制方法，包含输入量和输出量的选择、各输入量的模糊语言取值和相应的隶属度函数以及规则库。模糊控制器的输入是出料速度和未发药量，输出则是输送机的电机旋转速度，模糊规则的设计思路是未发药量越大、出料速度越慢，则电机旋转越快；当未发药量很小时，则使电机缓慢地旋转以提高精度。

模糊决策表如表7所示：

表7出料速度模糊控制系统模糊决策表

为补偿称重数据而建立的中药称重系统数学模型，即动态称重时，由于药品下落冲击力和流量等误差，称重传感器的示数和真实重量不符，为降低误差，对读取的重量传感器传递的数据进行的处理方式，即考虑空中残留药品以及冲击力之后，根据出料速度以及出料口和称料仓之间的落差，对传感器所测得的数据进行了补偿。其数学模型为：

其中：x为药品下落过程重与出料口的距离，Mg为称重盘上药品重力，mgv 为空中残留的药品，v是单位时间内出料的质量，

为药品落在称重仓时对称重板的冲击力，k和c都是常数。

冲击力的计算公式是：

根据能量守恒定律：

最低点速度为：

根据动量定理mv＝Ft

冲击力为

而本发明实际工作过程中，下落高度较低，并且做了缓冲处理，在未发药量较大时，出料速度较快，称量的精度不需要太大，可以不考虑冲击力只考虑空中残留；在接近目标重量时，出料速度较慢，此时空中残留较少近乎0，药物下落的间隔大，不需考虑空中残留和冲击力。

综合上述，在动态称量过程中，只需考虑空中残留即可。

因此，所述PLC控制器判断称料仓的称重数据是否达到目标重量，具体包括：

设出药速度为p，称重仓上的称重数据中药品质量为m₂，下落高度为h，则此时已出药品的质量m₃应该为称重仓的药品质量加上空中残留的药品质量，其值为：

将求得的已出药品的质量m₃与目标重量进行比较判断。

松下PLC控制的协议的指令分为两种，其一是RD指令，用于读取若干个连续的PLC寄存器值，握手指令和库存检查指令都是RD指令；其二是WD 指令，用于修改若干个连续的PLC寄存器值，发药指令是通过WD指令实现的：

i.握手指令：

握手指令用于上位机检查机组状态，包括系统开机后的健康检查和发药指令下发后对机组工作情况的检查，其读取的寄存器为本文指定的DT200。

上位机发送的ASKII码指令：

PLC控制器应答为：

其中$表示正常应答，DT200数据内容代表了机组的不同状态：为0代表机组处于空闲状态，为2代表机组处于发药状态，为3代表发药完成，上位机依此获知机组的状态。

ii.发药指令

发药指令除了要写入DT201—209这九个代表每个仓位需要出料重量的寄存器以外，还要往DT200，即标志位寄存器里写进1，以通知机组有发药指令到达。

上位机发送的ASKII码指令格式

PLC控制器应答：

写入正常:

写入不正常：

iii.库存检查指令

其读取的寄存器DT121—129中存放的值是储料仓中剩余的药品重量。

上位机发送的ASKII码指令：

PLC控制器应答：

读取正常:

读取不正常：

本发明提供的上位机中的管理系统可分为表现层、业务层、数据层、支撑层。表现层是中药药房自动发药设备的人机交互部分，用以显示系统中接收的处方及处方完成状态以及药品信息，为用户提供便捷的操作界面，方便用户对系统的管理，是对接医院处方系统的和机组的接口。业务层是整个系统的核心部分，位于表现层与数据层之间，对数据交换起到承上启下的作用。该层主要实现系统的业务逻辑，通过数据层的各项数据和表现层的用户指令，完成管理功能、调度功能、监控功能等。数据层是抽象的信息流，主要负责对数据库各项信息的访问，为业务层和表现层提供数据支持。支撑层是系统中的实体部分，包括上位机电脑、机组等。支撑层为数据层提供实时数据信息，并接收用户下达的各项操作指令，完成发药任务。

通过上述分析，上位机应主要实现以下几方面的功能：

(1)管理功能

管理功能包括用户管理、药品信息管理、机组管理、处方管理，具体应实现对登录用户自身信息的查看、修改的功能，对处方的添加、修改、删除的功能，对机组信息的查看与修改的功能，此外，还应实现一些系统的基本功能，如设置日期时间、退出系统等；

(2)指令生成功能

根据当前的处方所包含的药品信息，生成每一个机组的调度指令,指令的格式是根据松下PLC通信协议MEWTOCOL制定的；

(3)监控功能

监控主要是对机组的工作状态、剩余药量等信息进行监控，方便操作人员掌握实时的系统运行状态；

(4)安全验证功能

安全验证功能主要保证用户登录操作的准确性与安全性，不同权限的用户可使用的系统功能有所不同。

本发明提供的方法中，机组的调度主要分为离线式任务调度和在线式任务调度。

在线式任务调度即通过系统的实时监测，实时地将处方任务分配，充分调动所有机组，这样可以减少等待时间提高效率，但是这样每一批发的药品中可能包含了不同处方的药，并且各机组的工作状态是异步的，难以管理。

离线式任务调度指的是在机组发药前所有的任务需求都已经确定，即每次只处理一张处方，通常将最大化机组利用率或最小化总运行时间作为任务调度的目标，并且各机组处于同步工作状态，便于药品安装处方进行分类并审核。

实际应用中只有一条传送带来传输药盒，并且各机组之间无法通讯，若不能在任务开始前就规划好药盒的分配，则会带来问题，考虑以下情况，若有从左到右三个机组(每个机组3×3个发药单元)1、2、3号，分别需要2，4，3个药盒，药盒从1号机组的入口送入。

若采用离线式任务调度，那么会送入2+3+3＝8个药盒，其中3号机组会已知前三个来到自己入口的药盒是它的并进行抓取；2号机组会已知经过其入口的前三个药盒是3号机组需要的，就会让他通过，再固定之后到来的三个药盒； 1号机组会已知经过其入口的前6个药盒是2、3号机组需要的，就会让这六个药盒通过，再固定之后到来的两个药盒；此时还剩下一个药盒是机组2的，机组1会已知还有1个药盒通过，会让其通过并被2号机组捕获。

若采用在线上任务调度，由于上位机无法知道处方分配时传送带上药盒的数量和位置，机组也无法知道药盒是否为空，因此难以通知各机组如何进行药盒分配。

综合上述，采用离线式任务调度较好。

如图11所示，在本发明提供的方法中，设有连续排列的n个机组(Z₁,Z₂… Z_n)，药盒从Z₁入口流入，从Z_n出口流出，每个机组都有3×3的9个发药单元，每个机组单元的同一列的仓门会通向一个相同的药盒停留点，一个药盒停留点最多只能停放一个药盒，因此同一列同时只能开启一个仓门，当一个处方需要进行处理时，会进行以下步骤：

i.根据其包含的药品种类找到对应的机组和对应的仓位，此时所有机组都已知自己被调用的仓位，上位机也已知总共所需的药盒；

ii.同一个机组若存在同一列有多个单元被调用，则根据三列中被调用仓位最多的那一列被调用的数量进行分批。每一批药盒只能接收同一列中一个仓位的药，因此药盒最多分成三批，例如Z₁第一层调用了右仓，第二层调用了左、右仓，则其左、中、右三列被调用的数量分别为1、0、2,则其药需要分二批送到药盒中，第一批需要2个药盒、第二批需要1药盒；

iii.按照步骤二计算出n个机组每一批需要的药盒数，记为{Z_ji}，1≤j ≤n，1≤i≤3，该批次不需调用则为0；

iv.根据药盒分配，编号大的机组优先使用药盒，因此编号小的机组要将药盒让给编号大的机组，实际应用中也就是让每个机组累计通过它入口的药盒数，当编号小的非空药盒全部通过它的出口并且空药盒数达到编号大机组的需求后，它就可以开始捕获它需要的空药盒。每个机组的每个批次需等待非空药盒和空药盒数的数量为：

如附图10所示，以三个机组为例，每个机组不同批次需放行的药盒数如表8所示。

表8药盒调配表

综上，本发明提供的中药药房自动发药系统及其控制方法，该系统主要包括上位机以及与上位机通信连接的发药机组设备，所述发药机组设备包括PLC 控制器以及与PLC控制器电性连接的药盒传送机构和发药机本体，所述发药机本体内设置有若干发药单元，每个发药单元内放置不同的药剂，能够根据处方发放药剂，实现药品的配制；本发明在称重时考虑了系统的动态误差和静态误差，并采用模糊控制方法来控制发药速度，通过验证得出采用了该方法后发药的速度和精度都有所提升，符合国家药典关于调剂误差的范围；调度上，本系统采用了以处方为单位的调度方法，即每次都只送出单张处方所需的药，减少了医师将药品按照所属处方进行分类的工作量，审核起来也更加快速。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种中药药房自动发药系统，其特征在于，包括：上位机以及与上位机通信连接的发药机组设备，所述发药机组设备包括PLC控制器以及与PLC控制器电性连接的药盒传送机构和发药机本体，所述发药机本体内设置有若干发药单元以及药品滑道，若干所述发药单元的发药口均与所述药品滑道连通；所述药盒传送结构包括传送带以及与传送带电性连接的传送电机，所述药品滑道的出口位于所述传送带的上方，所述传送带用于传送药盒，所述药盒到达所述药品滑道下方装药；

所述发药单元包括储料仓和称料仓，所述储料仓和称料仓之间设置有输送通道，所述储料仓的出料口位于所述输送通道的首端上方，所述称料仓的进料口位于所述输送通道的末端下方，所述输送通道内设置有输送机，用于将所述储药仓的出料口出来的药品送入所述称料仓；所述储料仓的底部设置有第一称重传感器，所述第一称重传感器用于称量所述储料仓中剩余的药品重量，所述称料仓的底部设置有第二称重传感器，所述第二称重传感器用于称量所述称料仓内的送出的药品重量，所述称料仓的出料口铰接设置有仓门，所述仓门通过电动推杆连接到所述称料仓的壳体上，所述电动推杆与推动电机驱动连接；所述称料仓的出料口即为所述发药单元的发药口，与所述药品滑道连通；

所述输送机的电机、传送电机和推动电机分别通过一个电机驱动器与所述PLC控制器电性连接，所述第一称重传感器和第二称重传感器分别通过重量变送器与所述PLC控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的中药药房自动发药系统，其特征在于，所述输送机采用无轴螺旋输送机。

3.根据权利要求1所述的中药药房自动发药系统，其特征在于，所述储料仓内还设置有搅拌器，所述搅拌器与所述PLC控制器电性连接。

4.根据权利要求1所述的中药药房自动发药系统，其特征在于，所述传送带的首端处设置有药盒收发机构，用于收发药盒。

5.根据权利要求3所述的中药药房自动发药系统，其特征在于，所述传送带的两侧设置有若干光电传感器，所述光电传感器用于检测药盒的位置，所述光电传感器与所述PLC控制器电性连接。

6.一种中药药房自动发药系统的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一所述的中药药房自动发药系统，包括以下步骤：

S1，启动中药药房自动发药系统，进行系统初始化，判断系统运行状态是否正常，系统正常运行跳转至步骤S2；否则进行系统维护，修复完成后重新启动系统；

S2，进行发药机组设备检查，判断各机组状态是否正常，如果正常跳转至步骤S3；如果异常则进行维修后重新启动；

S4，上位机的管理系统确认无误后，根据需求添加处方，等待各机组上线；

S5，发药机组设备与上位机进行通信连接，向上位机反馈当前自身信息；

S6，上位机根据处方和机组状态进行任务分配；如果当前系统非空闲，任务等待执行，直到机组为可执行状态。

7.根据权利要求6所述的中药药房自动发药系统的控制方法，其特征在于，所述上位机根据处方和机组状态进行任务分配，具体包括：

S601，上位机下发任务，PLC控制器控制药盒传送机构，药盒通过传送带传送到发药机本体下方等待装药；

S602，PLC控制器根据上位机的任务，控制所述发药机本体内部的对应处方的各个发药单元进行发药，具体包括：

PLC控制器发出指令启动输送机的电机，开始出料，并实时获得第一称重传感器以及第二称重传感器的称重数据；

PLC控制器采用模糊控制法控制输送机的输送速度，将药品送入称料仓；

PLC控制器判断称料仓的称重数据是否达到目标重量；

达到目标重量后PLC控制器发送指令停止输送机的电机；

PLC控制器控制推动电机驱动电动推杆，打开仓门，将药品送入药品滑道，药品从药品滑道中受自身重力落入下方的药盒内；

S603，PLC控制器控制药盒传送机构，将装好药品的药盒传送到指定位置。

8.根据权利要求7所述的中药药房自动发药系统的控制方法，其特征在于，所述PLC控制器控制输送机的输送速度，将药品送入称料仓，具体包括：

每隔0.1s读取第一称重传感器的数据，和上一次读取的数据做差，作为发药速度，并和目标发药量做差，得出未发药量，再按照其数值划分到各区间得到未发药量和出药速度的模糊区间，再通过电机调速值和出药速度及未发药量的映射关系得到电机驱动器的速度控制字，再由PLC控制器通过modbus协议写入电机驱动器的寄存器中。

9.根据权利要求8所述的中药药房自动发药系统的控制方法，其特征在于，所述PLC控制器判断称料仓的称重数据是否达到目标重量，具体包括：

设出药速度为p，称重仓上的称重数据中药品质量为m₂，下落高度为h，则此时已出药品的质量m₃应该为称重仓的药品质量加上空中残留的药品质量，其值为：

将求得的已出药品的质量m₃与目标重量进行比较判断。

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