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負壓吸引治療儀是一個怎樣的控制系統(tǒng)?

　　本次研制的負壓吸引治療儀分類上屬于分散系統(tǒng)吸引裝置，但相對于常規(guī)的分散系統(tǒng)吸引裝置，在很多方面都做了改進，性能也得到大大的提高。 第一，整機運行穩(wěn)定，抗干擾能力強，故障率低且有自我診斷和報警功能;第二，系統(tǒng)實現(xiàn)模塊化，操作簡單方便;第三，控制系統(tǒng)實時監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部的運行信息，并可以通過人機界面進行人機交互，而不必利用按鈕，指示燈，壓力表和報警器等常規(guī)電器來控制系統(tǒng)運行和監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)。

1 負壓吸引治療儀控制系統(tǒng)主要性能指標

　　根據(jù)系統(tǒng)需求分析，對設計提出如下要求：控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能化;間歇加載持續(xù)運行功能;人機界面交互設計系統(tǒng)參數(shù)并監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài);可視可聽報警功能、負壓過小吸排氣阻塞等報警;操作簡單方便。

2 負壓吸引治療儀控制系統(tǒng)硬件設計

　　2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)以PLC 為核心，主要包括 PLC、A / D 模塊、觸摸屏和壓力傳感器等。整機結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 負壓傳感器和 A / D 模塊完成負壓信號采集和轉(zhuǎn)化; 輸出端口 Y000 作為開關控制微型真空泵的啟停， 從而為系統(tǒng)提供所需要的負壓， 輸出端口Y001 接蜂鳴器用于報警;人機界面用設置系統(tǒng)運行參數(shù)并監(jiān)視各參數(shù)的變化狀況。

　　2.2 負壓監(jiān)測設計

　　FX1N-2AD-BD 是直接安裝在 FX1N 系列 PLC 上的模擬輸入擴展模塊，可以增加一個模擬輸入點。 輸入信號可以是電壓信號(0～10V)也可以是電流信號(4～20mA)，工作中將輸入信號對應的數(shù)值存儲在PLC 特殊數(shù)字寄存器 M8112 或 M8113 中，然后通過觸摸屏讀取數(shù)據(jù)。本次設計系統(tǒng)中負壓范圍為0～300mmgh，A / D 轉(zhuǎn)后數(shù)值范圍為 0～2000， 因此需要對轉(zhuǎn)換后數(shù)值再做如圖2 所示轉(zhuǎn)換。

　　2.3 工作流程

　　臨床試驗表明，不斷循環(huán)的斷續(xù)負壓治療要比連續(xù)治療的效果好很多。 Philbeck等人提出了兩種可能的解釋：循環(huán)的斷續(xù)治療能夠產(chǎn)生有節(jié)奏的對病變組織的灌注， 這對失去了自我調(diào)節(jié)功能的細胞來說是很重要的;正在進行有絲分裂的細胞需要一個周期的休眠時間。由此我們設計了兩種間歇運行模式：時間模式和壓力模式。時間模式工作流程圖如圖3。對工作流程做簡單介紹如下：系統(tǒng)上電后，PLC首先初始化系統(tǒng)內(nèi)部的寄存器， 定時器及其它軟元件;用戶根據(jù)需要設定系統(tǒng)運行參數(shù)，包括運行時間和運行模式(也可利用默認參數(shù));按下觸摸屏啟動按鈕，系統(tǒng)啟動，開始運行 。 系統(tǒng)運行期間，可暫停系統(tǒng)的運行， 當再次啟動時 ， 系統(tǒng)將按暫停前的模式繼續(xù)運行。

3 負壓吸引治療儀控制系統(tǒng)軟件設計

　　3.1 人機界面的軟件設計

　　觸 摸 屏 是 一 種 新 型 的 控 制 終 端，本 次 設 計 采 用 易 優(yōu)MT506L 觸摸屏是專門面向 PLC 應用的新型產(chǎn)品。其功能強大，使用方便，除了具有傳統(tǒng)人機界面所有的指示燈、開關、數(shù)據(jù)顯示與輸入、和異常報警等功能之外，還具有許多特有的功能。利用EasyBuilder500 組態(tài)軟件設計的控制界面，主要有參數(shù)設定，參數(shù)顯示，系統(tǒng)控制，報警指示四部分組成。界面簡單易懂，方便操作，而且在原有的系統(tǒng)上面容易擴展。下面介紹界面的制作過程：

　　1)首先建立一個新的工程，選擇觸摸屏型號。

　　2)參數(shù)設定部分可設定系統(tǒng)的負壓，運行時間及運行模式。

　　各元件設定基本相似，以設定負壓為例做簡單介紹。點擊數(shù)值輸入元件;讀取地址設備類型里選擇 D(寄存器)，設備地址輸入160，即觸摸屏和 PLC 通信的地址;觸發(fā)地址為控制數(shù)值輸入元件能否輸入數(shù)據(jù)的PLC 地址，一般都選擇 LB9000，即開機就可以使用;設置輸入數(shù)據(jù)的上下限，使數(shù)據(jù)具有實際參數(shù)意義，該元件用來設置負壓參數(shù)，因此設定輸入下限為0， 輸入上線為300;還可以設置元件的圖形和字體的大小和顏色屬性。3)參數(shù)顯示用數(shù)值顯示元件讀取 PLC 內(nèi)部指定寄存器的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。 以顯示剩余時間中的小時為例。 新建數(shù)值顯示元件，在讀取地址中輸入D190，再選擇相應的字體和顏色 ，就可以通過觸摸屏實時檢測系統(tǒng)運行的剩余時間; 系統(tǒng)控制使用位狀態(tài)設定元件來強制切換PLC 內(nèi)位地址的 ON 或 OFF 狀態(tài); 報警顯示要利用報警登錄元件和報警條一起來實現(xiàn)。

　　3.2 觸摸屏和 PLC 通信觸摸屏由

　　RS-485 串行通信口完成與 PLC 的通信，實現(xiàn)對PLC 內(nèi)部軟元件的讀寫和位狀態(tài)的設定， 以及系統(tǒng)參數(shù)設定和檢測系統(tǒng)運行狀態(tài)。RS485以差分平衡方式傳輸信號，傳輸速度快，距離遠，具有很強的抗干擾能力。

　　3.3 PLC 程序設計

　　針對三菱FX1N PLC 特點 ， 利用 GX-Developer， 設計PLC 控制程序。使系統(tǒng)在設定的運行時間內(nèi)，按一定的模式控制PLC Y000 端口輸出狀態(tài)，從而控制真空泵的運行。 程序主要有以下幾部分組成：開機初始化程序;復位按鈕程序;A / D數(shù)字轉(zhuǎn)換程序;負壓模式運行程序。充分利用三菱PLC 時間應用指令，將大大簡化程序的設計，且維護檢修方便，易于擴展。

4 結(jié)束語

　　創(chuàng)新點是利用PLC 和觸摸屏做成控制系統(tǒng)的核心，整機性能穩(wěn)定可靠，操作簡單方便，減輕了醫(yī)護人員強度，提高了負壓吸引治療儀的自動化水平和效率。