基于PLC的腔镜器械消毒灭菌自动化控制技术_张静.pdf

收稿日期:2022-04-18基金项目:陕西省教育学会项目:技能强国,育人兴邦 特种加工技术课程思政研究与实践(2020KCSZ075)作者简介:张静(1991-),女,陕西扶风人,本科,护师,主要研究方向为医学工程。通讯作者:王曼(1988-),女,陕西西安人,本科,护师,主要研究方向为医学工程。基于 PLC 的腔镜器械消毒灭菌自动化控制技术张 静,王 曼,张 萌,付 文,李 颖(空军军医大学第二附属医院唐都医院,西安 710038)摘 要:腔镜器械消毒灭菌控制过程复杂度较高,为了提高腔镜器械消毒灭菌控制智能水平,提出基于 PLC 的腔镜器械消毒灭菌自动化控制技术,构建腔镜器械消毒灭菌控制系统功能组件,设计的腔镜器械消毒灭菌控制系统主要有物理控制模块、底层数据交互模块、总线通信模块、控制质量传输模块、底层控制信息交互模块和人机交互模块等。采用 PXI、VXI、LXI 联合总线交互控制方法,通过 PLC 逻辑可编程器件作为控制系统的核心组件,通过嵌入式调试和 AD 转换协议控制,建立腔镜器械消毒灭菌控制的指令交互协议,采用触发总线、模拟总线联合控制方法实现腔镜器械消毒灭菌自动化控制。测试结果表明,采用该方法进行腔镜器械消毒灭菌控制的稳定性较高,可靠性较好,提高了腔镜器械消毒灭菌控制的自适应性和过程优化性。关键词:PLC;腔镜器械;消毒灭菌;自动化控制;总线传输;AD 转换协议 中图分类号:TP212 文献标识码:A DOI 编码:10.14016/ki.1001-9227.2023.01.272PLC-based automatic control technology for disinfection and sterilization of endoscopic instrumentsZHANG Jing,WANG Man,ZHANG Meng,FU Wen,LI Ying(Tangdu Hospital,the Second Affiliated Hospital of Air Force Military Medical University,Xian 710038,China)Abstract:The process of disinfection and sterilization control of endoscopic instruments is complicated.In order to improve the intelligent level of disinfection and sterilization control of endoscopic instruments,the automatic control technology of disin-fection and sterilization of endoscopic instruments based on PLC is proposed,and the functional components of disinfection and sterilization control system of endoscopic instruments are constructed.The designed disinfection and sterilization control system of endoscopic instruments mainly includes physical control module,bottom data interaction module,bus communication module,control quality transmission module,bottom control information interaction module and man-machine interaction module.Using PXI,VXI,LXI joint bus interactive control method,PLC logic programmable device as the core component of the control sys-tem,through embedded debugging and AD conversion protocol control,the instruction interactive protocol for disinfection and sterilization control of endoscopic instruments is established,and the trigger bus and analog bus joint control method is adopted to realize automatic disinfection and sterilization control of endoscopic instruments.The test results show that the stability and reliability of disinfection and sterilization control of endoscopic instruments by this method are high,and the adaptability and process optimization of disinfection and sterilization control of endoscopic instruments are improved.Key words:PLC;endoscopic instruments;sterilization;automatic control;bus transmission;AD conversion protocol0 引言腔镜器械消毒灭菌是医疗器械灭菌的重要环节,随着自动控制技术的发展,采用过程控制和模糊控制的方法,构建腔镜器械消毒灭菌的优化控制模型,提高腔镜器械消毒灭菌的自动化管理能力。采用信息化的过程优化管理方法,通过同步信息化管理和过程监测的方法,构建腔镜器械消毒灭菌自动化控制参数分析模型,采用模拟总线控制的方法,进行腔镜器械消毒灭菌的自动化交互设计,通过核心嵌入式的组件参数分析,提高腔镜器械消毒灭菌自动化控制水平,相关的腔镜器械消毒灭菌自动化控制方法研究受到人们的极大关注1。对腔镜器械消毒灭菌自动化控制是建立在对控制系统参数解析基础上,通过信息化测量和过程参数分析的方法,进行腔镜器械消毒灭菌自动化控制,传统方法中,对腔镜器械消毒灭菌自动化控制的方法主要有基于PID 的腔镜器械消毒灭菌自动化控制方法、基于模糊指数参数分析的腔镜器械消毒灭菌自动化控制方法以及基于模式识别的灭菌自动化 控制方法等2-4,采 用APLC21160 逻辑处理器芯片作为腔镜器械消毒灭菌系统节能控制的数字处理芯片,通过 B/S 构架协议,采用272基于 PLC 的腔镜器械消毒灭菌自动化控制技术 张 静,等模型化参数识别,实现腔镜器械消毒灭菌自动化控制5,但传统方法进行腔镜器械消毒灭菌自动化控制的自适应性和环境适应性不好。针对上述问题,提出基于PLC 的腔镜器械消毒灭菌自动化控制技术,首先进行腔镜器械消毒灭菌自动化控制系统的总体设计构架,然后实现对灭菌自动化系统的功能组件分析,结合 ZigBee 组网方案构建腔镜器械消毒灭菌系统控制的网络通信协议,实现灭菌自动化控制,最后进行实验测试分析,展示了本方法在提高腔镜器械消毒灭菌自动化控制能力方面的优越性能。1 控制系统的总体构架和功能分析1.1 腔镜器械消毒灭菌控制系统总体设计构架构建腔镜器械消毒灭菌控制系统的总体结构模型,采用嵌入式总线控制,建立腔镜器械消毒灭菌控制系统指令传输控制模型,通过过程参数配置,进行腔镜器械消毒灭菌控制的稳定性参数调节,结合对腔镜器械消毒灭菌控制装置的设备信息监控和测量,建立腔镜器械消毒灭菌的过程优化算法,结合底层传感数据融合和总线测量6,建立腔镜器械消毒灭菌控制的物理信息交互模块和底层协议模块。灭菌自动化控制的底层结构模块、编码器、解码器、存储设备以及服务器等,采用 MPEG-4 或 H.264 等方式进行腔镜器械消毒灭菌过程中的视频编码解码和在线监控,采用 6 路、12 路视频接入的方式,在前端设备中建立通信控制协议,通过数据存储结构优化,构建信息发送端,将设备的各类状态信息反馈给视频端7,腔镜器械消毒灭菌系统控制系统的核心处理芯片采用 PLC 设计,构建腔镜器械消毒灭菌系统控制系统的 AD 信息模块,采用红外传感进行灭菌过程监控,结合ZigBee 组网方案构架腔镜器械消毒灭菌系统控制的网络通信协议,得到腔镜器械消毒灭菌自动化控制系统总体结构如图 1 所示。图 1 腔镜器械消毒灭菌自动化控制图 1 中,将腔镜器械消毒灭菌控制的系统分为数据层、融合层和网络层,在嵌入式的 PLC 和 Linux 的内核结构中进行腔镜器械消毒灭菌系统控制系统的网络开发和输出总线调度开发8。1.2 系统功能模块化分析在上述总体结构设计的基础上,设计腔镜器械消毒灭菌系统节能控制的自动控制传输协议,在 MCU 控制单元进行腔镜器械消毒灭菌系统,采用 RFID 标签识别技术实现腔镜器械消毒灭菌控制系统的数据信息采样,通过嵌入式的总线调度,建立腔镜器械消毒灭菌的过程调度和视觉特征分析模型,通过误差控制和自适应联合组网控制9,构建腔镜器械消毒灭菌控制系统功能组件,设计的腔镜器械消毒灭菌控制系统主要有物理控制模块、底层数据交互模块、总线通信模块、控制质量传输模块、底层控制信息交互模块和人机交互模块等。控制系统的功能结构模块如图 2 所示。图 2 控制系统的功能结构模块采用标准化的 IEC 61850 标准控制协议建立腔镜器械消毒灭菌控制串行协议,通过 PLC 输出逻辑组件控制,得到腔镜器械消毒灭菌优化系统的 DSP 协同控制终端10。由此,得到腔镜器械消毒灭菌的硬件结构配置总线如图 3 所示。图 3 腔镜器械消毒灭菌的硬件结构配置总线1.3 人机交互界面功能设计人机交互界面硬件设计包括主控制模块、显示模块、CAN 接口模块、辅助模块设计等,软件设计包括界面设计和系统程序设计。硬件设计中的各个模块体现出来的功能各异,其中主控制模块的主要功能是实现人机交互界面的总控,采用 ARM 微处理器来组成该模块中的主控制器。显示模块人机交互界面画面展示的基础,通过显示终端显示屏来对被控对象进行指令输入、反馈372自动化与仪器仪表2023 年第 1 期(总第 279 期)信息实时展示。CAN 接口模块是实现 CAN 通讯的关键,以此实现人机交互时的信息接收和发送。辅助模块设计是为了确保人机交互界面的正常运行,其中包括了电源管理功能、报警功能。软件设计中的界面设计是对界面中的展示功能进行编程,包括界面重点信息的标注、操作指示。系统程序设计是整个人机交互系统的运行程序,采用编程语言来按照运行参数编写系统。2灭菌自动化控制的软件及硬件集成设计2.1 控制算法优化构建 ROM 配置器,采用异步存储控制方法,实现腔镜器械消毒灭菌控制系统的嵌入式构架,构建腔镜器械消毒灭菌控制系统的接口控制模块,采用人机交互设计的方法,在 MCU 控制协议层中,进行腔镜器械消毒灭菌控制系统的交叉编译和输出总线调度,采用嵌入式的协议构架方法,进行腔镜器械消毒灭菌控制系统的人机交互和组网控制11,设计腔镜器械消毒灭菌控制系统节能控制的自动控制传输协议,采用回归分析方法,设定灭菌自动化控制的迭代次数为 Imax,当前迭代代数为 Ic,采用自适应的模糊迭代方法,得到消毒灭菌控制的神经网络加权权重:=s-(s-e)IcImax(1)其中,s为菌自动化控制耦合参数,e为控制对象参数模型,Ic为控制过程的谐振参数,Imax为最大输出稳态误