醫(yī)用內(nèi)窺鏡是一種深入人體內(nèi)部進(jìn)行觀(guān)察的精密光學(xué)儀器，它臨床應(yīng)用廣泛、使用方便，并能準(zhǔn)確快捷地診斷出病情，深受廣大患者和醫(yī)療工作者的歡迎。因此，建立方便、快捷、安全、衛(wèi)生的內(nèi)窺鏡清洗消毒系統(tǒng)，提高其使用效率，更好地為患者服務(wù)，是醫(yī)療工作者的迫切愿望。我們與某公司合作開(kāi)發(fā)的內(nèi)窺鏡自動(dòng)清消機(jī)是集清洗、消毒于一身的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它采用新穎的高壓自動(dòng)噴淋方式，運(yùn)用噴頭上下行走對(duì)鏡身內(nèi)外進(jìn)行清洗、消毒，并利用可編程序控制器控制整個(gè)系統(tǒng)的工作。整個(gè)系統(tǒng)功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定、工作可靠，具有實(shí)用價(jià)值。
1 清消機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本原理
　　內(nèi)窺鏡清消機(jī)由立柱和機(jī)柜組成。清消機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。立柱上裝有能夠上下運(yùn)動(dòng)的噴碗、高壓水碗、防濺水罩；機(jī)柜上有控制面板，機(jī)柜內(nèi)部裝有水箱、藥箱、水泵、藥泵及升降電機(jī)等，在排水/藥處還有水、藥分離裝置，通過(guò)控制水/藥分離電機(jī)達(dá)到切換排水、排藥閥門(mén)的目的。

　　清洗內(nèi)窺鏡的過(guò)程就是高壓噴嘴上下運(yùn)動(dòng)對(duì)鏡身內(nèi)外進(jìn)行清洗的過(guò)程。控制面板上裝有模式選擇開(kāi)關(guān)，可以選擇清洗消毒的程序。每種模式下都是首先進(jìn)行一次水洗，然后進(jìn)行藥洗，最后再進(jìn)行一次水洗。不同的是，模式一、二、三進(jìn)行藥洗的次數(shù)分別為二、三、四次。清洗時(shí)，內(nèi)窺鏡掛在立柱頂端的掛鉤上，由于不同用途的內(nèi)窺鏡的鏡身長(zhǎng)度不同，所以在掛鉤下方0.6m、0.8m、1.0m、1.2m處分別裝有限位開(kāi)關(guān)，用以控制升降電機(jī)的行程和運(yùn)行方向，可以通過(guò)控制面板上的“內(nèi)鏡長(zhǎng)度選擇”按鈕來(lái)選擇相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)。
2 動(dòng)作要求
　　(1)準(zhǔn)備工作：注水、注藥液。
　　(2)內(nèi)鏡長(zhǎng)度選擇：可以選擇0.6m、0.8m、1.0m或1.2m。
　　(3)運(yùn)行模式選擇：可以選擇自動(dòng)清洗模式一、二、三或排藥模式。
　　(4)清洗：選擇模式一、二、三后，按啟動(dòng)/停止按鈕，水藥分離電機(jī)開(kāi)始工作，使水/藥閥門(mén)到位；相應(yīng)的水泵或藥泵開(kāi)始工作，水泵或藥泵工作2秒后，上升電機(jī)開(kāi)始工作，上升到零位后開(kāi)始下降，到設(shè)定的長(zhǎng)度；每次水/藥/水轉(zhuǎn)換時(shí)，有5秒的間隔，以便于排空水或藥液。工作過(guò)程中，可以按下啟動(dòng)/停止按鈕停止工作，再次按下啟動(dòng)/停止按鈕，系統(tǒng)按原狀態(tài)工作。
　　(5)排藥：按下排藥按鈕后，再按啟動(dòng)/停止按鈕，開(kāi)始排藥液。第一步，水閥打開(kāi)，藥泵工作15秒，排空藥液；第二步，藥閥打開(kāi)，水泵工作15秒，向藥箱里注水；第三步，水閥打開(kāi)，藥泵工作25秒，將水排空。
　　(6)吹風(fēng)、加熱：應(yīng)在清洗工作模式下進(jìn)行。
3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　內(nèi)窺鏡清消機(jī)的工作環(huán)境惡劣，內(nèi)部裝有水泵、藥泵和多個(gè)電機(jī)，干擾很大，而且工作環(huán)境的溫度高、濕度大，這給清消機(jī)的控制部分提出了很高的要求。同時(shí)，有清洗、排藥、吹風(fēng)和加熱等多種工作模式，需要進(jìn)行順序控制、定時(shí)控制和聯(lián)鎖保護(hù)等。在本系統(tǒng)中，我們選用了SIEMENS公司的微型PLC S7－214作為控制器，它設(shè)計(jì)緊湊、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、指令功能豐富、運(yùn)算速度快，能很好地完成控制任務(wù)。利用相應(yīng)的編程軟件SETP7 Microwin32，可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程和調(diào)試，并可快速下載程序，適于規(guī)模生產(chǎn)。
　　按照動(dòng)作要求，控制系統(tǒng)共需要12個(gè)輸入點(diǎn)、10個(gè)輸出點(diǎn)。而S7－214有14個(gè)輸入點(diǎn)、10個(gè)輸出點(diǎn)，恰好能滿(mǎn)足輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的要求，并且輸入有一定的余量，以便進(jìn)行擴(kuò)展。
　　在輸入信號(hào)中，“零位信號(hào)”和“下行限位開(kāi)關(guān)信號(hào)”為立柱上的上、下行限位開(kāi)關(guān)信號(hào)。對(duì)應(yīng)于不同的內(nèi)窺鏡長(zhǎng)度，立柱下方距離零位0.6m、0.8m、1.0m和1.2m處分別裝有四個(gè)限位開(kāi)關(guān)。為了節(jié)省輸入點(diǎn)，四個(gè)限位開(kāi)關(guān)通過(guò)二極管隔離后共用一個(gè)輸入點(diǎn)，并且四個(gè)限位開(kāi)關(guān)的設(shè)置信號(hào)也通過(guò)二極管隔離后共用一個(gè)輸入點(diǎn)，這樣不僅可以節(jié)省6個(gè)輸入點(diǎn)，而且便于編程處理。“水閥開(kāi)信號(hào)”和“藥閥開(kāi)信號(hào)”為排水、排藥轉(zhuǎn)換裝置上的限位開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)。
　　S7－214的輸出分為三組，可以分別接不同的工作電源，以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。其中Q0.0～Q0.6的工作電源為DC24V，分別接指示燈、報(bào)警器以及控制上升、下降、水閥、藥閥和加熱的繼電器；Q0.7～Q1.1的工作電源為AC220V，分別接吹風(fēng)機(jī)、水泵和藥泵。
　　S7－214的I/O分配示意圖如圖2所示。

4 軟件設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)中，在進(jìn)行三種模式清洗和排藥時(shí)，需要升降電機(jī)、水/藥分離電機(jī)和水泵、藥泵等多個(gè)電機(jī)按一定順序協(xié)同工作，控制任務(wù)較為復(fù)雜。為了便于編程，我們對(duì)清洗模式一、模式二、模式三和排藥等工作過(guò)程進(jìn)行分析，將各種工作模式中的動(dòng)作歸納成對(duì)水/藥閥門(mén)的控制、水/藥泵的控制和升降電機(jī)的控制。其中，水/藥閥門(mén)和水/藥泵的轉(zhuǎn)換由各種工作模式計(jì)數(shù)器的狀態(tài)來(lái)判斷，并且在計(jì)數(shù)器達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，產(chǎn)生停止信號(hào)。清洗過(guò)程中，根據(jù)零位開(kāi)關(guān)和下行限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行電機(jī)上行/下行的轉(zhuǎn)換。
　　在S7－214PLC中，與計(jì)數(shù)器相關(guān)的變量有兩個(gè)：一個(gè)是當(dāng)前值，為16位符號(hào)整數(shù)，存儲(chǔ)累積脈沖數(shù)；另一個(gè)是計(jì)數(shù)器位，當(dāng)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值大于或等于預(yù)設(shè)值時(shí)，此位置為“1”?？梢允褂糜?jì)數(shù)器的地址(C+計(jì)數(shù)器號(hào))來(lái)存取這些變量。對(duì)計(jì)數(shù)器位或當(dāng)前值的存取依賴(lài)于所用的指令：帶位操作指令存取計(jì)數(shù)器位，而帶字操作的指令存取計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。
　　在編程中，利用計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和計(jì)數(shù)器位，可以方便地進(jìn)行工作狀態(tài)的判斷。例如，在清洗模式一中，水洗一次，然后藥洗兩次，再水洗一次，清洗噴頭上、下行一次，遇到下行限位開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)值為4。利用字節(jié)比較指令，可以對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定：當(dāng)Cx(x為計(jì)數(shù)器號(hào))的當(dāng)前值為0、3時(shí)，進(jìn)行水洗，開(kāi)水閥、開(kāi)水泵；當(dāng)Cx的當(dāng)前值為1、2時(shí)，進(jìn)行藥洗，開(kāi)藥閥、開(kāi)藥泵。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，Cx的計(jì)數(shù)器位置“1”，用于產(chǎn)生停止信號(hào)。利用這種方法，可以較為方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工作模式的編程，而且如果對(duì)工作模式進(jìn)行修改，也非常容易實(shí)現(xiàn)。
　　為了使系統(tǒng)工作可靠，不僅在硬件和軟件中考慮了聯(lián)鎖保護(hù)和報(bào)警功能，而且為了防止傳感器斷線(xiàn)或電機(jī)中間被卡住，在編程中加入了系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。即利用看門(mén)狗定時(shí)器的原理，用四個(gè)定時(shí)器分別監(jiān)視水/藥分離電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和升降電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，如果水、藥閥門(mén)的動(dòng)作時(shí)間或上行、下行的時(shí)間超過(guò)設(shè)定值，系統(tǒng)將停止電機(jī)的工作，并進(jìn)行報(bào)警。程序框圖如圖3所示。

　　在整個(gè)編程工作中，我們充分利用了SIEMENS S7－214豐富的指令，如計(jì)數(shù)器的指令、置位和復(fù)位指令以及比較指令等，為程序的編制提供了很大的方便。同時(shí)，利用上位機(jī)編程軟件SETP7 Microwin32，可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行梯形圖編輯和程序調(diào)試，提高了工作效率。
　　內(nèi)窺鏡自動(dòng)清消機(jī)的控制模式較為復(fù)雜，我們利用SIEMENS S7－214可編程序控制器來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作，圓滿(mǎn)地完成了控制任務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)工作可靠、性能穩(wěn)定，并保證了內(nèi)窺鏡的清洗、消毒的效果，提高了內(nèi)窺鏡的使用效率。
參考文獻(xiàn)
1 SIEMENS.SIMATIC S7－214可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)
2 張曉坤.可編程控制器原理及應(yīng)用.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1998