摘　要： 介紹了醫用內窺鏡" title="內窺鏡">內窺鏡清消機" title="清消機">清消機自動控制系統的軟、硬件設計。控制系統以SIEMENS S7－214 PLC作為控制器，實現了對清消機的各種工作模式的控制以及狀態監視和報警功能。
　　關鍵詞： 內窺鏡 清消機 可編程序控制器

　　醫用內窺鏡是一種深入人體內部進行觀察的精密光學儀器，它臨床應用廣泛、使用方便，并能準確快捷地診斷出病情，深受廣大患者和醫療工作者的歡迎。因此，建立方便、快捷、安全、衛生的內窺鏡清洗消毒系統，提高其使用效率，更好地為患者服務，是醫療工作者的迫切愿望。我們與某公司合作開發的內窺鏡自動清消機是集清洗、消毒于一身的機電一體化產品，它采用新穎的高壓自動噴淋方式，運用噴頭上下行走對鏡身內外進行清洗、消毒，并利用可編程序控制器" title="可編程序控制器">可編程序控制器控制整個系統的工作。整個系統功能完善、運行穩定、工作可靠，具有實用價值。
1 清消機的結構與基本原理
　　內窺鏡清消機由立柱和機柜組成。清消機結構示意圖如圖1所示。立柱上裝有能夠上下運動的噴碗、高壓水碗、防濺水罩；機柜上有控制面板，機柜內部裝有水箱、藥箱、水泵、藥泵及升降電機等，在排水/藥處還有水、藥分離裝置，通過控制水/藥分離電機達到切換排水、排藥閥門的目的。

　　清洗內窺鏡的過程就是高壓噴嘴上下運動對鏡身內外進行清洗的過程。控制面板上裝有模式選擇開關，可以選擇清洗消毒的程序。每種模式下都是首先進行一次水洗，然后進行藥洗，最后再進行一次水洗。不同的是，模式一、二、三進行藥洗的次數分別為二、三、四次。清洗時，內窺鏡掛在立柱頂端的掛鉤上，由于不同用途的內窺鏡的鏡身長度不同，所以在掛鉤下方0.6m、0.8m、1.0m、1.2m處分別裝有限位開關，用以控制升降電機的行程和運行方向，可以通過控制面板上的“內鏡長度選擇”按鈕來選擇相應的限位開關。
2 動作要求
　　(1)準備工作：注水、注藥液。
　　(2)內鏡長度選擇：可以選擇0.6m、0.8m、1.0m或1.2m。
　　(3)運行模式選擇：可以選擇自動清洗模式一、二、三或排藥模式。
　　(4)清洗：選擇模式一、二、三后，按啟動/停止按鈕，水藥分離電機開始工作，使水/藥閥門到位；相應的水泵或藥泵開始工作，水泵或藥泵工作2秒后，上升電機開始工作，上升到零位后開始下降，到設定的長度；每次水/藥/水轉換時，有5秒的間隔，以便于排空水或藥液。工作過程中，可以按下啟動/停止按鈕停止工作，再次按下啟動/停止按鈕，系統按原狀態工作。
　　(5)排藥：按下排藥按鈕后，再按啟動/停止按鈕，開始排藥液。第一步，水閥打開，藥泵工作15秒，排空藥液；第二步，藥閥打開，水泵工作15秒，向藥箱里注水；第三步，水閥打開，藥泵工作25秒，將水排空。
　　(6)吹風、加熱：應在清洗工作模式下進行。
3 控制系統硬件設計
　　內窺鏡清消機的工作環境惡劣，內部裝有水泵、藥泵和多個電機，干擾很大，而且工作環境的溫度高、濕度大，這給清消機的控制部分提出了很高的要求。同時，有清洗、排藥、吹風和加熱等多種工作模式，需要進行順序控制、定時控制和聯鎖保護等。在本系統中，我們選用了SIEMENS公司的微型PLC S7－214作為控制器，它設計緊湊、可靠性高、抗干擾能力強、指令功能豐富、運算速度快，能很好地完成控制任務。利用相應的編程軟件SETP7 Microwin32，可在計算機上進行編程和調試，并可快速下載程序，適于規模生產。
　　按照動作要求，控制系統共需要12個輸入點、10個輸出點。而S7－214有14個輸入點、10個輸出點，恰好能滿足輸入、輸出點數的要求，并且輸入有一定的余量，以便進行擴展。
　　在輸入信號中，“零位信號”和“下行限位開關信號”為立柱上的上、下行限位開關信號。對應于不同的內窺鏡長度，立柱下方距離零位0.6m、0.8m、1.0m和1.2m處分別裝有四個限位開關。為了節省輸入點，四個限位開關通過二極管隔離后共用一個輸入點，并且四個限位開關的設置信號也通過二極管隔離后共用一個輸入點，這樣不僅可以節省6個輸入點，而且便于編程處理。“水閥開信號”和“藥閥開信號”為排水、排藥轉換裝置上的限位開關產生的信號。
　　S7－214的輸出分為三組，可以分別接不同的工作電源，以適應不同負載的要求。其中Q0.0～Q0.6的工作電源為DC24V，分別接指示燈、報警器以及控制上升、下降、水閥、藥閥和加熱的繼電器；Q0.7～Q1.1的工作電源為AC220V，分別接吹風機、水泵和藥泵。
　　S7－214的I/O分配示意圖如圖2所示。

4 軟件設計
　　本系統中，在進行三種模式清洗和排藥時，需要升降電機、水/藥分離電機和水泵、藥泵等多個電機按一定順序協同工作，控制任務較為復雜。為了便于編程，我們對清洗模式一、模式二、模式三和排藥等工作過程進行分析，將各種工作模式中的動作歸納成對水/藥閥門的控制、水/藥泵的控制和升降電機的控制。其中，水/藥閥門和水/藥泵的轉換由各種工作模式計數器的狀態來判斷，并且在計數器達到預設值時，產生停止信號。清洗過程中，根據零位開關和下行限位開關的狀態進行電機上行/下行的轉換。
　　在S7－214PLC中，與計數器相關的變量有兩個：一個是當前值，為16位符號整數，存儲累積脈沖數；另一個是計數器位，當計數器的當前值大于或等于預設值時，此位置為“1”。可以使用計數器的地址(C+計數器號)來存取這些變量。對計數器位或當前值的存取依賴于所用的指令：帶位操作指令存取計數器位，而帶字操作的指令存取計數器的當前值。
　　在編程中，利用計數器的當前值和計數器位，可以方便地進行工作狀態的判斷。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，遇到下行限位開關，產生一個計數脈沖，計數器的預設值為4。利用字節比較指令，可以對工作狀態進行設定：當Cx(x為計數器號)的當前值為0、3時，進行水洗，開水閥、開水泵；當Cx的當前值為1、2時，進行藥洗，開藥閥、開藥泵。當計數器達到預設值時，Cx的計數器位置“1”，用于產生停止信號。利用這種方法，可以較為方便地實現對各種工作模式的編程，而且如果對工作模式進行修改，也非常容易實現。
　　為了使系統工作可靠，不僅在硬件和軟件中考慮了聯鎖保護和報警功能，而且為了防止傳感器斷線或電機中間被卡住，在編程中加入了系統的運行狀態監視。即利用看門狗定時器的原理，用四個定時器分別監視水/藥分離電機的運行狀態和升降電機的運行狀態，如果水、藥閥門的動作時間或上行、下行的時間超過設定值，系統將停止電機的工作，并進行報警。程序框圖如圖3所示。

　　在整個編程工作中，我們充分利用了SIEMENS S7－214豐富的指令，如計數器的指令、置位和復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，利用上位機編程軟件SETP7 Microwin32，可在計算機上進行梯形圖編輯和程序調試，提高了工作效率。
　　內窺鏡自動清消機的控制模式較為復雜，我們利用SIEMENS S7－214可編程序控制器來控制整個系統的工作，圓滿地完成了控制任務。整個系統工作可靠、性能穩定，并保證了內窺鏡的清洗、消毒的效果，提高了內窺鏡的使用效率。
參考文獻
1 SIEMENS.SIMATIC S7－214可編程序控制器系統手冊
2 張曉坤.可編程控制器原理及應用.西安:西北工業大學出版社,1998