采血管自动开盖机设计
自动开盖机是国内医院检验科必备的一种辅助设备,采血管自动开盖机的研发成功是现代自动化控制技术发展的结果; 自从 2000 年以来, 国内医院进口检验仪器应用愈来愈普遍, 使得国内医院采血管的用量迅速增加, 但由于我国在检验仪器行业起步较晚, 新产品开发能力较弱, 其自动化程度相对发达国家而言是相当落后, 基本上是以手工为主的开盖模式。发表此文的目的是与同行交流探讨一下自动化技术在医院检验设备领域的应用前景。 2 用途及性能
①自动开盖机是主要应用于医院检验科、实验室, 用来将试管上的胶帽取下并收集起来, 它是为自动生化仪配套的一种自动化设备;
②用以取代现有的手工作业, 提高工作效率、降低操作人员的劳动强度和避免操作人员的可能性感染, 开盖速率为 2.5~3 秒 /管。
③ 该 机 设 计 合 理 、 定 位 准 确 , 能 同 时 适 用 于$13mm×75mm 与 $13mm×100mm、 $16mm×100mm 试管的自动开盖, 该机适用塑料和玻璃两种材质的试管及塑料盖和橡胶盖;
3 开盖机的机械结构及组成 自动开盖机基本结构由机架、步进模块装置、进出管架机构、试管开盖及管盖收集装置、气泵组件等五部分组成。
(1) 机架该机机架结构的设计思想如下。
①该机的基本结构为平行式进出管架结构 ( 参看图1) , 它是利用试管架作为试管装载工具, 而试管架在步进模块上作间歇式的移动, 每次进一个试管架 ( 10 支试管 /架或 5 支试管 /架) 进行开盖操作, 每次
开一支试管, 每支试管开盖时间为 2.53 秒; 为保证每架试管能顺利进氩浇? 另加一套推试管架装置, 将试管架推入步进模块。
②本机可直接使用生化仪的试管架, 或本机的专用试管架, 由于试管架有多种不同外形, 且试管间中心距不等, 所以本机设计了一种通用步进模块, 以适应于各种试管架的使用, 开盖后的试管不用转装直接上机, 避免了人工转装时被感染的风险。
③该机总体分为三个部分 ( 参看图 1) , 另加一个试管盖储盖斗: 第一部分为试管架自动进架装置; 第二部分为进模块的运动采用了气缸、气动手指及步进电机组件, 步进电机的运行状态由触摸屏显示, 本机采用了松下可编程控制器及步进驱动器。
②气动系统控制本机为典型的顺序控制系统, 在一个动作循环周期内PLC 除控制步进电机作步进运动外, 还控制多个气缸做往复运动完成试管夹紧、进出管架、旋盖头夹紧等动作。控制系统结构图见图 3。
③PLC- 步进控制系统由于步进电机可直接用数字信号控制, 无需反馈可开环工作, 无累积定位误差, 控制精度高, 因此被广泛用于数字控制系统和计算机控制系统。而可编程序控制器 PLC 是一种适于工业现场控制的, 由单片计算机 CPU、外围大规模集成电路 LSI、系统软件及 I/0接口等构成的新型控制器, 用户通过软件设计, 可实现以往难以实现的各种复杂逻辑控制。与通用 PC 机或单片机构成的系统相比, PLC 具有可靠、抗扰能力强、编程简单等优点,已成为替代传统继电接触器控制线路的升级换代产品。因此,本系统采用可编程控制器PLC为控制核心, 步进电动机、气缸电磁阀为执行元件、接近传感器、红外光电传感 器为检测元件的新型系统, 实现了开盖机的计算机数字控制。其组成原理如图 3 所示。 ④位置控制在一个开盖动作循环周期内, 系统中顺序动作元件每完成一个动作都会通过位置传感器发给 PLC 一个到位信号, 以确认该动作已经完成; 如当试管架推入试管架定位工位传感器会发出试管架到位信号, 此时人工按系统起动按钮才会有效, 否则机器不会动
作; 又如试管架在步进模块上的定位状态, 只有当试管架在步进模块上到位时, 气动手指才会开始夹紧动作,而只有当所有试管开盖完成后需出试管架时, 气动夹手才会松开, 出试管架气缸才能动作, 将试管架从步进模块推出至出管架工位; 而当出料工位传感器感应到试管架时, 偏心滑块才会动作将管架推出, 此时 PLC 会发出此管架开盖完成的信号, 使机器回到下一个工作循环的准备状态。
(3) 程序设计系统运行程序框图见图 4, 说明如下。
①由于系统是属于电- 气混合驱动, 所以开始正式开盖工作前, 一定要打开机器主电源开关, 让气泵充气至指定工作压力 3~7MPa, 只有满足此条件按起动按钮系统才能工作, 否则机器将无法工作, 人机界面会显示并蜂鸣报警;
②只有进架槽中有试管架时, 按起动按钮系统程序才能向下执行;
③当没有放管的管架进入机器, 红外线电眼检测到没有试管或没有上盖子试管, 系统程序会通知步进模块, 直接将管架快速送至出管架槽, 而不执行试管定位和开盖等一系列动作 ( 此功能程序框图中已省略) ;
④系统程序设定只有当电眼检测到试管架上有管的位置时, 夹管机械手才会动作及执行下面一系列的开盖动作程序, 而对于架上的空位, 管架会在步进模块的夹持下快速通过; ⑤极端的情况是: 当旋盖头没有将某一试管盖拧下( 或管盖还未分离) , 在旋盖头下方的电眼会检测到已开盖后的试管还在旋盖头下方, 接盖钢管将不动作, 此时旋盖夹头将松开, 夹管机械手直接将该试管放回管架, 继续执行下一支架的操作; 人机界面会报警并显示未开盖试管数量 ( 此功能程序框图中已省略) 。 5 结论
采血管自动开盖机的研发成功主要得益于现代自动化技术的进步及计算机技术的发展, 由于真空采血试管结构的特殊性使得连续的自动化开盖动作很难实现, 或者是成本极高, 所以我们在本案中我们设计了单机自动化的模式, 本机设计的出发点是实用性、安全性、可靠性与技术先进性相结合, 采用了大量现代控制技术和元件, 工作可靠且基本上不用维护, 节省了大量人力, 提高了工作效率, 更重大的意义在于采血管开盖的安全性得到了保证。
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