引言
目前在中国各大城市中,各种现代化工具应用越来越普及,人们的脑力劳动强度远大于体力劳动,这就造成了办公室人员及退休人员的体质的下降,各种疾病随着劳动锻炼的减少面减少,其中颈椎病、腰椎病等骨科常见病,也是困扰众多患者的难题之一。其中牵引治疗是颈椎疾病和腰椎疾病的一种有效的治疗手段。牵引治疗中,以牵引床的效果为佳。它根据生物力学原理及中医推拿正骨原理设计面成,将中医传统推拿中的各种手法如屈曲背伸牵引、旋转复位、拉拔分解为牵引、旋转、摆角、倾角等基本动作,并转化为微机传感器控制下的物理量,如拉力、距离、角度、时间等参数,利用程序进行组合控制,模拟医生的手法,达到多种动作组合,完成医生难以达到的复杂手法,既达到了治疗效果,又减轻了医生的繁重体力劳动。牵引治疗是一个长期治疗过程,目前市面上多以机械式牵引床为主,一部他智能牵引床虽然可以自动治疗,但每次治疗需要重新输入治疗数据,也较为烦琐。针对以上因素,本文提出了一种基于局域网的智能型电脑控制牵引床设计方案,可以由上位机建立患者数据库并设定治疗方案,把治疗数据发送给患者所在牵引床进行治疗;也可由医生根据患者的病情随进调整治疗方案,有效地保证治疗效果,降低了医护人员的人力资源耗费。
1.系统总体方案设计
系统根据医院实际情况,将病区划分为小的专项区域,如颈椎牵引区、腰椎牵引区等,每个专项区由一台上位机控制多台牵引床。上位机与牵引床之间采用串行总线的方式进行通讯。上位机软件基于WINDOWS系统采用数据库技术,用以保存患者信息和治疗方案,如牵引角度、牵引时间、牵引重量、牵引体位等;牵引床采用SIMATIC TDC进行控制,由医护人员设定牵引力和牵引时间,由压力传感器反馈牵引力大小,可以实现持续牵引、间歇牵引、反复牵引、手动牵引等治疗模式。
2.上位机系统设计
本系统中有两个可用的数据源,即牵引床控制级中的PLC和操作监控级中的PC监控系统。硬件上,在管理计算机与PLC之间建立物理连接,从PLC中获取实时数据;软件上,为使实现过程较为方便、高效,则从监控系统中获取过程数据。
2. 1数据库管理模块功能
针对具体需要,本系统以患者数据管理为中心,将医生对患者的管理工作集成到一个系统中,从而达到提高管理和控制质量和效率的目的。首先利用VB提供的DataGrid控件定义数据库结构,所建立的患者信息库包括床号、姓名、性别、出生年月、工作单位、住址、联系电话、病情描述、禁忌病史、建议治疗方案、治疗次数等字段。整个数据库管理模块利用VB的数据库M实现对整个数据库访问,包括连接数据源;发出、执行命令;查询、返回数据;增加、删除、更新数据。
2. 2串口通讯模块设计方案
随着科技的发展,RS-485串行通信设备硬件开发实现了集成化、简单化,且使用方便,因而应用越来越广泛。本系统中上位机与牵引床控制单元的通讯是采用RS-485串行模式进行的。由于任何指令在传输线路上均以数字形式存在,即一串高低电平,因此,使用VB的通信控件对线路上的数据侦听并进行分析。
2. 2. 1硬件连接
PLC上的数据传输端口为RS-485串行通信端口,而PC的机上的COM口为RS-232串行通信端口。为使数据侦听能够进行,需用到RS-232/RS-485转换器ADAM -4520。ADAM -4520转换器能够在配置RS-232的系统上使用RS-485信号。它将RS-232信号转换成独立的RS-485信号,不需要改变计算机的硬件或软件。数据从同一端口采集,同时经过MPI电缆和ADAM-4520,分别经过5611卡和COM口进入PC。连接方法如图1所示:
2. 2. 2软件实现
用VB编写的与PLC的通信程序,实际就是PC向PLC发出相关指令,或按预定治疗方案进行牵引,或在治疗同时,患者根据自身情况与医生通讯,医生及时调整牵引力的大小,牵引角度等参数等。以从PLC读出数据为例:程序流程如图2所示。
3.牵引床控制系统设计
控制系统采用西门子的S7-300为核心控制单元。S7-300是模块化小型PLC系统,具备高速(0. 6~0. 1μs)的指令运算速度,方便的人机界面服务已经集成在其操作系统内,人机对话的编程要求大大减少;考虑到牵引床的使用场合与制造成本,牵引力动力采用伺服电机加齿轮变速带动牵引带,通过步进电机的正反转控制牵引力大小;压力传感器安装在牵引带上。为方便牵引床独立使用,在牵引床侧配置有按键和LED显示屏,可以与上位机脱离独立设定牵引时间与牵引力大小等并实时显示治疗状态,显示部分采用了GXM12864SL大屏幕LED,这样屏幕上可显示自编的汉字、数字、等式及简单的图案;为了安全起见,系统上面设置有牵引力增大、牵引力减小、急停等按钮,在患者突感不适等意外情况下可以自行设定拉力或解除拉力。(见表1)。
4.结束语
西门子S7-300系列PLC具有模块化、运算速度快、通信能力强、组态简单等优点。将PLC应用到牵引床设计中,一方面可节约开发的时间和成本,另一方面,能够充分保证治疗效果,提高治疗过程的安全性。而网络化的设计,在最大程度上简化了医疗机构的治疗过程、减少了医疗人员的投入,可组网使用,也可独立单床使用,适用各级医院、乡镇卫生院、个体诊所或保健机构等,具有很广阔的应用前景。
参考文献:
[1]吴斌,鲁大林.Visual Basic+SQL Server数据库应用系统开发[M].机械工业出版社, 2008, P1-50.
[2]高鸿斌,孔美静,赫孟合.西门子PLC与工业控制网络应用[M].电子工业出版社, 2006, P20-50.
作者简介:车玲(1974- ),女,硕士研究生,南通职业大学电子系助教。主要从事电气技术、测试技术研究与教学。
