АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ АППАРАТОВ ИВЛ

AUTOMATION OF MONITORING AND DIAGNOSTICS OF VENTILATORS

Ilya Shkuropat

Master's student of the Department of Cyprus, Penza state University,

Russia, Penza

Kirill Novikov

Master's student of the Department of Cyprus Penza state University,

Russia, Penza

Irina Naumova

Associate Professor of the Department of Cyprus Penza state University,

Russia, Penza

АННОТАЦИЯ

Цель данной работы заключается в разработке средств автоматизации контроля и диагностики аппаратов ИВЛ и других медицинских систем, к которым предъявляют особые требования относительно надежности и срока автономной работы. Многие приборы, присутствующие в медицинских учреждениях, как государственных, так и частных являются уникальными, имеются в единственном экземпляре. Поэтому, чтобы избежать изъятия техники их рабочего цикла и тем самым свести возможные экономические потери к минимуму, а так же обеспечить всех нуждающихся пациентов своевременным медицинским уходом, мы предлагаем внедрять в медицинское оборудование интеллектуальные блоки автоматического контроля технического состояния и диагностики.

ABSTRACT

The purpose of this work is to develop automation tools for monitoring and diagnostics of ventilators and other medical systems, which have special requirements for reliability and battery life. Many devices present in medical institutions, both public and private, are unique, available in a single copy. Therefore, in order to avoid the withdrawal of equipment of their working cycle and thereby reduce possible economic losses to a minimum, as well as to provide all patients in need with timely medical care, we propose to introduce intelligent units for automatic monitoring of technical condition and diagnostics in medical equipment.

Ключевые слова: аппарат ИВЛ, медицинская техника, диагностика, надежность, контроль состояния, технические параметры, сложные системы.

Keyword: ventilator, medical equipment, diagnostics, reliability, condition monitoring, technical parameters, complex systems.

Введение

В настоящее время основным направлением разрешения указанных проблем является резкое повышение надежности аппаратов ИВЛ, влекущие за собой, как показывает практика, большое количество негативных изменений. Можно отметить важную закономерность, в течение последних десяти лет, аппараты ИВЛ, как отечественного, так и иностранного производства «набирают в весе» при этом ни для кого, не секрет, что размеры элементной базы, формирующей их функциональные узлы уменьшаются. Решения разработчиков предпринятые на стадии проектирование и обеспечивающие избыточную надежность, достигающиеся путем многократного резервирования центральных блоков ИВЛ. Однако совершенствование организации обслуживания в сочетании с механизацией и автоматизацией всех процессов технического осмотра и контроля состояний аппаратов ИВЛ остается актуальной задачей и позволит уменьшить массогабаритные показатели, при этом приумножив функционал устройства и сохранив необходимый уровень надежности системы.

Микропроцессорные системы контроля технического состояния аппаратов ИВЛ

Большие алгоритмические возможности, способность запоминать, а также логически и статистически обрабатывать информацию позволяют использовать электронно-вычислительную технику для автоматизации всех основных функций контроля и диагностики. Хотя возможности современных ПК на базе мощных вычислительных кластеров были известны сравнительно давно, однако широкому применению их в автоматизированных системах контроля и диагностики препятствовали следующие трудности:

– уровень сложности и надежности вычислительной техники не обеспечивал эффективной работы ее в составе автоматизированных систем контроля и диагностики аппаратов ИВЛ;

– недостаточность проработки методов алгоритмизации и программирования процессов контроля и диагностики, связанная с большими затратами времени и средств на разработку и отладку конкретных программ контроля и диагностики;

– непригодные габаритные размеры вычислительных блоков, не позволяющие формировать на их основе встраиваемые системы интеллектуального контроля и мониторинга технического состояния аппаратов ИВЛ

Значительные успехи в развитии вычислительных средств и внедрение дискретных методов в практику разработки контрольно-измерительной аппаратуры позволяют в значительной мере устранить многие из перечисленных трудностей. Появление микропроцессорной техники, микро ЭВМ открыло качественно новый этап в разработке автоматизированных систем контроля и диагностики. Микропроцессоры объединяют в себе, по современным представлениям, неограниченные возможности микроэлектроники и вычислительной техники. Это позволяет создавать технические устройства, наделенные «интеллектуальными» свойствами и логическими функциями при приемлемых для широкого применения показателях быстродействия, энергопотребления, надежности, массы и стоимости.

Появление микропроцессоров в аппаратах ИВЛ открыло дорого созданию нового вида автоматических измерительных устройств (АИУ). К ним относятся анализаторы логических состояний, что особенно важно при формировании обратной связи внутри устройства на основе информации полученной от датчиков состояния больного (датчик потока, давления и пульса). Замена анализатором логических состояния обычных приборов позволяет сократить количество контрольно-измерительных блоков в три раза, а продолжительность операций контроля уменьшить в сотни раз.

Узлы автоматизированной системы контроля и диагностики аппаратов ИВЛ

Автоматизированная система контроля и диагностики включает в себя девять функциональных узлов (рисунок 1).

Информационная шина предназначена для выработки и подачи в ходе контроля и диагностики различных стимулирующих сигналов. Она состоит из набора различных генераторов, обеспечивающих формирование испытательных сигналов.

Узел корректировок приводит контролируемые параметры к стандартному диапазону их значений, а также обеспечивает совместно с датчиками преобразование неэлектрических параметров в электрические в заданном диапазоне значений.

Рисунок 1. Структурная схема автоматизированной системы контроля и диагностики аппарата ИВЛ

Узел коммутации и управления предназначен для управления работой функциональных узлов системы во всех режимах её работы и коммутации (отключение, включение, переключение) отдельных цепей системы, выходов и входов в соответствии с программой работы и командами управления.

Узел ввода и запоминающих устройств предназначен для ввода в долговременное запоминающее устройство программ и исходных данных для всех режимов работы системы контроля и диагностики, а также длительного или оперативного хранения различной информации, используемой в процессе диагностирования.

Узел преобразования осуществляет переход в двоичный код различных электрических значений параметров после их нормализации. Он состоит из набора преобразователей: “напряжение – код”, “ток – код”,“время – код” и др.

Узел самоконтроля обеспечивает самоконтроль состояния функциональных узлов системы контроля и диагностики. В этот узел обычно входят блок стандартных программ и сравнивающее устройство.

Узел регистрации результатов контроля и диагностики обеспечивает документирование результатов диагностирования, а также представление в удобных для восприятия в форме и виде.

Узел обработки и анализа информации предназначен для получения оценок технического состояния диагностируемого аппарата ИВЛ и контролируемых параметров при их контроле. Основу узла, как правило, составляет микроконтроллер.

Узел электропитания неотъемлемая часть каждой технической системы ответственного назначения, так как благодаря точной микропроцессорной регулировке питающих токов и напряжений получается не только сбалансировать работу аккумуляторных батарей и блоков питания устройства, но и обеспечить бесперебойную работу прибора.

Вывод

Таким образом, представленная нами автоматизированная система контроля и диагностики сложных медицинских систем, в частности аппаратов ИВЛ, поможет справиться с последствием неудачных компромиссных решений принятых разработчиками на стадии проектирования устройства. Введение микропроцессорных систем контроля технического состояния позволит конструкторам сохранить необходимый уровень надежности и время автономной работы системы, не жертвуя увеличением массогабаритных показателей и стоимости готового аппарата.

Список литературы:

1. Малкин, В. С. Техническая диагностика : учебное пособие / В. С. Малкин. — 2-е изд., испр. и доп. — Санкт-Петербург : Лань, 2015. — 272 с. — ISBN 978-5-8114-1457-4. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/64334 (дата обращения: 22.12.2020). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
2. Юрков, Н. К. Технология производства электронных средств : учебник / Н. К. Юрков. — 2-е изд., испр., доп. — Санкт-Петербург : Лань, 2014. — 480 с. — ISBN 978-5-8114-1552-6. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/41019 (дата обращения: 22.12.2020). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
3. Юрков, Н. К. Технология производства электронных средств : учебное пособие для спо / Н. К. Юрков. — Санкт-Петербург : Лань, 2021. — 476 с. — ISBN 978-5-8114-7016-7. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/153955 (дата обращения: 22.12.2020). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
4. Тремблей, Т. Autodesk® Inventor® 2012 и Inventor™ LT 2012. Официальный учебный курс / Т. Тремблей. — Москва : ДМК Пресс, 2012. — 352 с. — ISBN 978-5-94074-762-8. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/3035 (дата обращения: 22.12.2020). — Режим доступа: для авториз. пользователей.