病床呼叫系統(tǒng)設計

1、. .摘要PLC是一個以微機處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，它采用可編程程序的儲存器，用以其他內(nèi)部儲存執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機器或生產(chǎn)過程。本文論述了利用PLC的病床呼叫系統(tǒng)設計，病床呼叫系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)設計了病床呼叫系統(tǒng)的工作原理、控制要求，根據(jù)工藝要求，設計出病床呼叫系統(tǒng)的輸入、輸出端子，其中輸入端為38個，輸出端為27個，輸出輸入端總共65個。根據(jù)PLC的I/O點數(shù)和內(nèi)存容量選型原那么，選擇了三菱FX2N-80MR繼電器型PLC作為病床呼叫系統(tǒng)的控制器，同時選擇了其

2、他電器元件，選擇了PLC的外部接線圖。論文然后就設計了病床呼叫系統(tǒng)的程序梯形圖。為了驗證設計的正確性，運用三菱GX-Developer仿真軟件進展程序仿真。仿真結果證明，設計能夠有效的保證病床呼叫系統(tǒng)的有效運行。關鍵詞：病床呼叫系統(tǒng)；可編程控制器；GX-Developer目錄1 引言11.1 課程設計的目的11.2 課程設計內(nèi)容及實現(xiàn)目標12 系統(tǒng)總體方案設計22.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理22.2 系統(tǒng)輸入輸出點分析32.3 PLC選型32.4 系統(tǒng)硬件接線圖設計43 PLC控制軟件設計53.1 系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配表53.2 控制程序流程圖設計63.3 PLC控制程序設計73.4

3、控制程序時序圖設計73.4.1 局部程序73.4.2 未按重置按鈕83.4.3 按重置按鈕84 系統(tǒng)調(diào)試及結果分析94.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試94.2 仿真結果94.3 結果分析115 設計總結12參考文獻13致謝14附錄151 引言1.1 課程設計的目的這次課程設計主要用于醫(yī)院病務區(qū)的病人有緊急或自己不方便的事件時呼叫護士站尋求幫助，護士根據(jù)站內(nèi)指示燈獲取求助信息的來源，并能及時的給其提供幫助。護士在站內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號時及時將站內(nèi)燈復位，在處理完后再在病床前的開關將病床及病房的燈復位。1.2課程設計內(nèi)容及實現(xiàn)目標(1)共有3個病房，每間病房4個床位。每一病床床頭均有緊急呼叫按鈕及重置按鈕，以利病人不適時

4、緊急呼叫。(2)設每一層樓有一護士站，每一護士站均有該層樓病人緊急呼叫與處理完畢的重置按鈕。(3)每一病床床頭均有一緊急指示燈，一旦病人按下緊急呼叫按鈕且未在5s內(nèi)按下重置按鈕時，該病床床頭緊急指示燈動作且病房門口緊急指示燈閃爍，同時同樓層的護士站顯示病房緊急呼叫并閃爍指示燈。(4)在護士站的病房緊急呼叫中心，每一病房都有編號，用指示燈顯示哪一病房先按下病人緊急呼叫按鈕，并要具有優(yōu)先級判別的能力。(5)一旦護士看見護士站緊急呼叫閃爍燈后，須先按下護士處理按鈕以取消閃爍情況，再依病房緊急呼叫順序處理病房緊急事故，假設事故處理妥當后，病房緊急閃爍指示燈和病床上的緊急指示燈方可被重置。2 系統(tǒng)總體方

5、案設計2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理通過對病床呼叫系統(tǒng)的PLC控制的設計認為和控制要求進展分析，可以初步得出設計方案：該病床呼叫系統(tǒng)由主機、從機等兩局部組成。從機呼叫源即病床按鈕，主機包括PLC以及指示燈報警系統(tǒng)。呼叫源每X病床配備一個，呼叫源一般放在病床床頭?；颊哂泻艚姓埱髸r，按下手持式按鈕向護士站呼叫。主機中PLC工作方式為循環(huán)掃描方式，在系統(tǒng)程序控制下，PLC順序讀入輸入端口個呼叫源的狀態(tài)，并且不斷地循環(huán)掃描。一旦有呼叫按鈕按下且5秒內(nèi)沒有按下重置按鈕，PLC立即響應，通過設置的程序?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的控制：點亮床頭指示燈和護士站報警指示燈，并通過報警指示燈指出病房號；同時，病床門口報警指示燈也

6、被點亮。并通過互鎖實現(xiàn)優(yōu)先級別判斷能力。主機監(jiān)控系統(tǒng)響應后，將出現(xiàn)相應的光報警指示，以便提示醫(yī)護人員盡快趕到現(xiàn)場。此外，系統(tǒng)采用主從構造形式后，主機中的PLC還可以通過網(wǎng)線與計算機相連，將多個護士站聯(lián)網(wǎng)構成病房監(jiān)護管理中心。PLC種類繁多，但其組成構造和工作原理根本一樣。用可編過程控制器實施控制，其實質(zhì)是按一定算法進展輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)，應用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用了典型的計算機構造，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。由于本課程設計的輸出端需要38個，所以PLC選取三菱FX2N-80MR,24VDC,輸入單元為40點，P

7、LC的構造框圖如以下圖所示。圖1 PLC的構造框圖2.2 系統(tǒng)輸入輸出點分析當一號病房一號床位需要幫助時，他可以按下按鈕即x0，他所在床位的繼電器線圈就會得電，它的常開觸點就會閉合，即m12閉合，然后t0同時開場計時，同時一號病房的等就會發(fā)亮，即y4得電，同時醫(yī)護室所對應的病床的燈也在閃爍，即y20得電。當醫(yī)護人員接到信號，他們可以按下復位按鈕即x30，使信號停頓呼叫。然后醫(yī)護站燈就熄滅，之后到病人那里解決并按下床頭重置按鈕x1。其他床位工作原理同上。當同時有多個人在呼叫時，醫(yī)護人員如果來不及按復位按鈕，那么各個病床對應的燈會一直亮，之至醫(yī)護人員提供幫助并按下重置按鈕。2.3 PLC選型三菱P

8、LCFX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬I/O，高速計數(shù)器。定位控制到達16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。綜上所述，根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，從經(jīng)濟性、實用性和可靠性等方面考慮，本次采用三菱FX2N-80MR型PLC作為控制系統(tǒng)的核心控制器，本控制器集成了40

9、點輸入輸出，共有80個數(shù)字量I/O口，而本次控制系統(tǒng)需要36個輸入端和27個輸出端，所以選用三菱FX2N-80MR型PLC可以滿足課題需要，而且保證了I/O口的使用度量，可以滿足控制系統(tǒng)適當?shù)臄U展需求。2.4 系統(tǒng)硬件接線圖設計選用三菱FX2N-80MR型PLC,這種控制器有40點輸入輸出，滿足我們需要的36輸入和27個輸出點，其中X0X43為輸入點，Y0Y33為27個輸出點，X0等為開關按鈕，其接上24V的電壓源，YO等為指示燈，接上240V電壓源。接線圖如圖2所示：圖2 FX2N-80MR接線圖3 PLC控制軟件設計3.1 系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配表根據(jù)具體的設計要求，把病房號、病房的

10、床位以及護士站13號病房中的14個病床的按鈕當作輸入點，輸出點就是13號病房的燈、護士站的顯示燈，具體分配如表1中所示：表 1 I/O分配表序號變量定義輸入點輸出點11號房14床緊急按鈕X0、X2、X4、X6 22號房14床緊急按鈕X10、X12、X14、X16 33號房14床緊急按鈕X20、X22、X24、X26 4 1號房14床重置按鈕X1、X3、X5、X7 5 2號房14床重置按鈕X11、X13、X15、X17 6 3號房14床重置按鈕X21、X23、X25、X27 7護士站1號房14床重置按鈕X30、X31、X32、X33 8護士站2號房14床重置按鈕X34、X35、X36、X37 9

11、護士站3號房14床重置按鈕X40、X41、X42、X43 101號房14床燈亮Y0、Y1、Y2、Y3 112號房14床燈亮Y5、Y6、Y7、Y10 123號房14床燈亮Y12、Y13、Y14、Y15 13護士站顯示1號房燈閃Y4 14護士站顯示2號房燈閃Y11 15 16 17 18護士站顯示3號房燈閃護士站顯示1號房14床燈亮護士站顯示2號房14床燈亮護士站顯示3號房14床燈亮Y16Y20、Y21、Y22、Y23Y24、Y25、Y26、Y27Y30、Y31、Y32、Y333.2 控制程序流程圖設計圖3 病床呼叫系統(tǒng)流程圖通過觀察病人按下緊急按鈕是否有人按下重置按鈕，如果沒有按下重置按鈕，那么

12、有病人需要緊急呼叫，這是通過護士站的指示燈告訴護士，當護士解決了問題按下處理完畢按鈕，既可以取消指示燈的閃爍。流程圖如圖3所示。3.3 PLC控制程序設計根據(jù)設計要求，共有三個病房，每個房間有4個床位，每一個病床都有緊急按鈕和重置按鈕，以利于病人不適時緊急呼叫，這里每個床頭的緊急按鈕和重置按鈕分別設為輸入端,如X0、X2、X4、X6和X1、X3、X5、X7、X8為一號病房的緊急按鈕和重置按鈕。每一層都設有護士站，每一個護士站均有該層病人緊急呼叫與處理完畢重置按鈕，當病人按下緊急按鈕同時同樓層的護士站顯示病房緊急呼叫并閃爍指示燈，當護士處理完畢后按下護士站復位按鈕便處理完畢，X30、X31、X3

13、2、X33為護士站1號房的重置按鈕。每一病床床頭均有一緊急指示燈，一旦病人按下緊急呼叫按鈕且未在5s內(nèi)按下重置按鈕時，該病床床頭緊急指示燈動作且病房門口緊急指示燈閃爍，同時同樓層的護士站顯示病房緊急呼叫并閃爍指示燈。一旦病人按下緊急呼叫按鈕且未在5s內(nèi)按下重置按鈕時，該病床床頭緊急指示燈動作且病房門口緊急指示燈閃爍。當有病人有病情按下緊急按鈕，床頭、病房門以及該層護士站指示燈都亮起來。在護士站的病房緊急呼叫中心，每一病房都有編號，用指示燈顯示哪一病房先按下病人緊急呼叫按鈕，并要具有優(yōu)先級判別的能力。這樣就可以知道哪一個病人先按下按鈕的。Y0、Y1、Y2、Y3為1號房4個床的燈亮，Y4為護士站顯

14、示1號房燈閃，Y20、Y21、Y22、Y23為護士站顯示1號病房14病床燈亮。利用這樣的原理寫出并處較系統(tǒng)的程序程序見附錄A。3.4 控制程序時序圖設計3.4.1 局部程序1號房1床病人按下緊急按鈕X0之后M12為輔助繼電器，如果該病人在T0計時器計時5秒沒有按下重置按鈕X1，即M12得電接通，1號病房1床燈Y0就亮了，當護士處理完畢后按下護士站重置按鈕X30，即M24得電接通，M12就斷開，Y0就熄滅，T0接通后使M0得電。驅(qū)動M30工作，M013為1s時鐘。當M30得電后確定是有病情，這時護士站顯示1號房1床燈Y20亮。然后當護士處理完畢后按下護士站重置按鈕X30，使Y0、Y4、Y20都斷

15、開。圖4 1號病房1床程序3.4.2 未按重置按鈕以1號房1號床病人為例，病人按下緊急按鈕X0并5秒中未按下重置按鈕X1，這時護士站顯示1號病房1床燈Y20亮、1號病房1床燈Y0亮、護士站顯示1號病房門燈Y4亮。時序圖如圖5.圖5 1號病房1床程序時序圖3.4.3 按重置按鈕以1號房1號床病人為例，病人病人按下緊急按鈕并5秒中按下重置按鈕，1號房1床的病人按下按鈕X0之后，并且在5秒內(nèi)按下重置按鈕，于是Y4、Y20、Y0都沒有輸出信號，時序圖如圖6。圖6 1號房1床程序時序圖4 系統(tǒng)調(diào)試及結果分析4.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試運用編程軟件編寫的梯形圖程序，編譯無錯誤后使用引出命令將梯形圖程序存成后綴為.

16、awl格式的可執(zhí)行程序文件并保存在你設定的文件夾中plc.awl。翻開翻開“GX Developer程序使用plc寫入命令將plc.awl程序文件載入仿真程序軟件中，點擊命令運行，翻開內(nèi)存監(jiān)視命令輸入所要觀察的輸入輸出，通過對仿真程序中指示燈的運行狀態(tài)來檢驗程序是否準確，并對錯誤局部進展修改，完成程序。即可完成程序的仿真。在程序仿真過程中，出現(xiàn)了好幾處二重線圈的問題，致使程序不能完美的實現(xiàn)預定的功能。但經(jīng)過請教教師及同學，最終更改了那幾處程序，程序根本能夠?qū)崿F(xiàn)了本次課程設計病床呼叫系統(tǒng)的功能。4.2 仿真結果當1號病房1床位按下按鈕X0并在5秒內(nèi)按重置按鈕X1，此時1號房1床燈Y0，護士站顯示

17、1號房燈Y20、門燈Y4燈都不亮，仿真如圖7。圖7 按下緊急呼叫并按下重置仿真圖當1號病房1床位按下緊急呼叫按鈕X0并在5秒內(nèi)未按下重置按鈕X1,此時，1號房1床燈Y0，護士站顯示1號房燈Y20、門燈Y4燈亮。仿真如圖8。圖8 按下緊急按鈕未按重置按鈕仿真圖當1號病房1床位按下緊急呼叫按鈕X0并在5秒內(nèi)未按下重置按鈕X1,此時，1號房1床燈Y0，護士站顯示1號房燈Y20、門燈Y4燈都亮，護士看見燈亮過來為1號病房1床解決問題。處理完畢后，按下護士站重置按鈕X30，就可以解除緊急呼叫。仿真如圖9所示。圖9 護士站重置按鈕4.3 結果分析程序根本實現(xiàn)了病床呼叫系統(tǒng)的功能，病人按下床頭的呼叫按鈕后，

18、醫(yī)護站內(nèi)就會有相應的燈閃亮，以便于醫(yī)生及時對病人進展幫助。但也有一些不夠理想的地方，比方有多位病人同時呼叫的時候，不能保證病情嚴重的病人優(yōu)先呼叫，只能同時給醫(yī)護站提醒有哪幾位病人呼叫5 設計總結程序設計的過程中，我加深了對PLC理論知識、梯形圖、外部連線圖的理解；學會了西門子編程軟件及其PLC控制仿真軟件的使用，在不斷地調(diào)試各自的程序中，發(fā)現(xiàn)了很多存在的問題并進展研究解決。在課程設計之初，經(jīng)過自己對課程設計知識理論的進一步復習及其資料查閱，才能順利完成此次課程設計?？偟膩碚f，這次關于病床呼叫系統(tǒng)的課程設計整個過程中收獲較大。通過本次課程設計，首先我不僅僅復習、自己上學的PLC相關理論知識，而且也逐步培養(yǎng)了自己在PLC相關課程設計的根本操作技能，同時我也懂得了理論和實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正的學到知識，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。參考文獻1 可編程控制器教程M.王兆義機,械工業(yè).2 電氣控