病床呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、. .摘要PLC是一個(gè)以微機(jī)處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程程序的儲(chǔ)存器，用以其他內(nèi)部儲(chǔ)存執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)器或生產(chǎn)過程。本文論述了利用PLC的病床呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，病床呼叫系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)出病床呼叫系統(tǒng)的輸入、輸出端子，其中輸入端為38個(gè)，輸出端為27個(gè)，輸出輸入端總共65個(gè)。根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)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(shí)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(shè)計(jì)了病床呼叫系統(tǒng)的程序梯形圖。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，運(yùn)用三菱GX-Developer仿真軟件進(jìn)展程序仿真。仿真結(jié)果證明，設(shè)計(jì)能夠有效的保證病床呼叫系統(tǒng)的有效運(yùn)行。關(guān)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(shè)計(jì)的目的11.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)12 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理22.2 系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)分析32.3 PLC選型32.4 系統(tǒng)硬件接線圖設(shè)計(jì)43 PLC控制軟件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)63.3 PLC控制程序設(shè)計(jì)73.4

3、控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì)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(jié)果分析94.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試94.2 仿真結(jié)果94.3 結(jié)果分析115 設(shè)計(jì)總結(jié)12參考文獻(xiàn)13致謝14附錄151 引言1.1 課程設(shè)計(jì)的目的這次課程設(shè)計(jì)主要用于醫(yī)院病務(wù)區(qū)的病人有緊急或自己不方便的事件時(shí)呼叫護(hù)士站尋求幫助，護(hù)士根據(jù)站內(nèi)指示燈獲取求助信息的來源，并能及時(shí)的給其提供幫助。護(hù)士在站內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號(hào)時(shí)及時(shí)將站內(nèi)燈復(fù)位，在處理完后再在病床前的開關(guān)將病床及病房的燈復(fù)位。1.2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)(1)共有3個(gè)病房，每間病房4個(gè)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(shí)

4、緊急呼叫。(2)設(shè)每一層樓有一護(hù)士站，每一護(hù)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(shí)，該病床床頭緊急指示燈動(dòng)作且病房門口緊急指示燈閃爍，同時(shí)同樓層的護(hù)士站顯示病房緊急呼叫并閃爍指示燈。(4)在護(hù)士站的病房緊急呼叫中心，每一病房都有編號(hào)，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(jí)判別的能力。(5)一旦護(hù)士看見護(hù)士站緊急呼叫閃爍燈后，須先按下護(hù)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(shè)事故處理妥當(dāng)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(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理通過對(duì)病床呼叫系統(tǒng)的PLC控制的設(shè)計(jì)認(rèn)為和控制要求進(jìn)展分析，可以初步得出設(shè)計(jì)方案：該病床呼叫系統(tǒng)由主機(jī)、從機(jī)等兩局部組成。從機(jī)呼叫源即病床按鈕，主機(jī)包括PLC以及指示燈報(bào)警系統(tǒng)。呼叫源每X病床配備一個(gè)，呼叫源一般放在病床床頭。患者有呼叫請(qǐng)求時(shí)，按下手持式按鈕向護(hù)士站呼叫。主機(jī)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(gè)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(yīng)，通過設(shè)置的程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制：點(diǎn)亮床頭指示燈和護(hù)士站報(bào)警指示燈，并通過報(bào)警指示燈指出病房號(hào)；同時(shí)，病床門口報(bào)警指示燈也

6、被點(diǎn)亮。并通過互鎖實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)別判斷能力。主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)后，將出現(xiàn)相應(yīng)的光報(bào)警指示，以便提示醫(yī)護(hù)人員盡快趕到現(xiàn)場。此外，系統(tǒng)采用主從構(gòu)造形式后，主機(jī)中的PLC還可以通過網(wǎng)線與計(jì)算機(jī)相連，將多個(gè)護(hù)士站聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成病房監(jiān)護(hù)管理中心。PLC種類繁多，但其組成構(gòu)造和工作原理根本一樣。用可編過程控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)展輸入輸出變換，并將這個(gè)變換予以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)構(gòu)造，它主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。由于本課程設(shè)計(jì)的輸出端需要38個(gè)，所以PLC選取三菱FX2N-80MR,24VDC,輸入單元為40點(diǎn)，P

7、LC的構(gòu)造框圖如以下圖所示。圖1 PLC的構(gòu)造框圖2.2 系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)分析當(dāng)一號(hào)病房一號(hào)床位需要幫助時(shí)，他可以按下按鈕即x0，他所在床位的繼電器線圈就會(huì)得電，它的常開觸點(diǎn)就會(huì)閉合，即m12閉合，然后t0同時(shí)開場計(jì)時(shí)，同時(shí)一號(hào)病房的等就會(huì)發(fā)亮，即y4得電，同時(shí)醫(yī)護(hù)室所對(duì)應(yīng)的病床的燈也在閃爍，即y20得電。當(dāng)醫(yī)護(hù)人員接到信號(hào)，他們可以按下復(fù)位按鈕即x30，使信號(hào)停頓呼叫。然后醫(yī)護(hù)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(dāng)同時(shí)有多個(gè)人在呼叫時(shí)，醫(yī)護(hù)人員如果來不及按復(fù)位按鈕，那么各個(gè)病床對(duì)應(yīng)的燈會(huì)一直亮，之至醫(yī)護(hù)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(jìn)的系列。由于FX2n系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。開發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬I/O，高速計(jì)數(shù)器。定位控制到達(dá)16軸，脈沖串輸出或?yàn)镴和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對(duì)每一個(gè)FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)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(jì)性、實(shí)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(diǎn)輸入輸出，共有80個(gè)數(shù)字量I/O口，而本次控制系統(tǒng)需要36個(gè)輸入端和27個(gè)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(dāng)?shù)臄U(kuò)展需求。2.4 系統(tǒng)硬件接線圖設(shè)計(jì)選用三菱FX2N-80MR型PLC,這種控制器有40點(diǎn)輸入輸出，滿足我們需要的36輸入和27個(gè)輸出點(diǎn)，其中X0X43為輸入點(diǎn)，Y0Y33為27個(gè)輸出點(diǎn)，X0等為開關(guān)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(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配表根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，把病房號(hào)、病房的

10、床位以及護(hù)士站13號(hào)病房中的14個(gè)病床的按鈕當(dāng)作輸入點(diǎn)，輸出點(diǎn)就是13號(hào)病房的燈、護(hù)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(hào)變量定義輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)11號(hào)房14床緊急按鈕X0、X2、X4、X6 22號(hào)房14床緊急按鈕X10、X12、X14、X16 33號(hào)房14床緊急按鈕X20、X22、X24、X26 4 1號(hào)房14床重置按鈕X1、X3、X5、X7 5 2號(hào)房14床重置按鈕X11、X13、X15、X17 6 3號(hào)房14床重置按鈕X21、X23、X25、X27 7護(hù)士站1號(hào)房14床重置按鈕X30、X31、X32、X33 8護(hù)士站2號(hào)房14床重置按鈕X34、X35、X36、X37 9

11、護(hù)士站3號(hào)房14床重置按鈕X40、X41、X42、X43 101號(hào)房14床燈亮Y0、Y1、Y2、Y3 112號(hào)房14床燈亮Y5、Y6、Y7、Y10 123號(hào)房14床燈亮Y12、Y13、Y14、Y15 13護(hù)士站顯示1號(hào)房燈閃Y4 14護(hù)士站顯示2號(hào)房燈閃Y11 15 16 17 18護(hù)士站顯示3號(hào)房燈閃護(hù)士站顯示1號(hào)房14床燈亮護(hù)士站顯示2號(hào)房14床燈亮護(hù)士站顯示3號(hào)房14床燈亮Y16Y20、Y21、Y22、Y23Y24、Y25、Y26、Y27Y30、Y31、Y32、Y333.2 控制程序流程圖設(shè)計(jì)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(hù)士站的指示燈告訴護(hù)士，當(dāng)護(hù)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(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，共有三個(gè)病房，每個(gè)房間有4個(gè)床位，每一個(gè)病床都有緊急按鈕和重置按鈕，以利于病人不適時(shí)緊急呼叫，這里每個(gè)床頭的緊急按鈕和重置按鈕分別設(shè)為輸入端,如X0、X2、X4、X6和X1、X3、X5、X7、X8為一號(hào)病房的緊急按鈕和重置按鈕。每一層都設(shè)有護(hù)士站，每一個(gè)護(hù)士站均有該層病人緊急呼叫與處理完畢重置按鈕，當(dāng)病人按下緊急按鈕同時(shí)同樓層的護(hù)士站顯示病房緊急呼叫并閃爍指示燈，當(dāng)護(hù)士處理完畢后按下護(hù)士站復(fù)位按鈕便處理完畢，X30、X31、X3

13、2、X33為護(hù)士站1號(hào)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(shí)，該病床床頭緊急指示燈動(dòng)作且病房門口緊急指示燈閃爍，同時(shí)同樓層的護(hù)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(shí)，該病床床頭緊急指示燈動(dòng)作且病房門口緊急指示燈閃爍。當(dāng)有病人有病情按下緊急按鈕，床頭、病房門以及該層護(hù)士站指示燈都亮起來。在護(hù)士站的病房緊急呼叫中心，每一病房都有編號(hào)，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(jí)判別的能力。這樣就可以知道哪一個(gè)病人先按下按鈕的。Y0、Y1、Y2、Y3為1號(hào)房4個(gè)床的燈亮，Y4為護(hù)士站顯

14、示1號(hào)房燈閃，Y20、Y21、Y22、Y23為護(hù)士站顯示1號(hào)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(shí)序圖設(shè)計(jì)3.4.1 局部程序1號(hào)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(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)5秒沒有按下重置按鈕X1，即M12得電接通，1號(hào)病房1床燈Y0就亮了，當(dāng)護(hù)士處理完畢后按下護(hù)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(dòng)M30工作，M013為1s時(shí)鐘。當(dāng)M30得電后確定是有病情，這時(shí)護(hù)士站顯示1號(hào)房1床燈Y20亮。然后當(dāng)護(hù)士處理完畢后按下護(hù)士站重置按鈕X30，使Y0、Y4、Y20都斷

15、開。圖4 1號(hào)病房1床程序3.4.2 未按重置按鈕以1號(hào)房1號(hào)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(shí)護(hù)士站顯示1號(hào)病房1床燈Y20亮、1號(hào)病房1床燈Y0亮、護(hù)士站顯示1號(hào)病房門燈Y4亮。時(shí)序圖如圖5.圖5 1號(hào)病房1床程序時(shí)序圖3.4.3 按重置按鈕以1號(hào)房1號(hào)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(hào)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(hào)，時(shí)序圖如圖6。圖6 1號(hào)房1床程序時(shí)序圖4 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試運(yùn)用編程軟件編寫的梯形圖程序，編譯無錯(cuò)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(shè)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(diǎn)擊命令運(yùn)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(duì)仿真程序中指示燈的運(yùn)行狀態(tài)來檢驗(yàn)程序是否準(zhǔn)確，并對(duì)錯(cuò)誤局部進(jìn)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(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。但經(jīng)過請(qǐng)教教師及同學(xué)，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(shè)計(jì)病床呼叫系統(tǒng)的功能。4.2 仿真結(jié)果當(dāng)1號(hào)病房1床位按下按鈕X0并在5秒內(nèi)按重置按鈕X1，此時(shí)1號(hào)房1床燈Y0，護(hù)士站顯示

17、1號(hào)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(dāng)1號(hào)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(shí)，1號(hào)房1床燈Y0，護(hù)士站顯示1號(hào)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(dāng)1號(hào)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(shí)，1號(hào)房1床燈Y0，護(hù)士站顯示1號(hào)房燈Y20、門燈Y4燈都亮，護(hù)士看見燈亮過來為1號(hào)病房1床解決問題。處理完畢后，按下護(hù)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(hù)士站重置按鈕4.3 結(jié)果分析程序根本實(shí)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(hù)站內(nèi)就會(huì)有相應(yīng)的燈閃亮，以便于醫(yī)生及時(shí)對(duì)病人進(jìn)展幫助。但也有一些不夠理想的地方，比方有多位病人同時(shí)呼叫的時(shí)候，不能保證病情嚴(yán)重的病人優(yōu)先呼叫，只能同時(shí)給醫(yī)護(hù)站提醒有哪幾位病人呼叫5 設(shè)計(jì)總結(jié)程序設(shè)計(jì)的過程中，我加深了對(duì)PLC理論知識(shí)、梯形圖、外部連線圖的理解；學(xué)會(huì)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(jìn)展研究解決。在課程設(shè)計(jì)之初，經(jīng)過自己對(duì)課程設(shè)計(jì)知識(shí)理論的進(jìn)一步復(fù)習(xí)及其資料查閱，才能順利完成此次課程設(shè)計(jì)?？偟膩碚f，這次關(guān)于病床呼叫系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)整個(gè)過程中收獲較大。通過本次課程設(shè)計(jì)，首先我不僅僅復(fù)習(xí)、自己上學(xué)的PLC相關(guān)理論知識(shí)，而且也逐步培養(yǎng)了自己在PLC相關(guān)課程設(shè)計(jì)的根本操作技能，同時(shí)我也懂得了理論和實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正的學(xué)到知識(shí)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。參考文獻(xiàn)1 可編程控制器教程M.王兆義機(jī),械工業(yè).2 電氣控