病床呼叫控制系统最终完美版.docx

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病床呼叫控制系统最终完美版

机电工程学院

课程设计说明书

设计题目:

病床呼叫控制系统设计

学生姓名：

李庆彬

学号：

0909

专业班级：

机制F1307

指导教师：

王宗才

2017年1月6日

内容摘要

可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。

但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。

随着社会的进步和发展，医疗水平的不断提高，现代医院护理需要简易及时地获知并处理病人的突发病况，实现患者在住院的任意时间可请求医生或护士进行诊断或护理。

基于PLC设计的医院病床呼叫系统是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具,能及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理，避免了人工呼叫的不便与效果差等缺点，它是现代医院提高医院和病室护理水平必不可少的设备。

有了病床呼叫控制系统，医院的护理工作变得更加方便全面，不用再为值班医生和护士未能及时发现突发病况而烦恼。

基于可编程控制器PLC设计的病床呼叫系统可以及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理,具有良好的应用前景。

关键词：

可编程控制器（PLC）；病床呼叫；控制系统

第1章引言

控制要求

1.本课题题目为病床呼叫控制系统设计；

2．共有6个病房，每间病房4个床位，每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利病人不适时紧急呼叫；

3．设每一层楼有一护士站，每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮；

4．每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁，同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯；

5．在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力；

6．一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后，须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故，若事故处理妥当后，病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方灯被重置。

课题要求

1.画出控制流程图。

2．采用PLC控制：

（1）PLC选型。

（2）列出输入输出点分配表。

（3）画出PLC控制的硬件接线图。

（4）利用STEP-Micro/WIN32软件完成程序设计，对程序进行仿真、调试。

3．完成课程设计说明书。

设计思路

通过对病床呼叫系统的PLC控制的设计任务和控制要求进行分析，可以初步得出设计方案：

该病床呼叫系统由从机、主机等两部分组成。

从机（呼叫源）即病床按钮，主机包括PLC及指示灯报警系统。

呼叫源每张病床配备一个，呼叫源一般放在病床床头。

患者有呼叫请求时，按下手持式按钮向护士站呼叫。

主机中PLC工作方式为循环扫描方式，在系统程序控制下，PLC顺序读入输入端口各呼叫源的状态,并且不断地循环扫描。

一旦有呼叫按钮按下且未在5秒内按下重置按钮，PLC立即响应,通过设置的程序实现对系统的控制：

该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁，同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯，并通过互锁实现优先级别判断的能力（即护士站只有最先按下呼叫按钮的病人所在的病房指示灯亮）。

主机监控系统响应后，将出现相应的光报警指示，以便提示医护人员尽快赶到现场。

此外，系统采用主从结构形式后，主机中的PLC还可以通过网线与计算机相接，将多个护士站联网构成病房监护管理中心。

第2章PLC控制系统硬件设计

控制要求分析

每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁，同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯；在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示；哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力；一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后，须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故，若事故处理妥当后，病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方灯被重置。

当一个病人需要帮助时，按下呼叫按钮，且在5S内未按下床头重置按钮，床头灯亮，病房门口灯闪烁，同时护士站内代表该病房呼叫的信号灯闪烁，显示屏显示呼叫的先后顺序。

此时护士应按下护士处理按钮并快速到达相应病房处理问题。

，由此实现病床呼叫的优先级。

图2-1

系统控制流程图

确定I/O信号数量

病房呼叫按钮24个（每个床头各1个），重置按钮24个（每个床头各1个），护士站有6个病房的取消闪烁按钮，显示屏启动按钮一个，总开关一个。

指示灯30个（每个床头1个，每个病房门口1个，护士站6个），七段数码管1个。

共60个输入信号，44输出信号。

选择PLC类型

S722*系列有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM6种不同型号，其外形结构基本相同。

本设计选用CPU226，其技术指标为：

外形尺寸为190*80*62mm，输入电压为220V（50HZ），本机数字量I/O数量为24DI/16DO，允许扩展模块数量为7个等。

本设计选用SIMATIC-S7-200系列的CPU226。

设计要求PLC控制器为56输入，44输出，所以选用SIMATIC-S7-200系列的CPU226，2个EM223（16输入16输出）。

模块连接形式如图2-2。

图2-2模块连接形式

I/O分配表

表2-1病床呼叫系统I/O分配表

控制信号

信号名称

元件名称

元件符号

地址编码

输

入

信

号

输

入

信

号

1病房1号床呼叫信号

常开按钮

SB0

1病房2号床呼叫信号

常开按钮

SB1

1病房3号床呼叫信号

常开按钮

SB2

1病房4号床呼叫信号

常开按钮

SB3

1病房1号床重置信号

常闭按钮

SB4

1病房2号床重置信号

常闭按钮

SB5

1病房3号床重置信号

常闭按钮

SB6

1病房4号床重置信号

常闭按钮

SB7

2病房1号床呼叫信号

常开按钮

SB8

2病房2号床呼叫信号

常开按钮

SB9

2病房3号床呼叫信号

常开按钮

SB10

2病房4号床呼叫信号

常开按钮

SB11

2病房1号床重置信号

常闭按钮

SB12

2病房2号床重置信号

常闭按钮

SB13

2病房3号床重置信号

常闭按钮

SB14

2病房4号床重置信号

常闭按钮

SB15

3病房1号床呼叫信号

常开按钮

SB16

3病房2号床呼叫信号

常开按钮

SB17

3病房3号床呼叫信号

常开按钮

SB18

3病房4号床呼叫信号

常开按钮

SB19

3病房1号床重置信号

常闭按钮

SB20

3病房2号床重置信号

常闭按钮

SB21

3病房3号床重置信号

常闭按钮

SB22

3病房4号床重置信号

常闭按钮

SB23

4病房1号床呼叫信号

常开按钮

SB24

4病房2号床呼叫信号

常开按钮

SB25

4病房3号床呼叫信号

常开按钮

SB26

4病房4号床呼叫信号

常开按钮

SB27

4病房1号床重置信号

常闭按钮

SB28

4病房2号床重置信号

常闭按钮

SB29

4病房3号床重置信号

常闭按钮

SB30

4病房4号床重置信号

常闭按钮

SB3

5病房1号床呼叫信号

常开按钮

SB32

5病房2号床呼叫信号

常开按钮

SB33

5病房3号床呼叫信号

常开按钮

SB34

5病房4号床呼叫信号

常开按钮

SB35

5病房1号床重置信号

常闭按钮

SB36

5病房2号床重置信号

常闭按钮

SB37

5病房3号床重置信号

常闭按钮

SB38

5病房4号床重置信号

常闭按钮

SB39

6病房1号床呼叫信号

常开按钮

SB40

6病房2号床呼叫信号

常开按钮

SB41

6病房3号床呼叫信号

常开按钮

SB42

6病房4号床呼叫信号

常开按钮

SB43

6病房1号床重置信号

常闭按钮

SB44

6病房2号床重置信号

常闭按钮

SB45

6病房3号床重置信号

常闭按钮

SB46

6病房4号床重置信号

常闭按钮

SB47

护士站1病房取消闪烁信号

常开按钮

SB48

护士站2病房取消闪烁信号

常开按钮

SB49

护士站3病房取消闪烁信号

常开按钮

SB50

护士站4病房取消闪烁信号

常开按钮

SB51

护士站5病房取消闪烁信号

常开按钮

SB52

护士站6病房取消闪烁信号

常开按钮

SB53

显示屏启动信号

常开按钮

SB54

总开关

常开按钮

SB55

输

出

信

号

ａ

指示灯

数码管

ｂ

指示灯

数码管

ｃ

指示灯

数码管

ｄ

指示灯

数码管

ｅ

指示灯

数码管

ｆ

指示灯

数码管

ｇ

指示灯

数码管

指示灯

数码管

1病房1号床头灯亮

指示灯

HL1

1病房2号床头灯亮

指示灯

HL2

1病房3号床头灯亮

指示灯

HL3

1病房4号床头灯亮

指示灯

HL4

2病房1号床头灯亮

指示灯

HL5

2病房2号床头灯亮

指示灯

HL6

2病房3号床头灯亮

指示灯

HL7

2病房4号床头灯亮

指示灯

HL8

3病房1号床头灯亮

指示灯

HL9

3病房2号床头灯亮

指示灯

HL10

3病房3号床头灯亮

指示灯

HL11

3病房4号床头灯亮

指示灯

HL12

4病房1号床头灯亮

指示灯

HL13

4病房2号床头灯亮

指示灯

HL14

4病房3号床头灯亮

指示灯

HL15

4病房4号床头灯亮

指示灯

HL16

5病房1号床头灯亮

指示灯

HL17

输

出

信

号

5病房2号床头灯亮

指示灯

HL18

5病房3号床头灯亮

指示灯

HL19

5病房4号床头灯亮

指示灯

HL20

6病房1号床头灯亮

指示灯

HL21

6病房2号床头灯亮

指示灯

HL22

6病房3号床头灯亮

指示灯

HL23

6病房4号床头灯亮

指示灯

HL24

1号病房门口灯闪烁

指示灯

HL25

2号病房门口灯闪烁

指示灯

HL26

3号病房门口灯闪烁

指示灯

HL27

4号病房门口灯闪烁

指示灯

HL28

5号病房门口灯闪烁

指示灯

HL29

6号病房门口灯闪烁

指示灯

HL30

护士站1病房灯闪烁

指示灯

HL31

护士站2病房灯闪烁

指示灯

HL32

护士站3病房灯闪烁

指示灯

HL33

护士站4病房灯闪烁

指示灯

HL34

护士站5病房灯闪烁

指示灯

HL35

护士站6病房灯闪烁

指示灯

HL36

PLC输入输出设备接线图

PLC选用24V交流供电电源，输入输出设备接线图如图2-4所示。

图2-3I/O接线图

图2-4I/O接线图

图2-5I/O接线图

第3章PLC控制系统软件设计

系统控制梯形图的构思

该系统为病床呼叫系统，首先要实现病人按下呼叫按钮之后床头灯保持长亮，病房门跟护士站提示灯闪烁，此处应使用自锁电路，用中间变量保持自锁状态。

延时功能需要用到定时器。

闪烁状态需要用到特殊存储器以提供通断秒的脉冲。

而该系统的优先级判断则可由护士站对应病房的输出互锁来实现。

具体实现流程如下。

系统控制梯形图的具体编写过程

下面列举一个病房的程序编写过程，由于其他病房的与此相似，所以不再赘述。

1房病人呼叫时梯形图设计

如下图，第一个输入为病人呼叫，第二个为床头重置按钮，第三个为病房总开关，用中间电位实现自锁，并接上定时器，定时器延时5S。

如图3-1所示：

图3-1

延时5S后，病房床头灯亮。

如图3-2所示：

图3-2

任意一张床的病人呼叫，5S后床头灯闪烁。

如图3-3所示：

图3-3

此房间呼叫之后，护士站对应此病房的灯闪烁，此时护士按下处理按钮,闪烁取消，显示屏显示1号病房。

见下图3-4：

图3-4

显示屏显示病房呼叫的先后顺序。

如图3-5所示：

图3-5

其它病房呼叫梯形图编写过程。

由于其它病房的呼叫过程与1号病房的过程类似，具体流程可见设计书后半部分总体梯形图。

第4章程序的调试与仿真

系统调试方法

编制程序完毕，经指导老师检查无问题后，在S7-200模拟软件上运行调试。

经过反复调试，直至无错误并能按照预先的构想实现动作，确定出最终的程序方案。

系统调试过程及效果?

由于该控制系统动作繁多，逻辑复杂，下面只列举出一些重要环节的程序调试图。

将系统调到RUN模式，然后进行以下操作。

1.先打开总开关。

按照4、6、3、5、2、1的顺序按下对应病房呼叫按钮，首先按下，，，，，。

各对应灯亮然后打开显示屏，显示屏显示4。

如图4-1所示：

图4-1

2.护士在护士站看到看到4号房灯先闪烁后按下4号房处理按钮，4号灯取消闪烁，同时显示屏显示6。

如图4-2所示：

图4-2

3.按下6号房处理按钮，6号灯取消闪烁，同时显示屏显示3。

如图4-3所示：

图4-3

4.按下3号房处理按钮，3号灯取消闪烁，同时显示屏显示5。

如图4-4所示：

图4-4

5.按下5号房处理按钮，5号灯取消闪烁，同时显示屏显示2。

如图4-5所示：

图4-5

6.按下2号房处理按钮，2号灯取消闪烁，同时显示屏显示1。

如图4-6所示：

图4-6

结论

总的来说，这次关于病床呼叫系统的课程设计整个过程自己收获较大。

通过本次课程设计，首先我不仅复习、巩固和验证了自己所学的PLC相关理论知识，而且也初步培养了自己在PLC相关课程设计的基本操作技能与设计能力以及将课堂上所学的理论知识运用于实践中；其次设计过程中所遇到的问题，让自己清楚认识到前期自己所学的知识没理解、掌握的还不是非常牢固，警示了自己今后要加强理论知识的学习；再者让我学会了如何更好的和老师、同学交流、探讨问题，共同学习，相互帮助；最后也是最重要的，这次课程设计让我学会了较基本的设计思路及设计理念，更好的培养了自己认真思考问题、分析问题、思索问题全面性等能力以及对待事情认真、耐心、细致的学习态度。

致谢

首先感谢学校安排这次课程设计，深化对理论知识的应用，使我们的能力进一步提高。

在这里非常感谢王老师的悉心指导，每次有自己想不明白的地方都跑去问他，他总是不厌其烦的讲，王老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，宽以待人的崇高风范，对我影响深远。

在王老师的指导下我才能顺利的完成这次课程设计。

附录1病床呼叫控制系统梯形图

附录2病床呼叫控制系统程序语句表

Network1代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社

[2]邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社

[3]程先平.机电传动与控制.华中科技大学出版社

[4]张万忠.电器与PLC控制技术.化学工业出版社，

[5]陈宏钧.可编程控制器课程设计指导书[M].天津：

天津大学出版社，2001

[6]陈立定.电气控制与可编程控制器.华南理工大学出版社，

[7]温照方.SIMATICS7-200可编程序控制器教程.北京理工大学出版社

[8]易泓可.电气控制系统设计基础与范例.机械工业出版社，2005

[9]袁任光.可编程序控制器应用技术与实例.华南理工大学出版社

[10]郭宗仁.可编程序控制器应用系统设计及通讯网络技术.人民邮电出版社

[11]王炳实.机床电气控制.北京：

机械工业出版社，1997

[12]朱家建.单片机与可编程序控制器.北京：

高等教育出版社，1998.

[13]王卫兵.可编程序控制器原理及应用.北京：

机械工业出版社，1998