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1、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： 学 号： 2009480 专业班级： 机制F09 指导教师： 2011年 12 月 9 日内容摘要 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状况，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。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，提高管理效率与医护水平，是现代医院提高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PLC设计的病床呼叫系统可以及时、准确、可靠地实现
2、病房呼叫管理，具有良好的实践应用。本文论及PLC的性能，型号选用，程序分析，外部接线等控制应用。主要探讨了医院病房（6*4型）的PLC设计可行性方案，编制了逻辑呼叫控制程序与人员响应程序，列出了电器元件清单，绘出了硬件接线图和I/O分配表，基本满足了设计目标要求，仅供参考。 关键词：PLC控制；医院应用；病床呼叫；PLC与医护管理；目 录引 言1第1章 PLC概述21.1 PLC简介21.2 PLC的发展21.3 PLC的基本结构和工作原理2第2章 病床PLC系统设计分析32.1 控制要求分析32.2 确定I/O接口数量选择PLC类型32.3 PLC控制器的选择及编程元件的地址分配32.4 绘
3、制程序流程图72.5 绘制I/O接线图92.6 梯形图122.7 语句表272.8 控制程序的运行与调试32结论34设计总结35谢辞36参考文献37引 言随着科学技术的发展，病床呼叫器也在不断改进设计。PLC控制系统运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，已成为目前在呼叫控制系统中使用最多的控制方式，对呼叫控制进行研究，具有十分重要的社会意义和经济效益。PLC病床呼叫器作为医院的重要工具与医院给人员的工作和生活日益紧密联系，从而由传统的控制方式发展为只能控制的方向，成为当前医院的热点之一。 一、病床呼叫系统控制设计要求： 1.共有6个病房，每间病房4个床位。每一病床床
4、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；2.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； 3.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； 4.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； 5. 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
5、床上的紧急指示灯方灯被重置。 病床呼叫系统分为控制部分和逻辑部分，本文主要探讨了医院病房（6*4型）的PLC设计可行性方案，编制了逻辑呼叫控制程序和人员响应程序，列出了电气元件清单，绘出了I/O接线图和程序流程图，基本满足了设计目标要求，是一次设计的历练。第1章 PLC概述1.1 PLC简介 可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以
6、在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就
7、可灵活方便地将PLC应用于生产实践。1.2 PLC的发展 1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的
8、越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。1.3 PLC的基本结构和工作原理PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。第2章 病床PLC系统设计分析2.1 控制要求分析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
9、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：点亮床头指示灯；病房门口报警指示灯开始闪烁，同时，护士站报警指示灯闪烁，并通过报警指示灯指出病房号。并通过互锁实现优先级别判断的能力（即只有在护士处理完首先呼叫的病床后进行按钮置位后，其他病床对应指示灯方可闪烁，以实现优先
10、级）。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。2.2 确定I/O接口数量选择PLC类型由初步分析，需要按钮50个（病床启动/重置按钮各24个，护士站1个取消取消闪烁按钮，1个总重置按钮），原本的设想是设置一个单按钮启停程序，可以减少些输入接口，但后面进行调试时，显示由于太复杂无法调试，故而放弃，指示灯36个（病床24个，病房门口6个，护士站6个），并带有计时功能，曾设想过护士站24个指示灯，可以对应每个病床，仔细阅读课题要求并和老师同学讨论后，认为那样太麻烦，而且不切合实际，6个对应病房的指示灯已能够满足所需，设计要求PL
11、C控制器为50入/36出，可以选用SIMATIC-S7-200系列的CPU226，由于输入和输出均较多，简单计算后，还需要添加3个EM221扩展模块，2个EM222扩展模块和1个EM223扩展模块，并通过互锁实现优先级别判断的能力。2.3 PLC控制器的选择及编程元件的地址分配SIMATIC S7-200系列是西门子公司的可编程控制器，这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200PLC可以满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。1台S7-200PLC
12、包括一个单独的S7-200CPU，或者带有各种各样的可选扩展模块。S7-200CPU模块包括一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制；输入和输出是系统的控制点：输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备；电源向CPU及其所连接的任何设备提供电力；通讯端口允许将S7-200CPU同编程器或其他一些设备连起来；状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），本机I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误；通过扩展模块可提供其通讯性能；通过扩展模块可
13、增加CPU的I/O点数（CPU221不扩展）；一些CPU有内置的实时时钟，或添加实时时钟卡；EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序送到另一个CPU中；通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间；最大I/O配置。 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，确定的设计方案要求PLC控制器为50入/36出，故可以选用SIMATIC-S7-200系列的CPU226，并增加3个EM221扩展模块，2个EM222扩展模块和1个EM223扩展模块。根据设计要求，最终设计的I/O分配表和定时器分配表如下面所示。表2-1 I/O分配表PLC输入点信号名称PLC输出
14、点信号名称I0.01房1床开始开关SB0Q0.01房1床指示灯I0.11房1床重置开关SB1Q0.11房2床指示灯I0.21房2床开始开关SB2Q0.21房3床指示灯I0.31房2床重置开关SB3Q0.31房4床指示灯I0.41房3床开始开关SB4Q0.42房1床指示灯I0.51房3床重置开关SB5Q0.52房2床指示灯I0.61房4床开始开关SB6Q0.62房3床指示灯I0.71房4床重置开关SB7Q0.72房4床指示灯I1.02房1床开始开关SB8Q1.03房1床指示灯I1.12房1床重置开关SB9Q1.13房2床指示灯I1.22房2床开始开关SB10Q1.23房3床指示灯I1.32房2床
15、重置开关SB11Q1.33房4床指示灯I1.42房3床开始开关SB12Q1.44房1床指示灯I1.52房3床重置开关SB13Q1.54房2床指示灯I1.62房4床开始开关SB14Q1.64房3床指示灯I1.72房4床重置开关SB15Q1.74房4床指示灯I2.03房1床开始开关SB16Q2.05房1床指示灯I2.13房1床重置开关SB17Q2.15房2床指示灯I2.23房2床开始开关SB18Q2.25房3床指示灯I2.33房2床重置开关SB19Q2.35房4床指示灯I2.43房3床开始开关SB20Q2.46房1床指示灯I2.53房3床重置开关SB21Q2.56房2床指示灯I/O分配表（续表）I
16、2.63房4床开始开关SB22Q2.66房3床指示灯I2.73房4床重置开关SB23Q2.76房4床指示灯I3.04房1床开始开关SB24Q3.01房门口指示灯I3.14房1床重置开关SB25Q3.1护士站1房指示灯I3.24房2床开始开关SB26Q3.22房门口指示灯I3.34房2床重置开关SB27Q3.3护士站2房指示灯I3.44房3床开始开关SB28Q3.43房门口指示灯I3.54房3床重置开关SB29Q3.5护士站3房指示灯I3.64房4床开始开关SB30Q3.64房门口指示灯I3.74房4床重置开关SB31Q3.7护士站4房指示灯I4.05房1床开始开关SB32Q4.05房门口指示灯
17、I4.15房1床重置开关SB33Q4.1护士站5房指示灯I4.25房2床开始开关SB34Q4.26房门口指示灯I4.35房2床重置开关SB35Q4.3护士站6房指示灯I4.45房3床开始开关SB36I4.55房3床重置开关SB37I4.65房4床开始开关SB38I4.75房4床重置开关SB39I5.06房1床开始开关SB40I5.16房1床重置开关SB41I5.26房2床开始开关SB42I5.36房2床重置开关SB43I5.46房3床开始开关SB44I5.56房3床重置开关SB45I5.66房4床开始开关SB46I5.76房4床重置开关SB47I6.0护士站总重置开关SB48I6.1护士站取消
18、灯闪烁开关SB49表2-2 定时器分配表元件名称元件符号1房1床病人定时器T1011房2床病人定时器T1021房3床病人定时器T1031房4床病人定时器T1042房1床病人定时器T1052房2床病人定时器T1062房3床病人定时器T1072房4床病人定时器T1083房1床病人定时器T1093房2床病人定时器T1103房3床病人定时器T1113房4床病人定时器T1124房1床病人定时器T1134房2床病人定时器T1144房3床病人定时器T1154房4床病人定时器T1165房1床病人定时器T1175房2床病人定时器T1185房3床病人定时器T1195房4床病人定时器T1206房1床病人定时器T12
19、16房2床病人定时器T1226房3床病人定时器T1236房4床病人定时器T1242.4 绘制程序流程图根据课题要求的逻辑顺序，病人按下病床的呼叫按钮，定时器开始5秒计时，若5秒内没有按下重置按钮，病床的紧急指示灯亮，病房门口的紧急指示灯开始闪烁，护士站对应的病房紧急指示灯开始闪烁，护士看到灯闪烁后，按下取消闪烁的按钮，然后去病房处理，完毕后按下重置按钮。由此绘制出程序流程图如下。（由于下面空间不够，故见下页）处理完毕护士按下重置按钮，病床病房灯灭护士去对应病房处理护士站对应病房灯闪烁病床对应灯亮对应病房灯闪烁5秒内是否重置 定时器5秒计时按下病床开始按钮是 否护士按下取消闪烁的按钮图2-1 程
20、序流程图2.5 绘制I/O接线图通过对设计任务和控制要求进行分析，确定的设计方案要求PLC控制器为50入/36出，故可以选用SIMATIC-S7-200系列的CPU226，并增加3个EM221扩展模块，2个EM222扩展模块和1个EM223扩展模块。可绘制出本次设计的I/O接线图，如下图所示。图2-2 I/O接线图2.6 梯形图根据程序流程图和控制逻辑关系，运用STEP 7-MicroWIN V3.1(西门子S7-200编程软件)编写可绘出梯形图控制程序。2.7 语句表TITLE=程序注释Network 1 / 网络标题/ 1房1床按下开始按钮，上电LD I0.0O M0.0AN I0.1AN
21、 I6.0= M0.0Network 2 / 5秒内如果没另外操作，继续通电LD M0.0TON T101, 50Network 3 / 1房1床灯亮LD T101= Q0.0Network 4 LD I0.2O M0.1AN I0.3AN I6.0= M0.1Network 5 LD M0.1TON T102, 50Network 6 LD T102= Q0.1Network 7 LD I0.4O M0.2AN I0.5AN I6.0= M0.2Network 8 LD M0.2TON T103, 50Network 9 LD T103= Q0.2Network 10 LD I0.6O M0
22、.3AN I0.7AN I6.0= M0.3Network 11 LD M0.3TON T104, 50Network 12 LD T104= Q0.3Network 13 LD I1.0O M0.4AN I1.1AN I6.0= M0.4Network 14 LD M0.4TON T105, 50Network 15 LD T105= Q0.4Network 16 LD I1.2O M0.5AN I1.3AN I6.0= M0.5Network 17 LD M0.5TON T106, 50Network 18 LD T106= Q0.5Network 19 LD I1.4O M0.6AN I
23、1.5AN I6.0= M0.6Network 20 LD M0.6TON T107, 50Network 21 LD T107= Q0.6Network 22 LD I1.6O M0.7AN I1.7AN I6.0= M0.7Network 23 LD M0.7TON T108, 50Network 24 LD T108= Q0.7Network 25 LD I2.0O M1.0AN I2.1AN I6.0= M1.0Network 26 LD M1.0TON T109, 50Network 27 LD T109= Q1.0Network 28 LD I2.2O M1.1AN I2.3AN
24、I6.0= M1.1Network 29 LD M1.1TON T110, 50Network 30 LD T110= Q1.1Network 31 LD I2.4O M1.2AN I2.5AN I6.0= M1.2Network 32 LD M1.2TON T111, 50Network 33 LD T111= Q1.2Network 34 LD I2.6O M1.3AN I2.7AN I6.0= M1.3Network 35 LD M1.3TON T112, 50Network 36 LD T112= Q1.3Network 37 LD I3.0O M1.4AN I3.1AN I6.0=
25、M1.4Network 38 LD M1.4TON T113, 50Network 39 LD T113= Q1.4Network 40 LD I3.2O M1.5AN I3.3AN I6.0= M1.5Network 41 LD M1.5TON T114, 50Network 42 LD T114= Q1.5Network 43 LD I3.4O M1.6AN I3.5AN I6.0= M1.6Network 44 LD M1.6TON T115, 50Network 45 LD T115= Q1.6Network 46 LD I3.6O M1.7AN I3.7AN I6.0= M1.7Ne
26、twork 47 LD M1.7TON T116, 50Network 48 LD T116= Q1.7Network 49 LD I4.0O M2.0AN I4.1AN I6.0= M2.0Network 50 LD M2.0TON T117, 50Network 51 LD T117= Q2.0Network 52 LD I4.2O M2.1AN I4.3AN I6.0= M2.1Network 53 LD M2.1TON T118, 50Network 54 LD T118= Q2.1Network 55 LD I4.4O M2.2AN I4.5AN I6.0= M2.2Network
27、56 LD M2.2TON T119, 50Network 57 LD T119= Q2.2Network 58 LD I4.6O M2.3AN I4.7AN I6.0= M2.3Network 59 LD M2.3TON T120, 50Network 60 LD T120= Q2.3Network 61 LD I5.0O M2.4AN I5.1AN I6.0= M2.4Network 62 LD M2.4TON T121, 50Network 63 LD T121= Q2.4Network 64 LD I5.2O M2.5AN I5.3AN I6.0= M2.5Network 65 LD
28、M2.5TON T122, 50Network 66 LD T122= Q2.5Network 67 LD I5.4O M2.6AN I5.5AN I6.0= M2.6Network 68 LD M2.6TON T123, 50Network 69 LD T123= Q2.6Network 70 LD I5.6O M2.7AN I5.7AN I6.0= M2.7Network 71 LD M2.7TON T124, 50Network 72 LD T124= Q2.7Network 73 LD T101O T102O T103O T104= M3.0Network 74 / 通电后1病房灯闪烁
29、，护士站对应1房灯闪烁LD M3.0LPSA SM0.5= Q3.0LPPAN M3.1AN M3.2AN M3.3AN M3.4AN M3.5AN I6.1A SM0.5= Q3.1Network 75 LD T105O T106O T107O T108= M3.1Network 76 LD M3.1LPSA SM0.5= Q3.2LPPAN M3.0AN M3.2AN M3.3AN M3.4AN M3.5AN I6.1A SM0.5= Q3.3Network 77 LD T109O T110O T111O T112= M3.2Network 78 LD M3.2LPSA SM0.5= Q3
30、.4LPPAN M3.0AN M3.1AN M3.3AN M3.4AN M3.5AN I6.1A SM0.5= Q3.5Network 79 LD T113O T114O T115O T116= M3.3Network 80 LD M3.3LPSA SM0.5= Q3.6LPPAN M3.0AN M3.1AN M3.2AN M3.4AN M3.5AN I6.1A SM0.5= Q3.7Network 81 LD T117O T118O T119O T120= M3.4Network 82 LD M3.4LPSA SM0.5= Q4.0LPPAN M3.0AN M3.1AN M3.2AN M3.
31、3AN M3.5AN I6.1A SM0.5= Q4.1Network 83 LD T121O T122O T123O T124= M3.5Network 84 LD M3.5LPSA SM0.5= Q4.2LPPAN M3.0AN M3.1AN M3.2AN M3.3AN M3.4AN I6.1A SM0.5= Q4.32.8 控制程序的运行与调试1、 启动s7_200模拟软件，配置cpu型号为226，如下图所示：图2.3 运行12、 载入程序，启动软件，打开监控，如下图所示：图2.4 运行23、 按下开始按钮，一切运行正常，如下图所示图2.5 运行3结论在进行程序设计时，首先应明确对象的具
32、体控制要求。由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个多扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简捷、紧凑。另一方面，同一个控制对象，根据生产的工艺流程的不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。本次设计的病床呼叫系统可以通过互锁实现病人呼叫的优先级别，但如果应用于更多的楼层和病人，则还需要进一步的改进和完善。设计总结在王老师的指导和自己花了一个多星期时间的努力下，终于把这次的课程设计顺利完成了。这次病床呼叫系统的设计是在我们学完PLC
33、原理与实践理论课程后，进行的一项可编程控制器相关知识综合应用的实践训练。课程设计的过程中，我加深了对PLC理论知识、梯形图、指令表、外部接线图的理解；学会了西门子编程软件及PLC控制仿真软件的使用，在不断的调试各自的程序中，发现了很多存在的问题并进行研究解决。在课程设计之初，刚拿到课题和任务书的我感到无从下手，后来经过自己对课程理论知识的进一步复习及查阅相关资料，同时得到了王老师的细心指导和同学们的热情帮助，才较顺利的完成了此次的课程设计。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
34、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。谢辞首先，感谢学校这三年多的培养，让我在各方面都得到了很多的培养，感谢学校给我提供一个好的学习和生活环境让我能学到很多知识。再次，要感谢的是王老师
35、在老师的悉心教导下我学会了很多，在整个课程设计中，虽然老师很忙碌，但还能在他繁忙的工作中抽出大量时间来指导我们的设计工作。而且老师的教导很准确，总能一针见血来分析问题和指出出我们设计中的症结虽在。同时，他对我们严格要求使我能够高标准要求自己，让自己获得很多新的知识。最重要的是老师他严谨钻研的精神深深的感染了我，让我知道作为一个机电人应有的精神和对工作的态度。还要感谢我的同学，每当我遇到问题而老师不在、资料上又暂时查不到的时候，他们总能细致的帮我分析和我一起解决问题，在这里真挚的感谢他们的帮助。最后感谢本次所用参考资料的所有作者，感谢你们的研究工作，给我打开了一扇扇机电一体化的科学之窗。让我能更
36、加深刻和更加轻松的理解并完成本次所选课题。参考文献1王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，2011：247-2602程宪平.机电传动与控制 .华中科技大学出版社，2003：102-1103吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用.机械工业出版社，2003：57-664陈立定，苏开才.电气控制与可编程控制器.华南理工大学出版社，2001：42-455陈立定.电器控制与可编程控制器.广东：华南理工大学出版社，2001：35-376吴中俊，黄永红.可编程程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，2003:7-97于庆广.可编程控制原理与系统设计.北京：清华大学出版社，2004:210-2148史国生.电器控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2003：235-2399李媛.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，2009：7-1510王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2008：4-6
