基于PLC的病房呼叫系统

电气控制与 PLC课程设计说明书题 目： 基于 PLC 的病房呼叫系统 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 评语：成绩：指导老师签名：日期： 目录1、系统概述 .31.1 病房呼叫系统的应用背景和意义 .31.2 设计任务及其要求 .32、方案论证 .421 方案一基于单片机的方案设计 .422 方案二基于 PLC 的方案设计 .52.3 方案比较 .63.硬件设计 .63.1 系统的原理方框图 .63.2I/O 分配 .73.3I/O 接线图 .83.4 元器件选型 .94.软件设计 .94.1 主流程 .94.2 梯形图 .105.系统调试 .12设计心得 .16参考文献 .161、系统概述1.1 病房呼叫系统的应用背景和意义随着科学技术的发展，越来越多的智能化设备在医院里得到运用，而目前国内外的呼叫系统都选用无线网络，受到地域的限制和环境的限制。信号接收不是很好，这样可能病人没办法及时找到医生，造成病人病情的恶化。本次设计的病房呼叫系统能及时的将病人的求助迅速而准确的通知医护人员，以便及时得到救治。它的使用既可以方便病人，又可以减少医护人员的巡查次数，减轻其劳动强度，因而在临床上得到普遍的应用。1.2 设计任务及其要求设计任务：本课程设计主要用于医院的病人有紧急情况而又自己不方便的时候呼叫护士站寻求帮助，护士站根据站内指示灯获取求助信息的来源，并能及时的给其提供帮助。护士在站内发现信号时及时将站内指示灯复位，然后在处理完病人的需求后将病人床头指示灯及病房门口指示灯复位。设计的主要内容包括：（1 ）设计系统的原理方框图、I/O 分配、I/O 接线图等；（ 2）设计主流程图、梯形图；（3）进行系统的调试，完善自己的设计。设计要求：（1）共有 3 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。（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床上的紧急指示灯方可被重置。2、方案论证21 方案一基于单片机的方案设计用 8051 自身接口实现数码管静态显示和键盘扫描,使用 8051 单片微机外加作地址锁存用的四块 8 三态锁存器 74LS373 芯片和一块 74LS138 芯片可构成一个完整的最小微机电路。以此为基础，在智能装置中若要配置多位数码管显示器，以及 m 行 n 列矩阵键盘的话，可以不扩展 I/O 芯片而由 8051 自身 I/O 口，实现上述功能, 即用 P0 口的八个端口作为 LED 的段选,用 P2 口的高三位连接一个三八译码器 74LS138 作为四个 LED 的片选.用 P1 口和 P2 口的低五位做键盘电路的接口，系统结构图如图（1）所示。输入部分键盘输入控制器A T 8 9 C 5 1输出部分L E D 显示图（1）单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今已有 30 余年，其已发展为上百种系列的近千个机种。运用单片机控制方案，单片机虽然有一个五脏俱全的微计算机，但由于本身无自开发能力，必须借助开发工具来开发应用软件，以及对硬件系统进行诊断。该方案的优点是：(1) 成本较低。由于现在单片机的价格相对都比较低，而且外围电路的元器件价格也不高，所以整体设计起来，成本比较低。(2) 可以对外部存储容量根据需要进行扩展，设计可以相对比较灵活。(3)由于现存有许多已经设计很完善的子程序，在系统软件设计中可以直接调用，减少较大工作量。其缺点为：(1)系统硬件设计相对比较复杂，运用该方案，该系统硬件设计包含扩展电路部分和系统配置电路部分，所以该系统电路设计工作量相对较大，影响系统开发的时间。(2)系统的抗干扰能力相对较差，在系统设计中，虽然注意了芯片、器件选择、去耦滤波、电路板的布线，通道隔离以及屏蔽。但由于工厂的条件比较差，很难保证系统的可靠性和稳定性。(3)系统需要自己设计电源，而且不能保证系统的可靠运行。(4)维护维修相对比较麻烦，维修需要的时间也相对较长。22 方案二基于 PLC 的方案设计PLC 是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置。作为面向用户的工业控制计算机，具有很多明显的特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强。可靠性是控制装置的生命。微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电磁波动、机械振动、温度和湿度的变化，都可能使一般通用微机不能正常工作。而 PLC 在电子电路、机械结构以及软件结构上都吸收了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用现代大规模与超大规模集成电路技术，I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗振等都有周到的考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施；所有这些都使 PLC 具有较高的抗干扰能力。另外，传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器、触头和接线，难免接触不良，因此容易出现故障。而 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触头的开关器件来完成，用软件代替大量的中间继电器和复杂的连线，仅剩下与输入和输出有关的少量接线，因此 PLC 寿命长，可靠性大大提高（2）.功能完善，通用性强。PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合，要改变控制功能只需改变程序即可，具有较强的通用性。PLC 的输入/输出系统功能完善、性能可靠，能够适应各种形式和性质的开关量和模拟量的输入/ 输出。不仅具有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能，而且还具有模拟量处理、温度控制、位置控制、网络通信等功能。既可单机使用，也可联网运行；既可集中控制，也可分布控制或者集散控制，并且在运行过程中，可随时修改控制逻辑，增减系统的功能。（3）.编程简单，易于掌握。PLC 通常采用与继电器控制电路图非常相似的梯形图作为编程语言，它既有继电器控制电路清晰直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯。对使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，控制改变时，也容易修改程序。（4）.使用简单，调试维修方便。PLC 的接线极其简单方便，只需将输出设备（如接触器、电磁阀等）与 PLC 的输出端子连接。PLC 的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用开关模拟，输出信号可以利用 PLC 的输出指示灯进行模拟调试。然后再将 PLC 在现场安装调试，这样比调试继电器控制视系统，一旦发生故障，能很快排除故障。所以 PLC 使用简单，调试、维修都很方便。（5）.体积小质量轻、功耗低。由于采用了单片机等集成芯片，其体积小、质量轻、结构紧凑、功耗低。2.3 方案比较总体来说，单片机方案虽然成本相对较低，但是运用单片机的控制系统抗干扰能力差，故障率高，不易扩展。同时虽然外围电路简单，但是软件实现起来太复杂。而运用 PLC 控制抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展维护，开发周期短，所以我本次采用方案二。3.硬件设计3.1 系统的原理方框图输入部分按钮P L C输出部分L E D 显示图（2）系统的原理方框图3.2I/O 分配X0 1 号病房 1 床启动开关 SB1 Y0 1 号病房 1 床指示灯X1 1 号病房 1 床重置开关 SB2 Y1 1 号病房 2 床指示灯X2 1 号病房 2 床启动开关 SB3 Y2 1 号病房 3 床指示灯X3 1 号病房 2 床重置开关 SB4 Y3 1 号病房 4 床指示灯X4 1 号病房 3 床启动开关 SB5 Y4 2 号病房 1 床指示灯X5 1 号病房 3 床重置开关 SB6 Y5 2 号病房 2 床指示灯X6 1 号病房 4 床启动开关 SB7 Y6 2 号病房 3 床指示灯X7 1 号病房 4 床重置开关 SB8 Y7 2 号病房 4 床指示灯X10 2 号病房 1 床启动开关 SB9 Y10 3 号病房 1 床指示灯X11 2 号病房 1 床重置开关 SB10 Y11 3 号病房 2 床指示灯X12 2 号病房 2 床启动开关 SB11 Y12 3 号病房 3 床指示灯X13 2 号病房 2 床重置开关 SB12 Y13 3 号病房 4 床指示灯X14 2 号病房 3 床启动开关 SB13 Y14 1 号病房指示灯X15 2 号病房 3 床重置开关 SB14 Y15 2 号病房指示灯X16 2 号病房 4 床启动开关 SB15 Y16 3 号病房指示灯X17 2 号病房 4 床重置开关 SB16 Y20 护士站 1 号病房 1 床指示灯X20 3 号病房 1 床启动开关 SB17 Y21 护士站 1 号病房 2 床指示灯X21 3 号病房 1 床重置开关 SB18 Y22 护士站 1 号病房 3 床指示灯X22 3 号病房 2 床启动开关 SB19 Y23 护士站 1 号病房 4 床指示灯X23 3 号病房 2 床重置开关 SB20 Y24 护士站 2 号病房 1 床指示灯X24 3 号病房 3 床启动开关 SB21 Y25 护士站 2 号病房 2 床指示灯X25 3 号病房 3 床重置开关 SB22 Y26 护士站 2 号病房 3 床指示灯X26 3 号病房 4 床启动开关 SB23 Y27 护士站 2 号病房 4 床指示灯X27 3 号病房 4 床重置开关 SB24 Y30 护士站 3 号病房 1 床指示灯X30 1 号病房重置开关 SB25 Y31 护士站 3 号病房 2 床指示灯X31 2 号病房重置开关 SB26 Y32 护士站 3 号病房 3 床指示灯X32 3 号病房重置开关 SB27 Y33 护士站 3 号病房 4 床指示灯X33 护士站 1 号病房重置开关 SB28 Y34 护士站 1 号病房指示灯X34 护士站 2 号病房重置开关 SB29 Y35 护士站 2 号病房指示灯X35 护士站 2 号病房重置开关 SB30 Y36 护士站 3 号病房指示灯表（1 ）I/O 分配表3.3I/O 接线图FX2N-80MRX4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16X17X20X21X22X23X24X25X26X27X30X31X32X3X2X1X0COMNLCOM0Y0Y1Y2Y3COM1Y4Y5Y6Y7COM2Y10Y11Y12Y13COM3Y14Y15Y16Y17COM4Y20Y21Y22Y23COM5Y24Y25Y26Y27COM6Y30Y31Y32Y33COM7Y34Y35S B 1S B 3S B 5S B 7S B 9S B 1 1S B 1 3S B 1 5S B 1 7S B 1 9S B 2 1S B 2 3S B 2S B 4S B 6S B 8S B 1 0S B 1 2S B 1 4S B 1 6S B 1 8S B 2 0S B 2 2S B 2 4S B 2 5S B 2 6S B 2 7A C 2 2 0 VX33X34X35S B 2 8S B 2 9S B 3 0Y3624V24G图（3）3.4 元器件选型1PLC 的选型。因为本次设计输入口共用了 30 个，输出口用了 30 个。根据 PLC 的选取规则要保留 15%左右的备用 I/O 口,所以至少要选择 80 个 I/O 口的 PLC。根据经济与适用的原则，PLC 的生产厂家主要是三菱，台达，西门子等。在经济与适用之间平衡，选择相对便宜，性能稳定可靠的三菱 FX2N-80MR。2.指示灯的选择。病房指示灯的选择：考虑到病房指示灯的亮度对病人休息的影响，所以病房指示灯的选择其功率不宜过大，因选择亮度较小功率小的 LED 灯，所以发光二极管选择型号为：IN4007SOT-23 。发光二极管的压降为 1.72.5V，工作电流为 1020mA, 其使用的工作电源为 PLC 自带的 24V 电源，要发光二极管正常工作得串联一个电阻，根据工作电流（以 10mA 计算）与工作电压 24V 可计算串联的电阻大小为 2.4K。护士站指示的选择：因护士站指示灯的选择是要提醒护士有病人呼叫，所以应选择亮度功率较大的指示灯，所以其工作电压使用 PLC 自带的 220V 电源，指示灯的选择为：AD38-22B-R/08,其光源为红色 LED 光，工作电压为AC,DC220V（交直流双用） 。类型 品牌 型号 数量PLC 三菱 FX2N-MR80 1病房指示灯 长电 IN4007SOT-23 15护士站指示灯 先泽 AD38-22B-R/08 15按钮 正泰 NP4-22BN/4 30表（2）4.软件设计4.1 主流程根据本次设计要求的逻辑顺序，病人按下病人床头的呼叫按钮，定时器开始计时 5