电气控制技术课程设计-病床呼叫系统设计.docx

2013级电气控制技术课程设计说明书 病床呼叫系统设计 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 教授 专 业： 自动化 班 级： 13级卓越班 完成时间： 2016年6月 电气控制技术课程设计任务书系：电气与信息工程系 年级：13级 专业：自动化 指导教师姓名学生姓名课题名称病床呼叫系统设计内容及任务一、 设计任务和要求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町被重置。二、 设计内容1. 设计出硬件系统的结构图、接线图等；2. 系统有启动、停止功能；3. 程序结构与控制功能自行创新设计；4. 进行系统调试，实现病床呼叫系统的控制要求。主要参考资料1张鹤鸣，刘耀元，张辉先.可编程控制器原理及应用教程M.北京：北京大学出版社，2011 2杨晋萍.可编程控制器原理及应用：西门子机型M.北京：中国电力出版社，20133浦艳敏.可编程控制器原理与应用：三菱FX系列M.北京：清华大学出版社，20134王存旭.可编程控制器原理及应用M.北京：高等教育出版社，20135董爱华.可编程控制器原理及应用M.北京：中国电力出版社，20146魏德仙.可编程控制器原理及应用M.北京：中国水利水电出版社，2013 7钟肇燊,范建东.可编程控制器原理及应用M.广州：华南理工大学出版社，20158史国生.电气控制与可编程控制技术（第三版）M.北京：化学工业出版社，20109刘美俊.可编程控制器应用技术M.福州：福建科学技术出版社，201310陈静.PLC应用开发技术与工程实践M.北京：人民邮电出版社，201411赵峰，贾石峰，顾桂梅.现代电气控制与PLC应用M.兰州：兰州大学出版社，201412李道霖.电气控制与PLC原理及应用 M.北京: 电子工业出版社，201413常斗南.PLC运动控制实例及解析M.北京:机械工业出版社，200914廖常初.S7-300/400 PLC 应用技术M.北京：机械工业出版社，2011 15吴志敏,阳胜峰 .西门子PLC与变频器、触摸M.北京：中国电力出版社，2009 16刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护M.北京:机械工业出版社,2008教研室意见摘 要病床呼叫系统是病房的病人在需要帮助的情况下可以随时向护士呼叫，同时护士能够收到呼叫请求以便能及时处理的系统。随着科学技术的发展，各种机器设备在朝着自动化、智能化的方向发展。现在的医院对医疗与服务设备的要求也越来越高，能够设计出一套安全可靠的病床呼叫系统就非常重要。要设计一套病床呼叫系统方案有很多，比如基于单片机、ARM、FPGA等集成数字芯片都能实现。可编程控制器简称PLC，在工业领域应用广泛，而且其抗干扰能力强、使用寿命长等优点，故以可编程控制器为核心设计病床呼叫系统。文章从方案的选择、可编程控制器型号的选取、硬件设计的方法、软件设计的思路以及最后的调试与分析逐步探讨病床呼叫系统设计的整个流程。关键词：病床呼叫系统；可编程控制器；硬件设计；软件设计目录1 概述11.1 病床呼叫系统发展现状11.2 病床呼叫系统发展趋势与存在的问题11.3 课题介绍12 控制方案22.1 方案一22.2 方案二22.3 方案比较与选择33 硬件模块设计43.1 PLC的选型43.2 信号灯、响铃与按钮的选择43.3 I/O分配表54 软件模块设计64.1 程序流程图64.2 程序设计64.3 程序梯形图仿真与分析7参考文献14致 谢15附录A 梯形图16V1 概述1.1 病床呼叫系统发展现状 现在医院的病床呼叫系统大多基于单片机等数字集成电路及低压电力线等传输媒质所构。一般具有声光报警功能，以便医护人员能够及时了解病人的请求。病床呼叫系统的主机一般都设置在护士值班室，主机通过导线与各病房病床的终端呼叫器相连，因此病房和值班室之间需要大量的连线，布线施工麻烦成本高。也有采用无线技术通信的呼叫系统，其优点是无需通信导线连接，节省线路成本，缺点是安全可靠性不高，受距离场合的限制，技术要求高。1.2 病床呼叫系统发展趋势与存在的问题现在的产品越来越趋向智能化、网络化，所以未来医院的医疗服务设备一定离不开互联网，病床呼叫系统也会朝着这方向发展。也许这种采用线路连接的系统有一天会被淘汰，目前而言传统的这种系统还有生存空间。尽管现在网络技术比较成熟，但对于用在医院的设备还存在一些问题。比如可能造成呼叫系统和医疗设备的高频干扰、信号传输不稳定，护士站不能及时收到病人的呼叫请求，造成病人病情的恶化。PLC作为新型控制元件，在生产，生活，医疗，军事等领域都有了较大的使用，用于设计呼叫系统相当合适。故选用PLC 作为呼叫系统的控制器。1.3 课题介绍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，要将患者的请求快速传送给值班医生或护士，并在护士站的监控中心留下准确完整的记录，是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。病床呼叫系统要求及时、准确、可靠，简便可行，利于推广，其性能的优劣直接关系到病员的安危，因此历来受到各大医院的普遍重视。它的作用是将病人的求助请求迅速而准确地通知医护人员，以便及时进行处治。它的使用既可方便病人，又可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。课题主要从方案提出与选择，硬件硬件电路和软件部分介绍。调试步骤与结果等方面来说明。2 控制方案2.1 方案一 要达到设计要求可采用PLC作为核心控制器件，利用市电给其供电。PLC基本模块中有RS422接口为下载接口，考虑一般台式机计算机还保留RS422接口，故选用台式计算机为PLC程序下载与调试。其方案图如图1所示。图1 方案一结构图2.2 方案二 除了用PLC实现，采用单片机也是可行的。只需使用普通51系列的单片机在满足最小系统工作的前提下外加相应的外围驱动电路，也能实现病床呼叫系统的设计，其结构图如图2所示。图2 方案二结构图2.3 方案比较与选择以上两个方案均能完成设计任务，采用PLC和单片机各有优缺点，其中单片机优点是成本小，缺点是要增加驱动电路、安全可靠性较差。 PLC的优点是抗干扰能力强、输出电压大，可以不用加驱动电路。缺点是成本较高。综合以上两种方案考虑，选择用PLC作为病床呼叫系统的控制器。3 硬件模块设计3.1 PLC的选型 由设计要求，三个房间、每个房间四个床位，每个床位有呼叫按钮和复位按钮，所以需要24个输入口，同时护士站还有3个复位按钮故一共需要27个输入口。每个床头有显示灯，每个病房有显示灯，则需要15个输出，同时护士站有三个病房的指示灯和三个病房的响铃，则一共需要21个输出口。所以PLC型号的输入点数大于等于27，输出点数大于等于21点。最后确定选用三菱公司型号为FX2N 64 MR 001的PLC，其引脚图如图3所示。图3 FX2N -64 MR型PLC引脚图3.2 信号灯、响铃与按钮的选择警报灯的选择分为两部分，一部分为病房警报灯的选择，另一部分为护士站警报的选择。病房警报灯：考虑到病房警报灯的亮度对病人休息的影响，所以病房警报灯的选择其功率不宜过大，因选择亮度较小功率小的信号灯，用220V交流供电 。护士站警报灯：因护士站警报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警报灯，所以其工作电压使用220V电源，警报灯的选择为：AD38-22B-R/08,其光源为红色LED光，工作电压为AC220V，工作电流为18mA，以防值班护士没注意警报灯的提示。护士站响铃：响铃便于警报灯与警报铃的同步，电铃工作电压为220V电源。3.3 I/O分配表 表1 I/O分配表名称1房1-4床紧急按钮输入变量SB1-SB4PLC对应输入X000-X0032房1-4床紧急按钮SB5-SB8X004-X0073房1-4床紧急按钮SB9-SB12 X010-X0131房1-4床重置按钮 SB13-SB16X014-X0172房1-4床重置按钮 SB17-SB20X020-X0233房1-4床重置按钮 SB21-SB24X024-X027护士站1房1-4床取消紧急呼叫及灯闪烁按钮SB25X030护士站2房1-4床取消紧急呼叫及灯闪烁按钮SB26X030护士站3房1-4床取消紧急呼叫及灯闪烁按钮SB27X032名称1房1-4床紧急灯输出变量HL1-HL4PLC对应输出Y000-Y0032房1-4床紧急灯HL5-HL8Y004-Y0073房1-4床紧急灯 HL9-HL12Y010-Y0131房房门紧急灯HL13Y0141房房门紧急灯HL14Y0151房房门紧急灯HL15Y016护士站1号房呼叫信号灯HL16Y017护士站2号房呼叫信号灯HL17Y020护士站3号房呼叫信号灯HL18Y021护士站1号房呼叫响铃HA1Y022护士站1号房呼叫响铃HA2Y023护士站1号房呼叫响铃HA3Y0244 软件模块设计4.1 程序流程图 由设计要求，设计系统程序，其程序流程图如图4所示。图4 程序流程图4.2 程序设计根据流程图及I/0分布设计出梯形图，见附录A4.3 程序梯形图仿真与分析设计要求，三个病房共12个床位。现以一号病房为例说明设计过程与结果。只要有按钮按下，且5秒内没按重置按钮，则床头的灯亮、病房的灯闪烁、护士站的灯闪烁，仿真图如图5所示。图5 程序仿真图由表1的I/O分配表可知图5中X000对应1号房一号床位紧急呼救按钮，M0 触点在这的作用自锁，定时器延时5秒，用X14来作为重置按钮，Y000对应1号房一号床信号灯。现将X000按下，如图6所示操作。图6 软元件测试图仿真结果如图7所示图7 仿真结果图由图7仿真结果可知，当X000按下之后定时器延时5秒，当5秒内没按下X014，将Y000对应床头按钮的灯点亮，同时对应病房的灯Y014闪烁、护士站的响铃Y022报警、护士站的信号灯Y017闪烁，达到了设计要求。当护士站的护士看到报警后，按下处理按钮X030，如图8所示。图8 软元件测试图其结果如图9所示。图9 仿真结果图由图9所示，当按下X030后，护士站的闪烁的和响铃关闭，同时病房房门的闪烁灯也停止闪烁，床头指示灯继续亮，符合设计要求。当护士处理完事故之后按下复位按键，如图10所示。图10 软元件测试图其仿真结果如图11所示。图11 仿真结果图由图11所示，当护士站处理完事故之后护士按下复位按钮，此时床头指示灯熄灭、病房指示灯、护士站信号灯和响铃全都停止，回到初始状态。整个过程达到设计要求。一号病房其他床位、以及2号病房、3号病房调试过程同上，这里不再重复调试与说明。参考文献1张鹤鸣，刘耀元，张辉先.可编程控制器原理及应用教程M.北京：北京大学出版社，20112杨晋萍.可编程控制器原理及应用：西门子机型M.北京：中国电力出版社，20133浦艳敏.可编程控制器原理与应用：三菱FX系列M.北京：清华大学出版社，20134王存旭.可编程控制器原理及应用M.北京：高等教育出版社，20135董爱华.可编程控制器原理及应用M.北京：中国电力出版社，20146魏德仙.可编程控制器原理及应用M.北京：中国水利水电出版社，20137钟肇燊,范建东.可编程控制器原理及应用M.广州：华南理工大学出版社，20158史国生.电气控制与可编程控制技术（第三版）M.北京：化学工业出版社，20109刘美俊.可编程控制器应用技术M.福州：福建科学技术出版社，201310陈静.PLC应用开发技术与工程实践M.北京：人民邮电出版社，201411赵峰，贾石峰，顾桂梅.现代电气控制与PLC应用M.兰州：兰州大学出版社，201412李道霖.电气控制与PLC原理及应用 M.北京: 电子工业出版社，201413常斗南.PLC运动控制实例及解析M.北京:机械工业出版社，200914廖常初.S7-300/400PLC应用技术M.北京：机械工业出版社，201115吴志敏,阳胜峰.西门子PLC与变频器、触摸M.北京：中国电力出版社，200916刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护M.北京:机械工业出版社,200817吴启红主编，变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书（第二版）M.北京：机械工业出版社，201018史国生，鞠勇.电气控制与可编程控制器技术实训教程M.北京：化学工业出版社，201019于晓云，许连阁.可编程控制技术应用项目化教程M.北京：化学工业出版社，2011致 谢在病床呼叫系统设计的过程中，真正感受到了自己动手的乐趣。但是要严谨的按照老师规定的步骤做下去。过程还是艰辛的。当成品成功的达到