医院紧急呼叫系统及界面设计毕业论文.doc

医院紧急呼叫系统及界面设计毕业论文目 录摘 要1ABSTRACT20 引言41 病床呼叫系统发展概况51.1 课题研究的主要内容和意义62 课题研究方案62.1 继电器设计62.2 基于单片机的控制系统72.3 基于PLC可编程控制器控制系统92.4 系统组成112.5 系统流程113 可编程控制器控制系统123.1 PLC的主要原理123.1.1 自诊断测试扫描过程133.1.2 与网络进行通信的扫描过程133.1.3 用户程序扫描过程133.1.4 读输入与写输出扫描过程133.2 可编程控制器的特点144 S7-300系列PLC的配置及组态154.1 S7-300的插槽地址154.2医院紧急呼叫系统的硬件组态及程序设计154.2.1 创建项目154.3.2 硬件组态程序164.3.3程序设计184.4医院紧急呼叫系统的I/O分配表184.5 课题所涉及到指令204.5.1指令组成204.5.2位逻辑指令204.5.3 时钟存储器（Clock Memory）204.5.4计数器指令204.5 医院紧急呼叫系统的PLC程序214.5.1 部分程序控制功能215 WINCC组态软件简要介绍245.1 WinCC的系统构成245.2 WinCC的性能特点265.3建立项目275.3.1 建立一个新项目275.3.2 项目的设置285.4 组态项目295.4.1配置PLC驱动295.4.2 建立连接305.4.3建立过程变量305.5 图形设计编辑器介绍315.5.1 WinCC图形设计编辑器315.5.2图形设计面板325.5.3对象选项板一标准对象335.5.4使用WinCC图库345.6 生成动态对象355.6.1 用图形设计器生成动态对象355.6.2 理解WinCC中的图形对象406 图形界面总述406.1 图形界面介绍416.1.1 登录界面416.1.2 监控画面426.1.3 病房3D图426.1.4 2D线路图436.1.5 PLC硬件接线图446.2 与PLC的连接446.3 运行设置和激活467 结束语477.1 总结477.2 展望477.3 致谢48参考文献50附录51译文64原文说明764上海工程技术大学毕业设计（论文） 医院紧急呼叫系统PLC程序及界面设计0 引言伴随着医疗体制改革的不断深化和医疗事业的飞速发展，越来越多的人们需要迅捷、方便地得到医院的各种各样的医疗服务，这必将使医院之间的竞争日趋激烈。这使得衡量一个医院的综合水平高低，不再仅仅局限于软、硬件的建设上，更要比服务。原有的服务体系已不足以适应现代社会需求，谋求适合现代社会需求的客户服务系统，是所有企事业单位计划做或正在做的工作。这些工作有利于改善服务量，提高效率并增加企业效益，从而赢得良好的社会声誉。如何利用先进的信息技术为医院服务，更大程度的提高医院的服务质量及利润，是医院信息化建设中的一个重要着眼点。 医院的竞争越来越激烈，商业医院的生存是第一位的，提升档次和服务质量迫在眉睫，陪护问题一直是医患矛盾的主体，也是长期困扰卫生系统服务质量的大问题，使用病房呼叫系统，方便病人更快找到医生，以节约病人的宝贵时间。 病床呼叫系统是一种应用于医院病房、养老院等地方，用来联系沟通医护人员和病员的专用呼叫系统，是提高医院水平的必备设备之一。病床呼叫系统的优劣直接影响到病员的安危，历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确可靠、简便可行、利于推广。 目前市场上存在着许多种型号不一功能各异的医院病房呼叫系统，主要为两大类：有线式和无线式。无线式病房呼叫系统不存在铺设线路的问题，但是可靠性差，而且无线电波会干扰其他医疗仪器设备。本文设计的是有线式的，适合较小的医院病房使用，具有成本低，易于操作、安装和维护，而且具有可靠稳定，对其他医疗设备不会产生干扰的特点；但受到布线较多，影响美观，故不适宜较大的医院。 病床呼叫管理系统便于病员快捷的呼叫护士，缩短人工呼叫的时间。当今病房呼叫系统正在逐步地向智能化发展，它可以和录像机一起使用，当病人按下开关时，在护士值班室的大屏幕能够观察病人的需要。并且可以配备对讲机等设备，能够使病员及时快捷地与医护人员进行沟通。1 病床呼叫系统发展概况呼叫系统发展到今天，从应用层面可以说已经进入到商业化运营阶段。 国内许多的呼叫中心其服务模式，已经从单纯的客户服务向服务与经营的混合型模式转变。这首先是呼叫市场需求的结果，也是呼叫技术及管理发展的必然结果。信息时代的医院管理已经从传统的人管模式，向智能化，电子化，信息化，网络化得高科技管理模式的方向迅速发展，“病房呼叫系统”可实现医院病房的智能化管理，可实现呼叫，报警，信息储存，显示等功能。为医院和患者都带来方便。 在中国，约在 30，000 个医院中仅 30 的医院拥有自己的信息管理系统；拥有前端电话接入系统的医院就更少了。 目前市场上存在着许多种型号不一功能各异的医院病房呼叫系统，主要为两大类：有线式和无线式。传统的有线式病房呼叫系统往往采用集中式结构，电源线、数据通信线、语音通信线分开传输，具有铺设线路较多、成本高、安装调试困难、实时性差、故障率较高等缺点。无线式病房呼叫系统可靠性差，而且无线电波会干扰其它医疗仪器设备，目前大多数医院不采用无线呼叫系统。1.1 课题研究的主要内容和意义病床呼叫是传送病床信息的重要手段。信息时代的医院管理已经从传统的人工管理模式，向智能化、电子化、网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展。病床呼叫系统可将病人的请求快递传送给值班医生和护士。因此呼叫系统的优劣直接关系到病人的安危，历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确、可靠、简便可行、利于推广。本课题通过建立医院紧急呼叫分布式控制系统在满足病房与护士站实时通信同时,能够方便地了解各病区的情况, ，用于病人在需要帮助的情况下对护士值班室进行呼叫，实现在值班室能得知病人所在病区号、病床号、床位号，在上位机中记录呼叫时间，应答时间等，可实现呼叫、求救报警、信息储存、显示等等功能，从而实现病房与医务人员之间的交互管理，以满足医院对全院的病房科学、化智能化管理。2 课题研究方案根据本课题的研究内容，共设计了三种不同的方案：(1)基于固态继电器的控制系统；(2)基于单片机的控制系统；(3)基于PLC可编程控制器的控制系统。2.1 继电器设计继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；因此，通过在护士站和病房之间建立电路连接，利用继电器对电路的“通”“断”来实现病房与护士站之间的联系。因继电器具有寿命、可靠度较高，其灵敏度高，控制的功率小，干扰小 ，切换速度快等特点，并且市场上的继电器种类多，价格低廉，功能强大，因此利用继电器的控制方案可以很好地实现病房与护士站之间的信息传递。但继电器同时也具有其自身的缺点，通常固体继电器设计成单刀单掷形式，这样比较容易实现，多组和多组转换结构需要用几个相互连接和适当连锁的固体继电器，这些固体继电器基本上是积木式堆叠在一起，形成一个占地较大空间的复杂装置。大功率固体继电器，由于需用散热片，就进一步增加了所有空间和成本。 2.2 基于单片机的控制系统相对于继电器的控制系统，单片机控制具有其自身的优势。根据设计目标，初定选择51系列的单片机，该系统以AT89C51单片机为核心，辅以矩阵键盘、LED显示电路和部分简单模拟和数字电路组成的能够实现病人和医护人员之间信息的传递。每个病人要呼叫可以按键，不同的数码管显示床位号，相应的指示灯亮。这里主要矩阵键盘输入信号。在该设计中每个病房都有一个按键，当患者有需要时，按下按键，此时值班室的显示屏可显示此患者的床位号，多人使用时可实现循环显示，医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。系统结构框图与系统原理示意图如下图。图2.1 系统结构框图图2.2系统原理示意图此系统能够为医院提供一个成本低、效率高、操作方便和易于安装维护的快捷系统。但是用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长。因此对于医院这种对故障率和抗干扰能力要求相对较高的条件下，单片机系统也具有自身的不足之处。2.3 基于PLC可编程控制器控制系统相对于单片机，本课题选择了更具优势的PLC可编程控制器的控制系统。由PLC可编程控制器构成的病床呼叫系统结构更简单，更易于管理，具有良好的应用前景。PLC主要是由输入与输出部件、中央处理单元（CPU）、存储器、电源部件、编程器组成。其结构框图如下：图2.3 PLC结构图（1）中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统或采用三CPU 的表诀式系统，这样即使某个CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。（2）存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。（3）电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将PLC 直接连接到交流电网上去。2.4 系统组成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及显示和监护系统。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， PLC立即响应，通过设置的程序实现对系统的控制:点亮病床警示灯和病房闪烁指示灯，护士站显示呼叫病床号，启动振铃，同时报警闪烁指示灯也被点亮，以便提示医护人员尽快赶到现场。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。2.5 系统流程a、病人按下病床紧急按钮时，病床警示灯亮提示患者已发出呼叫请求。监控系统则立即响应，如果是患者误操作，则可以按下复位按钮可解除呼叫，同时关断病床指示灯。但是为了安全起见，在病人按下复位按钮后，在护士站内的监控系统上则仍旧会显示病人的呼叫，即使是病人的误操作，护士站内的护士也需要到相应的呼叫病房中询问。b、在患者呼叫时监控系统启动，护士站病房报警指示灯开始闪烁，振铃启动，同时护士站显示器显示呼叫病床号，指示医护人员立即响应。执行医护人员首先按动响应按钮切断振铃，将闪烁病房报警指示灯变为常亮，同时启动对讲机，可以向患者发出询问或直接到现场处理。常亮的病房号指示灯用来表明医护人员已经响应患者的呼叫，或正在现场处理中。医护人员处理完毕，通过复位按钮清除所有信号。被清除信号包括病床指示灯、护士站病房报警指示灯。护士站显示器和通道显示器可以显示当前的时间或被消隐。c、为增加实时处理能力，当医护人员在响应某一呼叫时，允许其他患者呼叫。此时护士站相应的病房报警指示灯开始闪烁、振铃启动，同时显示出新的病床号。而前一次呼叫的病房报警指示灯仍然常亮。闪烁和常亮指示灯的区别为：闪烁灯告知相应的病房有患者呼叫，常亮灯记录了另一病房有医护人员正在现场处理中。d、为提高医院的科学化管理，掌握所辖病区患者护理情况，也便于了解当医护人员的工作强度，本系统增加了在某个时间段内对患者呼叫次数统计。可以根据院方要求，任意设定统计时间，如8h或24h等。在锁定时间内将随时显示该病区的呼叫次数。呼叫次数加“1”信号取自医护人员处理完呼叫后的复位按钮，以保证记录的准确性。3 可编程控制器控制系统可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称为PC或PLC。3.1 PLC的主要原理CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描，CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试及写输出等内容。PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中。除了用户程序和读输入、写输出这几部分内容。典型的PLC在一个周期中可完成以下5个扫描过程。 3.1.1 自诊断测试扫描过程 为保证设备的可靠性，及时反应所出现的故障，PLC都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成。WDT是一个硬件定时器，每一个扫描周期开始前都被复位。WDT的定时可由用户修改，一般在100200ms之间。其它的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。 3.1.2 与网络进行通信的扫描过程 一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的PLC系统才有通信扫描过程，这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。 3.1.3 用户程序扫描过程 机器处于正常运行状态下，每一扫描周期内部包换扫描过程。该过程在机器运行中是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短，会影响过程所用的时间。3.1.4 读输入与写输出扫描过程机器在正常运行状态下，每一时间。个扫描周期内都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CPU在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个映像寄存器：一个为输入映像寄存器，另一个为输出映像寄存器。用户程序中所用的输入值是输入映像寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器中。在输入扫描过程中，CPU把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器；在输出过程中，CPU把输出映像寄存器的值锁定到实际输出点。为了现场调试方便，PLC具有I/O控制功能，用户可以通过编程器封锁或开放IO。封锁IO就是关闭IO扫描过程。3.2 可编程控制器的特点PLC主要具有以下特点：（1）可靠性高为了满足工业生产对控制设备安全性和可靠性的要求，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。PLC选用的电子器件一般是工业级的，有的甚至是军用级的，平均无故障时间很长。（2） 环境适应性强PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作。 （3） 灵活通用在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。在被控对象的控制逻辑需要改变时，利用PLC可以很方便地实现新的控制要求，这在一般继电器控制中是很难做到的。（4） 使用方便、维护简单PLC控制的输入模块、输出模块和特殊功能模块都具有即插即用功能，连接十分容易。对于逻辑信号，输入和输出采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大；对于模拟信号，输入和输出采用传感器、仪表和驱动设备的标准信号。PLC控制系统的维护非常简单，利用PLC的诊断功能和监控功能，可以迅速查找到故障点，对大多数故障都可以及时予以排除。4 S7-300系列PLC的配置及组态4.1 S7-300的插槽地址 S7-300的各个模板安装在机架的插槽上，不同的模板在插槽的安装位置是固定的。如果选择了电源模板PS307，必须安装在1号槽位上。CPU模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在2号槽位上。 用于连接扩展机架的接口模板IM，安装在3号槽位上。各种信号模板SM，安装在4号11号槽位上。从4号槽位开始，CPU为信号模板分配IO地址，且根据信号模板的类型递增IO地址。4.2医院紧急呼叫系统的硬件组态及程序设计4.2.1 创建项目打开【SIMATIC Manager】，系统会自动弹出“新建项目”向导（图7-8），同时，也可以通过选择菜单【文件】|【新建项目”向导】打开。这里，我们不使用“新建项目”向导。通过单击按钮【取消】关闭该向导。如图4.1所示。图4.1 新建项目在工具栏中单击按钮 或在【文件】菜单下单击【新建】，可以直接创建一个新项目。在弹出的对话框中输入项目名称及路径，单击确定完成。这里建立了一个名为毕业设计的项目。 直接建立的项目只包含一个MPI子网对象，用户需要通过【插入】菜单来手动添家对象.用户可以插入一个PLC站，先进行硬件组态，完成硬件组态后，再在相应CPU的S7程序目录下编辑用户程序；也可以先插入一个独立的S7程序，编写用户程序，再进行硬件组态，等组态完成后将程序复制到相应的CPU中。4.3.2 硬件组态程序打开前面建立的项目毕业设计，在项目的根接点下插入一个“SIMATIC 300 站点”，将站点命名为SIMATIC300，选中左边窗口的“SIMATIC 300”，在右边窗口可以看到“硬件”的图标。图4.2 PLC界面双击“硬件”图标，就可以打开硬件组态界面。PLC的硬件配置如下。图4.3 PLC硬件配置4.3.3程序设计根据任务描述，可以将上述系统功能划分为两个子功能：（1）总控制控制：负责病房区和护士站的总开关。（2）各病床单独控制：负责各自相对应的病房的呼叫功能。第一个功能由一个组织块OB1实现，第二个子功能由四个个功能FC1、FC2、FC3、FC4实现。4.4医院紧急呼叫系统的I/O分配表表4.4 呼叫系统I/O配置输入/输出名称地址输入病床11呼叫I0.0输入病床11复位I0.1输入病床12呼叫I0.2输入病床12复位I0.3输入病床21呼叫I0.4输入病床21复位I0.5输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入输入病床22呼叫病床22复位病床31呼叫病床31复位病床32呼叫病床32复位病床41呼叫病床41复位病床42呼叫病床42复位护士站内病床11确认护士站内病床12确认护士站内病床21确认护士站内病床22确认护士站内病床31确认护士站内病床32确认护士站内病床41确认护士站内病床42确认站内病床11呼叫次数清除站内病床12呼叫次数清除站内病床21呼叫次数清除站内病床22呼叫次数清除站内病床31呼叫次数清除站内病床32呼叫次数清除站内病床41呼叫次数清除站内病床42呼叫次数清除I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7I3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.7输入输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出输出总开关病床11呼叫灯病床12呼叫灯病房1灯病床21呼叫灯病床22呼叫灯病房2灯病床31呼叫灯病床32呼叫灯病房3灯病床41呼叫灯病床41呼叫灯病房4灯护士站内病床11呼叫灯护士站内病床12呼叫灯护士站内病床21呼叫灯护士站内病床22呼叫灯护士站内病床31呼叫灯护士站内病床32呼叫灯护士站内病床41呼叫灯护士站内病床42呼叫灯护士站内提示灯及警铃I4.0Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.44.5 课题所涉及到指令4.5.1指令组成在STEP 7中，根据采用的程序编辑器（LADSTLFBD）不同，有梯形逻辑指令LAD，语句指令STL和功能块图指令FBD。4.5.2位逻辑指令位逻辑指令包含位逻辑运算指令、定时器指令、计数器指令和位测试指令等。可以使用位逻辑指令扫描布尔（BOOL）操作数的状态，通过“与（AND）”、“或（OR）”、“异或（XOR）”及其组合操作实现逻辑操作。逻辑操作结果（RLO）用于赋值、置位/复位布尔操作数，也控制定时器和计数器的运行。4.5.3 时钟存储器（Clock Memory） 在S7系列PLC的CPU的位存储器M中，可以任意指定一个字节，如MB100，作为时钟脉冲存储器，当PLC运行时，MB100的各个位，能周期性地改变二进制值，即产生不同频率（或周期）的时钟脉冲。 4.5.4计数器指令 在S7-300的CPU的存储器中留有一块区域用于存储计数器的计数值，每个计数器需要2 byte，不同的CPU模板，用于计数器的存储区域也不同，最多允许使用64512个计数器。在S7-300中有3种计数器可供选择： 加计数器 减计数器 可逆计数器4.5 医院紧急呼叫系统的PLC程序（详见附图）4.5.1 部分程序控制功能（1）站内提示灯：一旦有呼叫，护士站区的总提示灯就会亮起，提醒护士此时有呼叫，并且只要有任何一病床未处理，提示灯将不会灭掉。程序段如图4.5所示。图4.5 站内提示灯（2）病人呼叫次数：当有病人呼叫时，护士站内会及时进行确认，按下确认按钮后，病人的呼叫次数会进行累加，但是如果在病人在护士确认之前按下复位按钮后，护士站内即使按下确认，病人的呼叫次数也不会累加。图4.6病人呼叫次数（3）呼叫时间：本课题中，由于呼叫时间是由病人按下呼叫按钮后开始计时，因此用定时器的功能就不太方便，故选择了计数器每秒钟累加一来表示累加呼叫时间，在控制上选择时钟脉冲存储器M100.5，其功能是在每秒钟接通一次，即输入一个脉冲。程序如图4.7所示。图4.7病人呼叫时间5 WINCC组态软件简要介绍工业组态软件Simatic WinCC是德国西门子公司和微软共同开发的软件系统，是世界上第一个集成的人机界面(HMI)软件系统，是结合西门子在过程自动化领域中的先进技术和微机软件强大功能的产物。它真实地将工厂控制软件集成到过程自动化中。WinCC将Windows NT应用程序的现代体系结构和使用方便的图形设计程序集合在一起，可以很方便地生成人机界面，建立完整的过程监控解决方案。各系统集成商还可以用WinCC作为其系统的扩展基础，通过开放接口开发自己的应用软件。WinCC还是在生产过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术系统。它提供了适用于工业的图形显示、信息、归档以及报表的功能模板。高性能的过程藕合、快速的画面更新、以及可靠的数据传送使其具有高度的实用性。 除了这些系统功能外，WinCC还提供了开放的界面用于用户解决方案。这使得将WinCC参与复杂、广泛的自动控制解决方案成为可能。WinCC V6.0采用标准Microsoft SQL Server 2000(WinCC V6.0以前版本采用Sybase)数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，可使经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好地调度指挥生产，是工业企业中MES和ERP系统首选的生产实时数据平台软件。5.1 WinCC的系统构成WinCC基本系统是很多应用程序的核心，它包含以下九大部件： 1）变量管理器变量管理器(tag management)管理WinCC中所使用的外部变量、内部变量和通讯驱动程序。2）图形编辑器图形编辑器(graphics designer)用于设计各种图形画面并使其动态化。在WinCC的图形编辑器中用户将在组态模式中用各种工具和对象生成图形画面，可以用包含在对象和样式选项板中的众多的图形对象来创建过程画面，可以通过动作编程将动态添加到单个图形对象上，向导提供了自动生成的动态支持并将他们链接到对象，用户同时可以在库中存储自己编程的图形对象。3）报警记录报警记录(alarm logging)负责采集和归档报警消息。4）变量归档变量归档(tag logging)负责处理测量值，并长期存储所记录的过程值。5）报表编辑器报表编辑器(report designer)提供许多标准的报表，也可以设计各种格式的报表，并可按照预定的时间进行打印。6）全局脚本全局脚本(global script)是系统设计人员用ANSI-C及Visual Basic编写的代码，以满足项目的需要。7）文本库文本库(text library)编辑不同语言版本下的文本消息。8）用户管理器用户管理器(user administrator)用来分配、管理和监控用户对组态和运行系统的访问权限。9）交叉引用表交叉引用表(cross-reference)负责搜索在画面、函数、归档和消息中所使用的变量函数、OLE对象和ActiveX控件。5.2 WinCC的性能特点WinCC的性能特点如下：1) WinCC基于最新发展的软件技术，与Microsfot的密切合作能保证用户获得将来不断更新的技术。2) 包括所有的SCADA功能在内的客户机/服务器系统:即使最基本的WinCC系统仍能提供生成复杂可视化任务的组件和函数，生成画面、脚本、报警、趋势和报告的编辑器由最基本的WinCC系统组件建立。3) 集成ODBC/QSL数据库:SQL2000标准数据库集成于WinCC，所有面向列表的组态数据和过程数据均存储于此库中，可以容易的使用标准查询语言(SQL)或使用ODBC驱动访问WinCC数据库，如这些访问选项允许WINCC对其他Windows程序和数据库开放它的数据。4) 强大的标准接口(如OLE，ActiveX，OPC):WinCC建立了像DDE，OLE等在Windows程序间交换数据的标准接口，因此能毫无困难的集成ActiveX控件和OPC服务器、客户端功能。5) 提供所有主要PLC系统的通讯通道:作为标准，WinCC支持所有连接SIMATIC S5/S7/505控制器的通讯通道，还包PROFIBUS一DP，DDE，OPC等非特定控制器的通讯通道。此外，广泛的通讯通道可以由选件和添加件提供。6) 与基于PC的控制器SIMATIC WinCC的紧密接口:PLC操作、监控系统在一台PC机上结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和WinAC实现了西门子的基于陀的强大自动化解决方案。7) 集成到MES和ERP中:标准接口使得SIMATIC WinCC成为在TIA环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，以及为公司管理(MES，ERP)提供管理数据。5.3建立项目5.3.1 建立一个新项目启动WINCC，单击 菜单项。建立“毕业设计”项目的步骤如下：选择“单用户项目”并单击“确定”按钮。在“新项目”对话框中输入“毕业设计”作为项目名，并为项目选择一个项目路径。如有必要可以对项目路径重新命名；否则，将以项目名作为路径中的最后一层文件夹的名字。本次关闭WinCC前所打开的项目，在下一次启动WinCC是也将自动打开。如果本次关闭WinCC前项目是激活的，则下一次启动WinCC也是将自动激活所打开的项目。打开WinCC资源管理器，实际窗口内容根据配置情况有细微差别。窗口的左边为浏览窗口，包括所有已安装的WinCC组件。有子文件夹的组件在其前面标有符号“+”，单击此符号可显示此组件下的子文件夹。窗口右边显示左边组件或文件夹所对应的元件。图5.1 毕业设计在导航窗口中单击“计算机”图标，在右边窗口中将显示与用户的计算机名一样的计算机服务器。右击此计算机，在快捷菜单中选择“属性”菜单项，在随后打开的对话框中可设置WinCC运行时的属性，如设设置WinCC运行系统的启动组件和使用的语言等。5.3.2 项目的设置为了更有效地创建WinCC项目，应对项目的结构给出一些初步的考虑。根据所规划项目的大小，按照确定的规则进行某些设置，在开始创建一个项目前应考虑以下几方面：1) 项目类型在开始创建项目前，应清楚创建的是单用户项目，还是多用户项目。由于实验设备没有联网，故本项目创建为单用户项目。2) 项目路径可将WinCC项目创建在一个单独的分区上，不要将WinCC项目放在系统分区上。3) 项目名称一旦完成项目的创建，再对项目的名称进行修改就会涉及许多步骤。因此，建议在创建项目之前就确定合适的名称。此外，所创建的项目还具有统一的画面、函数和变量命名的约定等。本项目名称为“毕业设计.MCP”。4) 设置运行环境在项目环境的计算机属性一项中设置。包括运行时显示画面的形式(如是否全屏显示等)、启动画面、运行的控制模块等。其中运行的控制模块中图形运行是必需的，其他选项视实际情况而定。例如:项目中有记录标签值的功能，则标签管理器的运行应选中；若使用了报警，则报警管理器及文本库的运行应选中。如果运行环境参数的修改是在运行状态下完成的，必须先退出运行状态，再重新启动运行才有效。本项目运行时的显示画面设置为全屏显示。启动了图形运行系统。5.4 组态项目WinCC变量标签是可设地址的变量，对应内部或外部过程数据。简单地说，变量标签就是WinCC与过程通讯所要监视的对象。5.4.1配置PLC驱动为了与外部设备进行通讯，必须组态用于该设备的通道。通道就是在设备和WinCC之间生成的逻辑接口的驱动器，要想在你的项目中加人一个新的驱动器，右击变量管理，并选择“添加新的新驱动程序”。 在“添加新的驱动程序”对话框中，选择一个驱动程序，例如选择SIMATIC S7 Protocol Suite.chn,并单击“打开”按钮，所选择的驱动程序将显示在变量管理的子目录下。单击所显示的驱动程序前面的“+”，将显示当前驱动程序所有可用的通道单元。通道单元可用于建立与多个自动化系统的逻辑连接。5.4.2 建立连接右击MPI通道单元，在快捷菜单中选择“新驱动程序的连接”菜单项。随后单击“确定”按钮。5.4.3建立过程变量在建立过程变量前，必须先安装一个通讯驱动程序和建立一个逻辑连接。在前面已建立了一个名为NewConnection的逻辑连接。单击“变量管理”SIMATIC S7 PROTOCOL SUITEPROFIBUS前面的“+”，展开各自节点，右击出现的节点NewConnection，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项。建立外部变量组和一些外部变量。具体如下图所示：图5.2变量组在外部变量病房1变量组下再建立如变量，并且设置变量属性为二进制变量如图5.3所示。图5.3 在变量组中添加变量同理，再对病房2，病房3，病房4变量组分别建立变量，然后再设置变量属性。5.5 图形设计编辑器介绍5.5.1 WinCC图形设计编辑器WinCC图形编辑器是一个向量的绘图程序，其功能包括准定位、排列、旋转和镜象、发送图形对象属性等.还能对对象进行编组。建立对象库，以及应用BMP 、WMF、EMF格式或通过OLE等引人或镶嵌在外部编辑图形和文本中。 图形编辑器支持16层画面的组态，对于编组对象，可以不拆开编组对象就能直接修改组中的个别对象的属性。 用户可以动态控制所有图形对象的外观，几何外行、颜色、样式等属性都可以通过变量或从脚本直接寻址来更改。 已经生成的对象储存在对象库中，从对象库可以随时调用对象。WinCC将对象库分为全局对象库和专用对象库，还提供一个功能库用语组态动作。全局对象库还包括各种各样的按主题分类的预制对象，而专门项目库是针对每个专门对 象库建立的。当通过WinCC浏览器切换图形中的用户界面时，系统同时切换对象名称、对象组及用户定义的接口参数。 对象库中的对象可以文件名的方式或以图标的方式列出，用户可以应用Windows的拖放操作，将用户组态到过程画面中。WinCC图形编辑器所编辑图面文件的扩展名为.PDL。图5.4 图形编辑器5.5.2图形设计面板在图形设计面板中，设计人员可以根据自己的想法，进行图形的编辑与设计。图形面板如下所示。图5.5 图形设计面板5.5.3对象选项板一标准对象要想使用对象，用户只需简单地选中所要的对象，然后将光标拖到当前工作的PDL中相应的区域中，光标将变成你所选的对象。左击和拖放对象到所需的大小，然后松开鼠标键。该对象将出现在拖放的区域。图5.6 对象选项板5.5.4使用WinCC图库WinCC图库可以从工具条或下拉式菜单中打开(如图所示)。图库中提供了许多图形，符号和智能对象，这些对象供拖放到画面中进行组态。图库分为2部分：全局图库含有已做好的对象，分为几大类。项目图库，每个WinCC项目是唯一的并保存用户生成的专用对象。用户可以简单地将任何生成的专用对象拖人项目图库中，井给它一个名称。然后，该对象可在当前的项目中或传到其它的WinCC项目中多次使用。在该对象中支持所有的属性C脚本和赋值。在WinCC图库中，找到你所希望使用的对象，然后用鼠标拖到工作区即可。如图所示。图5.7 WinCC图库5.6 生成动态对象5.6.1 用图形设计器生成动态对象图形用户接口(GUI)的主要目的，是用于为软件应用提供一个易于使用的操作员界而。使用图标和画面比使用文本界面对操作员的知识技巧培训要求要少得多。随着Windows应用的发展，这种类型的界面将更加广泛使用;随着每一次处理器技术的重大改进，用户对这些界面的功能展望又进一步。其结果是，这些应用对于用户来说更加容易，对于软件开发人员来说更具挑战性。在那些专门设计可视应用界而的软件开发人群中流传着一个旧格言:“程序越容易使用，开发越困难”。WinCC图形设计编辑器提供三种工具，使用户能够按Windows质量标谁开发可视应用，而不需要通常与这些功能连接所必需的内务操作。接下来以监控画面中的病房1中的病床1为例，说明具体组态过程。如下图。图5.8 床位11组态1）直接连接该工具允许用户在一个对象事件基础上，组态从“源”到“目标”之间动态传送任何类型的数据。“直接连接”可用于组态画面切换键，读或写数据到过程变量标签中，或将数字值传给图形显示。直接连接界面是一个功能强大，事件驱动的工具，它允许用户将一个值从一个源放到另一个目标中。数据源和数据目标可以是常数，过程变量标签的当前值，也可以是当前画面中，任何对象的任何属性值。要想用“直接连接”组态某个对象，用户必须找到该对象的属性页的事件标号。“直接连接”只能在事件中使用，而不能在属性中。一旦某个对象事件上连有“直接连接”，则在该事件位置出现一个蓝色的闪电箭头。首先，用鼠标单击所创建的“呼叫”按钮，在弹出的菜单中选择“属性”按钮，选择“事件”，选择“鼠标”，用鼠标右键单击“按左键”后面的闪电标志，在弹出的菜单中选择“直接连接”命令。在弹出“直接连接”的对话框中选择“来源”下的“常数”并输入“1”；选择“目标”下的变量，并单击“变量”后的公文包图标。图5.9 直接连接弹出“变量”选择对话框，展开“WINCC变量”前面的“+”，选择以前所建的驱动程序“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”并展开后，单击其中的“MPI”，找到S7-300MPI并展开，找到以前所建的“护士站内病床11确认”变量，最后单击“确定”按钮。如图5.10所示。图5.10 连接变量回到“直接连接”属性对话框，单击“确定”按钮，则“护士站内病床11确认”变量与前面的常数“1”就连接上了。其它按钮同理可得。2）动态对话框该工具允许用户定义某个对象属性的行为，该行为根据所给表达式的值而变化。该表达式可以是简单的，如过程变量中的值。也可以是复杂的，用算术操作运算，C功能返回值，或是其结合。用户可直接用表达式，或过程变量的各位，或用布尔状态。用户也可判断与PLC连接的状态，或握手错误。与直接连接不同，动态对话框需要一个触发器才能执行。动态对话框界面是一种工具，可使用户定义在运行模式下某对象属性的值或行为，该值或行为取决于表达式的结果。表达式可以简单也可以复杂，可以包括过程变量，C功能和算术操作。实际上，本工具根据用户输人的信息将其转换成C脚本程序。称为简化的脚本编程。动态对话框界面为用户提供一种灵活的C语言编程方法，用户实际上不需要知道C语言。动态对话框只能用于你所希望组态的对象的属性。它们不能用于对象的事件。首先创建一个圆表示护士站内病床11的呼叫灯，单击鼠标右键，选择“属性”命令，弹出“对象属性”的对话框，选择“属性”-“颜色”-“背景颜色”，选中“背景颜色”后面的灯泡图标，单击鼠标右键，在弹出的的菜单中选择“动态对话框”命令。如图5.11所示。图5.11 组态对话框弹出“动态值范围”对话框，单击省略号图标，在弹出的的菜单中选择“变量”命令。弹出“变量”对话框，选择“护士站内病床11呼叫灯”变量，单击“确定”按钮。图5.12 连接变量然后在“动态值范围”对话框中，将数据类型改成“布尔型”：将“表达式/公式的结果”-“有效值范围”下的“是/真”的“背景颜色”改成红色：将“否/假”的“背景颜色”改为绿色：单击“应用”按钮。3）C脚本界面该工具允许用户将C脚本程序与所给对象上的任何事件或属性相连，该脚本提供的功能性最多，但要求运用的知识也最多。C脚本具有即可以用于对象属性，也可以用于事件的优点，井提供最灵活的设计用户WinCC应用的方法。虽然，它要求具有ANSI C编程语言的工作知识，但在脚本界而中还有其它工具将使脚本编程比大多数的编程环境要容易。C脚本界而由4个主要区域组成：代码窗口：可以输人到属性或事件函数的C代码区。这里，允许我们通过点击函数输人对象的C代码。编译信息区：在这里显示编译信息。点击错误和警告信息将把用户带到出错行。工具条：含有帮助生成脚本和设置触发器的工具。函数浏览器：允许从WinCC函数库中选择C函数。5.6.2 理解WinCC中的图形对象图形设计编辑器中的对象称做对象相关，或类似于真实世界的对象。我们可以将对象认做儿童的球。我们的实的球的物理属性可以由我们所直接观察到的东西来定义。用我们的感观，我们可以评估其大小尺寸和颜色。这些静态特征我们叫做属性。如果你希望改变球的属性，用户需要做一些物理动作，如，用户可以在球上刷柒，改变它颜色。与球(或任何其它对象)相连的还有其它的动态事件。动态属性描述那些可能发生在对象上的事情。例如，球可以弹起或扔出去。这些动态动作被称为事件。WinCC中的对象也有与其相连的属性和事件。例如，改变图形对象的颜色，用户可访问背景颜色属性。如图所示。调色板允许用户涂刷其图形对象。同样地，所列出的属性都能用相似的方法改变。正如你所见，我们的虚拟球比真实世界对应物具有更多的属性，因此，在PC上的图形比真实对象具有更多的可能性。正如你也许想到静态属性也可以通过该属性连接的变量产生动态。6 图形界面总述本设计制作的图形界面分为监控界面和线路图。监控界面包括呼叫监控、3D界面和登录界面。监控界面显示了各个病房以及对应的病床的呼叫情况，包括呼叫次数和呼叫时间，为操作员提供了直观动态的监控效果。在各个监控界面下方，都有导航按钮，用以切换到需要监控的界面，其设计方法是右键点击按钮，打开按钮组态对话框，在单击鼠标改变画面选项中选择相应的界面。其中退出按钮选择登录界面。在界面标题两侧，还显示了日期和时间，方便操作员查看。下面对主要界面分别进行介绍。6.1 图形界面介绍6.1.1 登录界面登录界面主要用于进入监控系统和退出监控系统。在最后设置运行属性时也常常把这一界面设置为系统的启动界面。这个界面的内容很简单，主要由系统名称文本和一些按钮组成。 “退出系统”按钮的动态设置是在动态向导里的系统函数里面选择退出winCC,设计好的登录界面如图6.1所示。图6.1 欢迎界面6.1.2 监控画面监控画面是该系统中的最重要的一个画面，该画面展现了病房中的两大块：重症区和普通区。每个病区分为两个病房，每个病房内有两个床位，正常情况下，监控画面中的灯为绿色，当有呼叫时变为红色，同时对应灯的左下方会对呼叫时间进行计时，当值班护士按下确认按钮时，红灯变为绿灯，但此时计时依旧继续，直到护士到达对应床位按下复位按钮，计时停止后，灯的右下方会累加一次呼叫次数。监控画面如图6.2所示。图6.2 监控画面6.1.3 病房3D图3D图是根据病房的实际分布所设计的，为的是能更加直观地看到病房区和护士站的分布情况。病房3D图如图6.3所示。图6.3 病房3D图6.1.4 2D线路图2D线路图是一