《可编程控制器》课程设计-病房呼叫系统.doc

设 计 任 务 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 病房呼叫系统 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 2014级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017年 2 月 20日可编程控制器课程设计任务书（一） 设计题目病房呼叫系统（二） 情况简介本课程设计主要用于医院病务区的病人有紧急或自己不方便的事件时呼叫护士站寻求帮助，护士根据站内指示灯及响铃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灯及响铃复位，在处理完后再在病床前的开关将病床及病房的灯复位。（三） 设计要求、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。、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。、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能被重置。（四） 设计步骤. 查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。. 绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。. 编程。. 调试。. 编写设计说明书。、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。、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。、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能被重置。（五） 设计说明书要求1. 完整的设计任务书。2. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。3. 正确合理地进行编程元件的地址分配。4. 画出输入/输出接线图及相关电气原理图。5. 设计梯形图控制程序。6. 编制系统的操作说明。7. 编制系统的调试说明及注意事项。8. 设计体会（可选）.9. 参考文献.（六） 列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 5 日（2周）指导教师 设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目： 病房呼叫系统 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 2014级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017年 2 月 20日目录1、引言21.1背景21.2设计内容及目的22、系统总体方案设计32.1 系统硬件配置及组成原理32.2 系统变量定义及分配表42.3 系统接线图设计53、控制系统程序设计73.1 控制程序流程图设计73.2 控制系统的设计思路及设计程序84、控制系统的上位机设计114.1 人机界面选择114.2 人机界面设计114.2.1通讯连接114.2.2变量设置124.2.3画面组态125、系统调试及结果分析145.1 PLC程序调试及解决的问题145.2 PLC与上位机联调155.3 结果分析15结束语15参考文献16附录：程序梯形图161、引言1.1背景 随着人口趋于老龄化，去医院看病的人数越来越多，为了提高医院的看病效率，需在护士医生人数有限的条件下设计一个病房紧急呼叫系统，来提高看病效率及及时处理病人突发状况的出现，因此此次课程设计专门研究了一个由plc控制的病房呼叫系统。1.2设计内容及目的本次的课程设计的主题就是：病房呼叫系统。设计要求为：、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。、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。、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能被重置。设计目的：主要用于医院病务区的病人有紧急或自己不方便的事件时呼叫护士站寻求帮助，护士根据站内指示灯及响铃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灯及响铃复位，在处理完后再在病床前的开关将病床及病房的灯复位。2、系统总体设计方案2.1、系统硬件配置及组成原理病床呼叫系统有主机、从机等两部分组成。从机（呼叫源）即病床按钮，主机包括PLC及各输入输出扩展模块。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。根据课程设计要求，基于PLC控制各病床呼叫系统，需要输入点27个，输出点18个，并且所有的输入点和输出点都是直流的。下表是I/O口统计表。I/O口统计表输入输出名称数量名称数量病人呼叫按钮12病床指示灯（恒亮）12病人重置按钮12病房指示灯（等频闪烁）3护士站病房指示灯重置按钮1护士站病房指示灯（差频闪烁）3系统启动1总计18系统停止1总计27综合考虑课题设计所需控制设备的功能性和价格，硬件系统的主机单元选择CPU224XP，本机集成14输入/10输出。还需要选择扩展模块，这里选择DI8/DO8的输入/输出混合扩展模块EM223和DI8的输入扩展模块EM221.主机CPU224(DI14/DO10)、模块1EM223(DI8/DO8)、模块2EM221(DI8)组成的硬件系统完全满足设计要求并且略有冗余。主机CPU224xp模块1EM223DI8/DO8DC24V模块2EM221DI8DC24V输入设备输出设备主机CPU224XP模块1EM223DI8/DO8DC24V模块2EM221DI8DC24VPLC系统组成图2.2系统变量定义及分配表系统变量定义表模块号输入变量输出变量内存变量信号名称有效状态说明代码CPU224CPU224xpI0.0一号病房1号床呼叫按钮1有效常开按钮SF11I0.1一号病房2号床呼叫按钮1有效常开按钮SF12I0.2一号病房3号床呼叫按钮1有效常开按钮SF13I0.3一号病房4号床呼叫按钮1有效常开按钮SF14I0.4一号病房1号床重值按钮1有效常开按钮SF110I0.5一号病房2号床重值按钮1有效常开按钮SF120I0.6一号病房3号床重值按钮1有效常开按钮SF130I0.7一号病房4号床重值按钮1有效常开按钮SF140I1.0二号病房1号床呼叫按钮1有效常开按钮SF21I1.1二号病房2号床呼叫按钮1有效常开按钮SF22I1,.2二号病房3号床呼叫按钮1有效常开按钮SF23I1.3二号病房4号床呼叫按钮1有效常开按钮SF24I1.4二号病房1号床重值按钮1有效常开按钮SF210I1.5二号病房2号床重值按钮1有效常开按钮SF220EM223I2.0二号病房3号床重值按钮1有效常开按钮SF230I2.1二号病房4号床重值按钮1有效常开按钮SF240I2.2三号病房1号床呼叫按钮1有效常开按钮SF31I2.3三号病房2号床呼叫按钮1有效常开按钮SF32I2.4三号病房3号床呼叫按钮1有效常开按钮SF33I2.5三号病房4号床呼叫按钮1有效常开按钮SF34I2.6三号病房1号床重值按钮1有效常开按钮SF310I2.7三号病房2号床重值按钮1有效常开按钮SF320EM221I3.0三号病房3号床重值按钮1有效常开按钮SF330I3.1三号病房4号床重值按钮1有效常开按钮SF340I3.2护士站紧急呼叫处理置位按钮1有效常开按钮SF3I3.3启动按钮1有效常开按钮SF1I3.4停止按钮1有效常开按钮SF2CPU224xpQ0.0一号病房1号床头指示灯1有效LED发光二极管PG11Q0.1一号病房2号床头指示灯1有效LED发光二极管PG12Q0.2一号病房3号床头指示灯1有效LED发光二极管PG13Q0.3一号病房4号床头指示灯1有效LED发光二极管PG14Q0.4二号病房1号床头指示灯1有效LED发光二极管PG21Q0.5二号病房2号床头指示灯1有效LED发光二极管PG22Q0.6二号病房3号床头指示灯1有效LED发光二极管PG23Q0.7二号病房4号床头指示灯1有效LED发光二极管PG24Q1.0三号病房号床头指示灯1有效LED发光二极管PG3-Q1.1三号病房号床头指示灯1有效LED发光二极管PG32EM223Q2.0三号病房号床头指示灯1有效LED发光二极管PG33Q2.1三号病房号床头指示灯1有效LED发光二极管PG34Q2.2一号病房紧急呼叫闪烁指示灯1有效LED发光二极管PG1Q2.3二号病房紧急呼叫闪烁指示灯1有效LED发光二极管PG2Q2.4三号病房紧急呼叫闪烁指示灯1有效LED发光二极管PG3Q2.5护士站一号病房紧急呼叫闪烁指示灯1有效LED发光二极管PG10EM223Q2.6护士站二号病房紧急呼叫闪烁指示灯1有效LED发光二极管PG20Q2.7护士站三号病房紧急呼叫闪烁指示灯1有效LED发光二极管PG30CPU224xpCPU224xpCPU224xpM0.0启动停止自锁寄存器1有效通用辅助继电器M0.1一号病房1病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M0.2一号病房2病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M0.3一号病房3病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M0.4一号病房4病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M0.5一号病房紧急呼叫指示灯闪烁辅助寄存器1有效通用辅助继电器M0.6二号病房1病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M0.7二号病房2病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M1.0二号病房3病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M1.1二号病房4病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M1.2二号病房紧急呼叫指示灯闪烁辅助寄存器1有效通用辅助继电器M1.3三号病房1病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M1.4三号病房1病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M.5三号病房1病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M1.6三号病房1病床呼叫自锁寄存器1有效通用辅助继电器M1.7三号病房紧急呼叫指示灯闪烁辅助寄存器1有效通用辅助继电器M2.0护士站一号病房紧急呼叫指示灯高频闪烁自锁寄存器1有效通用辅助继电器M2.1护士站一号病房紧急呼叫指示灯中频闪烁自锁寄存器1有效通用辅助继电器M2.2护士站一号病房紧急呼叫指示灯低频闪烁自锁寄存器1有效通用辅助继电器M2.3护士站二号病房紧急呼叫指示灯高频闪烁自锁寄存器1有效通用辅助继电器M2.4护士站二号病房紧急呼叫指示灯中频闪烁自锁寄存器1有效通用辅助继电器M2.5护士站二号病房紧急呼叫指示灯低频闪烁自锁寄存器1有效通用辅助继电器M3.0护士站三号病房紧急呼叫指示灯高频闪烁自锁寄存器1有效通用辅助继电器M3.1护士站三号病房紧急呼叫指示灯中频闪烁自锁寄存器1有效通用辅助继电器M3.2护士站三号病房紧急呼叫指示灯低频闪烁自锁寄存器1有效通用辅助继电器系统I/O口分配表主机I/OCPU224xp模块1I/OEM223模块2I/OEM221I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.211.3I1.4I1.5Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0/Q1.1I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7I3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.72.3系统接线图设计硬件系统接线需要将常开触点，发光二极管，限流电阻，24V直流电源通过导线与PLC相连。系统接线图3、控制系统设计3.1、控制程序流程图控制程序流程图PLC无状况是否有病人按下紧急呼叫按钮5秒内是否按下重置按钮病床指示灯亮；病房指示灯烁；护士站紧急呼叫并闪灯；用不同的闪烁频率表示各病房呼叫顺序是否按下护士站处理按钮护士站紧急灯熄灭响铃停止依顺序处理各病房的病床，完成后，按下处理完毕按钮3.2控制程序设计思路根据课题设计需要实现的任务目标来解读控制程序的设计思路。、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。解读：需要设计12个对应病床的呼叫输入点以及对应病床重置按钮的输入点。、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。解读：护士站应有一个可以复位所有护士站内病房紧急呼叫指示灯重置按钮。、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。解读：每一个病床对应一个病床紧急指示灯的输出，病床的呼叫输入需经过定时器5s延时后接通对应病床紧急指示灯的输出，并且对应病床的重置按钮即能在紧急呼叫5s内关断定时器，又能在5s后关断对应病床的紧急指示灯；每一个病房有4个病床，对应一个闪烁的病床紧急呼叫指示灯。这个病房的任一个床位呼叫都会使病房指示灯闪烁，所以这4个病床采用并联方式驱动病床指示灯；护士站有3个编号并和3个病房对应的闪烁指示灯和一个复位闪烁指示灯的护士站紧急呼叫处理按钮。、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。解读：优先级判别的能力是通过3种不同的护士站病房指示灯闪烁频率来表示病房紧急呼叫的先后顺序。先按下的病房以较高的频率闪烁，后按下的病房以较低的频率闪烁，同时按下的以相同的频率闪烁，以此来区分病房呼叫的先后顺序。、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能被重置。解读：护士站紧急呼叫处理按钮只复位护士站内3个病房闪烁指示灯，不影响病房外设的闪烁指示灯，复位后不影响后续病房呼叫引起的护士站病房指示灯闪烁，则此复位重置按钮只能作用在PLC一个扫描周期内，关断外部信号输入，且在外部信号不变时关断信号保持。外部信号再次改变时，关断状态变为开启状态。4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择用组态王6.53软件来制作。4.2 人机界面设计4.2.1通讯连接在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图（图4-1）所示。32图4-1 通讯连接相关图4.2.2画面组态我的人机界面具体分为四个界面：主界面、一号病房、二号病房、三号病房，护士站（如下图）。5、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为226，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。利用S7-200仿真软件调试如图5.2 PLC与上位机联调上位机我是采用组态王6.53来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）