基于PLC的病房呼叫系统

电气控制和PLC课程设计指南问题：基于PLC的病房呼叫系统专业课：姓氏：学号：指导教师：说明：成绩：地图教师签名：日期：目录1、系统概述31.1病房呼叫系统的应用背景和重要性31.2设计工作和要求32、计划演示42.1程序-基于单片机的程序设计42.2程序2基于PLC的程序设计52.3比较方案63.硬件设计63.1系统的原理块也是63.2I/O分配73.3I/O布线图83.4选择部件94.软件设计94.1主流程94.2阶梯105.系统调试12设计经验16参考文献161、系统概述1.1病房呼叫系统的应用背景和重要性随着科学技术的发展，医院中使用了越来越多的智能设备，目前国内外通话系统都在选择无线网络，受到地理限制和环境的制约。信号接收不好，患者不能及时找医生，情况会恶化。这个设计的病房呼叫系统可以及时、准确地通知医护人员帮助，及时接受治疗。为了方便患者，减少医务人员的巡逻次数，减少劳动强度，在临床上得到广泛应用。1.2设计工作和要求设计工作：这个过程主要是为了在医院患者遇到紧急情况，自己不舒服的时候向护士站求助，护士站根据工作站内部的指示灯寻求帮助信息的来源，并及时提供帮助。护士在车站发现信号后，立即重置内部指示灯，然后处理患者的要求，再重新设置患者床边指示灯和病房门口指示灯。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)主要流程图、梯形图设计；(3)系统调试，自我设计改进。设计要求：(1)共有3个病房，每个病房有4张床。每个床头都有紧急呼叫按钮和重置按钮，以防止患者及时紧急呼叫。(2)每层都有护士站，每个护士站都有用于该层患者紧急呼叫和处理的重置按钮。(3)每个床头有紧急呼叫按钮，在5s内没有按重置按钮的情况下，病床床头紧急指示灯闪烁，同一层护士站显示病房紧急呼叫，指示灯闪烁的紧急指示灯。(4)护士站的病房紧急呼叫中心，每个病房都有编号，通过指示灯可以知道哪个病房先按了患者紧急呼叫按钮，还有优先排序的能力。(5)一旦看到护士站紧急呼叫闪烁的灯光，护士首先要按护士处理按钮取消闪烁状态，然后按病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事件，事故正确处理后，病房紧急闪烁指示灯和病床紧急状态灯可以重置。2、节目论证2.1程序-基于单片机的程序设计使用8051自己的接口实现数码管静态显示和键盘扫描，8051单片机和地址锁定设备的4个8-3状态锁定器74LS373芯片和74LS138芯片构成了完整的最小微机电路。在此基础上，在智能设备上配置多位数码管显示和m行n列矩阵键盘时，可以通过8051自己的I/O端口实现上述功能，而无需扩展I/O芯片，选择P0端口上的8个端口作为LED段，选择将P2端口上的3个3个高度连接到4个LED的3个8个解码器74LS138。使用P1和P2端口的5位作为键盘电路的接口，如1所示。图(1)微型计算机是微型计算机的一个重要领域，应用面很广，发展很快。微芯片诞生30多年来，发展为数百种近千种机型。使用单片机控制程序拥有5台完整的微机，但没有自己的开发能力，因此需要使用开发工具开发应用程序，诊断硬件系统。此程序的优点包括：(1)成本低。目前单片机的价格比较低，周边电路的配件价格也不高，所以整体设计、成本比较低。(2)可以根据需要扩展外部存储容量，设计相对灵活。(3)因为已经有很多设计好的子程序，可以直接从系统软件设计中调用，减少了大量工作量。缺点是(1)系统硬件设计比较复杂，使用此程序同时包含扩展电路部分和系统配置电路部分，系统电路设计工作量比较大，影响系统开发的时间。(2)考虑到芯片、装置选择、解耦滤波器、电路板布线、通道隔离、屏蔽等，系统在系统设计中的抗干扰能力比较差。但是，由于工厂的条件恶劣，很难确保系统的可靠性和稳定性。(3)系统必须自行设计电源，不能保证系统的稳定运行。(4)维护比较棘手，维修所需时间也比较长。2.2程序2基于PLC的程序设计PLC是专为工业环境设计的基于交换机逻辑控制的自动控制设备。面向用户的工业控制计算机，具有多种特征：(1)可靠性高，抗干扰能力强。可靠性是控制装置的生命。计算机具有强大的功能，但抗干扰能力下降，工业现场的电磁干扰、电磁波动、机械振动、温度和湿度的变化可能导致普通计算机无法工作。PLC吸收了制造商在电子电路、机械结构和软件结构方面长期积累的生产控制经验。主要模块均采用现代大规模和超大规模集成电路技术，I/O系统设计具有完整的通道保护和信号调理电路。对耐热性、防潮、防尘、防尘等有结构考虑。采取硬件隔离、屏蔽、过滤、接地等抗干扰措施。软件使用数字过滤等抗干扰和故障诊断措施。所有这些都使PLC具有高抗干扰能力。此外，传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器、触点和接线，接触不良，容易发生故障。PLC使用微电子技术以无触点开关设备执行大量开关操作，使用软件代替许多中间继电器和复杂的连接，只剩下与输入和输出相关的少量布线，从而大大提高了PLC的寿命和可靠性(2)功能完备，通用性强。随着PLC到今天的发展，已经形成了各种规模的大、中、小系列化产品。可用于所有规模的产业控制情况，要改变控制功能，只改变程序，具有较强的通用性。PLC的输入/输出系统功能完整，性能可靠，可以适应各种形式和特性的开关和模拟输入/输出。交换机逻辑控制功能和步进、计数功能以及模拟处理、温度控制、位置控制、网络通信等功能。可以独立运行，也可以通过网络运行。集中控制和分布式控制以及运行期间，可以随时修改控制逻辑，增加或减少系统功能。(3)编程简单易懂。PLC通常使用与继电器控制电路图非常相似的阶梯图作为编程语言。这既有考虑电工和技术人员阅读习惯的继电器控制电路的清晰直观的特点。用户几乎不需要特殊的计算机知识，因此易于学习，控制更改时更容易修改程序。(4)使用简单，调试和维护方便。PLC的布线非常简单方便，只需将接触器、电磁阀等输出设备连接到PLC的输出端即可。PLC的用户程序可以用于实验室中的调试模拟，输入信号模拟为开关，输出信号使用PLC的输出指示灯进行模拟调试。然后，将PLC重新安装在现场，以控制视觉系统(比调试继电器)，从而在出现错误的情况下快速解决问题。所以PLC使用方便，调试、维护方便。(5)小质量轻，功耗低。采用集成芯片，例如单片机，体积小、重量轻、体积小、功耗低。2.3比较方案总的来说，单片机解决方案成本比较低，但使用单片机的控制系统抗干扰能力低，故障率高，不易扩展。同时，周围的电路很简单，但软件实现太复杂。PLC控制抗干扰能力低，故障率低，设备扩展和维护方便，开发周期短，因此我将采用本例2。3.硬件设计3.1系统原理方框图图(2)系统的原理框图3.2I/O分配X0第一病房一楼启动开关SB1Y0一号病房一号指示灯X1第一病房第一层重置开关SB2Y11号病房2号指示灯X2第一病房2楼启动开关SB3Y21号病房3号指示灯X3第一病房第二层重置开关SB4Y31号病房4号指示灯X4第一病房三层启动开关SB5Y42号病房一期指示灯X5第一病房三层重置开关SB6Y52号病房2号指示灯X6第一病房4层启动开关SB7Y62号病房3号指示灯X7第一病房4层重置开关SB8Y72号病房4号指示灯X102号病房1床启动开关SB9Y10三号病房一期指示灯X112号病房1楼重置开关SB10Y113号病房2号指示灯X122号病房2楼启动开关SB11Y123号病房3号指示灯X132号病房2楼重置开关SB12Y133号病房4号指示灯X142号病房3层启动开关SB13Y14一号病房指示灯X152号病房3楼重置开关SB14Y152号病房指示灯X162号病房4楼启动开关SB15Y163号病房指示灯X172号病房4楼重置开关SB16Y20护士站1病房1床指示灯X203号病房1床启动开关SB17Y21护士站1病房2楼指示灯X213号病房1楼重置开关SB18Y22护士站1号病房3号指示灯X223号病房2楼启动开关SB19Y23护士站1号病房4楼指示灯X233号病房2楼重置开关SB20Y24护士站2号病房1号指示灯X243号病房3层启动开关SB21Y25护士站2号病房2号指示灯X253号病房3楼重置开关SB22Y26护士站2号病房3号指示灯X263号病房4楼启动开关SB23Y27护士站2号病房4楼指示灯X273号病房4床复位开关SB24Y30护士站3号病房1号指示灯X30第一病房重置开关SB25Y31护士站3病房2楼指示灯X312号病房重置开关SB26Y32护士站3号病房3号指示灯X323号病房复位开关SB27Y33护士站3号病房4楼指示灯X33护士站1病房复位开关SB28Y34护士站1号病房指示灯X34护士站2病房复位开关SB29Y35护士站2号病房指示灯X35护士站2病房复位开关SB30Y36护士站3号病房指示灯表(1)I/o分配表3.3I/O接线图图(3)3.4选择部件1.PLC选择。因为此次设计输入使用30个，输出使用30个。根据PLC选择规则，保留大约15%的备用I/O端口，因此必须至少选择80个I/O端口的PLC。根据经济和应用原则，PLC制造商主要是三菱、三角洲、西门子等。平衡经济和应用，选择经济实惠、性能稳定的三菱FX2N-80MR。2.选择led。选择病房指示灯：考虑病房指示灯亮度对患者休息的影响，病房指示灯的选择功率不能太大，选择亮度低的电源指示灯等，因此发光二极管选择模型为IN4007SOT-23。发光二极管的压力降低到1.72.5V，工作电流为1020mA，使用PLC的24V电源，为了使发光二极管正常工作，串联的电阻大小为2.4K，取决于10mA和工作电压24V。护士站指示灯的选择：护士站指示灯的选择是为了通知护士护士呼叫的事实，因此工作电压使用PLC附带的220V电源，工作电压为：AD38-22B-R/08，照明为红色LED灯，工作电压为交流电，DC220V。类型品牌型号数量PLC三菱公司FX2N-MR801病房指示灯持久战in 4007 sot-2315护士站指示灯先发制人AD38-22B-R/0815按钮正泰NP4-22BN/430表(2)4.软件设计4.1主进程根据此设计要求的逻辑顺序，患者按下患者床头的呼叫按钮，计时器开始计时5秒，5秒内按下重置按钮，指示灯不亮。否则，患者床边的指示灯会闪烁，病房门前的紧急灯会闪烁，护士站对应的病房指示灯会闪烁。护士看到指示灯闪烁后，按照指示灯闪烁的顺序按重置按钮，然后到相应的病房处理，适当处理后，按患者床头的重置按钮。如图(3)所示，绘制出图的流程图。图(4)主流程图4.2阶梯下图是第一病房4个病床对应的病房调用系统的阶梯设计。图(5)阶梯5.系统调试此设计的系统调试通过GX Works2进行仿真。调试结果如下：(1)按下1号病房1床时，未按紧急按钮时，5s内未按重置按钮时，患者床头的灯闪烁，相应病房入口的灯和护士站灯也开始闪烁。仿真结果如图6所示。图(5)(2)护士站护士看到指示灯闪烁时，如图(7)所示重