病床呼叫系统设计

1、摘 要 PLC是一个以微机处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程程序的储存器，用以其他内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机器或生产过程。本文论述了利用PLC的病床呼叫系统设计，病床呼叫系统PLC控制系统设计了病床呼叫系统的工作原理、控制要求，根据工艺要求，设计出病床呼叫系统的输入、输出端子，其中输入端为38个，输出端为27个，输出输入端总共65个。根据PLC的I/O点数和内存容量选型原则，选择了三菱FX2N-80MR继电器型PLC作为病床呼叫系统的控制器，同时选择了其他电

2、器元件，选择了PLC的外部接线图。论文然后就设计了病床呼叫系统的程序梯形图。为了验证设计的正确性，运用三菱GX-Developer仿真软件进行程序仿真。仿真结果证明，设计能够有效的保证病床呼叫系统的有效运行。关键词：病床呼叫系统；可编程控制器；GX-Developer目 录1 引言11.1 课程设计的目的11.2 课程设计内容及实现目标12 系统总体方案设计22.1 系统硬件配置及组成原理22.2 系统输入输出点分析32.3 PLC选型32.4 系统硬件接线图设计43 PLC控制软件设计53.1 系统变量定义及I/O地址分配表53.2 控制程序流程图设计63.3 PLC控制程序设计73.4 控

3、制程序时序图设计73.4.1 部分程序73.4.2 未按重置按钮83.4.3 按重置按钮84 系统调试及结果分析94.1 系统仿真调试94.2 仿真结果94.3 结果分析115 设计总结12参考文献13致谢14附录151 引言1.1 课程设计的目的这次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。1.2 课程设计内容及实现目标 (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

4、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 系统总体方

5、案设计2.1 系统硬件配置及组成原理通过对病床呼叫系统的PLC控制的设计认为和控制要求进行分析，可以初步得出设计方案：该病床呼叫系统由主机、从机等两部分组成。从机（呼叫源）即病床按钮，主机包括PLC以及指示灯报警系统。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顺序读入输入端口个呼叫源的状态，并且不断地循环扫描。一旦有呼叫按钮按下且5秒内没有按下重置按钮，PLC立即响应，通过设置的程序实现对系统的控制：点亮床头指示灯和护士站报警指示灯，并通过报警指示灯指出病房号；同时，病床门口报警指示

6、灯也被点亮。并通过互锁实现优先级别判断能力。主机监控系统响应后，将出现相应的光报警指示，以便提示医护人员尽快赶到现场。此外，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连，将多个护士站联网构成病房监护管理中心。PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用可编过程控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。由于本课程设计的输出端需要38个，所以PLC选取三菱FX2N-80MR,24VDC,输入单元为40点

7、，PLC的结构框图如下图所示。图1 PLC的结构框图2.2 系统输入输出点分析当一号病房一号床位需要帮助时，他可以按下按钮即x0，他所在床位的继电器线圈就会得电，它的常开触点就会闭合，即m12闭合，然后t0同时开始计时，同时一号病房的等就会发亮，即y4得电，同时医护室所对应的病床的灯也在闪烁，即y20得电。当医护人员接到信号，他们可以按下复位按钮即x30，使信号停止呼叫。然后医护站灯就熄灭，之后到病人那里解决并按下床头重置按钮x1。其他床位工作原理同上。当同时有多个人在呼叫时，医护人员如果来不及按复位按钮，则各个病床对应的灯会一直亮，之至医护人员提供帮助并按下重置按钮。2.3 PLC选型三菱P

8、LCFX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟I/O，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。综上所述，根据控制系统的要求，从经济性、实用性和可靠性等方面考虑，本次采用三菱FX2N-80MR型PLC作为控制系统的核心控制器，本控制器集成了40

9、点输入输出，共有80个数字量I/O口，而本次控制系统需要36个输入端和27个输出端，所以选用三菱FX2N-80MR型PLC可以满足课题需要，而且保证了I/O口的使用度量，可以满足控制系统适当的扩展需求。2.4 系统硬件接线图设计选用三菱FX2N-80MR型PLC,这种控制器有40点输入输出，满足我们需要的36输入和27个输出点，其中X0X43为输入点，Y0Y33为27个输出点，X0等为开关按钮，其接上24V的电压源，YO等为指示灯，接上240V电压源。接线图如图2所示：图 2 FX2N-80MR接线图3 PLC控制软件设计3.1 系统变量定义及I/O地址分配表根据具体的设计要求，把病房号、病房

10、的床位以及护士站13号病房中的14个病床的按钮当作输入点，输出点就是13号病房的灯、护士站的显示灯，具体分配如表1中所示：表 1 I/O分配表序号变量定义输入点输出点11号房14床紧急按钮X0、X2、X4、X6 22号房14床紧急按钮X10、X12、X14、X16 33号房14床紧急按钮X20、X22、X24、X26 4 1号房14床重置按钮X1、X3、X5、X7 5 2号房14床重置按钮X11、X13、X15、X17 6 3号房14床重置按钮X21、X23、X25、X27 7 护士站1号房14床重置按钮X30、X31、X32、X33 8 护士站2号房14床重置按钮X34、X35、X36、X3

11、7 9 护士站3号房14床重置按钮X40、X41、X42、X43 101号房14床灯亮 Y0、Y1、Y2、Y3 112号房14床灯亮 Y5、Y6、Y7、Y10 123号房14床灯亮 Y12、Y13、Y14、Y15 13护士站显示1号房灯闪 Y4 14护士站显示2号房灯闪 Y11 15 16 17 18 护士站显示3号房灯闪护士站显示1号房14床灯亮护士站显示2号房14床灯亮护士站显示3号房14床灯亮 Y16 Y20、Y21、Y22、Y23 Y24、Y25、Y26、Y27 Y30、Y31、Y32、Y333.2 控制程序流程图设计图3 病床呼叫系统流程图通过观察病人按下紧急按钮是否有人按下重置按钮

12、，如果没有按下重置按钮，则有病人需要紧急呼叫，这是通过护士站的指示灯告诉护士，当护士解决了问题按下处理完毕按钮，既可以取消指示灯的闪烁。流程图如图3所示。3.3 PLC控制程序设计根据设计要求，共有三个病房，每个房间有4个床位，每一个病床都有紧急按钮和重置按钮，以利于病人不适时紧急呼叫，这里每个床头的紧急按钮和重置按钮分别设为输入端,如X0、X2、X4、X6和X1、X3、X5、X7、X8为一号病房的紧急按钮和重置按钮。每一层都设有护士站，每一个护士站均有该层病人紧急呼叫与处理完毕重置按钮，当病人按下紧急按钮同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯，当护士处理完毕后按下护士站复位按钮便处理

13、完毕，X30、X31、X32、X33为护士站1号房的重置按钮。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。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。当有病人有病情按下紧急按钮，床头、病房门以及该层护士站指示灯都亮起来。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。这样就可以知道哪一个病人先按下按钮的。Y0、Y1、Y2、Y3为1号房4

14、个床的灯亮，Y4为护士站显示1号房灯闪，Y20、Y21、Y22、Y23为护士站显示1号病房14病床灯亮。利用这样的原理写出并处较系统的程序（程序见附录A）。3.4 控制程序时序图设计3.4.1 部分程序1号房1床病人按下紧急按钮X0之后M12为辅助继电器，如果该病人在T0计时器计时5秒没有按下重置按钮X1，即M12得电接通，1号病房1床灯Y0就亮了，当护士处理完毕后按下护士站重置按钮X30，即M24得电接通，M12就断开，Y0就熄灭，T0接通后使M0得电。驱动M30工作，M013为1s时钟。当M30得电后确定是有病情，这时护士站显示1号房1床灯Y20亮。然后当护士处理完毕后按下护士站重置按钮X

15、30，使Y0、Y4、Y20都断开。 图4 1号病房1床程序3.4.2 未按重置按钮以1号房1号床病人为例，病人按下紧急按钮X0并5秒中未按下重置按钮X1，这时护士站显示1号病房1床灯Y20亮、1号病房1床灯Y0亮、护士站显示1号病房门灯Y4亮。时序图如图5.图5 1号病房1床程序时序图3.4.3 按重置按钮以1号房1号床病人为例，病人病人按下紧急按钮并5秒中按下重置按钮，1号房1床的病人按下按钮X0之后，并且在5秒内按下重置按钮，于是Y4、Y20、Y0都没有输出信号，时序图如图6。 图6 1号房1床程序时序图4 系统调试及结果分析4.1 系统仿真调试运用编程软件编写的梯形图程序，编译无错误后使

16、用引出命令将梯形图程序存成后缀为.awl格式的可执行程序文件并保存在你设定的文件夹中（plc.awl）。打开打开“GX Developer程序”使用plc写入命令将plc.awl程序文件载入仿真程序软件中，点击命令运行，打开内存监视命令输入所要观察的输入输出，通过对仿真程序中指示灯的运行状态来检验程序是否准确，并对错误部分进行修改，完成程序。即可完成程序的仿真。在程序仿真过程中，出现了好几处二重线圈的问题，致使程序不能完美的实现预定的功能。但经过请教老师及同学，最终更改了那几处程序，程序基本能够实现了本次课程设计（病床呼叫系统）的功能。4.2 仿真结果当1号病房1床位按下按钮X0并在5秒内按重

17、置按钮X1，此时1号房1床灯Y0，护士站显示1号房灯Y20、门灯Y4灯都不亮，仿真如图7。图7 按下紧急呼叫并按下重置仿真图当1号病房1床位按下紧急呼叫按钮X0并在5秒内未按下重置按钮X1,此时，1号房1床灯Y0，护士站显示1号房灯Y20、门灯Y4灯亮。仿真如图8。图8 按下紧急按钮未按重置按钮仿真图当1号病房1床位按下紧急呼叫按钮X0并在5秒内未按下重置按钮X1,此时，1号房1床灯Y0，护士站显示1号房灯Y20、门灯Y4灯都亮，护士看见灯亮过来为1号病房1床解决问题。处理完毕后，按下护士站重置按钮X30，就可以解除紧急呼叫。仿真如图9所示。图9 护士站重置按钮4.3 结果分析程序基本实现了病

18、床呼叫系统的功能，病人按下床头的呼叫按钮后，医护站内就会有相应的灯闪亮，以便于医生及时对病人进行帮助。但也有一些不够理想的地方，比如有多位病人同时呼叫的时候，不能保证病情严重的病人优先呼叫，只能同时给医护站提醒有哪几位病人呼叫5 设计总结程序设计的过程中，我加深了对PLC理论知识、梯形图、外部连线图的理解；学会了西门子编程软件及其PLC控制仿真软件的使用，在不断地调试各自的程序中，发现了很多存在的问题并进行研究解决。在课程设计之初，经过自己对课程设计知识理论的进一步复习及其资料查阅，才能顺利完成此次课程设计。总的来说，这次关于病床呼叫系统的课程设计整个过程中收获较大。通过本次课程设计，首先我不仅仅复习、自己上学的PLC相关理论知识，而且也逐步培养了自己在PLC相关课程设计的基本操作技能，同时我也懂得了理论和实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。参考文献1 可编程控制器教程M.王兆义机,械工业出版社.2 电气控制与可编程控制器技术M.史国生.化学