电气控制技术课程设计-病床呼叫系统设计

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 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3.1PLC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—64MR001的PLC，其引脚图如图3所示。图3FX2N-64MR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。3.3I/O分配表表1I/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-SB12X010-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，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，2013[3]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，2013[4]王存旭.可编程控制器原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2013[5]董爱华.可编程控制器原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2014[6]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，2015[8]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，2010[9]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，2013[10]陈静.PLC应用开发技术与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2014[11]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，2014[12]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:电子工业出版社，2014[13]常斗南.PLC运动控制实例及解析[M].北京:机械工业出版社，2009[14]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[17]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，2010[18]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，2010[19]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。当成品成功的达到预期效果时，感觉这段