PLC课程设计（论文） 病床呼叫控制系统设计

机电工程学院课程设计说明书设计题目: 病床呼叫控制系统设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 机制F0809 指导教师： 2011年 12 月 2 日内容摘要 随着社会的进步和发展，医疗水平的不断提高，现代医院护理需要简易及时地获知并处理病人的突发病况，实现患者在住院的任意时间可请求医生或护士进行诊断或护理。医院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,提高管理效率与医护水平，是现代医院提高护理水平必不可少的设备。 有了病床呼叫控制系统，医院的护理工作变得更加方便全面，不用再为值班医生和护士未能及时发现突发病况而烦恼。基于PLC设计的病床呼叫系统可以及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理,具有良好的实践应用。本文论及PLC的性能，型号选用，程序分析，外部接线等控制应用。主要探讨了医院病房（64型）的PLC设计可行性方案，编制了逻辑呼叫控制程序与人员响应程序，列出了电气元件清单，绘出了硬件接线图和I-O分配表，基本满足了设计目标要求，仅供参考。 关键词： PLC控制；医院应用；病房呼叫；PLC与医护管理目 录 第1章 引言.1第2章 系统方案设计.2 2.1 PLC控制优点.2 2.2 PLC的工作原理.2第3章 病床PLC控制系统设计论证.3 3.1 控制要求分析.3 3.2 确定I/O信号数量，选择PLC类型.3 3.3 I/O点的分配与编号.3 3.4 绘制PLC应用系统电气图.6第4章 程序设计.7 4.1 程序梯形图.7 4.2 控制程序调试.23 4.3 程序语句表.24设计总结.32谢辞.33附录.34参考文献.35 第1章 引 言随着科学技术的发展，病床呼叫器也在不断改进设计。PLC控制系统运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，已成为目前在呼叫控制系统中使用最多的控制方式，对呼叫控制进行研究，具有十分重要的社会意义和经济效益。PLC病床呼叫器作为医院的重要工具与医院人员的工作和生活日益紧密联系，从而由传统的控制方式发展为智能控制的方向，成为当前医院的热点之一。病床呼叫控制系统分为控制部分和逻辑部分。本文主要探讨了医院病房（64型）的PLC设计可行性方案，编制了逻辑呼叫控制程序与人员响应程序，列出了电气元件清单，绘出了硬件接线图和I-O分配表，基本满足了设计目标要求，是一次设计的历练。由于时间仓促，难免有错误和不足之处，恳请读者指正。 第2章 系统总体方案设计2.1 PLC控制优点(1) 在采用PLC控制，主要是用软件实现对其运行的自动控制，可靠性大大提高。(2)控制系统结构简单，外部线路简化。(3)PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 (4) PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(5)用于群控调配和管理，并提高病床呼叫运行效率。(6) 更改控制方案时不需改动硬件接线。2.2 PLC的工作原理 PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。第3章 病床PLC系统设计分析3.1 控制要求分析通过对病床呼叫系统的PLC控制的设计任务和控制要求进行分析，可以初步得出设计方案：该病床呼叫系统由从机、主机等两部分组成，呼叫源即病床按钮，主机包括PLC 及指示灯报警系统。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且未在5秒内按下重置按钮，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，病房门口报警指示灯也被点亮。本次设计采用通过病房互锁实现优先级别判断的能力（即只有在护士处理完首先呼叫的病床后进行按钮置位后，其他病床方可继续呼叫，以实现优先级判别）。护士站监控系统响应后，将出现相应的报警指示，以便提示医护人员尽快赶到现场。当医护人员听到呼叫后，可按下呼叫响应按钮SF25,呼叫指示灯在20S后停止显示。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接，将多个护士站联网构成病房监护管理中心。3.2 确定I/O信号数量，选择PLC类型由分析初步选定如下装置：启动/复位按钮25个（病床24个，护士站1个），停止开关1个，指示灯42个（病床24个，病房门口6个，护士站12个），并带有计时功能；设计要求PLC控制器为25入/16出，可以选用SIMATIC-S7-200系列的CPU226和一个EM222扩展模块（接口留以后功能扩展）。通过互锁实现优先级别判断的能力。3.3 I/O点的分配与编号病房呼叫系统PLC的外部I/O的分配图如下：PLC I-0地址分配表控制信号 信号名称 元件名称元件符号地址编号有效状态输入信号 1号病房1号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF0 I0.01有效-0有效 1号病房2号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF1 I0.11有效-0有效 1号病房3号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF2 I0.21有效-0有效 1号病房4号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF3 I0.31有效-0有效 2号病房1号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF4 I0.41有效-0有效 2号病房2号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF5 I0.51有效-0有效 2号病房3号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF6 I0.61有效-0有效 2号病房4号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF7 I0.71有效-0有效 3号病房1号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF8 I1.01有效-0有效 3号病房2号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF9 I1.11有效-0有效 3号病房3号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF10 I1.21有效-0有效 3号病房4号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF11 I1.31有效-0有效 4号病房1号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF12 I1.41有效-0有效 4号病房2号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF13 I1.51有效-0有效 4号病房3号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF14 I1.61有效-0有效 4号病房4号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF15 I1.71有效-0有效 5号病房1号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF16 I2.01有效-0有效 5号病房2号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF17 I2.11有效-0有效 5号病房3号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF18 I2.21有效-0有效 5号病房4号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF19 I2.31有效-0有效 6号病房1号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF20 I2.41有效-0有效 6号病房2号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF21 I2.51有效-0有效 6号病房3号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF22 I2.61有效-0有效 6号病房4号病人呼叫-重置信号置-复位按钮 SF23 I2.71有效-0有效 护士站总开关置-复位按钮 SF24 I3.01有效-0有效输出信号 1号病房1号病人显示信号 指示灯 PG1 Q0.0 1有效 2号病房1号病人显示信号 指示灯 PG2 Q0.0 1有效 3号病房1号病人显示信号 指示灯 PG3 Q0.0 1有效 4号病房1号病人显示信号 指示灯 PG4 Q0.0 1有效 5号病房1号病人显示信号 指示灯 PG5 Q0.0 1有效 6号病房1号病人显示信号 指示灯 PG6 Q0.0 1有效 1号病房2号病人显示信号 指示灯 PG7 Q0.1 1有效 2号病房2号病人显示信号 指示灯 PG8 Q0.1 1有效 3号病房2号病人显示信号 指示灯 PG9 Q0.1 1有效 4号病房2号病人显示信号 指示灯 PG10 Q0.1 1有效 5号病房2号病人显示信号 指示灯 PG11 Q0.1 1有效 6号病房2号病人显示信号 指示灯 PG12 Q0.1 1有效 1号病房3号病人显示信号 指示灯 PG13 Q0.2 1有效 2号病房3号病人显示信号 指示灯 PG14 Q0.2 1有效 3号病房3号病人显示信号 指示灯 PG15 Q0.2 1有效 4号病房3号病人显示信号 指示灯 PG16 Q0.2 1有效 5号病房3号病人显示信号 指示灯 PG17 Q0.2 1有效 6号病房3号病人显示信号 指示灯 PG18 Q0.2 1有效 1号病房4号病人显示信号 指示灯 PG19 Q0.3 1有效 2号病房4号病人显示信号 指示灯 PG20 Q0.3 1有效 3号病房4号病人显示信号 指示灯 PG21 Q0.3 1有效 4号病房4号病人显示信号 指示灯 PG22 Q0.3 1有效 5号病房4号病人显示信号 指示灯 PG23 Q0.3 1有效 6号病房4号病人显示信号 指示灯PG24 Q0.3 1有效 1号病房的闪烁信号 指示灯 PG25 Q0.4 1有效 护士站1号病房信号 指示灯 PG26 Q0.4 1有效 护士站1号病房信号 指示灯 PG27 Q1.2 1有效 2号病房的闪烁信号 指示灯 PG28 Q0.5 1有效 护士站2号病房信号 指示灯 PG29 Q0.5 1有效 护士站2号病房信号 指示灯 PG30 Q1.3 1有效 3号病房的闪烁信号 指示灯 PG31 Q0.6 1有效 护士站3号病房信号 指示灯 PG32 Q0.6 1有效 护士站3号病房信号 指示灯 PG33 Q1.4 1有效 4号病房的闪烁信号 指示灯 PG34 Q0.7 1有效 护士站4号病房信号 指示灯 PG35 Q0.7 1有效 护士站4号病房信号 指示灯 PG36 Q1.5 1有效 5号病房的闪烁信号 指示灯 PG37 Q1.0 1有效 护士站5号病房信号 指示灯 PG38 Q1.0 1有效 护士站5号病房信号 指示灯 PG39 Q1.6 1有效 6号病房的闪烁信号 指示灯 PG40 Q1.1 1有效 护士站6号病房信号 指示灯 PG41 Q1.1 1有效 护士站6号病房信号 指示灯 PG42 Q1.7 1有效1号病房1号病人计时器 T1012号病房1号病人计时器 T1053号病房1号病人计时器 T1094号病房1号病人计时器 T1135号病房1号病人计时器 T1176号病房1号病人计时器 T1211号病房2号病人计时器 T1022号病房2号病人计时器 T1063号病房2号病人计时器 T1104号病房2号病人计时器 T1145号病房2号病人计时器 T1186号病房2号病人计时器 T1221号病房3号病人计时器 T1032号病房3号病人计时器 T1073号病房3号病人计时器 T1114号病房3号病人计时器 T1155号病房3号病人计时器 T1196号病房3号病人计时器 T1231号病房4号病人计时器 T1042号病房4号病人计时器 T1083号病房4号病人计时器 T1124号病房4号病人计时器 T1165号病房4号病人计时器 T1206号病房4号病人计时器 T1243.4 绘制PLC应用系统电气图控制柜应用布置图(见附录）第4章 程序设计 4.1 程序梯形图 4.1.1 程序梯形图：4.2 控制程序调试运用STEP 7-Micro/WIN V3.1(西门子S7-200编程软件)编写的梯形图程序，并注意选择对应的PLC型号（CPU226）。编译无错误后使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（如bchjxt.awl）。打开西门子S7-200仿真程序汉化版，输入密码，设定PLC的CPU型号为CPU226，打开“程序”使用“装载程序”命令将bchjxt.awl程序文件载入仿真程序软件中，点击命令“切换到运行状态”，打开“查看“使用”内存监视“命令输入你所要观察的输入输出的位。通过对仿真程序中指示灯的运行状态的观察来检验程序是否准确，并对错误部分进行修改，完成程序。在程序运行过程中可以配合秒表，手表等器材大概的估计时间的准确性，并实时的对错误的程序段进行标记，以方便后面的修正工作。最好有两个人分工协作对程序校验，以免一个人分心做不同的事而造成不必要的错误。4.3程序语句表语句表：TITLE=程序注释Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD I0.0TON T101, 50Network 2 LD T101S M5.0, 1Network 3 LD M5.0O M0.0= M0.0Network 4 LD I0.1TON T102, 50Network 5 LD T102S M5.1, 1Network 6 LD M5.1O M0.1= M0.1Network 7 LD I0.2TON T103, 50Network 8 LD T103S M5.2, 1Network 9 LD M5.2O M0.2= M0.2Network 10 LD I0.3TON T104, 50Network 11 LD T104S M5.3, 1Network 12 LD M5.3O M0.3= M0.3Network 13 LD I0.4TON T105, 50Network 14 LD T105S M5.4, 1Network 15 LD M5.4O M0.4= M0.4Network 16 LD I0.5TON T106, 50Network 17 LD T106S M5.5, 1Network 18 LD M5.5O M0.5= M0.5Network 19 LD I0.6TON T107, 50Network 20 LD T107S M5.6, 1Network 21 LD M5.6O M0.6= M0.6Network 22 LD I0.7TON T108, 50Network 23 LD T108S M5.7, 1Network 24 LD M5.7O M0.7= M0.7Network 25 LD I1.0TON T109, 50Network 26 LD T109S M6.0, 1Network 27 LD M6.0O M1.0= M1.0Network 28 LD I1.1TON T110, 50Network 29 LD T110S M6.1, 1Network 30 LD M6.1O M1.1= M1.1Network 31 LD I1.2TON T111, 50Network 32 LD T111S M6.2, 1Network 33 LD M6.2O M1.2= M1.2Network 34 LD I1.3TON T112, 50Network 35 LD T112S M6.3, 1Network 36 LD M6.3O M1.3= M1.3Network 37 LD I1.4TON T113, 50Network 38 LD T113S M6.4, 1Network 39 LD M6.4O M1.4= M1.4Network 40 LD I1.5TON T114, 50Network 41 LD T114S M6.5, 1Network 42 LD M6.5O M1.5= M1.5Network 43 LD I1.6TON T115, 50Network 44 LD T115S M6.6, 1Network 45 LD M6.6O M1.6= M1.6Network 46 LD I1.7TON T116, 50Network 47 LD T116S M6.7, 1Network 48 LD M6.7O M1.7= M1.7Network 49 LD I2.0TON T117, 50Network 50 LD T117S M7.0, 1Network 51 LD M7.0O M2.0= M2.0Network 52 LD I2.1TON T118, 50Network 53 LD T118S M7.1, 1Network 54 LD M7.1O M2.1= M2.1Network 55 LD I2.2TON T119, 50Network 56 LD T119S M7.2, 1Network 57 LD M7.2O M2.2= M2.2Network 58 LD I2.3TON T120, 50Network 59 LD T120S M7.3, 1Network 60 LD M7.3O M2.3= M2.3Network 61 LD I2.4TON T121, 50Network 62 LD T121S M7.4, 1Network 63 LD M7.4O M2.4= M2.4Network 64 LD I2.5TON T122, 50Network 65 LD T122S M7.5, 1Network 66 LD M7.5O M2.5= M2.5Network 67 LD I2.6TON T123, 50Network 68 LD T123S M7.6, 1Network 69 LD M7.6O M2.6= M2.6Network 70 LD I2.7TON T124, 50Network 71 LD T124S M7.7, 1Network 72 LD M7.7O M2.7= M2.7Network 73 LD I3.0O M4.0= M4.0Network 74 LD M0.0O M0.4O M1.0O M1.4O M2.0O M2.4= Q0.0Network 75 LD M0.1O M0.5O M1.1O M1.5O M2.1O M2.5= Q0.1Network 76 LD M0.2O M0.6O M1.2O M1.6O M2.2O M2.6= Q0.2Network 77 LD M0.3O M0.7O M1.3O M1.7O M2.3O M2.7= Q0.3Network 78 LD M0.0O M0.1O M0.2O M0.3= M3.0Network 79 LD M3.0= Q0.4AN M3.1AN M3.1AN M3.3AN M3.4AN M3.5AN M4.0= Q1.2Network 80 LD M0.4O M0.5O M0.6O M0.7= M3.1Network 81 LD M3.1= Q0.5AN M3.0AN M3.2AN M3.3AN M3.4AN M3.5AN M4.0= Q1.3Network 82 LD M1.0O M1.1O M1.2O M1.3= M3.2Network 83 LD M3.2= Q0.6AN M3.0AN M3.1AN M3.3AN M3.4AN M3.5AN M4.0= Q1.4Network 84 LD M1.4O M1.5O M1.6O M1.7= M3.3Network 85 LD M3.3= Q0.7AN M3.0AN M3.1AN M3.2AN M3.4AN M3.5AN M4.0= Q1.5Network 86 LD M2.0O M2.1O M2.2O M2.3= M3.4Network 87 LD M3.4= Q1.0AN M3.0AN M3.1AN M3.2AN M3.3AN M3.5AN M4.0= Q1.6Network 88 LD M2.4O M2.5O M2.6O M2.7= M3.5Network 89 LD M3.5= Q1.1AN M3.0AN M3.1AN M3.2AN M3.3AN M3.4AN M4.0= Q1.7设计总结本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对病床的呼叫控制，利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。当建筑物的层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层，病房相应的输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应楼层，房间，床位的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。通过本设计，我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。本设计中有很多的不足如：同时呼叫问题，呼叫完后时是否自动消除等待等问题。由于本人学习不精暂时不能完成。这次关于病床呼叫系统的课程设计整个过程自己收获较大。通过本次课程设计，首先我不仅复习、巩固和验证了自己所学机电传动及PLC相关理论知识，而且也初步培养了自己在PLC相关课程设计的基本操作技能与设计能力以及将课堂上所学的理论知识运用于实践中；其次设计过程中所遇到的问题，让自己清楚认识到前期自己所学的知识没理解、掌握的还不是非常牢固；再者让我学会了如何更好的和老师、同学交流、探讨问题，共同学习，相互帮助；最后也是最重要的，这次课程设计让我学会了较基本的设计思路及设计理念，更好的培养了自己认真思考问题、分析问题、思索问题全面力以及对待事情认真、耐心、细致的学习态度。谢辞课程设计的过程中，我加深了对PLC理论知识、梯形图、指令表、外部接线图的理解；学会了西门子编程软件及PLC控制仿真软件的使用，在不断的调试各自的程序中，发现了很多存在的问题并进行研究解决。在课程设计之初，刚拿到课题和任务书的我感到无从下手，后来经过自己对课程理论知识的进一步复习及查阅相关资料，同时得到了薛东彬老师的细心指导和同学们的热情帮助，多次与薛老师耐心的探讨各个方案的细节，程序的逻辑排布，使我最终圆满完成了设计任务，非常感谢老师的谆谆教诲和同学的鼎力帮助。参考文献 【1】王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社 【2】邓兴中.机电传动控制.华中科技大学出版社 【3】陈红军.可编程控制器课程设计指导书【M】.天津大学出版社，2001 【4】温照方.SIMATIC S7-200可编程序控制器教程.北京理工大学出版社 附录主要电气元件清单 序号元件名称元件符号 元件规格 数量1开关按钮 SF NP2-BA21252 PLC CPU22613扩展模块 EM22214 指示灯 PG NP2-EV163425 熔断器 FA RT18-3256 导线 WD 若干7端子排XT1 XT2 JH9-2.52