病床呼叫控制系统设计.doc

目录之中。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： XXXXXX 学 号： XXXXXXXXXXXX 专业班级： 机制FXXXX班 指导教师： 王宗才 2013年 XX月 XX日内容摘要本次课程设计的主要内容是设计一款病床呼叫控制系统，共有6个病房，每间病房4个床位。每一病床床头均有紧急呼叫及重置按钮，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，用数码管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被重置。本控制系统采用西门子S7-200PLC进行设计。目前，PLC 已在工业生产过程的自动控制中得到了广泛的应用。它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、维修方便和使用方便等一系列优点。通过PLC可以完美的实现该控制系统所要实现的全部功能。关键词：简单；经济；及时；准确；优先级判别的能力目 录第1章 引言11.1方案说明21.1.1 设计原理21.1.2 控制要求21.2设计方案的论证21.2.1 方案提出21.2.2 方案选择31.2.3 系统硬件配置及组成3第2章 PLC控制系统设计32.1 控制流程图的绘制 32.2 I/O地址分配表42.3 PLC类型的选择52.3.1 CPU的选择52.3.2 拓展块的选择52.4 I/O接线图的绘制52.5 控制程序的编制8第3章 系统试验及测试193.1 系统调试方法 193.2系统调试过程及效果 19结论22设计总结23谢辞24附录25参考文献35第1章 引 言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。基于PLC设计的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,能及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理，避免了人工呼叫的不便与效果差等缺点，它是现代医院提高医院和病室护理水平必不可少的设备。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显示屏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。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。基于可编程控制器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,具有良好的应用前景。1.1 总体方案说明1.1.1 设计原理共有6个病房，每间病房4个床位。每一病床床头均有紧急呼叫及重置按钮，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，用数码管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被重置。1.1.2 控制要求1) 共有6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；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灯被重置。1.2设计方案的论证1.2.1 方案提出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：呼叫系统由从机、主机等两部分组成。从机( 呼叫源) 即病床按钮，主机包括PLC 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，护士站紧急指示灯和病房门口紧急指示灯将闪烁，以便提示医护人员尽快赶到现场。该系统涉及到应具有优先级判别能力的问题，关于该问题我提出3种解决方案：1、 由抢答器原理联想到可以将每个病人假想成比赛选手，谁先按下按钮，系统记录下他的号码，让护士去处理；2、 多个病人同时呼叫时通过灯光的颜色深浅表示呼叫优先级；3、 多个病人同时呼叫时系统记录下每一位病人的房间号码，依次将呼叫顺序显示到显示屏上，护士根据显示屏的号码去处理对应房间的问题。1.2.2 方案选择通过比较可知第一种方案在有多个病人呼叫时除了第一位呼叫的病人，别的病人都需要等待护士处理完第一位病人后才能呼叫，很显然该方案无法满足实际的需要；第二种方案看似不错，但是当同时呼叫的病人比较多时单凭灯光颜色深浅是无法满足实际需要的；第三种方案符合实际要求，能够满足控制要求，简单方便，同时显示屏显示病房号码简洁明了，一目了然，属于最优方案。因此我选择第三种方案进行设计。1.2.3 系统硬件配置及组成初步选定以下装置：启动/复位按钮31个（病床24个、护士站7个）、停止开关1个、指示灯36个（病床24个、病房门口6个、护士站6个）；七段数码管一个；设计要求PLC控制器为32入/44出，可以选用SIMATIC-S7-200系列的CPU226、一个EM223扩展模块和三个EM222扩展模块。第2章 PLC控制系统设计2.1 控制流程图的绘制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；病房指示灯闪烁；护士站紧急指示灯闪烁；显示屏显示各病床呼叫顺序是否按下护士站处理按钮护士站紧急灯停止闪烁依顺序处理各病房的病床，按下处理完毕按钮通过对设计方案的分析，得出系统控制流程，绘出控制流程图如下：图2.1-1 控制流程图2.2 I/O地址分配表通过对方案的分析绘制出对应的I/O地址分配表如下：PLC输入点电路器件作用PLC输出点电路器件作用I0.0SB01房1床按钮Q0.0数码管aI0.1SB11房2床按钮Q0.1数码管bI0.2SB21房3床按钮Q0.2数码管cI0.3SB31房4床按钮Q0.3数码管dI0.4SB42房1床按钮Q0.4数码管eI0.5SB52房2床按钮Q0.5数码管fI0.6SB62房3床按钮Q0.6数码管gI0.7SB72房4床按钮Q0.7数码管I1.0SB83房1床按钮Q1.0HL01房1床灯I1.1SB93房2床按钮Q1.1HL11房2床灯I1.2SB103房3床按钮Q1.2HL21房3床灯I1.3SB113房4床按钮Q1.3HL31房4床灯I1.4SB124房1床按钮Q1.4HL42房1床灯I1.5SB134房2床按钮Q1.5HL52房2床灯I1.6SB144房3床按钮Q1.6HL62房3床灯I1.7SB154房4床按钮Q1.7HL72房4床灯I2.0SB165房1床按钮Q2.0HL83房1床灯I2.1SB175房2床按钮Q2.1HL93房2床灯I2.2SB185房3床按钮Q2.2HL103房3床灯I2.3SB195房4床按钮Q2.3HL113房4床灯I2.4SB206房1床按钮Q2.4HL124房1床灯I2.5SB216房2床按钮Q2.5HL134房2床灯I2.6SB226房3床按钮Q2.6HL144房3床灯I2.7SB236房4床按钮Q2.7HL154房4床灯I3.0SB24护士站1房处理按钮Q3.0HL165房1床灯I3.1SB25护士站2房处理按钮Q3.1HL175房2床灯I3.2SB26护士站3房处理按钮Q3.2HL185房3床灯I3.3SB27护士站4房处理按钮Q3.3HL195房4床灯续表I3.4SB28护士站5房处理按钮Q3.4HL206房1床灯I3.5SB29护士站6房处理按钮Q3.5HL216房2床灯I3.6SB30显示屏启动按钮Q3.6HL226房3床灯I3.7SA0 总开关Q3.7HL236房4床灯Q4.0HL24护士站1房指示灯Q4.1HL25护士站2房指示灯Q4.2HL26护士站3房指示灯Q4.3HL27护士站4房指示灯Q4.4HL28护士站5房指示灯Q4.5HL29护士站6房指示灯Q5.0HL301号病房门灯Q5.1HL312号病房门灯Q5.2HL323号病房门灯Q5.3HL334号病房门灯Q5.4HL345号病房门灯Q5.5HL356号病房门灯表2.2-1 I/O分配表2.3 PLC类型的选择2.3.1 CPU的选择 通过对所需I/O点数的分析，我选择SIMATIC-S7-200系列的CPU226，该CPU能够提供24个输入接口和16个输出接口。2.3.2 拓展块的选择 通过对所需I/O点数（32/44）的分析以及所选CPU能够提供的I/O点数（24/16）的计算，本着最低成本最大效率的原则，我选择了一个EM223扩展模块（8/8）和三个EM222扩展模块(0/8)。2.4 I/O接线图的绘制通过对所选CPU以及拓展块的分析，绘制I/O接线图如下：图2.4-1 I/O接线图2.5 控制程序的编制通过对设计方案的分析，以及控制的要求设计控制程序如下：图2.5-1 控制程序梯形图第3章 系统试验及测试3.1 系统调试方法 编制程序完毕，经指导老师检查无问题后，在S7-200模拟软件上运行调试。经过反复调试，直至无错误并能按照预先的构想实现动作，确定出最终的程序方案。3.2系统调试过程及效果由于该控制系统动作繁多，逻辑复杂，下面只列举出一些重要环节的程序调试图。打开系统启动开关I3.7，然后进行以下操作1、 按照1，3，5，2，4，6病房的顺序同时呼叫，5s后各对应病房灯闪烁，对应病房的护士站指示灯闪烁，打开显示屏，显示屏显示1，表示1号病房优先呼叫。图3.2-1 系统测试图2、 护士按下1号病房处理按钮，护士站1号病房灯停止闪烁，同时显示屏显示3，表示下一个优先病房是3号病房。图3.2-2 系统测试图3、 护士按下3号病房处理按钮，护士站3号病房灯停止闪烁，同时显示屏显示5，表示下一个优先病房是5号病房。图3.2-3 系统测试图4、 护士按下5号病房处理按钮，护士站5号病房灯停止闪烁，同时显示屏显示5，表示下一个优先病房是2号病房。图3.2-4 系统测试图5、 护士按下2号病房处理按钮，护士站2号病房灯停止闪烁，同时显示屏显示5，表示下一个优先病房是4号病房。图3.2-5 系统测试图6、 护士按下4号病房处理按钮，护士站4号病房灯停止闪烁，同时显示屏显示5，表示下一个优先病房是6号病房。图3.2-6 系统测试图结论本设计简单，高效，方便实用，通过测试可知性能能够达到医院病房的使用需求，设计中使用闪光提示，长亮提示，以及显示屏提示能够很好的表示出呼叫出现，呼叫进行中，以及优先呼叫等信息，是护士们在有多名病人同时呼叫时能够井井有条地工作，不会出现病人呼叫但是护士没有收到呼叫信息或者呼叫信息被遗忘等问题。因此我认为本设计是一个完善的设计方案，能够交付使用。设计总结历时两周的课程设计就要结束了，我的设计任务也基本完成，回想整个设计历程，我感慨万千。从接到任务时的迷茫，设计中的纠结，编程时的无奈到修改程序时的抓狂，一个个问题浮出水面，一个个问题得到最优解决，现在我终于可以自豪地向别人展现我的设计成果，真的很有成就感。突然觉得，之前的那些困难真的不算什么，有了这样的成果，即使再大的痛苦也是值得的。这次课程设计中，我查阅了很多有关PLC的书籍，对PLC的编程也有了一定的经验，特别是对行程开关和PLC的置位和复位功能有了更深的认识，同时对一些特殊功能寄存器也有了更深刻的印象。我觉得这次课程设计的收获是很大的，相信很多思想在我以后PLC编程甚至是数控编程中会有很大的帮助。我觉得在本次课程设计中我的最大的收获就是王老师教给我们的做设计工作最重要的是要有自己的独特的思想，要做一个有想法有创新意识的设计者，我认为这种思想在中国目前这种学术抄袭风气肆虐的背景下显得尤为重要。通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的专业素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。当然，设计中难免也会有一些不足，这些不足也正是我后继工作中的研究方向。相信经过对该控制系统更加深刻的理解和改进，会逐步解决这些问题。谢辞在此，我要感谢在本次课程设计中曾给予我帮助的老师和同学，正是他们的无私的帮助让我更好的完成这次设计。在这里，特别要感谢的是，我们的指导老师王宗才老师，他指出了我设计中存在的错误和不足，提出了一些更加切合实际的建议，并且王老师在我们遇到问题时让我们自己想办法解决问题，通过自己的努力解决问题的教育方法虽然让我们吃了不少苦头，但是对于我们今后的工作和人生都是有益的，因为在今后的人生当中不是总会有人回答我们的问题，踏入社会没有了老师，遇到问题只能依靠自己，只有学会了自己解决问题我们才能更有竞争力，更适应这个社会。这次课程设计意义重大，因为这是我们毕业设计前的最后一次课程设计了。这次设计将给我们毕业设计做了最后一次大练兵，希望我们能在最后的毕业设计中继续保持合作，共同探讨、共同进步。附录病床呼叫控制系统语句表：TITLE=程序注释Network 1 / 网络标题/ 1号房1病床呼叫，延时5sLD I0.0A I3.7TON T101, 50Network 2 / 1号房1病床灯亮LD T101= Q1.0Network 3 / 1号房2病床呼叫，延时5sLD I0.1A I3.7TON T102, 50Network 4 / 1号房2病床灯亮LD T102= Q1.1Network 5 / 1号房3病床呼叫，延时5sLD I0.2A I3.7TON T103, 50Network 6 / 1号房3病床灯亮LD T103= Q1.2Network 7 / 1号房4病床呼叫，延时5sLD I0.3A I3.7TON T104, 50Network 8 / 1号房4病床灯亮LD T104= Q1.3Network 9 / 护士站1号病房指示灯闪烁LD Q1.0O Q1.1O Q1.2O Q1.3= M1.0Network 10 / 护士站1号病房指示灯闪烁LD M1.0LD SM0.5O I3.0ALD= Q4.0Network 11 / 1号病房门灯闪烁LD M1.0A SM0.5= Q5.0Network 12 / 2号房1病床呼叫，延时5sLD I0.4A I3.7TON T105, 50Network 13 / 2号房1病床灯亮LD T105= Q1.4Network 14 / 2号房2病床呼叫，延时5sLD I0.5A I3.7TON T106, 50Network 15 / 2号房2病床灯亮LD T106= Q1.5Network 16 / 2号房3病床呼叫，延时5sLD I0.6A I3.7TON T107, 50Network 17 / 2号房3病床灯亮LD T107= Q1.6Network 18 / 2号房4病床呼叫，延时5sLD I0.7A I3.7TON T108, 50Network 19 / 2号房4病床灯亮LD T108= Q1.7Network 20 / 护士站2号病房指示灯闪烁LD Q1.4O Q1.5O Q1.6O Q1.7= M2.0Network 21 / 护士站2号病房指示灯闪烁LD M2.0LD SM0.5O I3.1ALD= Q4.1Network 22 / 2号病房门灯闪烁LD M2.0A SM0.5= Q5.1Network 23 / 3号房1病床呼叫，延时5sLD I1.0A I3.7TON T109, 50Network 24 / 3号房1病床灯亮LD T109= Q2.0Network 25 / 3号房2病床呼叫，延时5sLD I1.1A I3.7TON T110, 50Network 26 / 3号房2病床灯亮LD T110= Q2.1Network 27 / 3号房3病床呼叫，延时5sLD I1.2A I3.7TON T111, 50Network 28 / 3号房3病床灯亮LD T111= Q2.2Network 29 / 3号房4病床呼叫，延时5sLD I1.3A I3.7TON T112, 50Network 30 / 3号房4病床灯亮LD T112= Q2.3Network 31 / 护士站3号病房指示灯闪烁LD Q2.0O Q2.1O Q2.2O Q2.3= M3.0Network 32 / 护士站3号病房指示灯闪烁LD M3.0LD SM0.5O I3.2ALD= Q4.2Network 33 / 3号病房门灯闪烁LD M3.0A SM0.5= Q5.2Network 34 / 4号房1病床呼叫，延时5sLD I1.4A I3.7TON T113, 50Network 35 / 4号房1病床灯亮LD T113= Q2.4Network 36 / 4号房2病床呼叫，延时5sLD I1.5A I3.7TON T114, 50Network 37 / 4号房2病床灯亮LD T114= Q2.5Network 38 / 4号房3病床呼叫，延时5sLD I1.6A I3.7TON T115, 50Network 39 / 4号房3病床灯亮LD T115= Q2.6Network 40 / 4号房4病床呼叫，延时5sLD I1.7A I3.7TON T116, 50Network 41 / 4号房4病床灯亮LD T116= Q2.7Network 42 / 护士站4号病房指示灯闪烁LD Q2.4O Q2.5O Q2.6O Q2.7= M4.0Network 43 / 护士站4号病房指示灯闪烁LD M4.0LD SM0.5O I3.3ALD= Q4.3Network 44 / 4号病房门灯闪烁LD M4.0A SM0.5= Q5.3Network 45 / 5号房1病床呼叫，延时5sLD I2.0A I3.7TON T117, 50Network 46 / 5号房1病床灯亮LD T117= Q3.0Network 47 / 5号房2病床呼叫，延时5sLD I2.1A I3.7TON T118, 50Network 48 / 5号房2病床灯亮LD T118= Q3.1Network 49 / 5号房3病床呼叫，延时5sLD I2.2A I3.7TON T119, 50Network 50 / 5号房3病床灯亮LD T119= Q3.2Network 51 / 5号房4病床呼叫，延时5sLD I2.3A I3.7TON T120, 50Network 52 / 5号房4病床灯亮LD T120= Q3.3Network 53 / 护士站5号病房指示灯闪烁LD Q3.0O Q3.1O Q3.2O Q3.3= M5.0Network 54 / 护士站5号病房指示灯闪烁LD M5.0LD SM0.5O I3.4ALD= Q4.4Network 55 / 5号病房门闪烁LD M5.0A SM0.5= Q5.4Network 56 / 6号房1病床呼叫，延时5sLD I2.4A I3.7TON T121, 50Network 57 / 6号房1病床灯亮LD T121= Q3.4Network 58 / 6号房2病床呼叫，延时5sLD I2.5A I3.7TON T122, 50Network 59 / 6号房2病床灯亮LD T122= Q3.5Network 60 / 6号房3病床呼叫，延时5sLD I2.6A I3.7TON T123, 50Network 61 / 6号房3病床灯亮LD T123= Q3.6Network 62 / 6号房4病床呼叫，延时5sLD I2.7A I3.7TON T124, 50Network 63 / 6号房4病床灯亮LD T124= Q3.7Network 64 / 护士站6号病房指示灯闪烁LD Q3.4O Q3.5O Q3.6O Q3.7= M6.0Network 65 / 护士站6号病房指示灯闪烁LD M6.0LD SM0.5O I3.5ALD= Q4.5Network 66 / 6号病房门灯闪烁LD M6.0A SM0.5= Q5.5Network 67 / 建立表LD SM0.1MOVW +6, VW200Network 68 / 1号病房填表排队LD M1.0MOVB 16#1, VB1AENOBTI VB1, VW100AENOEUATT VW100, VW200Network 69 / 2号病房填表排队LD M2.0MOVB 16#02, VB2AENOBTI VB2, VW100AENOEUATT VW100, VW200Network 70 / 3号病房填表排队LD M3.0MOVB 16#03, VB3AENOBTI VB3, VW100AENOEUATT VW100, VW200Network 71 / 4号病房填表排队LD M4.0MOVB 16#04, VB4AENOBTI VB4, VW100AENOEUATT VW100, VW200Network 72 / 5号病房填表排队LD M5.0MOVB 16#05, VB5AENOBTI VB5, VW100AENOEUATT VW100, VW200Network 73 / 6号病房填表排队LD M6.0MOVB 16#06, VB6AENOBTI VB6, VW100AENOEUATT VW100, VW200Network 74 LD I3.0EULD I3.1EUOLDLD I3.2EUOLDLD I3.3EUOLDLD I3.4EUOLDLD I3.5EUOLDLD I3.6EUOLD= M7.0Network 75 / 护士站取表，数码管显示优先病房LD M7.0FIFO VW200, VW400AENOITB VW400, VB7AENOSEG VB7, QB0参考文献1 王宗才.机电传动与控制.北京:电子工业出版社，2011:213-284.2 左建民.液压与气压传动.北京:机械工业出版社,2007:75-124.3 张建民.机电一体化系统设计.北京:高等教育出版社,2001:82-210.4 郭海潮.西门子S7-200系列PLC应用于开发.北京:中国水利水电出版社,2007:78-321.5高钦和.可编程序控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004.6李颖卓.机电一体化系统设计.北京：化学工业出版社，2008.