病床呼叫系统课程设计.doc

设 计 任 务 书

《可编程控制器》课程设计

设 计 题 目： 病床呼叫系统
学 院： 福建农林大学金山学院
学 号：
专业（方向）年级： 机械设计制造及其自动化
学 生 姓 名：

福建农林大学金山学院信息与机电工程系
2015年 3 月 2日

可编程控制器课程设计任务书
（一） 设计题目
病床呼叫系统
（二） 情况简介
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情时呼叫护士站寻求帮助 ，护士根据站内指示灯及响铃获取求助信息的来源，并能技术的给其提供帮助。护士在站内发现信号时及时将站内灯及响铃复位，在处理完后在在病床前的开关将病床及病房的灯复位。
（三） 设计要求
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。

（四） 设计步骤
１. 查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。
２. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。
３. 绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。
４. 编程。
５. 调试。
６. 编写设计说明书。

（五） 设计说明书要求
①.完整的设计任务书。
②. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。
③.正确合理地进行编程元件的地址分配。
④.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。。
⑤.设计梯形图控制程序。
⑥.编制系统的操作说明。
⑦.编制系统的调试说明及注意事项。
⑧.设计体会（可选）.
⑨参考文献.
（六） 列出设计参考资料目录设计时间
2015 年 3 月 2 日至 2015 年 3 月 15 日（2周）

指导教师 张 翠 云

设 计 说 明 书

《可编程控制器》课程设计

设 计 题 目： 病床呼叫系统
学 院： 福建农林大学金山学院
学 号：
专业（方向）年级： 机械设计制造及其自动化
学 生 姓 名：

福建农林大学金山学院信息与机电工程系
2015年 3月 2日

目录
1、引言 2
1.1背景 2
1.2设计内容及目的 2
2、系统总体方案设计 2
2.1 系统硬件配置及组成原理 2
2.1.1系统硬件配置 3
2.1.2 PLC系统的结构组成 3
2.1.3自动双层停车场组成原理 3
2.2 系统变量定义及分配表 4
2.3 系统接线图设计 5
3、控制系统程序设计 6
3.1 控制程序流程图设计 6
3.2 控制系统的设计思路及设计程序 8
3.3 创新设计内容 9
4、控制系统的上位机设计 9
4.1 人机界面选择 9
4.2 人机界面设计 10
4.2.1通讯连接 10
4.2.2画面组态 11
5、系统调试及结果分析 13
5.1 PLC程序调试及解决的问题 13
5.2 PLC与上位机联调 14
5.3 结果分析 14
结束语 14
参考文献 16
附录：程序梯形图 16

1、引言
1.1背景
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状况，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 。
1.2设计内容及目的
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、系统总体方案设计
2.1．1系统硬件配置
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。
2.1．2 PLC系统的结构组成

2.1．3 病床呼叫系统组成原理
1、利用PLC系统来完成病床呼叫系统。2、根据题目要求确定病床个数，病房个数，需要的指示灯的个数和开关的个数及方式。首先确定有3个病房，每个病房有4个病床，每个病床有一个紧急呼叫的按钮，在5秒内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。所以每个病床前有一个紧急呼叫，一个重置按钮，共需要24个开关。而且每个床头一个指示灯，共12盏。每个病房上有一盏会闪烁的指示灯，共3盏。3、在护士站这里的系统，一旦有病房呼叫就有一盏灯闪烁，而且护士站还有能判断先后的病人呼叫显示的灯，都可以被关掉。4、在上述的操作中，基本都是用了一个简单自锁，还用了时间继电器，延迟了5秒，还用了CALL的子程序调用等

2.2 系统变量定义及分配表
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，确定的设计方案要求PLC控制器为28入/18出，故可以选用SIMATIC-S7-200系列的CPU226，并增加1个EM223扩展模块。根据设计要求，最终设计的I/O分配表和定时器分配表如下面所示。　
I/O分配表
PLC输入点
信号名称
PLC输出点
信号名称
I0.0
1房1床开始开关SB0
Q0.0
1房1床指示灯
I0.1
1房1床重置开关SB1
Q0.1
1房2床指示灯
I0.2
1房2床开始开关SB2
Q0.2
1房3床指示灯
I0.3
1房2床重置开关SB3
Q0.3
1房4床指示灯
I0.4
1房3床开始开关SB4
Q0.4
2房1床指示灯
I0.5
1房3床重置开关SB5
Q0.5
2房2床指示灯
I0.6
1房4床开始开关SB6
Q0.6
2房3床指示灯
I0.7
1房4床重置开关SB7
Q0.7
2房4床指示灯
I1.0
2房1床开始开关SB8
Q1.0
3房1床指示灯
I1.1
2房1床重置开关SB9
Q1.1
3房2床指示灯
I1.2
2房2床开始开关SB10
Q1.2
3房3床指示灯
I1.3
2房2床重置开关SB11
Q1.3
3房4床指示灯
I1.4
2房3床开始开关SB12
Q2.0
1房门口指示灯
I1.5
2房3床重置开关SB13
Q2.1
护士站1房指示灯
I1.6
2房4床开始开关SB14
Q2.2
2房门口指示灯
I1.7
2房4床重置开关SB15
Q2.3
护士站2房指示灯
I2.0
3房1床开始开关SB16
Q2.4
3房门口指示灯
I2.1
3房1床重置开关SB17
Q2.5
护士站3房指示灯
I2.2
3房2床开始开关SB18

I2.3
3房2床重置开关SB19

I2.4
3房3床开始开关SB20

I2.5
3房3床重置开关SB21

I2.6
3房4床开始开关SB22

I2.7
3房4床重置开关SB23

I3.0
护士站重置1房　　　开关SB24

I3.1
护士站重置2房　　　开关SB25

I3.2
护士站重置2房　　　开关SB26

I3.3
护士站取消闪烁　　　开关SB27

定时器分配表
元件名称　
元件符号
1房1床病人定时器
T101
1房2床病人定时器
T102
1房3床病人定时器
T103
1房4床病人定时器
T104
2房1床病人定时器
T105
2房2床病人定时器
T106
2房3床病人定时器
T107
2房4床病人定时器
T108
3房1床病人定时器
T109
3房2床病人定时器
T110
3房3床病人定时器
T111
3房4床病人定时器
T112
2.3系统接线图设计

3、控制系统程序设计
3.1 控制程序流程图
根据课题要求的逻辑顺序，病人按下病床的呼叫按钮，定时器开始5秒计时，若5秒内没有按下重置按钮，病床的紧急指示灯亮，病房门口的紧急指示灯开始闪烁，护士站对应的病房紧急指示灯开始闪烁，护士看到灯闪烁后，按下取消闪烁的按钮，然后去病房处理，完毕后按下重置按钮。由此绘制出程序流程图如下。

处理完毕护士按下重置按钮，病床病房灯灭　　　
护士去对应　　
病房处理　　　
护士站对应病房灯闪烁　　
病床对　
应灯亮　　
对应病房灯闪烁　　　
5秒内是否重置　
定时器　
5秒计时　
按下病床开始按钮　

是　　　

否　

护士按下　　　
取消闪烁　
的按钮　　

程序流程图　　
3.2控制系统的设计思路及设计程序
当一号病房一号床位需要帮助时，他可以按下按钮即I0.0，他所在床位的继电器线圈就会得电，然后T101同时开始计时，同时一号病房的灯就会发亮，即Q.0.0得电，同时医护室所对应的病床的灯也在闪烁，即Q2.0得电。当医护人员接到信号，他们可以按下护士站取消闪烁开关I3.3，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I0.1。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。

1房1床按下按钮，上电5s内，如果没有另外操作继续通电1房床灯亮

通电后，1病房灯闪烁，护士站对应的1房等闪烁。

3.3 创新设计内容
在我的程序中，主要的创新点是通过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取消闪烁开关按钮置位后，其他病床对应指示灯方可闪烁，以实现优先级。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。
4、控制系统的上位机设计
4.1 人机界面选择
对于人机界面，我选择用组态王6.53软件来制作。
4.2 人机界面设计
4.2.1通讯连接
在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图（图4-1）所示。
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图4-1 通讯连接相关图

4.2.2画面组态
我的人机界面具体分为两个界面：进入程序主界面和各个病房界面（如下图）。

程序主界面图

各个病房界面图

该程序主界面图，我设置了3个按钮。病房界面图比如1房病人按下1床开始开关，5秒后，该病床1床指示灯亮且1房门口指示灯闪烁，同时同楼层的护士站1房指示灯闪烁指示灯。护士看到后，按下护士站取消闪烁开关，之后到病人那里解决并按下床头重置按钮I0.1。其他床位工作原理同上。

5、系统调试及结果分析
5.1 PLC程序调试及解决的问题
根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为226，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）
PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。
利用S7-200仿真软件调试1房1床病人如下图（图5-1）。

图5-1 1房1床病人调试的仿真图
5.2 PLC与上位机联调
上位机我是采用组态王6.53来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）
PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开组态王软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。联调时，第一，点击人机界面中的存取按钮，选择某一车位，拨动相应的限位开关，观察是否符合设计要求；第二，直接拨动PLC工作台上的存取开关，也是选择某一车位，拨动相应的限位开关，观察是否符合设计要求。只有两者都成功了，才能确保PLC与上位机联调成功。
5.3 结果分析
经过PLC与上位机的联调，我发现我做的人机界面并不能真正地做到具有优先级判别的能力，需要一直开着护士站取消闪烁按钮后才能保持护士站的病房显示灯不闪烁，所以我的人机界面仍有待进一步地完善。
虽然整个程序的结果是正确的，但是人机界面还存在不足，设计的不够好，还需好好努力。

结束语
两个星期的课程设计，转眼即逝，在张老师的耐心指导下，我的课程设计顺利地完成，在此向老师表示由衷的感谢。本次的课程设计，我的课题是病床呼叫系统，是为了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。
整个设计的逻辑流程并不是很难，最大的难点在于解决程序设计中的一些关联优先级判别能力的问题，而正是这些问题锻炼了我解决问题的逻辑思维和创新能力，这是本次设计我最大的收获。通过这次课程设计，我懂得了实际设计并不是想象中那么简单，需要考虑的问题不只一个方面，要学会综合考虑；学会了一种创建人机界面的软件——组态王，锻炼了自己的自学能力。当然，我也发现了自身的不足，例如PLC课程中的一些通用指令没有真正地理解、仍有许多指令有待学习等等。虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，遇到问题时，我仍然积极和同学进行交流讨论，进一步锻炼了我的合作能力。

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