1、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 ： xxx 指导教师 ： xxx 职称 教授 专 业： 自动化 班 级： 1304 学 号： xxx 完成时间 ： 2016 年 5 月 xxx 工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院 专业： 自动化 指导教师 xxx 学生姓名 xxx课题名称 病床呼叫系统设计内容及任务一、目标设计一个基于 PLC 的病床呼叫系统。二、任务根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行病床呼叫系统运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、
2、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1. 设计该系统电气控制硬件系统；2PLC 选择及 I/O 及其它 PLC 元器件分配；3选择电器元件，编制元件目录表； 4设计该系统 PLC 控制梯形图；5用计算机绘制 PLC 控制电路图；6进行系统仿真测试，实现病床呼叫系统的控制要求；7编写设计说明书。三、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
3、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被重置。主要参考资料1 史国生主编，电气控制与可编程控制器技术M。北京：化学工业出版社，2012。2 于广庆主编，可编程控制器原理及系统设计M。北京：清华大学出版社，2004。3 吴启红主编，变频器、可编程控制器及触摸屏综
4、合应用技术实操指导书（第二版）M。北京：机械工业出版社，2010。4 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。5 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。 6 廖常初。PLC 编程及应用M。北京：机械工业出版社，2005 年。7 胡学林。可编程控制器应用技术M。北京：高等教育出版社，2001 年。8 三菱 FX 系列可编程序控制器编程手册M。三菱公司编，2001 年。9 三菱可编程序控制器应用 101例M。三菱公司编, 1994 年。10 史宜巧，孙业明，景绍学。PLC 技术及应用项目教程M。北京：机械工业出版
5、社，2009。教研室意见教研室主任：（签字）年 月 日摘 要为了探讨病床呼叫系统的问题，文中从可编程控制器（PLC）的引用出发，采用三菱FX2N系列 PLC 控制 3 个病房，12 个病床紧急呼叫按钮的响应。根据系统的控制要求，主要从I/O 地址的分配，PLC 型号的选择，PLC 系统硬件原理图，系统软件流程图，梯形图的设计以及现场调试等方面进行了详细的阐述，提出一种以 PLC 为核心的智能化病床紧急呼叫系统，全面建立起了一个用 PLC 来解决实际问题的系统模型。系统可以实现对医院病床的智能化管理，能实现呼叫，报警以及 LED 灯显示等功能。通过硬、软件系统的联调、测试，病床紧急呼叫系统的功能
6、和性能指标完全符合设计任务书的要求。而且设计的系统具有应用范围广、操作简单、可靠性高等优点，具有一定的推广价值。关键词：病床紧急呼叫系统；可编程控制器；智能化目 录1 引言 11.1 国内外的概况及发展趋势 11.2 发展瓶颈 1 1.3 课题研究的目的和意义 12 总体方案的选择 32.1 控制方式的选择 32.2 信号检测装置的选择 3 2.3 工作方式的选择 42.4 显示方式的选择 42.5 保护措施的选择 52.6 控制线路电源的选择 5 3 PLC 控制系统设计 63.1 系统硬件配置及组成原理 6 3.2 系统输入输出点分析 63.3 PLC 选型 73.3.1 机型选择 73.
7、3.2 输入输出模块选择 73.3.3 存储器容量选择 73.4 系统变量定义及 I/O 地址分配 83.5 PLC 控制电路设计 93.6 主要参数计算及元器件选择 103.7 控制系统程序流程图设计 11 3.8 控制系统程序时序图设计 113.9 PLC 控制程序设计 124 系统调试及结果分析 134.1 系统现场调试 134.1.1 GX Developer 简介 13 4.1.2 操作步骤 134.2 结果分析 135 设计总结 15参考文献 16致谢 17附 录 A 元器件清单 18附 录 B 程序清单 191 引言 1.1 国内外的概况及发展趋势PLC 自问世以来，经过几十年的
8、发展，在西方一些发达国家已成为重要的产业之一，从研制、开发、生产到应用，已经形成一个完整的工业体系。而我国 PLC 的发展却有所不同，虽然已经经过了多年的发展，但由于起步晚，基础低，只能从国外成套设备的引进、进而消化移植、合资生产到广泛应用，生产的 PLC 规模比较小，其适用范围也比较窄，精度不高，可靠性不强，所以国内 PLC 应用市场仍然是以国外产品为主。随着 PLC 应用领域日益扩大，PLC 技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。在产品规模方面，高速度、大容量、技术完善的大型 PLC 得到了迅猛的发展，逐渐向通信网络化，模块化、智能化迈进；在编程语言和编程工具上，多种
9、编程语言的并存、互补与发展已经成为 PLC 软件进步的一种趋势，逐渐实现工业技术的规范化和标准化。另外，各 PLC 制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。如今，PLC 已经成为了工业领域不可缺少的控制装置。1.2 发展瓶颈 针对我国 PLC 的发展所面临的问题进行探讨，我国 PLC 的起步出现在改革开放之后，相比于欧洲一些发达国家，已是相当的落后。在近几年的发展中，虽有所改善，但任面临许多问题。第一，在技术层面上，在国际上 PLC 迅速发展的形势下，我国还没有具有自主知识产权，能够参与国际竞争的 PLC 产品，原因主要在于我国的整个基础工业还有一定差距，如芯片制造、模具加
10、工等方面限制了我们的发展；第二，在竞争层面上，现在 95%的国内市场由外国的 PLC 产品所占领，中、大型 PLC 中，几乎全部由国外几大公司垄断，随着我国使用PLC 领域的不断扩大，市场越来越大，没有自主知识产权的产品，在经济竞争中就只能处于被动；第三，在市场秩序层面上，随着我国改革开放的不断深入，特别是加入 WTO 后，我国巨大的市场份额极大的吸引了国外的大公司，给我国的 PLC 经销商带来了极大的竞争，这些无序的竞争为国际大公司分而治之、获取稳定的高额利润创造条件。1.3 课题研究的目的和意义在这个瞬息万变，竞争激烈的时代，选择一个优越的工具往往能提升企业在这个市场上的竞争力。病床呼叫系
11、统是一种应用于医院病房、养老院等地方，用来联系沟通医护人员和病人的专用呼叫系统，是提高医院护理水平的必备设备，其优劣直接关系到病员的安危，历来受到各大医院的普遍重视。它追求及时、准确可靠、简便可行、利于推广的特点，而且要具有呼叫，振铃，显示等功能的设计要求。对于本课题的设计就显得非常具有现实意义了。2 总体方案的选择2.1 控制方式的选择 （1）单片机控制：采用 8051 单片机控制病床呼叫系统。其本身是比较经济实惠，成本相对较低的，但基于单片机本身的接口有限，需要外加作地址锁存的三态锁存器和译码器才能构成最基本的微机电路，若要实现病床呼叫系统的设计，就需要有更多接口电路与之匹配，这样就会让电
12、路复杂化，而且不通用，抗干扰能力也比较差，很难形成一个真正的产品。（2）继电器控制：采用硬件接线电路控制病床呼叫系统。利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。而接触器控制主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，其主要控制对象是电动，对于本课题不太适用。（3）微机控制：微机控制方式对外部环境具有低灵敏性，抗干扰性能好，可靠性高，具有很高的柔性，在不需要改动硬件的情况下，可以通过软件改变系统的功能，而且能实现多系统的协调工作及多任务的共同执行，实现复
13、杂的控制。但其微机的精度引入有误差，高性能控制算法的工程实现较复杂，不利用经济合理的设计要求。（4）PLC 控制：PLC 控制方式属于存储程序控制，通过存放在存储器内的程序来实现，若要对控制功能作必要修改，只需改变控制程序即可，实现了控制的软件化。在当今工业领域中，PLC 是使用最广泛的一种新型自动控制装置，具有高可靠性，强抗干扰能力，编程语言简单易学，适用性强以及调试维修方便等优点。上述的几种控制方式都能实现病床呼叫系统的控制，但从经济性，功能性，实用性，安全性的设计原则出发，PLC 控制是最合理的控制方式。 2.2 信号检测装置的选择 （1）速度检测装置一般应用于机械联接的物体时，通过旋转
14、角位置不同，产生过零脉冲数和正弦波信号的相位角的组合来检测转速。本课题对速度的要求不高，可以不考虑其装置的选择。（2）温度检测装置是一种用来检测某物体或环境温度的装置，对于本课题，根本不涉及到此物理量的变化,可以不考虑其装置的选择。（3）位置检测装置由检测元件和信号处理装置组成，是数控机床伺服系统的重要组成部分，其通过检测长度，角度，位移等信息，并发出反馈信号，构成闭环控制，具有精度高，抗干扰性能好的特点。病床呼叫系统是将病人所处病房病床号反映给护士站，然后护士站才能给出相应的响应，这是一个根据位置信息从而判断病人有无需求的实现。这样就需要安装一个位置检测装置来检测病人的病房病床号，从而使病人
15、能够得到及时的护理。2.3 工作方式的选择 工作方式的类型主要有手动控制工作方式、半自动控制工作方式和自动控制工作方式。（1）手动控制工作方式：手动模式下，用户可根据控制柜操作面板上的按钮指示手动控制现场设备。（2）半自动控制工作方式：可以设置循环，但需一步一步的按下按钮，才能实现控制要求。（3）自动控制工作方式：自动模式下，通过程序的逻辑运算，输出中间继电器于接点信号，驱动设备的控制单元，达到控制目的。对操作人员的技术要求较低，而且系统运行安全可靠，维护方便，成本也较低。就医院的重要性而言，采用自动控制工作方式是非常重要的。因病人的素质各异，若采用手动或半自动的控制，这样较为复杂的操作，对病
16、人的紧急呼叫就会造成阻碍影响。从这方面考虑，就需要设计一个极为简单的操作（例如按按钮）来提示护士，病人在紧急呼叫。这样，自动控制的工作方式在设计中应当首选。2.4 显示方式的选择病床呼叫系统的输出响应需要显示病人呼叫的具体位置，其显示方式有四种，分别为指示灯，LCD，LED 以及触摸屏显示。（1）指示灯显示：指示灯的电阻极大，使电路中的电流极小，当达不到额定电压的时候就不能亮，而且一般情况下这种指示灯内有一个电容。这种指示灯体积较大，对电压电流的要求很高，实用性不高，也不经济，对于本课题的研究对象不太适用。（2）LCD 显示：LCD 显示器是一种新型的显示器，在生活当中已经有了广泛的应用，但其
17、结构非常复杂，硬件外部接线也比较复杂，驱动程序也比较繁琐，在病床呼叫这种小型系统中，没有必要考虑成本较高的 LCD 显示器。（3）LED 显示：LED（发光二极管）是一种低成本，对电压电流要求不高，同时能具备具有简单要求的显示，在很多简单的场合应用广泛，例如病床呼叫系统。（4）触摸屏显示：触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，其功能强大，性能好，但病床呼叫系统的设计要求并不需要如此强大功能的显示装置。设计要求中有床头指示灯，病房门口闪烁灯，护士站闪烁灯的显示，而且结合现有的实验器材，根据经济合理，性能合
18、理的原则，即在设计中采用 LED 来显示床头指示灯，病房门口闪烁灯和护士站闪烁灯，关于护士站的报警信号用蜂鸣器来提示。2.5 保护措施的选择整个系统的正常运行离不开保护装置的保驾护航，在外部电源 AC220V 及开关电源DC24V 的变压线路中，需在变压器一次侧加装电流型保护装置，以防止因短路故障造成变压器烧坏，在控制电路设计中，为了使输出线圈能持续得电，需要在按钮上并联接触器自锁，形成具有失压保护的电压型保护装置。另外，在输出 LED 显示上，发光二极管的额定电压很小，而 PLC 的开关电源为 DC24V，若直接串联在发光二极管上，发光二极管承受不了如此高的高电压，会马上击穿烧毁，必须在发光
19、二极管后加上一个限流电阻，形成具有过电压保护的电压型保护装置。2.6 控制线路电源的选择 提供给 PLC 的工作电源即有，外部输入电源以及内部开关电源。外部输入电源主要来自三相四线制经变压器降压得到的 AC220V，内部开关电源为 DC24V,经变压器降压，整流，滤波以及稳压得到。电源线路如图 1 所示。图 1 电源线路3 PLC 控制系统设计3.1 系统硬件配置及组成原理 病床呼叫系统硬件配置主体为 PLC，输入部分为各病床的呼叫按钮以及护士站的处理按钮，其输出部分为病房的床头指示灯，门口 LED 闪烁灯和护士站的 LED 闪烁灯，蜂鸣器报警，系统总体上的组成框图如图 2 所示。在系统程序控
20、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。一旦有病人按下呼叫按钮，PLC 立即响应，通过设置的程序实现对系统的控制，从而点亮病床床头指示灯，病房门口闪烁灯，护士站的闪烁指示灯和发出报警信号。当护士站的护士人员发现有病人呼叫，会立即按下处理按钮作出应答，取消 LED灯的闪烁和警报，迅速为病人提供最佳服务。图 2 系统组成框图3.2 系统输入输出点分析根据课程设计要求，基于 PLC 控制病床呼叫系统，还需满足实验室设备的要求，设定的输入点数为 15 个，输出点数为 16 个，并且所有的输入点和输出点都是直流的。各病床的紧急呼叫和重置按钮用一个按钮，护士站的处理完毕按钮设定三
21、个按钮分别来控制三个病房里所对应的四个病床；病房门口闪烁灯和对应护士站闪烁灯采用一个 LED 灯来显示，所有报警铃声均用一个蜂鸣器。病床呼叫系统的输入输出信号统计表如表 1 所示。表 1 病床呼叫系统的输入输出信号统计表输 入 点 输 出 点名 称 数 量(个) 名 称 数 量(个)病床呼叫按钮（重置按钮） 12 病床指示灯 （恒亮） 12护士站病房指示灯处理按钮 3 病房门口闪烁灯（护士站闪烁灯） 3护士站报警蜂鸣器 1总 计 15 总 计 163.3 PLC 选型3.3.1 机型选择在结构选择方面，PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式，病床呼叫系统是一种在工艺过程较为固定的小型控制系统
22、，基于体积相对较小，成本不高，经济划算等优点，采用整体式 PLC 作为系统的控制器。在功能选择方面，一般低档型 PLC 本身就具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于病床呼叫系统这种以开关量控制的设备就可以满足要求。3.3.2 输入输出模块选择（1）输入模块主要是指电源输入，病房的设计范围是固定的，传输距离短，线损不严重，即可以直接选用 DC24V 供电，以满足 PLC 工作的正常电压。（2）输出模块有继电器输出，双向晶闸管输出和晶体管输出三种输出方式。 1）继电器输出通常应用于自动控制电路中，是一种用弱电控制强电的自动开关，它可以驱动 AC24V 负载和 DC24V 负载，没有极性要求；但继电器
23、输出的响应时间也比较慢，因此，在要求快速响应的场合不适合使用此种类型的电路输出形式。2）双向晶闸管输出只能驱动交流负载，响应速度也比继电器输出电路形式要快，寿命要长。但驱动能力要比继电器输出的要小，允许负载电压一般为 AC85V242V ；3）晶体管输出相比于继电器输出响应快，适用于要求快速响应的场合；由于晶体管是无机械触点，因此比继电器输出电路形式的寿命长。但晶体管输出的外接电源只能是直接电源，这在实际应用中就会受到局限。另外，晶体管输出驱动能力也要小于继电器输出，允许负载电压一般为 DC5V30V，允许负载电流为 0.2A0.5A 。在实际应用中，大部分的电器都是使用交流电，对于晶体管输出
24、，它由于外接电源只能是直流电源的这一局限性，就不宜采用晶体管输出来作为输出模块得选择。对于双向晶闸管输出，驱动能力要比继电器输出的要小，而且其允许所带负载只能为交流负载，那么所导致PLC 的内部就不能正常工作，这样双向晶闸管输出也不宜采用。继电器输出可以驱动 AC24V负载和 DC24V 负载，而且没有极性要求，对于病床呼叫系统这种对响应时间没有极高要求的系统，可以采用继电器输出来作为输出模块的选择。3.3.3 存储器容量选择存储器容量是 PLC 本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量，为了设计选型时能对程序容量有一定估算，
25、通常采用存储器容量的估算来替代。设计的系统中只含有开关量，不含有模拟量，即以开关量输入输出点数为参考量对系统的存储器容量进行经验值估算。估算公式如下：总存储字数=（开关量输入点数+开关量输出点数）10以输入输出点分析的点数为依据，总存储字数为 310，为了考虑其可能有的扩展模块，需要再多考虑存储器字数的 25%的余量，才能作为存储器容量的选择。通过分析紧急病床呼叫系统的工作原理和系统流程，确定了 PLC 控制系统应具备的全部功能和控制范围，从以上三点的分析，可以采用三菱 FX2N系列的 PLC。从机型的选择、系统输入输出点、输入输出模块分析以及存储器容量的估算这几大指标考量，控制系统选用输入输
26、出点均为 16 点的 FX2N-32MR 型号的 PLC。3.4 系统变量定义及 I/O 地址分配为了使设计的程序能够与硬件系统进行联接，需对程序设计的变量进行定义并给出地址分配。系统变量定义及 I/O 地址分配表如表 2 所示。表 2 系统变量定义及 I/O地址分配表输入信号 输出信号信号名称 编号 代号 说明 信号名称 编号 代号 说明1-1 病床紧急（重置）按钮X000 SB1常开触点1-1 床头紧急指示灯Y000 LED1 LED 灯1-2 病床紧急（重置）按钮X001 SB2常开触点1-2 床头紧急指示灯Y001 LED2 LED 灯第一病房1-3 病床紧急（重置）按钮X002 SB
27、3常开触点1-3 床头紧急指示灯1病房门口闪烁灯Y002 LED3 LED 灯1-4 病床紧急（重置）按钮X003 SB4常开触点1-4 床头紧急指示灯Y003 LED4 LED 灯2-1 病床紧急（重置）按钮X004 SB5常开触点2-1 床头紧急指示灯Y004 LED5 LED 灯2-2 病床紧急（重置）按钮X005 SB6常开触点2-2 床头紧急指示灯Y005 LED6 LED 灯2-3 病床紧急（重置）按钮X006 SB7常开触点2-3 床头紧急指示灯Y006 LED7 LED 灯第二病房2-4 病床紧急（重置）按钮X007 SB8常开触点2-4 床头紧急指示灯2病房门口闪烁灯Y007
28、 LED8 LED 灯续表 2输入信号 输出信号信号名称 编号 代号 说明 信号说明 编号 代号 说明第三病3-1 病床紧急（重置）按钮X010 SB9常开触点3-1 床头紧急指示灯3病房门口Y010 LED9 LED 灯3-2 病床紧急（重置）按钮X011 SB10常开触点3-2 床头紧急指示灯Y011 LED10 LED 灯3-3 病床紧急（重置）按钮X012 SB11 常开触点3-3 床头紧急指示灯Y012 LED11 LED 灯房3-4 病床紧急（重置）按钮X013 SB12常开触点3-4 床头紧急指示灯闪烁灯Y013 LED12 LED 灯1 病房护士站处理按钮X014 SB13常闭
29、触点护士站闪烁灯及1 病房门口闪烁灯Y014LED13LED14LED 灯2 病房护士站处理按钮X015 SB14常闭触点护士站闪烁灯及2 病房门口闪烁灯Y015LED15LED16LED 灯3 病房护士站处理按钮X016 SB15常闭触点护士站闪烁灯及3 病房门口闪烁灯Y016LED17LED18LED 灯护士站护士站紧急呼叫报警Y017 HA 蜂鸣器3.5 PLC 控制电路设计根据系统的设计要求，PLC 控制电路如图 3 所示。硬件系统的外部输入电源通过 L、N点输入，输入端 X0X16 外接呼叫按钮，因为外接按钮的电位相同，所以将所有按钮并联在一起，输出端 Y0Y17 外接发光二极管 L
30、ED1LED18，但开关电源 DC24V 电压过高，为了保证发光二极管能正常显示，需串联限流电阻 R1R18。图 3 控制电路3.6 主要参数计算及元器件选择在电源电路中，为了保证变压器能正常工作不被烧毁，需在其一、二侧装设保护装置，变压线路中主要是低压断路器以及熔断器的保护，同时变压器也需要选择合适的变压比。在控制电路中，发光二极管、限流电阻的阻值大小以及蜂鸣器三者也要合理选择，选型原则是：（1）低压断路器的选择1）额定电压和额定电流选择：大于或等于电路的正常工作电压和电流。2）热脱扣器动作电流选择：与所控制的电动机或负载额定电流一致。3）电磁脱扣器的瞬时动作整定电流：一般负载： 或DZ5
31、系列塑料外壳式断路器适用于交流 50HZ、380V、额定电流 0.1550A 的电路中，配电网络中用来分配电能和作线路及电源设备的过载和短路保护之用，亦可作为线路的不频繁转换之用。DZ5-20 型号的额定电压为 AC380V，额定电流 20A，脱扣器整定电流在配电中选用 15A，对于线路中正常工作电压电流的要求，完全可以满足。 即在电源电路中变压器一次侧的 OF1、QF2、QF3 可以采用 DZ5-20 断路器。（2）熔断器的选择RM10 系列熔断器适用于交流 50Hz、额定电压为 220V、380V 的低压配电装置作短路和过负荷保护。在配电变压器低压侧，熔体额定电流=（1.01.5）变压器低
32、压侧额定电流，PLC 的额定电流为 5A，即熔断器额定电流为 IfIN，熔体额定电流为 7.5A。即在变压器的一二次侧 FU1FU6 装设 RM10 系列熔断器能够保证变压器的正常运行。（3）变压器的选择BK 控制变压器容量为 5000kVA 及以下，电压不大于 500V，交流 5060Hz 的电路中，BK控制变压器在电气设备中作为控制电路的电源，以及作用信号灯及指示灯的电源。在外部输入电源的变压器的选择上，根据负载的容量进行计算，PLC 的额定容量为 40VA,再加上所带负载（发光二极管，限流电阻和蜂鸣器）的估算容量 25VA，即 TC1 可以选择 BK-80VA。在选择开关电源的变压器的选
33、择上，负载的容量大致为 25VA，即 TC2 可以选择 BK-30VA。（4）发光二极管、限流电阻和蜂鸣器选择发光二极管的额定电压在 2.02.2V 左右,正常发光时的额定电流约为 20mA。根据欧姆定律可得，限流电阻根据经验取值为 1.2k。蜂鸣器选用额定电压 24V,额定电流 25mA 的KH-4016-24HD。3.7 控制系统程序流程图设计 根据系统的控制要求，控制系统程序流程图如图 4 所示。图 4 控制程序流程图3.8 控制系统程序时序图设计假定第一病房 1 号病床，按下紧急呼叫按钮后，在 3s 后按下了重置按钮；接着，第二病房 2 号病床按下紧急呼叫按钮。2s 后，第三病房 3
34、号病床也按下了紧急呼叫按钮，并且在 5s 内都没有按下重置按钮。其程序时序图如图 5 所示。图 5 程序时序图3.9 PLC 控制程序设计每一个病房，每一个病床都是独立的。在紧急呼叫时，是不会互相产生干扰的，即针对这一点，设计的要点就是确保程序准确而简单，结构清晰明了。程序的设计采用基本指令，当某一病床紧急呼叫按钮按下，指针立即至所设置的程序段，执行程序，直至完毕。PLC 控制程序见附录 B。以第一病房第 1 号病床控制程序为一个模块为例，如图 6 所示。X000 为病床紧急呼叫按钮，当按下后 5s,若病人没有再次按下 X000,此时床头指示灯 YOOO 恒亮，同时病房门口指示灯和护士站指示灯
35、 Y014 闪烁并伴随着报警提示 Y017。图中 M0,M1,M2 为辅助继电器。当护士站发现有病人在呼叫时，护士按下处理按钮 X014，常闭触点变常开触点，以取消护士站报警及闪烁指示灯，在处理完毕后，按下重置按钮以取消病床指示灯和病房门口闪烁灯。图 6 第一病房第 1 号病床控制程序图4 系统调试及结果分析4.1 系统现场调试4.1.1 GX Developer 简介 GX Developer 是三菱 PLC 的编程软件。适用于 Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX 等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST 及 FB、Label 语言程序设计，网络参数设定，可进行程
36、序的线上更改、监控及调试，具有异地读写 PLC 程序功能。4.1.2 操作步骤 （1）打开 GX-Developer 软件，新建文件，出现 PLC 类型选择框，选择 系列；（2）输入完梯形图将程序下载到 PLC 主机时，注意要先将梯形图转换为指令表；（3）将程序下载到 PLC 主机时，注意要先打开实验箱电源，将 PLC 开关处于 STOP 位置，下载点击“在线”菜单中的“PLC 写入”命令；（4）PLC 输入输出接线，根据 I/O 分配表连接外器件；（5）运行 PLC，点击“在线”菜单“监控”中的“开始监控”命令，监控并调试程序。4.2 结果分析在实验室调试的过程中，一方面体现了 PLC 的功
37、能优势，另一方面是 PLC 编程，接线简单清晰，容易接受和理解。连接好线路后，按下其中某一病床的呼叫按钮，计时 5s 后，对应病床指示灯，病房门口闪烁灯，护士站闪烁灯及报警提示均动作，当护士站发现呼叫信号，立即采取处理措施，按下处理按钮，处理完毕后按下病床重置按钮，同时也可以进行多病床同时呼叫。5 设计总结 在病床呼叫系统的设计中，遇到了很多难题，例如首先在考虑系统的输入输出点时，就遇到了问题，设计的 I/O 分配点远远超出了实验所提供的设备 I/O 点，这样在以后的调试中就会遇到麻烦。所以，在经老师的提示后，决定调整 I/O 分配点，改善系统输入输出。系统的设计是比较简易的，仅仅是病床呼叫系
38、统最浅显的层面，在实际的医院或敬老院等场合，其设计的系统是比较全面的，在护士站能显示各病床的床号，并有语音提示，可以相互沟通。在显示模块上，实际应用中多采用 LED 显示屏，能多功能显示时间、温度、湿度等信息。此次设计中没有考虑这么全面，只是简约的将系统的框架构建出来，若要实现更加全面的功能，可以将显示方式用 LED 显示屏、LCD 液晶显示屏，触控屏等来显示。虽然设计方面有瑕疵，但总的来说，很感谢病床呼叫系统课程设计，让自己将一个学期所学的 PLC 课程的理论和实践结合了起来，体会了用实践来验证理论的魅力。参考文献1 史国生.电气控制与可编程控制器技术M.北京：化学工业出版社，2012.56
39、602 于广庆.可编程控制器原理及系统设计M.北京：清华大学出版社，2004.78823 吴启红.变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书M.第二版.北京：机械工业出版社，2010.991044 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，2010.45545 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，2011.89100 6 廖常初.PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社，2005.24267 胡学林。可编程控制器应用技术M.北京：高等教育出版社，2001.30328 史宜巧，孙业明，景绍学.PLC 技术及应用项目教程M
40、.北京：机械工业出版社，2009.67699 陈海芹.应用 PLC 对病床呼叫系统的设计J.科技创业家,2012(18)：8910 张立臣，刘文州，刘辉煌.一种新型医疗病房用多功能传呼系统J.长春工程学院学报，2000(1)：545511 王永华.现代电气控制及 PLC 应用技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2008.454912 李乃夫.电气控制与 PLC 应用技术M.第二版.北京：高等教育出版社，2011.677213 廖常初.可编程控制器的编程方法与应用M.重庆：重庆大学出版社，2010.364014 于庆广.可编程控制原理与系统设计M.北京：清华大学出版社，2004.21021415 李媛.PLC 原理与应用M.北京：北京邮电大学出版社，2009.715致 谢这次课程设计终于顺利完成了，在老师和同学们的一一解答下度过重重难关取得成功！在此，首先要感谢的是我的父母，是他们养育并培养了我，再次要感谢我的指导老师xxx 老师，感谢您耐心的监督和指导，还要感谢在一起探讨研究的同学们。正是有了他们的帮助，我才能顺利完成这课程设计。在这次设计中，由于我知识的欠缺，设计的并不详细，知识的衔接也不理想，错误应该是有的，但我很认真地去做了，设计中错误的地方希望老师能谅解，并加以指点。我会努力改正，力争在以后的学习中更加完善。最后祝老师身体健康，全家幸福，事业有成。
