病床呼叫

一、概 述

1、PLC简介

PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

2、可编过程控制器的基本结构及工作原理

PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。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。PLC的结构框图如图1.1所示。

图1.1

3、可编过程控制器的发展前景

PLC中国市场预期以12．4％的年复合增长率（CAGR）增长，市场份额预计从2006年的接近7.5亿美元增长到2011年的13亿美元。一些新兴行业的运用以及新能源产生、储存和基础设施建设的需要，无疑给PLC带来了巨大的机遇，特别是在OEM、楼宇自控等低迷的行业中，将会有很大的起色。 4、课题简述

本课程设计主要用于医院病房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响铃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及响铃复位，在处理完后再在病床前的开关将病床及病房的灯及按铃复位。

二、课题分析

1、课题设计的目的

课程设计的主要目的是通过某一PLC控制系统的设计实践，使学生能够熟练地进行PLC系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作，培养学生的工程技术应用能力。课程设计属于练习性质，不强调设计结果直接用于生产。有一些课题在实际控制中并不采用，但作为课程设计题目还是有一定意义的。

2、设计任务和要求

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。

3、分析及修改

经过对设计任务分析再结合实际情况并经过老师的同意，我们对设计的要求进行了稍微的修改：要求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，我们设计时是按照旦病人按下紧急呼叫按钮该病床床头紧急指示灯立即动作。

三、设计方案说明

1、设计原则

1） 最大限度的满足机械电气设备或生产过程的控制要求； 2）在满足控制要求的情况下，力求使控制系统简单、经济； 3）保证控制系统的安全可靠；

4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应当留有余地。 2、设计内容

1）拟定控制系统设计的技术要求；

2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行组件； 3）选定PLC型号；

4）编制PLC的输入/输出端子接线图；

5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后在用相应的编程语言进行程

序设计；

6）设计操作台、电气柜及非标准电器组件； 7）编写设计说明书和使用说明书。 3、设计步骤

1）深入了解和分析被控制对象的工艺条件及控制要求； 2）选择适合的的PLC类型； 3）分配I/O点；

4）设计控制系统梯形图； 5）输入并调试程序。

四、PLC控制器的选择及编程组件的地址分配

输入变量 输出变量 内存变量 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 X27 信号名称 1号病房1号床置位开关 1号病房1号床复位开关 1号病房2号床置位开关 1号病房2号床复位开关 1号病房3号床置位开关 1号病房3号床复位开关 1号病房4号床置位开关 1号病房4号床复位开关 2号病房1号床置位开关 2号病房1号床复位开关 2号病房2号床置位开关 2号病房2号床复位开关 2号病房3号床置位开关 2号病房3号床复位开关 2号病房4号床置位开关 2号病房4号床复位开关 3号病房1号床置位开关 3号病房1号床复位开关 3号病房2号床置位开关 3号病房2号床复位开关 3号病房3号床置位开关 3号病房3号床复位开关 3号病房4号床置位开关 3号病房4号床复位开关 有效状态 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 1有效 0有效 说明 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 X30 X31 X32 X33 X34 X35 X36 X37 X40 X41 X42 X43 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 医护站内1号病房1号床复位开关 医护站内1号病房2号床复位开关 医护站内1号病房3号床复位开关 医护站内1号病房4号床复位开关 医护站内2号病房1号床复位开关 医护站内2号病房2号床复位开关 医护站内2号病房3号床复位开关 医护站内2号病房4号床复位开关 医护站内3号病房1号床复位开关 医护站内3号病房2号床复位开关 医护站内3号病房3号床复位开关 医护站内3号病房4号床复位开关 1号病房1号床头灯 1号病房2号床头灯 1号病房3号床头灯 1号病房4号床头灯 1号病房灯 2号病房1号床头灯 2号病房2号床头灯 2号病房3号床头灯 2号病房4号床头灯 2号病房灯 3号病房1号床头灯 3号病房2号床头灯 3号病房3号床头灯 3号病房4号床头灯 3号病房灯 0有效 0有效 0有效 0有效 0有效 0有效 0有效 0有效 0有效 0有效 0有效 0有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 Y17 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y26 Y27 Y30 Y31 Y32 Y33 Y34 Y35 Y36 Y37 Y40 Y41 Y42 Y43 M0 M1 M2 M3 M4 M5 站内1号病房1号床灯及响铃 站内1号病房2号床灯及响铃 站内1号病房3号床灯及响铃 站内1号病房4号床灯及响铃 站内2号病房1号床灯及响铃 站内2号病房2号床灯及响铃 站内2号病房3号床灯及响铃 站内2号病房4号床灯及响铃 站内3号病房1号床灯及响铃 站内3号病房2号床灯及响铃 站内3号病房3号床灯及响铃 站内3号病房4号床灯及响铃 1房优先级判断灯 1房优先级判断灯 1房优先级判断灯 2房优先级判断灯 2房优先级判断灯 2房优先级判断灯 3房优先级判断灯 3房优先级判断灯 3房优先级判断灯 1号病房1号床按置位按钮 1号病房1号床计时器置位按钮 1号病房2号床按置位按钮 1号病房2号床计时器置位按钮 1号病房3号床按置位按钮 1号病房3号床计时器置位按钮 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 信号灯及电铃 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 信号灯 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30 M31 M32 1号病房4号床按置位按钮 1号病房4号床计时器置位按钮 2号病房1号床按置位按钮 2号病房1号床计时器置位按钮 2号病房2号床按置位按钮 2号病房2号床计时器置位按钮 2号病房3号床按置位按钮 2号病房3号床计时器置位按钮 2号病房4号床按置位按钮 2号病房4号床计时器置位按钮 3号病房1号床按置位按钮 3号病房1号床计时器置位按钮 3号病2号床按置位按钮 3号病房2号床计时器置位按钮 3号病房3号床按置位按钮 3号病房3号床计时器置位按钮 3号病房4号床按置位按钮 3号病房4号床计时器置位按钮 1房1床房灯控制按钮 1房2床房灯控制按钮 1房3床房灯控制按钮 1房4床房灯控制按钮 2房1床房灯控制按钮 2房2床房灯控制按钮 2房3床房灯控制按钮 2房4床房灯控制按钮 3房1床房灯控制按钮 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 M33 M34 M35 M36 M37 M38 M39 M40 M41 M42 M43 M44 M45 M46 M47 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 3房2床房灯控制按钮 3房3床房灯控制按钮 3房4床房灯控制按钮 1房1床优先级判断按钮 1房2床优先级判断按钮 1房3床优先级判断按钮 1房4床优先级判断按钮 2房1床优先级判断按钮 2房2床优先级判断按钮 2房3床优先级判断按钮 2房4床优先级判断按钮 3房1床优先级判断按钮 3房2床优先级判断按钮 3房3床优先级判断按钮 3房3床优先级判断按钮 1号病房1号床计时器 1号病房2号床计时器 1号病房3号床计时器 1号病房4号床计时器 2号病房1号床计时器 2号病房2号床计时器 2号病房3号床计时器 2号病房4号床计时器 3号病房1号床计时器 3号病房2号床计时器 3号病房3号床计时器 3号病房4号床计时器 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 1有效 记时间 记时间 记时间 记时间 记时间 记时间 记时间 记时间 记时间 记时间 记时间 记时间 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 寄存器 计时器 计时器 计时器 计时器 计时器 计时器 计时器 计时器 计时器 计时器 计时器 计时器 五、ＰＬＣ控制程序设计

1、I/O接线图设计

图5.1

2、梯形图设计

按照前面所分配的PLC外部Ｉ、Ｏ接线图以及与硬件端子对应图，加上必须的连锁环节，设计如下图所示的梯形图程序。程序中所有的输出信号都标在相应的输出继电器上面。

、指令表

3

六、程序调试及说明

1、程序输入

1）首先运行PLC程序软件，把所设计的程序输入程序软件中。

2）对程序进行检测，然后调试。 3）调试无误后进行仿真。

2、工作过程

1）呼叫过程：当一号病房一号床位需要帮助时，他可以按下紧急呼叫按钮即X000，他所在床位的继电器线圈就会得电，它的常开触点就会闭合即M0闭合，他所在的病床床头灯即Y000就会亮，同时计时器T0开始计时，如果他在五秒之内按下复位按钮X001，床头灯立即灭（这是为了防止病人误按造成麻烦），计时结束后，病房门口紧急指示灯Y4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Y17。仿真结果如图6.1。

2）处理过程：护士站的病房紧急呼叫中心内护士听见呼叫声并看见闪烁指示灯Y17闪烁，他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（呼叫优先级下面详细介绍），待事故处理妥当后，护士按下复位按钮X001病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方可被重置。

由于病床呼叫是并行运行的，所以其他病床的工作过程和一病房一病床的类似。参考图6.2

图6.1

图6.2

3）优先级判断说明

在护士站的病房紧急呼叫中心设计了优先级判断灯阵Y33-Y43。具体判断过

程如下：Y33-Y43组成灯阵，其中行代表病房，列代表先后顺序，即当哪一个房间先呼叫，它所在的第一列的灯就先亮，第二个呼叫的它所在的第二列的灯就亮，

第三个呼叫的它所在的第三列的灯就亮，如图6.3表示呼叫顺序为1-2-3，图6.4表示呼叫顺序为2-3-1。

图6.3

图6.4

七、结束语

通过本次病床系统的课程设计，我们实现了病床呼叫系统的各个要求，并且具有良好地优先级判断能力，从实际出发，达到了很好的仿真效果。并且我熟悉了PLC的基本编程方法，使我加深了对PLC梯形图、指令表、外部接线图的理解，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，提高了我们的工程素质，提高了我的理论知识，工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。通过在网上查找资料以及到图书馆学习，也使我更好的理解和认识了关于PLC设计原理和实际中的应用过程。

在选题目时我们两个没有仔细考虑就选了病床呼叫系统，在拿到我们这个病床呼叫的要求时，感觉挺难得经过我们两个不断地分析设计，感觉要求与实际不符合，于是就去请问老师，在老师的指导下我们对设计要求有了更深的了解，老师要求我们按照实际出发，在接下来的几天设计、修改、调试、仿真等经过不断的修改和努力我们终于完成了要求。

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。

从动手调试的过程中，增加了我们对这项技术的了解，使我们体会到了只有好好学习，才能解决问题。从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。培养了我们实际动手能力和解决问题的能力，这使我们更深层次的接触到了我们以后的工作方向，而且这次实习更接近于我们以后的工作内容，所以这些都为我们以后的学习和工作打下了坚实的基础。

本次的设计任务我觉得是我受益最大的一次，我们结合实际并且凌驾于实际，有所创新，并且取得了很好的效果。培养了我们实际动手能力和解决问题的能力，这使我们更深层次的接触到了我们以后的工作方向，而且这次实习更接近于我们以后的工作内容，所以这些都为我们以后的学习和工作打下了坚实的基础。

参考文献

《电气控制与PLC应用》（第二版）中国电力出版社 主编：范永胜 王岷 《PLC原理与实践》清华大学出版社 主编：殷洪义 、吴建华 《电气控制及可编过程控制器》中国轻工业出版社 主编：张凤珊《可编过程《控制器原理及应用》中国电力出版社 主编：郁汉琪、郭 健