PLC病房控制系统课程设计Word文件下载.docx
《PLC病房控制系统课程设计Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC病房控制系统课程设计Word文件下载.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第四部分PLC控制软件设计与调试
4.1系统程序设计…………………………………………………………………10
4.2调试结果与分析………………………………………………………………13
第五部分 课程设计总结…………………………………………………………………13
第六部分参考文献………………………………………………………………………14
1.1PLC系统设计内容与步骤
PLC课程设计主要步骤如下：
1、分析被控对象的工艺条件和控制要求。
被控对象是指受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。
在进行系统设计时，首先需要深入了解被控对象的特点、控制过程与要求等。
确定被控对象与PLC之间的输入、输出关系。
控制要求主要指控制系统的基本方式、应完成的动作等，同时要注意必要的保护和连锁等
2、选择I/O设备。
根据控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备的具体型号、数量等。
常用的输入设备有按钮、限位开关，传感器等；
常用的输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。
3、选择PLC的型号。
根据已选择的I/O设备，统计I/O点数，选择合适的PLC类型，在选择时要考虑所需机型的容量大小、I/O模块种类及电源类型等。
4、分配I/O点。
只有分配PLC的I/O点后，方可进行程序设计。
5、程序设计，它是整个系统设计的核心工作，首先要熟悉控制要求，根据控制要求设计好梯形图程序。
6、输入程序后调试程序。
调试过程中如果发现问题，则要采取措施逐一排除，直至调试成功。
7、编写技术文件。
则要包括说明书、电气原理图，电气元件明细表，程序等。
1.2系统控制要求
PLC病房呼叫系统控制要求如下：
1．共有2个病房，每间病房3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被重置。
2.1总体设计方案说明
一、设计原则
1、根据系统设计要求，尽最大可能满足设计要求。
2、结合实际病房情况，尽可能满足操作人员的方便性，在此基础上优化设计方案。
3、保证系统方案的可行性，可靠性。
二、设计内容
1、两个病房，每个病房门口一个紧急指示灯（此处现用输出继电器Y11和Y12来驱动），每个病房三个床位，每个床位有一个呼叫按钮（输入继电器X0、X1、X2分别接受1号病房的A、B、C床位按钮的呼叫；
输入继电器X3、X4、X5分别接受2号病房的A、B、C床位按钮的呼叫），一个重置按钮共两个按钮（输入继电器X10、X11、X12分别接受1号病房的A、B、C床位按钮的重置信号；
输入继电器X13、X14、X15分别接受2号病房的A、B、C床位按钮的重置信号），以及一个紧急指示灯（病房1：
Y11，病房2：
Y12）。
2、每层楼一个护士站，护士站有一个处理按钮（X6），一个处理完毕后的复位按钮（X7），以及病房1和病房2的指示灯（Y6和Y7），还有一个病房紧急闪烁指示灯（Y10）。
三、要求分析
1、系统设计中由于有些灯，要求闪烁以提高医护人员的注意，在编程序时，现可通过两个定时器来构成震荡电路（现用4个定时器来组成两个震荡电路，一个频率高的，周期0.4S，一个频率低的，周期1S），并应用到输出继电器的编程来实现闪烁。
2、为了实现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的功能，以防病人在错误操作呼叫按钮时可以自行消除。
此处对于1号病房的A床位可以通过辅助继电器M0和M10的自锁，并用定时5S的定时器T10来实现，其他病房病床可类似。
3、在护士站，显示哪一病房优先按下的紧急按钮，此处我们用指示灯的闪烁快慢来表示，先按下的该病房指示灯闪烁得快，后按下的闪烁得慢。
为了实现这一设想，我们利用互锁的原理来编程，具体实现程序见后面。
4、为了实现要求5，医护人员处理时取消闪烁灯，以及处理后的重置。
此处利用按钮X6和辅助继电器M18的自锁来实现，以及X7控制区间复位指令来实现重置。
具体程序下面有详细介绍。
2.2PLC控制系统组成方框图
可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
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的结构框图如下图所示。
3.1PLC的选型及硬件配置
一、PLC的选型
PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。
具体应考虑以下几方面：
（1）性能与任务相适应对于小型单台、仅需要数字量控制的设备，一般的小型PLC（如西门子公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM1/CPM2系列、三菱的FX系列等）都可以满足要求。
对于以数字量控制为主，带少量模拟量控制的应用系统，如工业生产中常遇到的温度、压力、流量等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器（对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块）和驱动装置，并选择运算、数据处理功能较强的小型PLC（如西门子公司的S7-200或S7-300系列、OMRON的公司的CQM1/CQM1H系列等）。
对于控制比较复杂，控制功能要求更高的工程项目，例如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能时，可视控制规模及复杂程度，选用中档或高档机（如西门子公司的S7-300或S7-400系列、OMRON的公司的C200H@或CV/CVM1系列、A-B公司的ControlLogix系列等）。
（2）结构上合理、安装要方便、机型上应统一按照物理结构，PLC分为整体式和模块式。
整体式每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，所以人们一般倾向于在小型控制系统中采用整体式PLC。
但是模块式PLC的功能扩展方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类和块数、特殊I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大得多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便。
因此，对于较复杂的和要求较高的系统一般应选用模块式PLC。
根据I/O设备距PLC之间的距离和分布范围确定PLC的安装方式为集中式、远程I/O式还是多台PLC联网的分布式。
对于一个企业，控制系统设计中应尽量做到机型统一。
因为同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购与管理；
其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；
其外部设备通用，资源可共享。
同一机型PLC的另一个好处是，在使用上位计算机对PLC进行管理和控制时，通信程序的编制比较方便。
这样，容易把控制各独立的多台PLC联成一个多级分布式系统，相互通信，集中管理，充分发挥网络通信的优势。
（3）是否满足响应时间的要求由于现代PLC有足够高的速度处理大量的I/O数据和解算梯形图逻辑，因此对于大多数应用场合来说，PLC的响应时间并不是主要的问题。
然而，对于某些个别的场合，则要求考虑PLC的响应时间。
为了减少PLC的I/O响应延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC，使用高速I/O处理这一类功能指令，或选用快速响应模块和中断输入模块。
（4）对联网通信功能的要求近年来，随着工厂自动化的迅速发展，企业内小到一块温度控制仪表的RS-485串行通信、大到一套制造系统的以太网管理层的通信，应该说一般的电气控制产品都有了通信功能。
PLC作为工厂自动化的主要控制器件，大多数产品都具有通信联网能力。
选择时应根据需要选择通信方式。
（5）其他特殊要求考虑被控对象对于模拟量的闭环控制、高速计数、运动控制和人机界面（HMI）等方面的特殊要求，可以选用有相应特殊I/O模块的PLC。
对可靠性要求极高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备份系统。
本次课程设计由于条件限制，我们统一采用实验室的FX1N—40MR型可编程逻辑控制器。
二、PLC容量估算
PLC的容量指I/O点数和用户存储器的存储容量两方面的含义。
在选择PLC型号时不应盲目追求过高的性能指标，但是在I/O点数和存储器容量方面除了要满足控制系统要求外，还应留有余量，以做备用或系统扩展时使用。
（1）I/O点数的确定
PLC的I/O点数的确定以系统实际的输入输出点数为基础确定。
在I/O点数的确定时，应留有适当余量。
通常I/O点数可按实际需要的10～15%考虑余量；
当I/O模块较多时，一般按上述比例留出备用模块。
（2）存储器容量的确定
用户程序占用多少存储容量与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。
因此在程序编制前只能粗略的估算。
3.2主电路设计
由前面分析的可知，输入继电器需使用14点（X0—X15），输出继电器需使用11点（Y0—Y12），输出继电器的公共端口为COM0—COM5，电源采用24V直流电源，指示灯用发光二级管代替，并串联电阻。
综上其I/O接线图设计如下：
3.3输入输出地址分配
如下为输入/输出地址分配表格：
输入变量
信号名称
X0
1号病房A床呼叫按钮
X10
1号病房A床重置按钮
X1
1号病房B床呼叫按钮
X11
1号病房B床重置按钮
X2
1号病房C床呼叫按钮
X12
1号病房C床重置按钮
X3
2号病房A床呼叫按钮
X13
2号病房A床重置按钮
X4
2号病房B床呼叫按钮
X14
2号病房B床重置按钮
X5
2号病房C床呼叫按钮
X15
2号病房C床重置按钮
X6
护士站处理按钮
X7
护士站处理完毕重置按钮
输出变量
Y0
1号病房A床指示灯
Y3
2号病房A床指示灯
Y1
1号病房B床指示灯
Y4
2号病房B床指示灯
Y2
1号病房C床指示灯
Y5
2号病房C床指示灯
Y6
护士站1号房闪烁灯
Y11
1号病房门口紧急指示灯
Y7
护士站2号房闪烁灯
Y12
2号病房门口紧急指示灯
Y10
护士站紧急呼叫闪烁灯
3.4PLC的控制电路
一、I/O模块的选择
在PLC控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的各种测量参数，按要求的方式送入PLC。
PLC经过运算、处理后，再将结果以数字量的形式输出，此时也要把该输出变换为适合于对生产过程进行控制的量。
所以，在PLC和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置。
这个装置就是输入/输出（I/O）模块。
不同的信号形式，需要不同类型的I/O模块。
对PLC来讲，信号形式可分为四类。
（1）数字量输入信号生产设备或控制系统的许多状态信息，如开关、按钮、继电器的触点等，它们只有两种状态：
通或断，对这类信号的拾取需要通过数字量输入模块来实现。
输入模块最常见的为24V直流输入，还有直流5V、12V、48V，交流115V/220V等。
按公共端接入正负电位不同分为漏型和源型。
有的PLC即可以源型接线，也可以漏型接线，比如S7-200。
当公共端接入负电位时，就是源型接线；
接入正电位时，就是漏型接线。
有的PLC只能接成其中一种。
（2）数字量输出信号还有许多控制对象，如指示灯的亮和灭、电机的启动和停止、晶闸管的通和断、阀门的打开和关闭等，对它们的控制只需通过二值逻辑“1”和“0”来实现。
这种信号通过数字量输出模块去驱动。
数字量输出模块按输出方式不同分为继电器输出型、晶体管输出型、晶闸管输出型等。
此外，输出电压值和输出电流值也各有不同。
（3）模拟量输入信号生产过程的许多参数，如温度、压力、液位、流量都可以通过不同的检测装置转换为相应的模拟量信号，然后再将其转换为数字信号输入PLC。
完成这一任务的就是模拟量输入模块。
（4）模拟量输出信号生产设备或过程的许多执行机构，往往要求用模拟信号来控制，而PLC输出的控制信号是数字量，这就要求有相应的模块将其转换为模拟量。
这种模块就是模拟量输出模块。
典型模拟量模块的量程为-10V～+10V、0～+10V、4～20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如热电阻RTD、热电偶等信号），此外，有些传感器如旋转编码器输出的是一连串的脉冲，并且输出的频率较高（20kHz以上），尽管这些脉冲信号也可算作数字量，但普通数字量输入模块不能正确的检测之，应选择高速计数模块。
二、分配输入/输出点
PLC机型及输入/输出（I/O）模块选择完毕后，首先，设计出PLC系统总体配置图。
然后依据工艺布置图，参照具体的PLC相关说明书或手册将输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出I/O接线图即PLC输入/输出电气原理图。
PLC机型选择完后输入/输出点数的多少是决定控制系统价格及设计合理性的重要因素，因此在完成同样控制功能的情况下可通过合理设计以简化输入/输出点数。
不同的I/O模块，其电路和性能不同，它直接影响着PLC的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。
4.1系统程序设计
综上所分析，现编写其控制程序梯形图以及程序各模块功能说明如下：
初始化，接通电源时，直接置位M40。
振荡电路，T0、T1组成周期为0.4S的震荡电路：
T2、T3组成周期为2S的震荡电路。
（2—19步）
1号病房A病床呼叫，X0动合触点，X10动断触点及辅助继电器M0、M10定时器T10，及输出继电器Y0构成。
（20-38步）
1号病房B病床呼叫。
（32--43步）
1号病房C病床呼叫。
（44--55步）
1号病房门口闪烁灯控制。
（56--60步）
2号病房A病床呼叫。
（61--72步）
2号病房B病床呼叫。
（73—84步）
2号病房C病床呼叫。
（85—96步）
2号病房门口闪烁灯控制。
（97—101步）
护士站处理及灯闪烁指示灯控制模块。
（102—113步）
护士站的病房显示及其优先级判别模块。
（114—141步）
事故处理完毕后的重置模块及程序结束。
（142—148步）
4.2调试结果与分析
本次课程设计，我和同组成员唐锋，采用模块化的梯形图程序设计方法，先分析系统设计要求，再分步骤编程。
我们先设计了震荡电路部分，然后设计了病房病人呼叫模块的梯形图，设计到这里，仅实现了一少部分功能，我们就进行了一次调试，看这部分功能能否实现，当按下X0、X1、X2、X3、X4、X5按钮中的任意一个时，并且在5S内没有按下相应的重置按钮时，相应的床位灯亮，并且该病人相应的病房门口灯闪烁，说明此处功能可以实现。
然后我们开始设计护士站的病房紧急呼叫中心闪烁指示灯和处理按钮功能模块，以及护士站相应病房编号灯的模块和事故处理妥当后的重置按钮功能模块，设计到这里所有的模块基本都形成了，然后将各模块相互联系起来。
整体程序形成后，我们将总的物理电路连接好，传入程序后，进行再一次模拟操作并调试，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，这一功能成功实现，并且护士按下处理按钮时，护士站指示闪烁灯灭。
但是多次模拟发现，此程序还没有优先级判别的功能，也就是两病房的的病人按下呼叫，在护士站显示的灯都是一样的情况，护士不能区分哪个病房的先按下。
于是我们采用多个辅助继电器并利用互锁原理增加了优先级判别功能，并经过调试，实现了先按下的该病房的灯闪烁快，后按下的闪烁慢，成功实现优先级判别功能。
最后我们在保证功能可行性的基础上，稍微更改了一下程序，以优化程序的易读性，优化性，增加系统的稳定性，复用性。
第五部分 课程设计总结
经过本次PLC课程设计，我收益颇多，通过多天的设计，我对PLC这门学科有了进一步的了解，经过查阅资料与花时间的探究，弄懂了书中在先前的学习中没有弄懂的知识点。
此外设计完后，在写课程设计报告时，需要用到制图软件，经过老师的指导以及自己的琢磨，进一步学习了绘图软件和Word办公软件。
本次课程设计时间安排在第十七周，周一晚上我们就先提前去了一下实验室进行提前准备，俗话说：
万事开头难。
刚开始我们将题目通读了几次，很难理解题目所说的意思，我们迎难而上，经过多次理解，再者我们也联系了一下实际的医院病房情况，对题目要求也基本有了深刻的了解。
接着我们开始设计震荡电路模块和病房病人呼叫模块，对于震荡模块平时在做实验时用的比较多，故编程比较容易。
而呼叫模块比较陌生但又似曾相识，经过仔细的推敲和认真的思考后，终于成功完成，那一刻特别有成就感。
接着我们大致构建了一下护士站的控制模块部分，由于当天晚上时间有限，就在此结束了。
第二天，也就是周二，我们电工三班正式开始了课程设计，上午我们到了实验室后，就抓紧时间进行程序的编写与调试，由于有了前天设计前的准备，我们进行得比较快，这天上午我们就完成了，于是请来了刘冬梅老师来对我们的设计进行细节上的指导，很快我们的设计就得到了老师的赞许。
这样我们的第一部分也就完成了，接下来就开始写设计报告。
设计报告要求全部采用电脑设计再打印，对于编写的梯形图，在老师的指导下，我们学会了用电脑中自带的制图软件进行截图并处理，最终得到了满意的梯形图程序图片，可以添加到Word办公软件中，然后经过仔细的排版，精心的设计，课程设计报告也成功完成。
这样我们的课程设计也全部完成，在此很高兴自己能比较顺利的完成，再者对刘冬梅老师不惜时间地对我们进行指导作出由衷的感谢。
第六部分参考文献
《可编程序控制器原理与应用》第二版中国电力出版社郁汉琪郭健主编
升级会员 