病床呼叫系统设计方案.docx

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病床呼叫系统设计方案

1.概述

1.1PLC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。

1.2可编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。

用可编程序控制器实施控制,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1.1PLC的结构框图

1.3可编程控制器的由来与发展

第一台可编程控制器的设计规是美国通用公司提出的。

当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘,在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上,同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。

这一设想提出后,美国数字设备公司〔DEC于1969年研制成第一台PLC,型号为PDP-14,投入通用汽车公司的生产线控制中,取得了令人满意的效果,从此开创了PLC的新纪元。

第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。

这些控制器易于安装,占用空间小,可重复使用。

尽管控制器编程有些琐碎,但它具有公共的工厂标准—梯形图编程语言,这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。

在短时间,PLC在其他工业部门也得到应用。

到70年代初,食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备,迈出了其实用化阶段的第一步。

70年代中期,由于大规模集成电路的出现,使8位微处理器和位片处理器相继问世,使可编程控制技术产生了飞跃。

在逻辑运算功能的基础上,增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度,扩大了输入输出规模。

在这个时期,日本、西德〔原和法国相继研制出了自己的PLC,我国在1974年也开始研制。

70年代由于超大规模集成电路的出现,使PLC向大规模、高速性能方向发展,形成了多种系列化产品。

这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟,出现了工艺人员使用的图形语言。

在功能上,PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。

进入八九十年代后,PLC的软硬件功能进一步得到加强,PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统,能与其他设备通信,生成报表,调度产生,可诊断自身故障及机器故障。

这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。

尽管PLC功能越来越强,但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。

随着PLC的应用,经过了近４０年的发展,它对提高设备的运转率起到了重要的作用。

它在工业领域的应用非常广泛,既有单片机作为继电器逻辑电路的替代品,又有作为控制设备的核心部件。

随着自动化程序的提高,它既可以作为现场控制的部件,又可以作为现场更高一级管理的控制部件。

随着网络技术的发展,作为成熟技术,可编程序控制器已被广泛应用到机械,冶金,化工,石化,水泥,食品饮料,制药等各个领域,极提高了劳动生产率和自动化程度。

随着时间的推移,PLC已经不再局限于最初设计的逻辑和顺序控制领域,越来越多的PLC产品向着满足更多更复杂的控制需求迈进。

随着现场总线和工业以太网技术出现和推广,更加有力地促进了PLC产品在工业领域的广泛应用。

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。

1.4可编程控制器的特点

1.4.1硬件的可靠性

PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的,一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。

在硬件设计方面,首先是选用优质器件,再就是采用合理的系统结构,加固,简化安装,使它易于抗振动冲击,对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施,而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。

例如,在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施,做到电浮空,既方便接地,用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外,还加上了数字滤波；部采用了电磁屏蔽措施,防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路,以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序,一旦某模块出现故障,进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。

由于PLC本身具有很高的可靠性,所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上,以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。

1.4.2编程简单设计方便

用微机实现自动控制,常使用汇编语言编程,难于掌握,要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。

PLC采用面向控制过程、面向问题的"自然语言"编程,容易掌握。

例如,目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式,既继承了传统控制线路的清晰直观感,又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受,易于编程,程序改变时也容易修改,很灵活方便。

这种面向控制过程、面向问题的编程方式,与目前微机控制常用的汇编语言相比,虽然在PLC部增加了解释程序,增加了程序执行时间,但对大多数的机电控制设备来说,这是微不足道的。

1.4.3接线简单通用性好

PLC的接线只需将输入信号的设备〔按钮、开关等与PLC输入端子连接,将接受输出信号执行控制任务的执行元件〔接触器、电磁阀等与PLC输出端子连接。

接线简单、工作最少,省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。

PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的"接线网络",这样生产线的自动化过程就能随意改变。

这种性能使PLC具有很高的经济效益。

用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分,模块化的自诊断接口电路能指出故障,并易于排除故障与替换故障部件,这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。

1.4.4易于安装维护方便

PLC安装简单而且功能有效,其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方,在从继电器系统改换到PLC系统的情况下,PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端,其实改换很方便,只要将输入/输出设备连向接线端即可。

在大型安装中,长距离输入/输出站点安放在最优地点。

长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU,这种配置大大减少了物料和劳力,长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线,这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。

从一开始,PLC便以易维护作为设计目标。

由于几乎所有器件都是固态的,维护时只需更换模块级插入式部件,故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中,就能指示器是否正常工作,借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF,还可写编程指令来报告故障。

PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。

一旦安装后,其作用立即显现,其收益也马上实现,向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。

1.5PLC的工作原理

PLC具有微机的许多特点,但它的工作方式却与微机有很大不同。

微机一般采用等待命令的工作方式。

PLC则采用循环扫描工作方式。

在PLC中,用户程序按先后顺序存放,CPU从第一条指令开始执行程序,直至遇到结束符后又返回第一条。

如此周而不断循环。

每一个循环称为一个扫描周期。

一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。

所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取,将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入部寄存器,同时将新的运算结果送到输出端。

这实际是将存入输入、输出状态的寄存器容进行了一次更新,故称为"I〔输入/O<输出>刷新"。

由此可见,若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化,则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化,或者说输出队输入产生了响应。

反之,若在本次I/O刷新之后,输入变量才发生变化,则本次扫描输出不变,即不响应,而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。

由于PLC采用循环扫描的工作方式,所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。

扫描周期的长短主要取决于这几个因数：

一是CPU执行指令的速度,二是每条指令占用的时间,三是指令条数的多少,即程序的长短。

对于慢速控制系统,响应速度常常不是主要的,故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。

因为干扰常是脉冲式的、短时的,而由于系统响应较慢,常常要几个扫描周期才响应一次,而多次扫描后,瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少,故增加了抗干扰能力。

但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统,这一问题就需慎重考虑。

应对响应时间作出精确的计算,精心编排程序,合理安排指令的顺序,以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。

2.GXDeveloper软件介绍

2.1GXDeveloper的简介

GXDeveloper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,可进行程序的线上更改、监控及调试,具有异地读写PLC程序功能。

目前最新版本是GXDeveloper8.52。

安装方法是首先安装EnvMEL文件夹的SETUP,再安装总目录文件夹的SETUP。

但是个别系统装好后,无法使用,需重装系统。

图2.1GXDevelop编程软件操作界面图

表2.2

序号

名称

容

下拉菜单

包含工程、编辑、查找/替换、交换、显示、在线、诊断、工具、窗口、帮助,共10个菜单

标准工具条

由工程菜单、编辑菜单、查找/替换菜单、在线菜单、工具菜单中常用的功能组成。

数据切换工具条

可在程序菜单、参数、注释、编程元件存这四个项目中切换

梯形图标记工具条

包含梯形图编辑所需要使用的常开触点、常闭触点、应用指令等容

程序工具条

可进行梯形图模式,指令表模式的转换；进行读出模式,写入模式,监视模式,监视写入模式的转换

SFC工具条

可对SFC程序进行块变换、块信息设置、排序、块监视操作

工程参数列表

显示程序、编程元件注释、参数、编程元件存等容,可实现这些项目的数据的设定

状态栏

提示当前的操作：

显示PLC类型以及当前操作状态等

操作编辑区

完成程序的编辑、修改、监控等的区域

SFC符号工具条

包含SFC程序编辑所需要使用的步、块启动步、选择合并、平行等功能键

编程元件存工具条

进行编程元件的存的设置

注释工具条

可进行注释围设置或对公共/各程序的注释进行设置

2.2GXDeveloper的特点：

1.软件的共

GXDeveloper能够制作Q系列,QnA系列,A系列〔包括运动控制〔SCPU,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。

此外,选择FX系列的情况下,还能变换成FXGP,FXGP格式的文档。

2.利用Windows的优越性,使操纵性奔腾上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制,粘贴,并有效利用。

3.程序的标准化

<1>标号编程

用标号编程制作可编程控制器程序的话,就不需要熟悉软元件的而能够根据标示制作成标准程序。

用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。

<2>功能块〔以下,略称作FB

FB是以进步顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。

把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化,使得顺序程序的开发变得轻易。

此外,零件化后,能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输进错误。

<3>宏

只要在任意的回路模式上加上名字〔宏定义名登录〔宏登录到文档,然后输进简单的命令就能够读出登录过的回路模式,变更软元件就能够灵活利用了。

4.能够简单设定和其他站点的

由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。

5.能够用各种方法和可编程控制器CPU连接

<1>经过串行通讯口<2>经过USB<3>经过MELSECNET/10计算机插板<4>经过MELSECNET<Ⅱ>计算机插板<5>经过CC-Link计算机插板<6>经过Ethernet计算机插板<7>经过CPU计算机插板<8>经过AF计算机插板

6.丰富的调试功能

<1>由于运用了梯形图逻辑测试功能,能够更加简单的进行调试作业。

没有必要再和可编程控制器连接。

没有必要制作条使用的顺序程序。

<2>在帮助中有CPU错误,特殊继电器/特殊寄存器的说明,所以对于在线中发生错误,或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的容的情况下提供非常大的便利。

。

<3>数据制作中发生错误况时,会显示是什么原因或是显示消息,所以数据制作的时间能够大幅度缩短

3.病床呼叫系统设计目的

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。

护士在站发现信号时及时将站灯及响铃复位,在处理完后再在病床前的开关将病床及病房的灯及铃复位。

3.1设计任务及要求

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才能被重置。

3.2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、电磁阀等执行元件；

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元件；

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；

3.3PLC控制器的选择及编程元件的地址分配输入：

护士站1房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮

00036

护士站2房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮

00037

护士站3房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮

24V图3.1CJ1W-ID261接线图

先将程序输入试验机,再用模拟信号调试,调试成功后再投入使用,再模拟调试时,我们最常用的是输入短接法调试。

用输入短接法调试程序

用一根导线将电"+"和PLC输入端的COM端短接；另用一根导线的一端接电源"-",另一端做活动端。

将一根活动端与00000短接,观察到所对应的HL灯亮,然后将活动端与00001接通。

4.2工作过程

当一号病房一号床位需要帮助时,他可以按下按钮即0000,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1000闭合,然后TIM000同时开始计时,同时一号病房的等就会发亮,即1002得电,同时蜂鸣器也会想起,即1015得电,同时医护室所对应的病床的等也在闪烁,即1003得电。

当医护人员接到信号,他们可以按下复位按钮即0004,使信号停止呼叫。

然后等就熄灭,蜂鸣器也停止报警。

二号病房集散号病房工作原理同上。

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,则等会延时20S,20S后自动熄灭。

总结

通过本次病床系统的课程设计,我熟悉了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,才能让我们更能站在工作岗位上。

作为学生面对的无非是同学、老师、家长,而工作后就要面对更为复杂的关系。

无论是和领导、同事还是客户接触,都要做到妥善处理,要多沟通,并要设身处地从对方角度换位思考,而不是只是考虑自己的事。

同时我也懂得了理论和实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,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。

在本次课程设计中,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。

致

时间过得真快,转眼间,一周的实训也将结束,在老师的指导下,我们通过一周的努力,终于完成了对PLC病床呼叫系统设计的设计任务。

首先,我要向指导我设计的老师表示衷心的感。

实训期间我们小组的每一个成员都非常勤奋、尤其是我们的组长,他为我们的设计做出的努力最多；在一周的设计过程中我们遇到了许多的困难,但通过大家的细心检查、耐心调试下我们克服了一个个难关,使我们的设计作品顺利地完成并且基本达到设计要求。

其次,老师的指导也是我们顺利完成设计的一个重要因原因,老师严谨的治学态度和细心地科研习惯给我留下了深刻的印象,并将受用一生。

在此,再次感老师的精心指导；并对所有在实训期间帮助过我的老师和同学致,您们！

最后,我要向能在百忙之中抽时间对我的设计报告进行审阅、评议和对我答辩进行评判的老师们表示衷心的感！

再次真心地感老师和同组成员,大家！

参考文献

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中国轻工业,2003．

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化学工业,2001．

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机械工业,2002．

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