病床呼叫系统PLC课程设计方案.docx

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病床呼叫系统PLC课程设计方案.docx

病床呼叫系统PLC课程设计方案

1、引言··················································2

1.1、课题设计的目的···································2

1.2、课题设计的任务···································2

1.3、课题设计的内容···································2

2、系统总体设计方案······································3

2.1、系统硬件配置及组成原理···························3

2.2、系统变量定义及分配表·····························4

2.3、系统接线图设计···································11

3、控制系统设计··········································14

3.1、控制程序流程图···································14

3.2、控制程序设计思路·································15

3.3、控制程序·········································15

4、课程设计的意义········································16

5、参考文献··············································16

附录·····················································17

 

1、引言

1.1、课题设计的目的

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复位。

1.2、课题设计的任务

学生根据控制要求,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、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。

主要内容包括:

⑴设计出硬件系统的结构图、接线图等;

⑵系统有启动、停止功能;

⑶运用功能指令进行PLC控制程序设计,主要是主程序;

⑷程序结构与控制功能自行创新设计;

1.3、课题设计的内容

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指示灯闪烁的频率获取求助信息的来源和求助的先后顺序,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复位,在处理完后再在病床前的开关将病床及病房的灯复位。

本系统的控制要求:

⑴、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。

⑵、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。

⑶、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。

⑷、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。

⑸、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能被重置。

2、系统总体设计方案

2.1、系统硬件配置及组成原理

病床呼叫系统有主机、从机等两部分组成。

从机<呼叫源)即病床按钮,主机包括PLC及各输入输出扩展模块。

主机中PLC工作方式为循环扫描方式,在系统程序控制下,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。

一旦有呼叫按钮按下,PLC立即响应,通过设置的程序实现对系统的控制。

根据课程设计要求,基于PLC控制各病床呼叫系统,需要输入点27个,输出点18个,并且所有的输入点和输出点都是直流的。

下表是I/O口统计表。

I/O口统计表

输入

输出

名称

数量

名称

数量

病人呼叫按钮

12

病床指示灯<恒亮)

12

病人重置按钮

12

病房指示灯<等频闪烁)

3

护士站病房指示灯重置按钮

1

护士站病房指示灯<差频闪烁)

3

系统启动

1

总计

18

系统停止

1

总计

27

综合考虑课题设计所需控制设备的功能性和价格,硬件系统的主机单元选择CPU224,本机集成14输入/10输出。

还需要选择扩展模块,这里选择DI8/DO8的输入/输出混合扩展模块EM223和DI8的输入扩展模块EM221.主机CPU224(DI14/DO10>、模块1EM223(DI8/DO8>、模块2EM221(DI8>组成的硬件系统完全满足设计要求并且略有冗余。

系统组成图

2.2系统变量定义及分配表

系统变量定义表

模块号

输入变量

输出变量

内存变量

信号名称

有效状态

说明

代码

 

CPU224

 

CPU224

I0.0

一号病房1号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF11

I0.1

一号病房2号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF12

I0.2

一号病房3号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF13

I0.3

一号病房4号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF14

I0.4

一号病房1号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF110

I0.5

一号病房2号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF120

I0.6

一号病房3号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF130

I0.7

一号病房4号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF140

I1.0

二号病房1号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF21

I1.1

二号病房2号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF22

I1,.2

二号病房3号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF23

I1.3

二号病房4号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF24

I1.4

二号病房1号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF210

I1.5

二号病房2号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF220

 

EM223

I2.0

二号病房3号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF230

I2.1

二号病房4号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF240

I2.2

三号病房1号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF31

I2.3

三号病房2号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF32

I2.4

三号病房3号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF33

I2.5

三号病房4号床呼叫按钮

1有效

常开按钮

SF34

I2.6

三号病房1号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF310

I2.7

三号病房2号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF320

 

EM221

I3.0

三号病房3号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF330

I3.1

三号病房4号床重值按钮

1有效

常开按钮

SF340

I3.2

护士站紧急呼叫处理置位按钮

1有效

常开按钮

SF3

I3.3

启动按钮

1有效

常开按钮

SF1

I3.4

停止按钮

1有效

常开按钮

SF2

 

CPU224

 

Q0.0

一号病房1号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG11

Q0.1

一号病房2号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG12

Q0.2

一号病房3号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG13

Q0.3

一号病房4号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG14

Q0.4

二号病房1号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG21

Q0.5

二号病房2号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG22

Q0.6

二号病房3号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG23

Q0.7

二号病房4号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG24

Q1.0

三号病房号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG3-

Q1.1

三号病房号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG32

 

EM223

Q2.0

三号病房号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG33

Q2.1

三号病房号床头指示灯

1有效

LED发光二极管

PG34

Q2.2

一号病房紧急呼叫闪烁指示灯

1有效

LED发光二极管

PG1

Q2.3

二号病房紧急呼叫闪烁指示灯

1有效

LED发光二极管

PG2

Q2.4

三号病房紧急呼叫闪烁指示灯

1有效

LED发光二极管

PG3

Q2.5

护士站一号病房紧急呼叫闪烁指示灯

1有效

LED发光二极管

PG10

 

EM223

Q2.6

护士站二号病房紧急呼叫闪烁指示灯

1有效

LED发光二极管

PG20

Q2.7

护士站三号病房紧急呼叫闪烁指示灯

1有效

LED发光二极管

PG30

 

CPU224

 

CPU224

 

CPU224

 

CPU224

M0.0

启动停止自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M0.1

一号病房1病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M0.2

一号病房2病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M0.3

一号病房3病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M0.4

一号病房4病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M0.5

一号病房紧急呼叫指示灯闪烁辅助寄存器

1有效

通用辅助继电器

M0.6

二号病房1病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M0.7

二号病房2病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M1.0

二号病房3病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M1.1

二号病房4病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M1.2

二号病房紧急呼叫指示灯闪烁辅助寄存器

1有效

通用辅助继电器

M1.3

三号病房1病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M1.4

三号病房1病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M..5

三号病房1病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M1.6

三号病房1病床呼叫自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M1.7

一号病房紧急呼叫指示灯闪烁辅助寄存器

1有效

通用辅助继电器

M2.0

护士站一号病房紧急呼叫指示灯高频闪烁自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M2.1

护士站一号病房紧急呼叫指示灯中频闪烁自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M2.2

护士站一号病房紧急呼叫指示灯低频闪烁自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M2.3

护士站二号病房紧急呼叫指示灯高频闪烁自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M2.4

护士站二号病房紧急呼叫指示灯中频闪烁自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M2.5

护士站二号病房紧急呼叫指示灯低频闪烁自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M2.6

护士站三号病房紧急呼叫指示灯高频闪烁自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M2.7

护士站三号病房紧急呼叫指示灯中频闪烁自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M3.0

护士站三号病房紧急呼叫指示灯低频闪烁自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M3.1

护士站紧急处理复位辅助寄存器

1有效

通用辅助继电器

M3.2

护士站一号病房紧急呼叫指示灯复位自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M3.3

护士站一号病房紧急呼叫指示灯复位自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

M3.4

护士站一号病房紧急呼叫指示灯复位自锁寄存器

1有效

通用辅助继电器

 

系统I/O口分配表

主机I/O

CPU224

模块1I/O

EM223

模块2I/O

EM221

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

I1.0

I1.1

I1.2

11.3

I1.4

I1.5

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

Q1.0/

Q1.1

I2.0

I2.1

I2.2

I2.3

I2.4

I2.5

I2.6

I2.7

Q2.0

Q2.1

Q2.2

Q2.3

Q2.4

Q2.5

Q2.6

Q2.7

I3.0

I3.1

I3.2

I3.3

I3.4

I3.5

I3.6

I3.7

2.3系统接线图设计

硬件系统接线需要将常开触点,发光二极管,限流电阻,24V直流电源通过导线与PLC相连。

 

 

 

系统接线图

 

3、控制系统设计

3.1、控制程序流程图

控制程序流程图

3.2控制程序设计思路

根据课题设计需要实现的任务目标来解读控制程序的设计思路。

⑴、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。

解读:

需要设计12个对应病床的呼叫输入点以及对应病床重置按钮的输入点。

⑵、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。

解读:

护士站应有一个可以复位所有护士站内病房紧急呼叫指示灯重置按钮。

⑶、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。

解读:

每一个病床对应一个病床紧急指示灯的输出,病床的呼叫输入需经过定时器5s延时后接通对应病床紧急指示灯的输出,并且对应病床的重置按钮即能在紧急呼叫5s内关断定时器,又能在5s后关断对应病床的紧急指示灯;每一个病房有4个病床,对应一个闪烁的病床紧急呼叫指示灯。

这个病房的任一个床位呼叫都会使病房指示灯闪烁,所以这4个病床采用并联方式驱动病床指示灯;护士站有3个编号并和3个病房对应的闪烁指示灯和一个复位闪烁指示灯的护士站紧急呼叫处理按钮。

⑷、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。

解读:

优先级判别的能力是通过3种不同的护士站病房指示灯闪烁频率来表示病房紧急呼叫的先后顺序。

先按下的病房以较高的频率闪烁,后按下的病房以较低的频率闪烁,同时按下的以相同的频率闪烁,以此来区分病房呼叫的先后顺序。

⑸、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能被重置。

解读:

护士站紧急呼叫处理按钮只复位护士站内3个病房闪烁指示灯,不影响病房外设的闪烁指示灯,复位后不影响后续病房呼叫引起的护士站病房指示灯闪烁,则此复位重置按钮只能作用在PLC一个扫描周期内,关断外部信号输入,且在外部信号不变时关断信号保持。

外部信号再次改变时,关断状态变为开启状态。

3.3、控制程序

见后面附录一

4、课程设计的意义

在本次次课程设计中,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

5参考文献

[1]张凤珊,电气控制及可编程序控制器[M].北京:

中国轻工业出版社,2003.

[2]郁汉琪,电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京:

东南大学出版社,2003.

[3]张万忠,可编程控制器应用技术[M].北京:

化学工业出版社,2001.

[4]王永华,现代电气控制及PLC应用技术.北京:

北京航空航天大学出版社,2008.2

 

附录

程序梯形图如下

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