大学本科电气专业病房呼叫系统设计毕业设计.docx
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大学本科电气专业病房呼叫系统设计毕业设计
病房呼叫系统的PLC设计
摘要
在现代医院的医疗程序管理当中，拥有先进及现代化的病床呼叫中心系统能够更好地去完善社会上各家医院的医疗服务体系，从而提升医院的名誉、地位。
在以往的医疗进程管理体系里，当发生紧急事故或者需要呼叫护士的服务时，病人可能会因为继电器机械腐蚀的原因而无法有效及时地向候命的护士发出求助信号，从而导致一些不可挽回的医疗事故。
在本次机电综合课程设计中，我对医疗建设中的病床呼叫系统进行了基于可编程控制器的改良系统设计。
众所周知，可编程序控制器，也就是PLC，具有响应速度快，控制简单，易于编程等优点。
利用这些优点，将PLC控制系统融入病床呼叫控制系统的设计，就能够大大提升护士处理病人需求、处理紧急病情的效率，同时减少医疗事故发生的几率。
由于每一张病床的控制流程都是相同的，所以在进行系统程序设计的时候，只需要设计出一个响应模式，其他的病床只要套用这个模式去编写程序了。
关键词：
医疗病床呼叫可编程控制器
一、概述
1、可编程控制器简介
可编程序控制器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，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是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、可编程控制器的发展
1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。
随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。
3、可编程序控制器的基本结构及工作原理
PLC主要是由输入与输出部件、中央处理单元（CPU）、存储器、电源部件、编程器组成。
PLC的结构框图如图1-3-1所示。
图1-3-1PLC结构图
二、课题背景
1、课题背景
随着社会的进步和科技的发展，医疗水平的不断提高，现代医院护理需要快速及时地获知并处理病人的突发病况，实现患者在住院的任意时间可请求医生或护士进行诊断或护理。
用于医院病房区的病人有紧急情况或自己不方便处理的事件时呼叫医生或护士寻求帮助，医生或护士根据站内指示灯及响铃获取求助信息的来源，并及时的提供帮助。
基于PLC设计的医院病床呼叫系统是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具,能及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理，避免了人工呼叫的不便与效果差等缺点，它是现代医院提高病室护理水平必不可少的设备。
2、研究的目的和意义
有了病床呼叫控制系统，医院的护理工作变得更加方便全面，不用再为值班医生和护士未能及时发现突发病况而烦恼。
基于可编程控制器PLC设计的病床呼叫系统可以及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理,具有良好的应用前景。
研究病床呼叫系统的PLC程序设计，有利于更好的掌握所学的相关课程的知识。
同时提高自身的学以致用的能力。
三、已知情况、控制要求、设计任务
1、已知情况
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。
2、控制要求
（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。
（5）一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后，须在事故处理妥当后，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、设计任务
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：
（1）设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
（2）系统有启动、停止功能；
（3）运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
（4）程序结构与控制功能自行创新设计；
（5）进行系统调试，实现病床呼叫系统的控制要求。
四、总体设计思路
基于课程设计题目提供的已知信息，初步设定病人置位按钮12个，病人复位按钮12个，护士站医护复位按钮12个，病房床头灯12个，病房灯3个，医护站内对应闪烁的房间灯3个，对应闪烁的病床灯12个。
然后经过分析研究，三个房间的情况一样，每间病房内4张病床的工作方式一致。
所以只要突破一个病房内一张病床的呼叫的设计，则其他病床和病房的的设计难题就迎刃而解了。
五、程序设计与调试
1、I/O分配
输入
X0
1病房1床呼叫按钮
X1
1病房1床取消呼叫按钮
X2
护士站1病房1床处理完毕复位按钮
X3
1病房2床呼叫按钮
X4
1病房2床取消呼叫按钮
X5
护士站1病房2床处理完毕复位按钮
X6
1病房3床呼叫按钮
X7
1病房3床取消呼叫按钮
X10
护士站1病房3床处理完毕复位按钮
X11
1病房4床呼叫按钮
X12
1病房4床取消呼叫按钮
X13
护士站1病房4床处理完毕复位按钮
X14
2病房1床呼叫按钮
X15
2病房1床取消呼叫按钮
X16
护士站2病房1床处理完毕复位按钮
X17
2病房2床呼叫按钮
X20
2病房2床取消呼叫按钮
X21
护士站2病房2床处理完毕复位按钮
X22
2病房3床呼叫按钮
X23
2病房3床取消呼叫按钮
X24
护士站2病房3床处理完毕复位按钮
X25
2病房4床呼叫按钮
X26
2病房4床取消呼叫按钮
X27
护士站2病房4床处理完毕复位按钮
X30
3病房1床呼叫按钮
X31
3病房1床取消呼叫按钮
X32
护士站3病房1床处理完毕复位按钮
X33
3病房2床呼叫按钮
X34
3病房2床取消呼叫按钮
X35
护士站3病房2床处理完毕复位按钮
X36
3病房3床呼叫按钮
X37
3病房3床取消呼叫按钮
X40
护士站3病房3床处理完毕复位按钮
X41
3病房4床呼叫按钮
X42
3病房4床取消呼叫按钮
X43
护士站3病房4床处理完毕复位按钮
输出
Y0
1病房1床床头灯及报警
Y1
护士站1病房1床闪烁
Y2
1病房2床床头灯及报警
Y3
护士站1病房2床闪烁
Y4
1病房3床床头灯及报警
Y5
护士站1病房3床闪烁
Y6
1病房4床床头灯及报警
Y7
护士站1病房4床闪烁
Y10
1病房灯
Y11
护士站1病房闪烁
Y12
2病房1床床头灯及报警
Y13
护士站2病房1床闪烁
Y14
2病房2床床头灯及报警
Y15
护士站2病房2床闪烁
Y16
2病房3床床头灯及报警
Y17
护士站2病房3床闪烁
Y20
2病房4床床头灯及报警
Y21
护士站2病房4床闪烁
Y22
2病房灯
Y23
护士站2病房闪烁
Y24
3病房1床床头灯及报警
Y25
护士站3病房1床闪烁
Y26
3病房2床床头灯及报警
Y27
护士站3病房2床闪烁
Y30
3病房3床床头灯及报警
Y31
护士站3病房3床闪烁
Y32
3病房4床床头灯及报警
Y33
护士站3病房4床闪烁
Y34
3病房灯
Y35
护士站3病房闪烁
2、实现功能图
图5-2-1实现的功能图
3、外部接线图
下图5-3-1为病房1的外部接线图、图5-3-2为病房2的外部接线图、
图5-3-3为病房3的外部接线图
图5-3-1病房1的外部接线图
1病房中1病床用到常开开关SB1，常闭开关SB2、SB3。
其中SB1是病人呼叫按钮，即呼叫开关，是置位按钮。
SB2是病人取消呼叫的按钮，即是呼叫动作的复位按钮。
若按下呼叫按钮SB1，则1病床的床头灯亮和护士站对应的报警器报警，并未在5秒内按下呼叫复位（取消）按钮，则病房的灯、医护站内和病房对应的灯闪烁、和病床对应的灯闪烁。
医生或护士按下SB2取消报警动作和关闭床头灯。
SB3是医护站内医生或护士处理完病人的紧急呼叫后的总的复位按钮。
当医生或护士处理完病人的紧急情况。
按下总复位按钮。
恢复到呼叫前的状态，为下一次的呼叫做准备。
1病房中的2病床、病3床、病4床的情况和1病床的情况一样。
图5-3-2病房2的外部接线图
2病房中1病床用到常开开关SB13，常闭开关SB14、SB15。
其中SB13是病人呼叫按钮，即呼叫开关，是置位按钮。
SB14是病人取消呼叫的按钮，即是呼叫动作的复位按钮。
若按下呼叫按钮SB13，则1病床的床头灯亮和护士站对应的报警器报警，并未在5秒内按下呼叫复位（取消）按钮，则病房的灯、医护站内和病房对应的灯闪烁、和病床对应的灯闪烁。
医生或护士按下SB14取消报警动作和关闭床头灯。
SB15是医护站内医生或护士处理完病人的紧急呼叫后的总的复位按钮。
当医生或护士处理完病人的紧急情况。
按下总复位按钮。
恢复到呼叫前的状态，为下一次的呼叫做准备。
2病房中的2病床、病3床、病4床的情况和1病床的情况一样。
图5-3-3为病房3的外部接线图
3病房中各床的情况和1、2病房各床的情况一样。
4、梯形图
5指令表
6、运行及调试
（1）运行
1病房中1病床用到常开开关SB1，常闭开关SB2、SB3。
其中SB1是病人呼叫按钮，即呼叫开关，是置位按钮。
SB2是病人取消呼叫的按钮，即是呼叫动作的复位按钮。
若按下呼叫按钮SB1，则1病床的床头灯亮和护士站对应的报警器报警，并未在5秒内按下呼叫复位（取消）按钮，则病房的灯、医护站内和病房对应的灯闪烁、和病床对应的灯闪烁。
医生或护士按下SB2取消报警动作和关闭床头灯。
SB3是医护站内医生或护士处理完病人的紧急呼叫后的总的复位按钮。
当医生或护士处理完病人的紧急情况。
按下总复位按钮。
恢复到呼叫前的状态，为下一次的呼叫做准备。
1病房中的2病床、病3床、病4床的情况和1病床的情况一样。
2病房中1病床用到常开开关SB13，常闭开关SB14、SB15。
其中SB13是病人呼叫按钮，即呼叫开关，是置位按钮。
SB14是病人取消呼叫的按钮，即是呼叫动作的复位按钮。
若按下呼叫按钮SB13，则1病床的床头灯亮和护士站对应的报警器报警，并未在5秒内按下呼叫复位（取消）按钮，则病房的灯、医护站内和病房对应的灯闪烁、和病床对应的灯闪烁。
医生或护士按下SB14取消报警动作和关闭床头灯。
SB15是医护站内医生或护士处理完病人的紧急呼叫后的总的复位按钮。
当医生或护士处理完病人的紧急情况。
按下总复位按钮。
恢复到呼叫前的状态，为下一次的呼叫做准备。
2病房中的2病床、病3床、病4床的情况和1病床的情况一样。
3病房中1病床用到常开开关SB25，常闭开关SB26、SB27。
其中SB25是病人呼叫按钮，即呼叫开关，是置位按钮。
SB26是病人取消呼叫的按钮，即是呼叫动作的复位按钮。
若按下呼叫按钮SB25，则1病床的床头灯亮和护士站对应的报警器报警，并未在5秒内按下呼叫复位（取消）按钮，则病房的灯、医护站内和病房对应的灯闪烁、和病床对应的灯闪烁。
医生或护士按下SB26取消报警动作和关闭床头灯。
SB27是医护站内医生或护士处理完病人的紧急呼叫后的总的复位按钮。
当医生或护士处理完病人的紧急情况。
按下总复位按钮。
恢复到呼叫前的状态，为下一次的呼叫做准备。
3病房中的2病床、病3床、病4床的情况和1病床的情况一样。
（2）调试
在输入梯形图时误把1病房2好病床的常开X3的自锁Y002输入成M002，造成呼叫系统工作不正常的情况。
经过检查，发现错误改正后，呼叫系统可以正常工作。
六、课程设计总结
我这次PLC课程设计的题目是“病床呼叫系统”。
本次PLC的课程设计对我具有很重要的作用。
首先做这次PLC小学期，初步全面的应用了本学期学到的PLC理论知识，而且还锻炼了动手能力，独立思考的能力，以前的东西，都是老师讲，自己记，并没有多少自己思考的东西，通过课程设计，我们得到了自己思考问题，解决问题的机会。
再次通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我们很好的助手。
在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。
有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。
自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。
为以后的工作积累了经验，增强了信心。
七、致谢
学习的主要目的就是学会能在实际中应用，经过一学期的PLC的学习使我们对这门课程有了深刻的理解。
此次PLC课程设计，使我受益匪浅，增加了我对学习PLC的兴趣。
这次课程设计使我对PLC程序的编程、程序的录入、以及在上机调试的能力有了很大的提高。
大部分同学只关心程序运行的结果，而对程序的创新丝毫不在意。
这是非常不可取的，因为往往在动脑思考创新中我们会有更多收获，学到更多的知识。
做课程设计不仅让我们修补了以前学习的漏洞，也让我明白了一个道理：
学习好PLC这门技术，需要自己对它有兴趣，而且要自己肯于动手操作实验。
最后非常感谢我们的老师的精心讲解和指导，以及实验室的指导老师给细心准备的实验设备。
感谢同学们对我的鼓励和帮助，还要感谢学校给我们这样的一个自己动手设计的好机会！
八、参考文献
[1]电气与可编程控制器应用技术，广东工业大学，邓则名，程良轮
[2]可编程控制器指导书李文娟编
[3]电气控制与PLC应用，陈立定，主编，华南理工大学出版社，2001
[4]可编程控制器及应用，林小峰主编，高等教育出版社，1991
[5]可编程控制器应用技术，张万忠主编，化学工业出版社，2002
[6]机电电气自动控制（修订版），陈远龄主编，重庆大学出版社出版，2005
[7]可编程控制器，杨士远主编，清华大学出版社出版，1995
附录：
Fromtheworldofradiointheworldtoasinglechip
Moderncomputertechnology,industrialrevolution,theworldeconomyfromthecapitalintotheeconomytoknowledgeeconomy.Fieldintheelectronicworld,fromthe20thcenturyintotheeraofradiotocomputertechnologyinthe21stcenturyasthecenteroftheintelligentmoderneraofelectronicsystems.Thebasiccoreofmodernelectronicsystemsareembeddedcomputersystems（referredtoasembeddedsystems）,whilethemicrocontrolleristhemosttypicalandmostextensiveandmostpopularembeddedsystems.
First,radiohascreatedgenerationsofexcellenceintheworld
Fiftiesandsixtiesinthe20thcentury,themostrepresentativeoftheadvancedelectronictechnologyiswirelesstechnology,includingradiobroadcasting,radio,wirelesscommunications（telegraph）,AmateurRadio,radiopositioning,navigationandothertelemetry,remotecontrol,remotetechnology.Earlythattheseelectronictechnologyledmanyyoungpeopleintothewonderfuldigitalworld,radioshowwasawonderfullife,theprospectsforscienceandtechnology.Electronicsbegantoformanewdiscipline.Radioelectronics,wirelesscommunicationsbegane-worldjourney.Radiotechnologynotonlyasarepresentativeofadvancedscienceandtechnologyatthattime,butalsofrompopulartoprofessionalfieldsofscience,attractingtheyoungpeopleandenablethemtofindalotoffun.Orefromthebedsidetothesuperheterodyneradioradio;reportissuedfromtheradioamateurradiostations;fromthetelephone,electricbelltotheradiocontrolmodel.Becamepopularyouthradiotechnology,scienceandtechnologyeducationisthemostpopularandmostextensivecontent.Sofar,manyoftheoldergenerationofengineers,experts,Professoroftheyearareradioenthusiasts.Funradiotechnology,radiotechnology,comprehensivetraining,frombasicprinciplesofelectronics,electroniccomponentstotheradio-basedremotecontrol,telemetry,remoteelectronicsystems,hastrainedseveralgenerationsoftechnologicalexcellence.
Second,fromthepopularityoftheradioeratoeraofelectronictechnology
Theearlyradiotechnologytopromotethedevelopmentofelectronictechnology,mostnotablyelectronicvacuumtubetechnologytosemiconductorelectronic
technology.Semiconductortechnologytorealizetheactivedeviceminiaturizationandlowcost,somorepopularwithradiotechnologyandinnovation,andtogreatlybroadenthenumberofnon-radio-controlareas.Thedevelopmentofsemiconductortechnologyleadtotheproductionofintegratedcircuit,formingthemodernelectronictechnologyleapfromdiscreteelectronicsintotheeraoferaofintegratedcircuits.Electronicdesignengineersnolongerusethediscreteelectroniccomponentsdesignedcircuitmodules,anddirectselectionofintegratedcircuitcomponentsconstituteasinglesystem.Theyfreedthedesignofthecircuitunitdedicatedtosystemdesign,greatlyliberatingtheproductiveforcesofscienceandtechnology,promotethewiderspreadofelectronicsystems.Semiconductorintegratedcircuitsinthebasicdigitallogiccircuitsfirstbreakthrough.Alargenumberofdigitallogiccircuits,suchasgates,counters,timers,shiftregisters,andanalogswitches,comparators,etc.,fortheelectronicdigitalcontrolprovidesexcellentconditionsforthetraditionalmechanicalcontroltoelectroniccontrol.Powerelectronicdevicesandsensortechnologytomaketheoriginaltotheradioasthecenterofelectronictechnologyturnedtomechanical
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