PLC病床呼叫系统（毕业设计论文doc）.doc
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河南机电高等专科学校毕业设计论文
第1章绪论
1.1课题的背景与意义
伴随着医疗体制改革的不断深化和医疗事业的飞速发展，越来越多的人们需要迅捷、方便地得到医院的各种的医疗服务，这必将使医院之间的竞争日趋激烈。
这使得衡量一个医院的综合水平高低，不再仅仅局限于软、硬件的建设上，更要比服务。
原有的服务体系已不足以适应现代社会需求，谋求适合现代社会需求的客户服务系统，是所有企事业单位计划做或正在做的工作。
这些工作有利于改善服务量，提高效率并增加企业效益，从而赢得良好的社会声誉。
如何利用先进的信息技术为医院服务，更大程度的提高医院的服务质量及利润，是医院信息化建设中的一个重要着眼点。
医院的竞争越来越激烈，商业医院的生存是第一位的，提升档次和服务质量迫在眉睫，陪护问题一直是医患矛盾的主体，也是长期困扰卫生系统服务质量的大问题，使用病房呼叫系统，方便病人更快找到医生，以节约病人的宝贵时间。
病床呼叫系统是病人请求值班医生或护士进行诊断或护理的紧急呼叫工具。
可将病人的请求快速传送给值班医生或护士，是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。
系统的建设将本着“以患者为中心”的原则，以方便患者,提高就诊效率为目的，力争为患者提供最满意的服务，同时也将提高医疗的社会效益和经济效益。
呼叫系统的优劣直接关系到病员的安危，也可减少医护人员巡视病床的辛劳，能放心地、高效地处理其它医护问题,历来受到各大医院的普遍重视,已成为各医院现代化的标志。
鉴于此,设计及时、准确、可靠、简便可行、利于推广的呼叫系统有很高的应用价值和意义。
病房呼叫系统只是医院管理系统中的一小部分，随着医疗技术的发展以及计算机的发展，医院管理系统也向标准化，系统化，局域网络，集中式数据库，自顶向下的一体化设计和数据的共享以及电子病例等方面发展。
医院管理系统的发展要适应医疗制度改革形势的需要提供支持医疗保险账目核算，药品医疗分开管理，分别核算，营利性医院与非营利性医院的不同管理算法。
1.2PLC工作原理
1.2.1PLC主要组成部分
图1.1plc的结构组成
1.CPU模块
CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。
在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。
2.I/O模块
输入（Input）模块和输出（Output）模块统称I/O模块，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。
输入模块主要用来接受和采集输入信号，输入信号包括两类：
一类是从按钮，选择开关，接近开关，光电开关等来的开关量输入信号；另一类就是由电位器，测速发电机等提供的连续变化的模拟量信号。
3.指示灯、数字显示装置等
CPU模块的工作电压一般是5V，而其输入/输出信号电压一般较高，如DC24V和AC220V。
为防止外部引入的尖峰电压和干扰噪声损坏CPU模块，影响其正常工作，在I/O模块中，用光电耦合器、可控硅，小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载。
I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。
1.2.2PLC的扫描过程
PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。
为了使PLC的输出及时响应随时变化的输入信号，用户程序不是执行了一次，而是反复不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作状态。
除了执行用户程序之外，在每次循环中，PLC还要完成内部处理，通讯处理等工作，一次循环可分为5个阶段。
图1.2PLC的扫描过程
在内部处理阶段，进行PLC自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位以及完成其它一些内部处理工作。
在通信服务阶段，PLC与其它智能装置实现通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。
当PLC处于停止（STOP）状态时，只完成内部处理和通信服务工作。
当PLC处于运行（RUN）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序执行、输出刷新工作。
PLC的扫描工作方式简单直观，便于程序的设计，并为可靠运行提供了保障。
当PLC扫描到的指令被执行后，其结果马上就被后面将要扫描到的指令所利用， 而且还可通过CPU内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环。
1.2.3PLC执行程序的过程及特点
1.输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。
接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。
2.程序执行阶段
在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。
若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。
当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。
当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。
对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。
图1.3PLC执行程序过程示意图
3.输出刷新阶段
当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。
在这一阶段里，PLC将输出映像寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。
因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。
当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。
这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。
在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。
在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。
在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。
这种方式称为集中输出。
对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。
而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。
从上述分析可知，当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入／输出响应滞后。
对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。
应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。
滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。
1.3PLC的应用与发展动向
1.3.1PLC在控制领域的应用
近年来，PLC应用技术发展迅速，在工业控制的众多领域都得到广泛的应用。
特别是在电气控制领域中大量运用。
大致可分为：
开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网。
工业自动化要求机械控制设备向程序化、模块化的方向发展,现今以接触器、继电器为代表的传统电气控制方式正在被以可编程序控制器为主的新型电气控制方式所取代。
在机械控制领域,可编程序控制器正在扮演越来越重要的角色。
1.3.2PLC技术的最新发展动向
（1）产品规模向大、小两个方向发展大：
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。
小：
由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
（2）PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。
（3）不断加强通讯功能。
（4）新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
（5）编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化，有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。
（6）发展容错技术，采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
（7）追求硬件的标准化。
1.4毕业设计控制要求
（1）共有3个病房，每间病房2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才能被重置。
第2章设计方案选择
2.1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；
（3）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。
2.2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元件；
（7）编写设计说明书和使用说明书。
2.3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。
第3章系统的硬件系统
3.1硬件系统选用
3.1.1PLC选型原则
根据设计要求可知，PLC点数的选择，不管是输入点数还是输出点数都要留有10%的余量，根据I/O口分配情况可知：
输入信号有18个，输出信号有15个，根据I/O点数可选择S7-200CPU224可编程控制器，以满足控制要求，而且输入输出都留有一定的余量。
S7-200CPU224作为主要控制元件：
集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。
可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。
16K字节程序和数据存储空间。
6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。
1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
I/O端子排可很容易地整体拆卸。
是具有较强控制能力的控制器，具有硬件故障的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。
PLC发展到今天，已经具有配套齐全，功能完善，适用性强的优点，可以用于各种规模的工业控制场合。
3.2输入输出I/O分配
根据设计要求，最终设计的I/O分配表如表3.1所示。
表3.1地址分配表
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
CPU224
I0.0
1号病房1号床置位开关
1有效
按钮
CPU224
I0.1
1号病房1号床复位开关
0有效
按钮
I0.2
1号病房2号床置位开关
1有效
按钮
I0.3
1号病房2号床复位开关
0有效
按钮
I0.4
2号病房1号床置位开关
1有效
按钮
I0.5
2号病房1号床复位开关
0有效
按钮
I0.6
2号病房2号床置位开关
1有效
按钮
I0.7
2号病房2号床复位开关
0有效
按钮
I1.0
3号病房1号床置位开关
1有效
按钮
I1.1
3号病房1号床复位开关
0有效
按钮
I1.2
3号病房2号床置位开关
1有效
按钮
I1.3
3号病房2号床复位开关
0有效
按钮
I1.4
医护站内1号病房1号床复位开关
0有效
按钮
I1.5
医护站内1号病房2号床复位开关
0有效
按钮
I1.6
医护站内2号病房1号床复位开关
0有效
按钮
I1.7
医护站内2号病房2号床复位开关
0有效
按钮
I2.0
医护站内3号病房1号床复位开关
0有效
按钮
I2.1
医护站内3号病房2号床复位开关
0有效
按钮
Q0.0
1号病房1号床床头灯
1有效
信号灯
Q0.1
1号病房2号床床头灯
1有效
信号灯
Q0.2
1号病房灯
1有效
信号灯
Q0.3
2号病房1号床床头灯
1有效
信号灯
Q0.4
2号病房2号床床头灯
1有效
信号灯
Q0.5
2号病房灯
1有效
信号灯
Q0.6
3号病房1号床床头灯
1有效
信号灯
Q0.7
3号病房2号床床头灯
1有效
信号灯
Q1.0
3号病房灯
1有效
信号灯
Q1.1
站内1号病房1号床灯及响铃
1有效
信号灯及电铃
CPU224
Q1.2
站内1号病房2号床灯及响铃
1有效
信号灯及电铃
Q1.3
站内2号病房1号床灯及响铃
1有效
信号灯及电铃
Q1.4
站内2号病房2号床灯及响铃
1有效
信号灯及电铃
Q1.5
站内3号病房1号床灯及响铃
1有效
信号灯及电铃
Q1.6
站内3号病房2号床灯及响铃
1有效
信号灯及电铃
M0.0
1号病房1号床按置位按钮
1有效
寄存器
M0.1
1号病房2号床按置位按钮
1有效
寄存器
M0.2
2号病房1号床按置位按钮
1有效
寄存器
M0.3
2号病房2号床按置位按钮
1有效
寄存器
M0.4
3号病房1号床按置位按钮
1有效
寄存器
M0.5
3号病房2号床按置位按钮
1有效
寄存器
M0.6
1号病房1号床计时到
1有效
寄存器
M0.7
1号病房2号床计时到
1有效
寄存器
M1.0
2号病房1号床计时到
1有效
寄存器
M1.1
2号病房2号床计时到
1有效
寄存器
M1.2
3号病房1号床计时到
1有效
寄存器
M1.3
3号病房2号床计时到
1有效
寄存器
T101
1号病房1号床计时器
记时间
计时器
T102
1号病房2号床计时器
记时间
计时器
T103
2号病房1号床计时器
记时间
计时器
T104
2号病房2号床计时器
记时间
计时器
T105
3号病房1号床计时器
记时间
计时器
T106
3号病房2号床计时器
记时间
计时器
3.3I/O接线图设计
根据设计的要求，系统的I/O接线图如图3.2所示
图3.1I/O接线图
第4章软件系统的设计与调试
4.1程序设计方法简介
可编程控制器是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术及微电子技术相结合而形成的专门从事逻辑控制的微机系统。
在PLC控制系统应用中，梯形图的往往是最主要的问题。
梯形图不但沿用和发展了电气控制技术，而且其功能和控制指令已远远超过电气控制范畴。
它不仅可实现逻辑运算，还具有算术运算、数据处理、联网通信等功能，是具有工业控制指令的微机系统。
常用梯形图程序的设计方法有逻辑代数法、经验法、翻译法、启-保-停法、时序图法。
由于这是一个时序控制性质型的实例，在此我采用的是时序图法。
4.2系统设计的基本内容
PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。
因此，PLC控制系统设计的基本内容包括以下内容：
（1）选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。
（2）PLC的选择。
PLC是PLC控制系统的核心部件。
选择PLC，包括：
机型、容量的选择及I/O模块及电源模块等的选择。
（3）分配I/O点，绘制I/O接线图。
（4）控制程序设计。
包括控制系统流程图、梯形图、语句表（即程序清单）等设计。
控制程序是整个系统工作的软件，是保证系统正常运行、安全、可靠的保证。
因此，设计的控制程序必须经过反复调试、修改，知道满足要求为止。
（5）必要时还需要设计控制台（柜）。
（6）编制控制系统的技术文件。
包括说明书、电气图及电气元件明细表。
4.3系统梯形图设计
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，加上必要的连锁环节设计的梯形图程序。
PLC的梯形图设计见附录
4.4程序指令表
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ANM0.1
ANM0.2
ANM0.3
ANM0.4
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ONQ0.7
R
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