PLC病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)(論文)基于S7-200PLC的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)BASED S7-200PLC HOSPITAL ROOM CALL SYSTEM DESIGN學(xué)生姓名李金堂學(xué)院名稱信電學(xué)院學(xué)號(hào)20120502113班級(jí)12自動(dòng)化專業(yè)名稱電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師曹言敬2015年7月2日摘要信息時(shí)代的醫(yī)院管理已經(jīng)從傳統(tǒng)的人管理模式，向智能化、電子化、網(wǎng)絡(luò)化的高科技管理模式的方向迅猛發(fā)展?！癙LC病床緊急呼叫系統(tǒng)”可以實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院病房的智能化管理，可實(shí)現(xiàn)呼叫、求救報(bào)警、信息儲(chǔ)存、顯示等等功能?；颊咴谧≡浩陂g，可能會(huì)在任意時(shí)間請(qǐng)求醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)理。臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段，病床呼叫系統(tǒng)是

2、患者向值班醫(yī)生或護(hù)士發(fā)出緊急呼叫的工具，要將患者的請(qǐng)求快速傳送給值班醫(yī)生或護(hù)士，并在護(hù)士站的監(jiān)控中心留下準(zhǔn)確完整的記錄，提高醫(yī)院和病室護(hù)理。 為了豐富病床呼叫系統(tǒng)的控制方式，在滿足病房與護(hù)士站實(shí)時(shí)通信同時(shí)，能夠方便地了解各病區(qū)的情況，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院對(duì)全院的病房科學(xué)化管理。采用可編程控制器替代單片機(jī)作為核心控制件，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)新型智能病床呼叫系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用可編程控制器構(gòu)成的病床呼叫智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更易于推廣。本設(shè)計(jì)采用S7-200系列PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并通過(guò)MCGS組態(tài)軟件仿真與實(shí)物模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。關(guān)鍵詞PLC；病房呼叫系統(tǒng)；梯形圖；S7-200；MCGS仿真目 錄1

3、 緒論11.1 PLC簡(jiǎn)介11.1.1 PLC的誕生11.1.2 PLC的發(fā)展史11.1.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)21.2 PLC的工作原理31.2.1 PLC的主要組成部分31.2.2 PLC的掃描過(guò)程41.2.3 PLC執(zhí)行程序的過(guò)程及特點(diǎn)42 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)72.1 設(shè)計(jì)要求72.2 任務(wù)流程描述72.3 PLC機(jī)型選擇82.3.1 PLC選型原則82.3.2 PLC技術(shù)參數(shù)8 PLC端口功能分配與接線原理圖93 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)113.1 PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)113.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法113.1.2 順序控制設(shè)計(jì)法與順序功能圖113.2 梯形圖程序設(shè)計(jì)124 系統(tǒng)調(diào)試134.1

4、 MCGS組態(tài)軟件仿真134.1.1 MCGS組態(tài)軟件簡(jiǎn)介134.1.2 仿真試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果134.2 實(shí)物聯(lián)機(jī)模擬154.3 設(shè)計(jì)結(jié)論155結(jié)論16參考文獻(xiàn)17附錄18附錄118附錄2181緒論1.1 PLC簡(jiǎn)介可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來(lái)取代繼電器1。以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念的是美國(guó)通用汽車公司。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根

5、據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi),使控制器和被控對(duì)象連接方便。 1.1.1 PLC的誕生隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器的應(yīng)用已廣泛普及，成為自動(dòng)化技術(shù)的重要組成。編程控制器最先出現(xiàn)在美國(guó)，1968年，美國(guó)的汽車制造公司通用汽車公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下十大條件：（1）編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；（2）維護(hù)方便，最好是插件式；（3）可靠性高于繼電器控制柜；（4）體積小于繼電器控制柜；（5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；（6）在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；（7）輸入可以是交流115V（即用美國(guó)

6、的電網(wǎng)電壓）；（8）輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；（9）在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需要很小的變更；（10）用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4KB。條件提出后，立即引起了開(kāi)發(fā)熱潮。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。被取名為可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller）。緊接著，美國(guó)MODICON公司也開(kāi)發(fā)出同名的控制器，1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制成了日本第一臺(tái)可編程控制器。1973年，西歐國(guó)家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器1,2。1.1.2 PLC的發(fā)展

7、史   隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以后，特別是進(jìn)入80年代以來(lái)，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，使PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這時(shí)的PLC已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，稱之為可編程序控制器（Programmable Controller）更為合適，簡(jiǎn)稱為PC，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Persona1  Computer）的簡(jiǎn)稱PC相區(qū)別，一般仍將它簡(jiǎn)稱為PLC（Pro

8、grammable Logic Controller）。   PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)。繼電器控制系統(tǒng)已有上百年歷史，它是用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電系統(tǒng)的控制方法，在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除困難，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重地影響工業(yè)生產(chǎn)。在工藝要求發(fā)生變化的情況下，控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，以至于用戶寧愿另

9、外制作一臺(tái)新的控制柜。而PLC克服了繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)，并將控制器和被控對(duì)象方便的連接起來(lái)。由于PLC是由微處理器、存儲(chǔ)器和外圍器件組成，所以應(yīng)屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的一類。   對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，可編程控制器是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此如果在初步設(shè)計(jì)階段就選用可編程控制器，可以使得設(shè)計(jì)和調(diào)試變得簡(jiǎn)單容易。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問(wèn)世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速

10、的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。   我國(guó)從1974年也開(kāi)始研制可編程序控制器，1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。目前它已經(jīng)大量地應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測(cè)試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，并涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器的新型設(shè)備。掌握可編程序控制器的工作原理，具備設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。1.1.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)，功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來(lái)越高。   

11、60;（1）、在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。一方面，大力發(fā)展速度更快、性價(jià)比更高的小型和超小型PLC。以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技術(shù)完善的大型PLC方向發(fā)展。隨著復(fù)雜系統(tǒng)控制的要求越來(lái)越高和微處理器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)PLC的信息處理速度要求也越來(lái)越高，要求用戶存儲(chǔ)器容量也越來(lái)越大。    （2）、向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展    PLC網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)前控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)發(fā)展的潮流。PLC與PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)用。目前，PLC制造商都在發(fā)展自己專用的通

12、信模塊和通信軟件以加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。各PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的組成部分。    （3）、向模塊化、智能化發(fā)展    為滿足工業(yè)自動(dòng)化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來(lái)，PLC廠家先后開(kāi)發(fā)了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測(cè)PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能，擴(kuò)展了PLC的應(yīng)用范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。    （4）、編程語(yǔ)言和編程工具

13、的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化     多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢(shì)。 PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí)，日益向MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語(yǔ)言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。1.2 PLC的工作原理1.2.1 PLC的主要組成部分CPU模塊：圖1-1 PLC的主要組成部分CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲(chǔ)器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器

14、用來(lái)儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)3。I/O模塊：輸入(Input)模塊和輸出（Output）模塊統(tǒng)稱I/O模塊，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊主要用來(lái)接受和采集輸入信號(hào)，輸入信號(hào)包括兩類：一類是從按鈕，選擇開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類就是由電位器，測(cè)速發(fā)電機(jī)等提供的連續(xù)變化的模擬量信號(hào)。PLC通過(guò)輸出模塊控制接觸器、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，另外也可以驅(qū)動(dòng)指示燈、數(shù)字顯示裝置等。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而其輸入/輸出信號(hào)電壓一般較高，如DC24V和AC220V。為防止外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲損壞CPU模塊，影響其正常工作，在I/O模塊中，用光電耦合器、可控硅，小型繼電

15、器等器件來(lái)隔離外部輸入電路和負(fù)載。I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。1.2.2 PLC的掃描過(guò)程PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時(shí)響應(yīng)隨時(shí)變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是執(zhí)行了一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)中，PLC還要完成內(nèi)部處理，通訊處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段。圖1-2 PLC掃描過(guò)程圖在內(nèi)部處理階段，進(jìn)行PLC自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器（WDT）復(fù)位以及完成其

16、它一些內(nèi)部處理工作。在通信服務(wù)階段，PLC與其它智能裝置實(shí)現(xiàn)通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。當(dāng)PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)PLC處于運(yùn)行（RUN）狀態(tài)時(shí)，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。PLC的掃描工作方式簡(jiǎn)單直觀，便于程序的設(shè)計(jì)，并為可靠運(yùn)行提供了保障。當(dāng)PLC 掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用，  而且還可通過(guò)CPU內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)視定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每次掃描是否超過(guò)規(guī)定時(shí)間，避免由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。1.2.3 PLC執(zhí)行程序的過(guò)程

17、及特點(diǎn)1. 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時(shí)輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 2. 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來(lái)表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)

18、行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對(duì)于元件映象寄存器來(lái)說(shuō)，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過(guò)程而變化。3. 輸出刷新階段 當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸出映像寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。圖1-3 PLC掃描周期因此，PLC在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。 在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效

19、。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。 對(duì)于小型PLC，其I/O點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使PLC工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 而對(duì)于大中型PLC，其I/O點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長(zhǎng)，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式。 從上述分析可知，當(dāng)PLC的輸入端輸

20、入信號(hào)發(fā)生變化到PLC輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入輸出響應(yīng)滯后。對(duì)一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來(lái)的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來(lái)輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。滯后時(shí)間是設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意把握的一個(gè)參數(shù)。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求（1） 當(dāng)某個(gè)病床發(fā)出救助信號(hào)（按下呼叫按鈕）后，護(hù)士站的蜂鳴器發(fā)出短促音，與呼叫信號(hào)對(duì)應(yīng)的指示燈閃爍（閃爍頻率自定）。  （2）當(dāng)醫(yī)護(hù)人員聽(tīng)到呼叫后，可按下呼叫響應(yīng)按鈕，

21、蜂鳴器停止工作，呼叫指示燈在20s后停止顯示。  （3）如果同時(shí)或者在一段時(shí)間內(nèi)有多個(gè)呼叫信號(hào)，護(hù)士站的蜂鳴器仍發(fā)出短促音，與這些呼叫信號(hào)對(duì)應(yīng)的那些指示燈均閃爍，醫(yī)護(hù)人員按下呼叫響應(yīng)按鈕后，蜂鳴器停止工作，呼叫指示燈在20s后停止顯示。（4）房間數(shù)和床位數(shù)可自行設(shè)置。（5）用MCGS軟件模擬系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。2.2 任務(wù)流程描述假設(shè)一個(gè)護(hù)士站管理2間病房，每間病房有3張病床，每張病床都配有一個(gè)緊急呼叫按鈕通過(guò)呼叫器與護(hù)士站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離呼叫。當(dāng)有按鈕按下，護(hù)士站蜂鳴器HA發(fā)出警報(bào)，同時(shí)每張病床對(duì)應(yīng)的指示燈HL開(kāi)始周期1S閃爍。當(dāng)護(hù)士站值班人員按下響應(yīng)按鈕，蜂鳴器立即停止工作，

22、同時(shí)指示燈20S之后停止工作。任務(wù)的流程可以簡(jiǎn)單地用圖2-1表示：圖2-1 系統(tǒng)工作流程圖2.3 PLC機(jī)型選擇選擇合適的機(jī)型是PLC控制系統(tǒng)硬件配置的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，生產(chǎn)PLC的廠家很多，如西門子、三菱、松下、歐姆龍、羅克韋爾、ABB等。2.3.1 PLC選型原則PLC機(jī)型選擇的基本原則是，在功能，滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。具體應(yīng)考慮以下幾方面的要求：1、性能與任務(wù)相適應(yīng)選擇的PLC性能應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。同時(shí)，性能最好不要過(guò)剩，以免造成硬件資源浪費(fèi)，同時(shí)增加成本。2、PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求PLC工作時(shí)從輸入信號(hào)到輸出控制存在著滯

23、后現(xiàn)象，在選擇PLC時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，在實(shí)時(shí)性要求比較高的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，不允許有較大的滯后時(shí)間。3、PLC機(jī)型盡可能統(tǒng)一在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到設(shè)備今后的運(yùn)行維護(hù)，為了減少編程和維修的工作量同時(shí)為了方便采購(gòu)和管理，選擇的PLC機(jī)型應(yīng)盡可能統(tǒng)一。4、指令系統(tǒng)因?yàn)槟壳案鱾€(gè)廠家生產(chǎn)的PLC所采用的指令系統(tǒng)不完全相同，所以在選擇PLC機(jī)型時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：1）指令系統(tǒng)的總語(yǔ)句數(shù)。2）指令系統(tǒng)種類。3）指令系統(tǒng)的表達(dá)方式。4）應(yīng)用軟件的程序結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上PLC選擇原則并結(jié)合設(shè)計(jì)要求以及任務(wù)流程，本設(shè)計(jì)選用西門子S7-200系列CPU224型PLC。2.3.2 PLC技術(shù)參數(shù)S7-200系統(tǒng)CPU

24、224型PLC的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表：表2-1 S7-200 CPU224PLC主要技術(shù)參數(shù)表指標(biāo)S7-200 CPU224電源電壓/VDC 24V，AC 100230V環(huán)境溫度、濕度055，595%數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器/B8192本機(jī)數(shù)字量I/O14入/10出數(shù)字量I/O映像區(qū)128入/128出 續(xù)表2-1模擬量I/O映像區(qū)32入/32出擴(kuò)展模塊數(shù)量7定時(shí)器/計(jì)數(shù)器256/256供電能力/mADC5V660DC24V2802.3.3 PLC端口功能分配與接線原理圖2.3.3.1 PLC端口功能分配PLC端口功能的分配與電氣連接件下表：表2-2 PLC端口功能表序號(hào)PLC地址電氣符號(hào)功能1I0.0SB11

25、號(hào)病床按鈕2I0.1SB22號(hào)病床按鈕3I0.2SB33號(hào)病床按鈕4I0.3SB44號(hào)病床按鈕5I0.4SB55號(hào)病床按鈕6I0.5SB66號(hào)病床按鈕7I0.6SB7護(hù)士站響應(yīng)按鈕8Q0.0HL11號(hào)病床指示燈9Q0.1HL22號(hào)病床指示燈10Q0.2HL33號(hào)病床指示燈11Q0.3HL44號(hào)病床指示燈12Q0.4HL55號(hào)病床指示燈13Q0.5HL66號(hào)病床指示燈15Q0.6HA蜂鳴器2.3.3.2 PLC的I/O接線圖本設(shè)計(jì)的接線原理圖如下：圖2-2 PLC接線原理圖3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)3.1 PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)正確選擇能反映生產(chǎn)過(guò)程的變化參數(shù)作為控制參量進(jìn)行控制

26、，應(yīng)正確處理各執(zhí)行電器、各編程原件之間的互相制約、互相配合的關(guān)系，即聯(lián)鎖關(guān)系。應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法有多種，常用的有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、順序功能圖法等。3.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法某些簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)可以沿用繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖程序，即在某些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時(shí)需要多次反復(fù)地進(jìn)行調(diào)試和修改梯形圖，不斷地增加中間編程元件和輔助觸點(diǎn)，最后才能得到一個(gè)較為滿意的結(jié)果。這種方法沒(méi)有普遍的規(guī)律可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯一的，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與編程者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，所以這種設(shè)計(jì)方法稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，一般用于邏輯

27、關(guān)系比較簡(jiǎn)單的梯形圖程序設(shè)計(jì)。這種方法對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單程序的設(shè)計(jì)是比較奏效的，可以收到快速、簡(jiǎn)單的效果。但由于這種方法主要是依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求比較高。如果用來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)梯形圖程序，則存在以下問(wèn)題：1、考慮不周、設(shè)計(jì)麻煩、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)2、梯形圖的可讀性差、系統(tǒng)維護(hù)困難3.1.2 順序控制設(shè)計(jì)法與順序功能圖3.1.2.1 順序功能圖順序功能圖（Sequence Function Chart，SFC）是IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言。順序功能圖用以全面描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性，而不涉及系統(tǒng)所采用的具體技術(shù)，這是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言，可供進(jìn)一步設(shè)計(jì)和不同

28、專業(yè)的人員進(jìn)行技術(shù)交流使用。順序功能圖以功能為主線，表達(dá)準(zhǔn)確、條理清晰、規(guī)范、簡(jiǎn)潔，是設(shè)計(jì)PLC順序控制程序的重要工具。順序功能圖主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換條件及動(dòng)作（或命令）組成。順序功能圖有以下幾種基本結(jié)構(gòu)：1、單序列結(jié)構(gòu)2、選擇序列結(jié)構(gòu)3、并行序列結(jié)構(gòu)3.1.2.2 順序功能圖法順序功能圖法首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)順序功能圖，然后再依據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)順序控制程序。在順序功能圖中，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)使前級(jí)步的活動(dòng)結(jié)束而使后續(xù)步的活動(dòng)開(kāi)始，步之間沒(méi)有重疊。這使系統(tǒng)中大量復(fù)雜的聯(lián)鎖關(guān)系在步的轉(zhuǎn)換中得以解決。而對(duì)于每步的程序段，只需處理極其簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。因而這種編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)、規(guī)律性強(qiáng)，設(shè)計(jì)的

29、控制程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好，程序的調(diào)試、運(yùn)行也很方便，可以極大地提高工作效率。3.2 梯形圖程序設(shè)計(jì)根據(jù)3.1中內(nèi)容，被設(shè)計(jì)選用順序功能圖法設(shè)計(jì)控制程序。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、S7-200系列PLC的特性以及順序功能圖法的步驟，得到順序功能圖如下圖：圖3-1 病床呼叫系統(tǒng)順序功能圖由圖3-1可以很方便的編寫(xiě)出系統(tǒng)的梯形圖程序。系統(tǒng)完整的梯形圖程序見(jiàn)附錄。部分梯形圖程序如下：4系統(tǒng)調(diào)試PLC的系統(tǒng)調(diào)試是檢查、優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)，提高控制系統(tǒng)可靠性的重要步驟。為了防止調(diào)試過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，確保調(diào)試工作的順利進(jìn)行，系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)在完成控制可靠性試驗(yàn)、實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)等規(guī)定的步驟進(jìn)行。在調(diào)試階段，一

30、些均應(yīng)滿足控制要求，確保系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行為最高準(zhǔn)則，它是檢驗(yàn)硬件、軟件設(shè)計(jì)正確的唯一標(biāo)準(zhǔn)，任何影響系統(tǒng)安全性與可靠性的設(shè)計(jì)，都必須予以修改，絕不能遺留事故隱患，以免導(dǎo)致嚴(yán)重后果。仿真驗(yàn)證與實(shí)物模擬是工程中最常用的兩種驗(yàn)證方法。4.1 MCGS組態(tài)軟件仿真在使用MCGS軟件仿真前，我們可以先了解一下MCGS的特點(diǎn)，這有利于加深我們隊(duì)系統(tǒng)仿真的認(rèn)識(shí)。4.1.1 MCGS組態(tài)軟件簡(jiǎn)介MCGS（Monitor and Control System）是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/200

31、0等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)。同時(shí)與同類產(chǎn)品相比，MCGS軟件有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：1、全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開(kāi)發(fā)界面，符合中國(guó)人的使用習(xí)慣和要求。2、龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)，完備的繪圖工具以及豐富的多媒體支持。3、可運(yùn)行于多種操作系統(tǒng)，兼容性好。4、支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，同時(shí)可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)；此外，獨(dú)特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，是硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)能很好地配合。4.1.2 仿真試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果在仿真前要配置MCGS組態(tài)軟件，配置過(guò)程如