PLC病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共27頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(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)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 專心-專注-專業(yè)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

2、要手段，病床呼叫系統(tǒng)是患者向值班醫(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

3、；MCGS仿真目 錄1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，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

4、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)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

5、即引起了開發(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，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作

6、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（Programmable 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

7、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，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

8、的連接起來。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)用戶來說，可編程控制器是一種無觸點(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)，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(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年也開始研制可編程序控制器，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。目前

9、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)比越來越高。    （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

10、大型PLC方向發(fā)展。隨著復(fù)雜系統(tǒng)控制的要求越來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越高，要求用戶存儲(chǔ)器容量也越來越大。    （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。

11、0;   （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，PLC廠家先后開發(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）、編程語言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化     多種編程語言的并存、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

12、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)器用來儲(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。輸入模塊主要用來接受和采集輸入信號(hào)，輸

13、入信號(hào)包括兩類：一類是從按鈕，選擇開關(guān)，接近開關(guān)，光電開關(guān)等來的開關(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，小型繼電器等器件來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的掃描過程PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（

14、STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(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

15、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CPU內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)視定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(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)行程序的過程及特點(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

16、，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)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說，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過程而變化。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

17、，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。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

18、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

19、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)人員聽到呼叫后，可按下呼叫響應(yīng)按鈕，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

20、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，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)鍵問題。目前，生

21、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

22、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)CPU224型PLC的主要技術(shù)參數(shù)見下表：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)

23、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

24、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)過程中，應(yīng)正確選擇能反映生產(chǎn)過程的變化參數(shù)作為控制參量進(jìn)行控制，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

25、的開關(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

26、求比較高。如果用來設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)梯形圖程序，則存在以下問題：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)化語言。順序功能圖用以全面描述控制系統(tǒng)的控制過程、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)語言，可供進(jìn)一步設(shè)計(jì)和不同專業(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

27、（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)開始，步之間沒有重疊。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、S

28、7-200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可以很方便的編寫出系統(tǒng)的梯形圖程序。系統(tǒng)完整的梯形圖程序見附錄。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)試過程中可能出現(xiàn)的問題，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

29、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/2000等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(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)過程及結(jié)果在仿真前要配置MCGS組態(tài)軟件，配置過程如圖4-1和圖4-2：圖4-1 MCGS組態(tài)軟件通