S7~200PLC的病床呼叫器系統(tǒng)設(shè)計

1、 16/20 學(xué)號1151401105電氣控制與可編程控制技術(shù)課 程 設(shè) 計（ 2011級本科） 題 目： 基于S7-200PLC的病床呼叫器系統(tǒng)設(shè)計 系（部）院： 物理與機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者某： 陳 耀 華 指導(dǎo)教師： X 靜 職稱： 副 教 授 完成日期： 2 0 1 4 年 7 月 2 日 課程設(shè)計任務(wù)學(xué) 生 姓 名陳耀華學(xué) 號1151401105專 業(yè) 電氣工程及其自動化班 級111班題 目 名 稱基于S7-200PLC的病床呼叫器控制設(shè)計一、設(shè)計要求： 設(shè)計一個基于s7-200PLC控制的病床呼叫系統(tǒng)，主要用于醫(yī)院病務(wù)區(qū)的病人有緊急或自己不方便的事件時呼叫

2、護士站尋求幫助，護士根據(jù)站內(nèi)指示燈及響鈴獲取求助信息的來源，并能及時的給其提供幫助。護士在站內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號時及時將站內(nèi)燈及響鈴復(fù)位，在處理完后再在病床前的開關(guān)將病床及病房的燈及鈴復(fù)位。（具體工作過程由設(shè)計者自己定）二、設(shè)計任務(wù)： 1.完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要包括：電氣元件的選擇、電氣原理圖設(shè)計、可編程控制器輸入輸出接線圖設(shè)計及控制面板設(shè)計等。 2.完成控制梯形圖的軟件設(shè)計，主要包括：控制程序流程圖設(shè)計、梯形圖程序設(shè)計及仿真調(diào)試。3.完成課程設(shè)計說明書的撰寫，主要包括：封面、目錄、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計總體思路、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、總結(jié)體會、參考文獻等三、設(shè)計說明書的編寫要求： 1.設(shè)計出硬件系統(tǒng)的接

3、線圖、梯形圖等; 2.系統(tǒng)有啟動、停止功能; 3.運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計； 4.進行系統(tǒng)仿真調(diào)試，實現(xiàn)病床呼叫的相關(guān)控制要求。四、設(shè)計進度及安排： 第一周星期一 下達設(shè)計任務(wù)書，了解控制系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)知識 星期二星期四 查閱文獻資料，確定控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，完成 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 星期五至第二周星期一星期二 完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計及調(diào)試 星期三星期四 撰寫課程設(shè)計說明書 星期五 答辯 指導(dǎo)教師簽字：目錄TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc29950 1.設(shè)計病床呼叫系統(tǒng)目的和意義 PAGEREF _Toc29950 1 HYPERLINK l _Toc9

4、232 2.總體設(shè)計 PAGEREF _Toc9232 1 HYPERLINK l _Toc8766 2.1設(shè)計內(nèi)容 PAGEREF _Toc8766 1 HYPERLINK l _Toc3511 3.PLC硬件外部接線圖 PAGEREF _Toc3511 2 HYPERLINK l _Toc16563 3.1 PLC的選擇 PAGEREF _Toc16563 2 HYPERLINK l _Toc4411 3.2 I/O點數(shù)的確定 PAGEREF _Toc4411 3 HYPERLINK l _Toc17950 3.3病床呼叫系統(tǒng)外部接線圖 PAGEREF _Toc17950 4 HYPERL

5、INK l _Toc19250 4.病床呼叫系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc19250 5 HYPERLINK l _Toc28203 4.1控制流程圖 PAGEREF _Toc28203 5 HYPERLINK l _Toc27201 4.2梯形圖 PAGEREF _Toc27201 6 HYPERLINK l _Toc7473 5.病床呼叫系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 PAGEREF _Toc7473 8 HYPERLINK l _Toc19518 6.設(shè)計總結(jié)14 HYPERLINK l _Toc28459 附件161 .設(shè)計病床呼叫系統(tǒng)目的和意義 本設(shè)計的目的是通過對病床呼叫系統(tǒng)PCPLC控

6、制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計、編程、及上機調(diào)試工作的實踐，了解電氣控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計的方法，并掌握利用PC對PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法。本設(shè)計的指導(dǎo)思想是設(shè)計一個當(dāng)病人緊急呼叫時，產(chǎn)生響鈴提示，并顯示病人所在病房及病床編號；護士根據(jù)顯示的呼叫病床及病房的編號幫助需要幫助的病人。醫(yī)護人員處理完呼叫后，清除已處理的呼叫信號，然后根據(jù)指示燈的指示據(jù)需幫助其他需要幫助的病人，直到所有的指示燈指示的病人全部幫助完，即所有的指示燈都熄滅為止（若沒有幫助完畢則過5s后電鈴會響起）。本設(shè)計的旨在能夠更好的為病人進行護理，對病情嚴(yán)重者尤為重要。此設(shè)計在國內(nèi)外均已投入生

7、產(chǎn)使用，國內(nèi)外已有多家廠商成產(chǎn)類似的設(shè)計產(chǎn)品用于醫(yī)院的病房的緊急呼叫系統(tǒng)。在國內(nèi)也已逐漸趨于成熟，系統(tǒng)在臨床實踐使用中已達到了相當(dāng)不錯的效果。此設(shè)計能讓普通的鄉(xiāng)村醫(yī)院使用，價格便宜、安裝方便、節(jié)約人力、財力資源，能更好的體現(xiàn)醫(yī)院的本質(zhì)救死扶傷，為人民大眾服務(wù)。2.總體設(shè)計2.1設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)本課題的控制要求和安全要求，所設(shè)計的病床呼叫系統(tǒng)的控制要求，以達到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計，設(shè)計要求如下：1、設(shè)置三個病房每個病房4X床；2、當(dāng)無人呼叫時，醫(yī)護站內(nèi)七段數(shù)碼顯示管顯示0，啟動按鈕指示燈點亮；3、當(dāng)有病人呼叫時，醫(yī)護站內(nèi)指示燈先亮，若5s內(nèi)沒有人員處理則電鈴響，若無人按下電鈴復(fù)

8、位開關(guān)則電鈴響10s，間隔5s后電鈴一直響直至有人按下任意復(fù)位按鈕為止；4、當(dāng)有一人呼叫時，對應(yīng)的病房號和病床號指示燈點亮；醫(yī)護站內(nèi)七段數(shù)碼顯示管顯示對應(yīng)的病房號；5、當(dāng)有多人呼叫時，各自對應(yīng)的病房號和病床指示燈點亮；6、醫(yī)護站內(nèi)七段數(shù)碼顯示管指示燈顯示最后一位呼叫病人所對應(yīng)的病房號和病床號；7、醫(yī)護站內(nèi)值班人員收到呼叫信號后，前往呼叫的病人所在單元，先復(fù)位病房號指示燈（醫(yī)護站內(nèi)房號顯示下一房號），待幫助完后復(fù)位病床指示燈（同時醫(yī)護站內(nèi)顯示下一個病人的病房號），緊接著幫助下一個需要幫助的病人；當(dāng)所有呼叫幫助完成且所有指示燈復(fù)位以后，值班人員回醫(yī)護站查看站內(nèi)七段數(shù)碼顯示管是否顯示為0，若不是不是

9、則復(fù)位開關(guān)；8、當(dāng)醫(yī)護人員不在值班室，而又有病人呼叫幫助時，醫(yī)護人員可以根據(jù)指示燈的指引直接前往病房幫助需要幫助的病人并且熄滅指示燈和電鈴；當(dāng)幫助完所有需要幫助的病人之后回到護士值班室查看呼叫數(shù)顯管是否為0，若不是則復(fù)位開關(guān)。3.PLC硬件外部接線圖3.1 PLC的選擇 在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和X圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能

10、價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的I/O點數(shù)為輸入24個，輸出16個。2存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有

11、一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能X圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本課題所設(shè)計的病床呼叫系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟性的考慮因此選擇整體型PLC。S7-200PLC它有四種不同的型號，由于設(shè)計要求有16個輸入點和13個輸出點，因而選擇S7-CPU226最為合適。S7-200系列PLC主要有六種擴展模塊，它本身沒有CPU，只能與CPU模塊相連接使用，用于擴展I/O點數(shù)。3.2 I/O點數(shù)的確定根據(jù)估算的結(jié)果本

12、系統(tǒng)的I/O點數(shù)為輸入16個，輸出13個，如下表所示：輸入點 地址 說明輸出點地址說明醫(yī)護站啟動按鈕I0.0開始系統(tǒng)正常信號指示燈Q1.0檢測系統(tǒng)是否啟動醫(yī)護站復(fù)位按鈕I0.1復(fù)位醫(yī)護站SEG數(shù)碼管顯示Q0.0-Q0.6顯示呼叫的房號1號病房1床呼叫按鈕I0.2檢測有無呼叫醫(yī)護站復(fù)位指示燈Q1.1檢測醫(yī)護站內(nèi)數(shù)碼管是否復(fù)位1號病房2床呼叫按鈕I0.3檢測有無呼叫醫(yī)護站電鈴Q1.2提醒醫(yī)護人員有病人需要幫助1號病房3床呼叫按鈕I0.4檢測有無呼叫病房1指示燈Q1.3檢測一號房是否有人呼叫1號病房4床呼叫按鈕I0.5檢測有無呼叫病房2指示燈Q1.4檢測二號房是否有人呼叫2號病房1床呼叫按鈕I0.6

13、檢測有無呼叫病房3指示燈Q1.5檢測三號房是否有人呼叫2號病房2床呼叫按鈕I0.7檢測有無呼叫2號病房3床呼叫按鈕I1.0檢測有無呼叫2號病房4床呼叫按鈕I1.1檢測有無呼叫3號病房1床呼叫按鈕I1.2檢測有無呼叫3號病房2床呼叫按鈕I1.3檢測有無呼叫3號病房3床呼叫按鈕I1.4檢測有無呼叫3號病房4床呼叫按鈕I1.5檢測有無呼叫1號病房復(fù)位按鈕I1.7檢測是否復(fù)位2號病房復(fù)位按鈕I2.0檢測是否復(fù)位3號病房復(fù)位按鈕I2.1檢測是否復(fù)位3.3病床呼叫系統(tǒng)外部接線圖4.病床呼叫系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1控制流程圖4.2梯形圖5.病床呼叫系統(tǒng)的仿真與調(diào)試1、按下啟動按鈕，啟動指示燈點亮，同時醫(yī)護站顯示0

14、有一個病人呼叫時，醫(yī)護站顯示對應(yīng)病人的病房號，同時病人所在的病房，病床指示燈亮。（注：1號病房1號床呼叫，數(shù)碼管顯示1，對應(yīng)病房指示燈點亮，無人處理時，電鈴一直響）當(dāng)醫(yī)護人員按下1病房復(fù)位按鈕后，1號病房指示燈熄滅，電鈴熄滅。有多個病人呼叫時，醫(yī)護人員處理過程中指示燈的變化情況當(dāng)1號病房3號床、2號病房2號床、3號病房4號床依次呼叫時:此時顯示最后一位病人按下的房號，三個病房的指示燈點亮，電鈴開始報警。當(dāng)醫(yī)護人員按下3號病房的復(fù)位按鈕后，數(shù)碼管顯示2，同時3號病房指示燈熄滅。當(dāng)醫(yī)護人員按下2號病房復(fù)位按鈕后，此時數(shù)碼管顯示1，且2號病房指示燈熄滅。當(dāng)醫(yī)護人員按下1號病房復(fù)位按鈕后，1號病房指示

15、燈熄滅，電鈴?fù)Ｖ箞缶?。此時，醫(yī)護人員回到醫(yī)務(wù)站，按下復(fù)位按鈕，數(shù)碼管顯示0，醫(yī)護站復(fù)位指示燈點亮。（所有的按鈕都應(yīng)該復(fù)位，這里是開關(guān)仿真，故開關(guān)撥上去時再撥下來，）無人呼叫時，系統(tǒng)又恢復(fù)到初始狀態(tài)。通過對任務(wù)書的解讀及程序的編寫和最后結(jié)果的仿真，能從仿真結(jié)果得到預(yù)想的結(jié)果，能基本實現(xiàn)病床呼叫的過程。6.設(shè)計總結(jié)本系統(tǒng)旨在能夠?qū)崿F(xiàn)病患與醫(yī)務(wù)人員之間對于病情信息的雙向交互從而實現(xiàn)醫(yī)院病房的科學(xué)化、人性化管理。并且要清楚的是本系統(tǒng)所涉及的對象是病患，所以一切應(yīng)從病患的角度考慮充分滿足病患的需要。分析完控制對象，明白了控制要求，接下來應(yīng)對PLC的型號進行選擇。PLC分為整體式與模塊式2種結(jié)構(gòu)。整體式（

16、又稱箱體式）結(jié)構(gòu)的PLC由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在同一機體內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、輸入/輸出點數(shù)固定、實現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，但靈活性較低；模塊式（又稱組合式）結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時將這些模塊根據(jù)控制要求插在機架上，各模塊間通過機架上的總線互相聯(lián)系。其中PLC的CPU和存儲器設(shè)計在一個模塊上，有時把電源也放在這一模塊上，該模塊在總線上的安裝位置一般是固定的。模塊式的PLC安裝完成后，需進行登記，以便PLC

17、對安裝在總線上的各模塊進行地址確認(rèn)。模塊式的特點是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性高?？梢詷?gòu)成不同控制規(guī)模和功能的PLC。根據(jù)控制要求和使用的實際條件進行主程序的編寫，之后就是編寫遠(yuǎn)程I/O程序。這段程序用來進行模擬屏上顯示設(shè)備的運行情況和模擬數(shù)據(jù)采集等功能。實踐是最好的老師。通過這次課程設(shè)計，一方面可以發(fā)現(xiàn)自己的不足，糾正學(xué)習(xí)中的錯誤；另一方面又可以積累豐富的知識，吸取別人好的方法和經(jīng)驗，增強對復(fù)雜問題的解決能力，摸索出一套解決綜合問題的方法，也為期末考試做了一次復(fù)習(xí)，通過編程，對PLC基本指令、模塊的套用以及常用的設(shè)計方法更加熟悉，為自己以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。設(shè)計過程中既動腦、又動手，是一個理論與實際結(jié)合的過程。僅僅有理論是不夠的，更重要的是實踐經(jīng)驗。對設(shè)計方案的優(yōu)越化，也需要我們綜合各方面的因素考慮。附錄： 參考文獻1 X曉鋒，X靜.電氣控制與可編程控制技術(shù)及應(yīng)用.：國防工業(yè)，2010.2 宋伯生.PLC編程控制指南.：機械工業(yè)，2007.3 史國生.電氣控制與可編程控制技術(shù).：化學(xué)工業(yè)，2004.4 X萬忠.可編程控制器入門與應(yīng)用實例（西門子S7-200系列).：清華大學(xué)，2007.5 王鑫.PLC機電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計技術(shù).：電子工業(yè)，2010.6 趙化啟，王越男，于貴文.電氣控制與可編程控制器.：電子工業(yè)，2009.7王阿根.電氣可編程控制原理