基于s7200病房紧急呼叫系统PLC课程设计

《机床电气与PLC技术》课程设计说明书

病房紧急呼叫系统PLC控制

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指导教师：

目录

1 引言

2 系统总体方案设计

2.1 系统硬件配置及组成原理

2.2 系统变量定义及分配表

2.3 系统接线图设计

2.4 系统可靠性设计

3 控制系统设计

3.1 控制程序流程图设计

3.2 控制程序时序图设计

3.3 控制程序设计思路

3.4 创新设计内容

4 系统仿真及结果分析

4.1 系统仿真及解决的问题

4.2 结果分析

5结束语（主要写取得的效果、创新点及设计意义）

参考文献

附录：带功能注释的源程序

病房紧急呼叫系统PLC控制

1 引言

为丰富病床呼叫系统的控制方式，在满足病房与护士站实时通信时，能够方便地了解各病房的情况，实现医院对全院的病房科学化管理。采用PLC可编程控制器替代单片机作为核心控制件，设计实现新型PLC病床呼叫系统。本文采用的PLC可编程控制器构成的病床呼叫系统结构更简单，更易于管理，可编程控制器病床呼叫系统可以及时，准确的实现病房呼叫管理，具有良好的应用前景。

关键词：病床呼叫系统；PLC；病房管理

2 系统总体方案设计

2.1 系统硬件配置及组成原理

初步设计I/O点为输入有12个，输出有12个。出入信号有：一号病房呼叫信号1~2床位2个，一号病房复位信号1~2床2个，二号病房呼叫信号1~2床位2个，二号病房复位信号1~2床2个，三号病房呼叫信号1个，三号病房复位信号1个，护士站处理按钮1个，护士站重置按钮1个；输出信号有：一号病房1~2号床位显示灯2个，二号病房1~2号床位显示灯2个，三号病房显示灯1个，一号病房闪烁指示灯1个，二号病房闪烁指示灯1个，二号病房闪烁指示灯1个，护士站紧急闪烁灯1个，护士站数码管显示3个。

综合I/O点数以及内存容量，S7-200的CPU226输入，输出点数为24/ 16，足以满足要求。

2.2 系统变量定义及I/O分配表

器件名称说明输入

点器件

名称

说明输出点

SQ1 1-1病床紧急按钮I0.0 Y1 1-1病床警示灯Q0.0 SQ2 1-1病床重置按钮I0.1 Y2 1-2病床警示灯Q0.1 SQ3 1-2病床紧急按钮I0.2 Y3 第一病房闪烁指示灯Q0.2 SQ4 1-2病床重置按钮I0.3 Y4 2-1病床警示灯Q0.3 SQ5 2-1病床紧急按钮I0.4 Y5 2-2病床警示灯Q0.4

SQ6 2-1病床重置按钮I0.5 Y6 第二病房闪烁指示灯Q0.5 SQ7 2-2病床紧急按钮I0.6 Y7 3病房警示灯Q0.6 SQ8 2-2病床重置按钮I0.7 Y8 第三病房闪烁指示灯Q0.7 SQ9 3病床紧急按钮I1.0 Y9 护士站紧急闪烁指示灯Q1.0 SQ10 3病床重置按钮I1.1 Y10 数码管显示1号房Q1.1 SQ11 护士站处理按钮I1.2 Y11 数码管显示2号房Q1.2 SQ12 护士站重置按钮I1.3 Y12 数码管显示3号房Q1.3

表1

2.3 系统接线图设计

I0.0

I0.1

I0.3 I0.4

I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2

I1.3Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3

1M

2M

L

图1

2.4 系统可靠性设计

2.4.1 病床紧急呼叫系统的特点

医院病房中使用的呼叫装置有无线式和有线式两种形式。其中，有线式一般是采用单片机作为核心控制部件。本研究提出的呼叫系统也属于有线式，但是核心部件为PLC，该系统主要解决了目前呼叫系统中存在的以下问题：(1)无线式呼叫系统由于需要“发射”和“接

收”两个系统，存在传输距离、可靠性、设备体积与价格、占用无线频道资源以及发射的电磁波可能会影响医疗设备的正常使用等问题。因此，目前医院中很少采用。

(2)单片机构成的呼叫系统如果采用低压电力线作为传输媒质，必须解决信息衰减、电平转换、信息耦合、滤波等问题，使得外围接口电路非常复杂。在软件设计上还要确定单片机与外设之间的通信方式，以保证在任意时刻只要有呼叫源发出请求，系统立即响应。软件设计的繁琐和硬件设计的繁琐，给开发和维护带来了极大的不便。近年来，PLC的功能不断

趋于计算机化，价格逐渐下降，体积不断缩小。特殊的I/O接口可以使呼叫按钮直接与PLC 输入相接，输出可以直接带显示装置。与计算机网络通信十分方便。独具特色的编程方式，极易普及。PLC的应用已不再局限于工业控制领域，在其他控制领域也得到十分广泛的应用。

2.4.2 病床紧急呼叫系统的准确性

病房紧急呼叫系统需要准确的呼叫信号，以满足医护人员准确满足病人的需求，解决病人的问题。当某位病人按下紧急按钮，相应的指示灯亮，护士站做出相应显示，护士人员根据显示，判断并作出相应解决方案。当问题解决后，按下重置按钮，恢复初始状态，等待下一个呼叫信号。

2.4.3 病床紧急呼叫系统的显示

病房紧急呼叫系统需要准确的显示，在对应病房病人按下对应按钮后，对应的显示灯亮，并且有优先级判断

2.4.4 病床紧急呼叫的启动

按下紧急按钮，5S内不按对应的重置按钮。

2.4.5 病床紧急呼叫的复位

按下护士站的重置按钮和对应床位的重置按钮，进行复位。等待下一轮的

3 控制系统设计

3.1 控制程序流程图设计

控制程序流程图图2

3.2控制程序时序图设计

（以1-1病床为例）

5s内未按下重置按钮

5s内按下重置按钮

控制程序时序图图3

3.3 控制程序设计思路

通过对病房紧急呼叫工作原理分析得出流程图（图2）,病房紧急呼叫的控制系统大致有以下几部分组成: (1)紧急呼叫(2)显示灯显示。为实现紧急呼叫，紧急按钮为呼叫的开始，5S内未按下对应重置按钮，对应床位警示灯亮，病房灯亮，护士站灯亮，且对应数码管显

示。置位后，一切显示恢复，等待新一轮呼叫。

3.4 创新设计内容

1）PLC的广泛适用性;

2）PLC的准确性，每一步都有明确的对应，不会造成不对应按钮和指示灯一起反应，只有与某个紧急按钮对应的指示灯会亮；

3）PLC的优先级判断，每个病房病人按下紧急呼叫按钮，护士站数码管会显示先后，护士根据先后为病人服务；

4）PLC的置位，当护士解决了病人的需求，需按下相对的重置按钮进行复位，等待下一轮病人的呼叫。

4 系统调试及结果分析

4.1 系统调试及所遇的问题

本次设计采用软件进行模拟控制。首先在WINDOWS环境下打开软件，向软件中载入程序，运行软件实现对PL C过程的监控功能。根据实验要求，动作相应开关，模拟病房紧急呼叫系统的工作过程。在实验过程中要注意观察程序运行的变化过程。调试图像如下

以2-1病房紧急呼叫为例说明调试过程：

理论过程：2-1病床床头有紧急呼叫按钮I0.4,以利病人不适时紧急呼叫。还有重置按钮I0.5，将其置位。2楼有一护士站，护士站有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮I1.3。当病人按下紧急呼叫按钮I0.4且未在5s内按下重置按钮I0.5时，该病床床头紧急指示灯动作Q0.3，且病房门口紧急指示灯闪烁Q0.5，同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯Q1.0。在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用7段数码管显示3个病房。若有不同病房同一时间段内按下紧急呼叫按钮，要具有优先级判别的能力。一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯Q1.0后，须先按下护士处理按钮I1.2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方I0.4和I1.3，使其结束，等待新一轮呼叫。

实际过程：由以上图片可知，除出现以下问题，其他均与理论过程一致：

（1）无法用数码管显示病房号数，用相对应的显示灯表示，一号房对应Q1.1，二号房对应Q1.2，三号房对应Q1.3；

（2）优先级判断，表现为哪个病房先按下有效的紧急呼叫按钮，哪个病房对应的显示灯先亮，并没有显示数字先后。

4.2 结果分析

（1）由调试过程出现的问题分析可知，系统总体设计不够严谨，在细节方面未做到十分完善，检查梯形图以后发现紧急呼叫后，需求解决后要两次进行重置后才能进行新的开始。修改程序之后，还是无法实现，但是其他过程可以实现。最终发现如果开始不按I0.0,I0.2等按钮，则无法完成紧急呼叫。

（3）对于数码管显示数字无法实现的，现实生活中应得到解决，不然有时无法根据灯亮先后的顺序来判断哪个病房先按下紧急呼叫按钮。仿真软件无法数码管显示，只能

用对应的显示灯先后亮来表示，有待解决。

5结束语

通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一-些细节不加重视，设计中遇到了不少困难，须查阅资料，找老师，一个困难的解决，就是-次知识和经验积累的过程，让我明白了真正设计出成果的不易，更加认识到知识的力量，让我在以后的工作和学习过程中可以时刻提醒自己。在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。此设计主要以PLC为核心，利用PLC 的强大的控制功能，实现了对病房紧急呼叫系统的PLC控制。利用梯形图可以很直观的看出病房呼叫过程。利用可编程控制器控制病房呼叫系统，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当增加不同新病房的病床呼叫时，硬件接线上加上相应的输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应病房病床的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。

本次设计基本上达到了预定的设计目的。利用可编程控制器技术，充分利用了数字化电子控制技术，通过合理的设别选型、软件设计，提高了电梯运行的可靠性和运行效率，使病房紧急呼叫系统结构紧凑、维修简单、故障率低，改善了呼叫系统的准确性，并节约了电能。具有一定的经济效益和社会效益。

同时发现有需要改进的地方:

(1)病房病床同时按下紧急呼叫按钮，虽然本设计中有优先判断哪一病房病床，但任然

无法同时满足病人需求，“紧急”二字无法表达出。若病人需求非常紧急，就耽搁了。

应该再加设一个非常紧急呼叫按钮，供病人在非常紧急时呼叫。

(2)护士站数码管显示几号病房应迅速、平稳、准确。

通过完成此次课题，我对PLC及病房紧呼叫系统有了一些新的看法。医院作为当今社会非常重要的场所，为了提供更好的服务，为生病人员提供住所。将不断得到提高和改善，使之更加舒适、安全、可靠、方便，更好地满足人们的需求。病房人员在有所需求的前提下，护士能在第一时间将其解决。

参考文献：

【1】廖常初 S7-200 PLC 编程及应用机械工业出版社 2013；

【2】殷洪义吴建华 PLC原理与实践清华大学出版社 2008；

附录：带功能注释的源程序