PLC病房呼叫系统设计

课程设计(论文)基于S7-200PLC的病房呼叫系统设计BASED S7-200PLC HOSPITAL ROOM CALLSYSTEM DESIGN学生姓名李金堂学院名称信电学院学号20120502113班级12自动化专业名称电气工程及其自动化指导教师曹言敬2015年7月2日摘要信息时代的医院管理已经从传统的人管理模式，向智能化、电子化、网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展。

“PLC病床紧急呼叫系统”可以实现对医院病房的智能化管理，可实现呼叫、求救报警、信息储存、显示等等功能。

患者在住院期间，可能会在任意时间请求医生或护士进行诊断或护理。

临床求助呼叫是传送临床信息的重要手段，病床呼叫系统是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具，要将患者的请求快速传送给值班医生或护士，并在护士站的监控中心留下准确完整的记录，提高医院和病室护理。

为了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同时，能够方便地了解各病区的情况，实现医院对全院的病房科学化管理。

采用可编程控制器替代单片机作为核心控制件，设计实现新型智能病床呼叫系统。

实验结果表明，用可编程控制器构成的病床呼叫智能系统结构更简单，更易于推广。

本设计采用S7-200系列PLC实现控制系统的设计，并通过MCGS组态软件仿真与实物模拟实验，验证了设计方案的可行性。

关键词PLC；病房呼叫系统；梯形图；S7-200；MCGS仿真目录1 绪论 (1)1.1 PLC简介 (1)1.1.1 PLC的诞生 (1)1.1.2 PLC的发展史 (1)1.1.3 PLC的发展趋势 (2)1.2 PLC的工作原理 (3)1.2.1 PLC的主要组成部分 (3)1.2.2 P LC的扫描过程 (4)1.2.3 PLC执行程序的过程及特点 (4)2 系统硬件设计 (7)2.1 设计要求 (7)2.2 任务流程描述 (7)2.3 PLC机型选择 (8)2.3.1 PLC选型原则 (8)2.3.2 PLC技术参数 (8)2.3.3 PLC端口功能分配与接线原理图 (9)3 系统程序设计 (11)3.1 PLC控制系统梯形图程序设计 (11)3.1.1 经验设计法 (11)3.1.2 顺序控制设计法与顺序功能图 (11)3.2 梯形图程序设计 (12)4 系统调试 (13)4.1 MCGS组态软件仿真 (13)4.1.1 MCGS组态软件简介 (13)4.1.2 仿真试验过程及结果 (13)4.2 实物联机模拟 (15)4.3 设计结论 (15)5结论 (16)参考文献 (17)附录 (18)附录1 (18)附录2 (18)1绪论1.1 PLC简介可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器[1]。

以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

提出PLC概念的是美国通用汽车公司。

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。

1.1.1 PLC的诞生随着计算机控制技术的不断发展，可编程控制器的应用已广泛普及，成为自动化技术的重要组成。

编程控制器最先出现在美国，1968年，美国的汽车制造公司通用汽车公司(GM)提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户角度提出新一代控制器应具备以下十大条件：（1）编程简单，可在现场修改程序；（2）维护方便，最好是插件式；（3）可靠性高于继电器控制柜；（4）体积小于继电器控制柜；（5）可将数据直接送入管理计算机；（6）在成本上可与继电器控制柜竞争；（7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）；（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更；（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

条件提出后，立即引起了开发热潮。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。

被取名为可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）。

紧接着，美国MODICON公司也开发出同名的控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器。

1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器[1,2]。

1.1.2 PLC的发展史随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，特别是进入80年代以来，PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。

这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能，称之为可编程序控制器（Programmable Controller）更为合适，简称为PC，但为了与个人计算机（Persona1 Computer）的简称PC 相区别，一般仍将它简称为PLC（Programmable Logic Controller）。

PLC是微机技术与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

继电器控制系统已有上百年历史，它是用弱电信号控制强电系统的控制方法，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除困难，花费时间长，严重地影响工业生产。

在工艺要求发生变化的情况下，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，改造工期长、费用高，以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。

而PLC 克服了继电器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点，并将控制器和被控对象方便的连接起来。

由于PLC 是由微处理器、存储器和外围器件组成，所以应属于工业控制计算机中的一类。

对用户来说，可编程控制器是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器，可以使得设计和调试变得简单容易。

从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

我国从1974年也开始研制可编程序控制器，1977年开始工业应用。

目前它已经大量地应用在楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域，并涌现出大批应用可编程序控制器的新型设备。

掌握可编程序控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。

1.1.3 PLC的发展趋势随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。

（1）、在产品规模方面，向两极发展。

一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。

以适应单机及小型自动控制的需要。

另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。

随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。

（2）、向通信网络化发展PLC 网络控制是当前控制系统和PLC 技术发展的潮流。

PLC 与PLC 之间的联网通信、PLC 与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。

目前，PLC 制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC 的联网能力。

各PLC 制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。

PLC 已成为集散控制系统（DCS ）不可缺少的组成部分。

（3）、向模块化、智能化发展为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC 厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O 模块、温度控制模块和专门用于检测PLC 外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC 的应用范围，还提高了系统的可靠性。

（4）、编程语言和编程工具的多样化和标准化多种编程语言的并存、互补与发展是PLC 软件进步的一种趋势。

PLC 厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC 的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。

1.2 PLC 的工作原理1.2.1 PLC 的主要组成部分CPU 模块：输入信号输入模块CPU 模块输出模块执行机构编程器可编程控制器图1-1 PLC 的主要组成部分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[3]。

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。

PLC通过输出模块控制接触器、电磁阀等执行机构，另外也可以驱动指示灯、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。

1.2.2 PLC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。

内部处理通信服务输入处理程序执行输出处理STOPRUN图1-2 PLC扫描过程图在内部处理阶段，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。