基于plc在病床呼叫系统中的应用

基于plc在病床呼叫系统中的应用内容摘要：

的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 4．机型的选择（1）PLC 的类型PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。 从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 （2）经济性的考虑洛阳理工学院毕业设计（论文）15选择 PLC 时，应考虑性能价格比。 考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。 当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。 在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 本课题所设计的病床呼叫系统属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选择整体型 PLC。 综合以上因素，本课题的设计采用日本三菱公司生产的 FX2N128MR 小型PLC 来实现整个自动系统的控制，如图 23 所示：图 23 FX2N可编程控制器（PLC） 三菱 FX2N128MR 具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 三菱 FX2N128MR 具有突出的寄存器容量：三菱 FX2N128MR 包括 8K 步内置 RAM 寄存器，用一个寄存器盒可扩充到 16K 步 RAM 或 EEPROM。 丰富的元件资源：3072 点辅助继电器、256 点计时器、235 点计数器和 8000 点数据寄存器、实时时钟、使用标准型号实时时钟满足时间灵敏度应用要求。 PLC 的硬件原理图根据系统设计方案和设计要求，画出 PLC 硬件原理图。 如图 24 所示：洛阳理工学院毕业设计（论文）16图 24 硬件原理图24VCOMgfedcbagedcbaHHL4HL3HL2HL1SB8SB7SB6SB0SB5SB4SB3SB2SB1 PLC20V 程 序 启 动 按 钮病 床 1呼 叫 按 钮病 床 2呼 叫 按 钮病 床 3呼 叫 按 钮病 床 4呼 叫 按 钮消 除 电 铃 按 钮误 操 作 取 消 按 钮复 位 按 钮停 止 按 钮FU FX2n18MR病 床 警 报 灯病 床 警 报 灯病 床 警 报 灯病 床 警 报 灯蜂 鸣 警 报 器Ｌ Ｅ Ｄ 显 示 器20VCOM24V洛阳理工学院毕业设计（论文）17第 3 章 系统软件的设计 系统软件流程图 系统软件流程图如图 31 所示：图 31 系统流程图开 始设 定 统 计 时 间 清 除 呼 叫 累 计 次 数第 一 次 按 下 呼 叫 按 钮6s是 否 过 了。 护 士 站 显 示 呼 叫 病 床 号振 铃 启 动医 护 人 员 响 应消 除 振 铃是 否 处 理 结 束。 结 束 启 动 复 位 按 钮误 操 作 是 否 取 消 操 作。 按 下 停 止 按 钮 停 止 呼 叫否 是 否洛阳理工学院毕业设计（论文）18 1．目前病房中使用的呼叫按钮大多为双按钮, 一个呼叫, 另一个关断。 为方便患者使用, 呼叫按钮采用手持式双按钮结构。 当患者作者第 1 次按下呼叫按钮时, 病床指示灯、手柄按钮指示灯点亮, 提示患者已发出呼叫请求。 但监控系统并不立即响应, 延迟 6 s 后监控系统才自行启动。 如果是患者误操作, 在 6 s 时间内第 2 次按下停止按钮可解除呼叫,同时关断病床指示灯、手柄按钮指示灯； 2．在患者呼叫时监控系统启动, 护士站病房报警指示灯开始闪烁, 振铃启动, 同时护士站显示器显示呼叫病床号, 指示医护人员立即响应。 执行医护人员首先按动响应按钮切断振铃, 将闪烁病房报警指示灯变为常亮。 常亮的病房号指示灯用来表明医护人员已经响应患者的呼叫, 或正在现场处理中。 医护人员处理完毕, 通过复位按钮清除所有信号。 被清除信号包括病床指示灯、护士站病房报警指示灯；3．为增加实时处理能力, 当医护人员在响应某一呼叫时, 也允许其他患者呼叫。 此时护士站相应的病房报警指示灯开始闪烁、振铃启动, 同时显示出新的病床号。 而前一次呼叫的病房报警指示灯仍然常亮。 闪烁和常亮指示灯的区别为: 闪烁灯告知相应的病房有患者呼叫, 常亮灯记录了另一病房有医护人员正在现场处理中； 4．为提高医院的科学化管理, 掌握所辖病区患者护理情况, 也便于了解当班医护人员的工作强度, 本系统增加了在某个时间段内对患者呼叫次数统计。 可以根据院方要求, 任意设定统计时间, 如 1 h 或 24 h 等。 在锁定时间内将随时显示该病区的呼叫次数。 呼叫次数加“1” 信号取自医护人员处理完呼叫后的复位按钮 , 以保证记录的准确性。 每一病区构成一个呼叫子系统, 全院各病区呼叫子系统与计算机可组成网络, 通过软件设计实现呼叫系统的病床信息管理, 形成病房监护管理中心。 由医院管理部门及时了解和掌握各病区的工作情况, 调配医护人员。 目前, 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。 本设计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：洛阳理工学院毕业设计（论文）191．无线式呼叫系统需要“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刻响应。 软件设计和硬件设计的繁琐, 给开发和维护带来了极大不便。 近年来, PLC 的功能不断趋向于计算机化, 价格不断下降 , 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, 输出可以直接带报警器、显示装置等。 与计算机联网通信十分方便。 独具特色的编程方式, 非常易于普及。 PLC 的应用已不再局限于工业控制领域, 在其他控制领域也获得广泛应用。 系统 I/O 分配智能病床呼叫系统采用三菱 FX2N 可编程控制器实现, 该机型可靠性高, 维修方便, 价格低廉, 指令集功能强大, 扩展容易, I/O 模块可根据需要配置。 本设计的 I/O 地址分配, 输入如表 31 所示： 表 31 输入分配程序启动按钮 SB0 X0病床 1 呼叫按钮 SB1 X1病床 2 呼叫按钮 SB2 X2病床 3 呼叫按钮 SB3 X3病床 4 呼叫按钮 SB4 X4消除电铃按钮 SB5 X5洛阳理工学院毕业设计（论文）20误操作取消按钮 SB6 X6复位按钮 SB7 X7停止按钮 SB8 X8输出如表 32 所示： 表 32 输出分配护士站病床 1 警报灯 HL1 Y1护士站病床 2 警报灯 HL2 Y2护士站病床 3 警报灯 HL3 Y3护士站病床 4 警报灯 HL4 Y4蜂鸣警报器 H Y5LED 显示器数字显示 a Y6LED 显示器数字显示 b Y7LED 显示器数字显示 c Y13LED 显示器数字显示 d Y14LED 显示器数字显示 e Y10LED 显示器数字显示 f Y11LED 显示器数字显示 g Y12 洛阳理工学院毕业设计（论文）21 系统外部接线图根据 I/O 分配画出外部接线图,如图 32 示： 图 32 外部接线图PLCSB1SB2SB3SB4SB5SB0SB6SB7SB8 HL1HL2HL3HL4HabcdefgabcdegX0X1X2X3X4X5X6X7X8COMCOMY1Y2Y3Y4Y5Y67Y101224V 24VY134洛阳理工学院毕业设计（论文）22 系统梯形图采用三菱 FX2N 取反指令设计的按钮控制梯形图如图 33 所示： Y13Y147T2Y2C0Y127Y6T2M2 M2X6X2 Y1K10K0CK60K60T1T1M1M1X6X1 C3C2C1C0RSTRSTRSTRSTX7T0 K360T0M0X8X8X8X0洛阳理工学院毕业设计（论文）23图 33梯形图Y13Y143END Y5X5T4T3T2T1M0C32C1C0 Y4C7Y121T4 T4M4 M4X4 Y3C2Y127Y6T3 T3M3 M3X3X6X6K10K10K60K60X8X8洛阳理工学院毕业设计（论文）24 第 4 章 系统常见故障分析及维护为了延长PLC 控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有较明白的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能对PLC过程控制系统的系统设计和维护有所帮助。 系统故障的概念系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC故障和现场生产控制设备故障两部分。 PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I/O模块及相关的网络和外部设备。 现场生产控制设备包括I/O端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。 系统故障分析及处理 PLC主机系统PLC主机系统最容易发生故障的地方一般在电源系统、电源在连续工作、散热中、电压和电流的波动冲击是不可避免的。 系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。 所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。 目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU 模块工艺水平有关。 而PLC 的中央处理器目前都采用高性能的处理芯片、故障率已经大大下降。 对于PLC主机系统的故障的预防及处理主要是提高集中控制室的管理水平，同时在系统维护时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。 洛阳理工学院毕业设计（论文）25 PLC的I/O端口PLC最大的薄弱环节在 I/O端口。 PLC的技术优势在于其I/O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I/O模块是体现PLC性能的关键部件，因此它也是PLC损坏中的突出环节。 要减少I/O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先应按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。 现场控制设备在整个过程控制系统中最容易发生故障地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面： 1．第1类故障点是在继电器。 接触器、PLC控制系统的日常维护中，电器备件消耗量最大的为各类继电器和空气开关，主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点容易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。 所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。 2．第2类故障多发点在阀门等设备上。 因为这类设备的关键执行部件，利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。 长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。 3．第3类故障点是传感器和仪表。 这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。 这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量和动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在PLC内部进行软件滤波。 这类故障的发生及处理也和日常巡检有关，发现问题应及时处理。 系统抗干扰性的分析及维护由于PLC是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工业环境中。 单如果工业环境过于恶劣，如干扰特别强烈，可能使PLC引起错误的输入信号；运算出错误的结果；产生出错误的输出信号；造成错误的动作，就不能保证控制系统正常、安全运行。 因此为提高控制系统的可靠洛阳理工学院毕业设计（论文）26性，在设计时采取相应有效的抗干扰措施是非常有必要的。 外界干扰的主要来源有：1．电源的干扰供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。