病床呼叫器的PLC控制

1、可編程控制器應用技術課程設計設計題目：病床呼叫器的PLC控制學 院： 專 業(yè)：姓 名： 學 號： 指導老師： 摘要PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機，它是采用軟件編制程序來實現(xiàn)控制要求的。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數(shù)個動合和動斷觸點。編程元件是指輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲器、定時器、計數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲器等。它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可靠性等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用。它應用大規(guī)模集成電路，微型技術和通訊技術的發(fā)展成果，逐步形成了具有多種優(yōu)點和微型，中型，大型，超大要型等各種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應用于繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控

2、計算機之間的許多控制領域。 我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。可以預期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。 隨著社會的不斷發(fā)展，醫(yī)學

3、的發(fā)展，而病床呼叫器也成為了醫(yī)院的必須設備。由以前手動搖鈴發(fā)展到今天的按鈕操縱，為醫(yī)院的管理做出了不可磨滅的貢獻。 關鍵詞 PLC 病床呼叫器23目錄一、可編程控制器的由來與發(fā)展.4二、可編程控制器控制系統(tǒng)設計方法.10三、設計思路及方案選擇.12四、呼叫控制系統(tǒng)的I/O通道分配.13五、PLC控制系統(tǒng)硬件設計.15六、病床呼叫控制器梯形圖.16七、指令語句.17八、工作過程.21九、設計總結.21一、可編程控制器的由來與發(fā)展第一臺可編程控制器的設計規(guī)范是美國通用公司提出的。當時的目的是要求設計一種新的控制裝臵以取代繼電器盤，在保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點的基礎上，

4、同時具有現(xiàn)代化生產(chǎn)線所要求的時間響應快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可隨工藝改變、易于與計算機接口、維修方便等諸多高品質與功能。這一設想提出后，美國數(shù)字設備公司（DEC）于1969年研制成第一臺PLC，型號為PDP-14，投入通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開創(chuàng)了PLC的新紀元。第一臺PLC具有模塊化、可擴充、可重編程及用于工業(yè)環(huán)境的特性。這些控制器易于安裝，占用空間小，可重復使用。盡管控制器編程有些瑣碎，但它具有公共的工廠標準梯形圖編程語言，這樣使得不熟悉計算機的人也能方便的使用它。在短時間內，PLC在其他工業(yè)部門也得到應用。到70年代初，食品、金屬和制造等工業(yè)部門

5、相繼使用PLC代替繼電器控制設備，邁出了其實用化階段的第一步。70年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使8位微處理器和位片處理器相繼問世，使可編程控制技術產(chǎn)生了飛躍。在邏輯運算功能的基礎上，增加了數(shù)值運算、閉環(huán)控制、提高了運算速度，擴大了輸入輸出規(guī)模。在這個時期，日本、西德（原）和法國相繼研制出了自己的PLC，我國在1974年也開始研制。70年代由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使PLC向大規(guī)模、高速性能方向發(fā)展，形成了多種系列化產(chǎn)品。這是面向工程技術人員的編程語言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語言。在功能上，PLC可以代替某些模擬控制裝臵和小型機DDC系統(tǒng)。進入八九十年代后，PLC的軟硬件功能

6、進一步得到加強，PLC已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設備通信，生成報表，調度產(chǎn)生，可診斷自身故障及機器故障。這些改進使PLC符合今天對高質量高產(chǎn)出的要求。盡管PLC功能越來越強，但他仍然保留了先前的簡單與易于使用的特點。隨著PLC的應用，經(jīng)過了近年的發(fā)展，它對提高設備的運轉率起到了重要的作用。它在工業(yè)領域的應用非常廣泛，既有單片機作為繼電器邏輯電路的替代品，又有作為控制設備的核心部件。隨著自動化程序的提高，它既可以作為現(xiàn)場控制的部件，又可以作為現(xiàn)場更高一級管理的控制部件。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，作為成熟技術，可編程序控制器已被廣泛應用到機械，冶金，化工，石化，水泥，食品飲料

7、，制藥等各個領域，極大地提高了勞動生產(chǎn)率和自動化程度。隨著時間的推移，PLC已經(jīng)不再局限于最初設計的邏輯和順序控制領域，越來越多的PLC產(chǎn)品向著滿足更多更復雜的控制需求邁進。隨著現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術出現(xiàn)和推廣，更加有力地促進了PLC產(chǎn)品在工業(yè)領域的廣泛應用。1.1、 PLC控制器的特點PLC是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應用而設計的，一個設計良好的PLC能臵于有很強的電噪聲、電磁干擾、機械振動、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。在硬件設計方面，首先是選用優(yōu)質器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結構，加固，簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印制電路板的設計、加工及焊接都采取了極為嚴格的工藝措施，而且在電路、結構及工

8、藝上采取了一些獨特的方式。例如，在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個I/O端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進行在線插拔、調試時不會影響各機的正常運行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入/輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開關、光電開關、電磁電機等外圍裝臵上。 用微機實現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。PL

9、C采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如，目前打多數(shù)PLC均采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又顧及了大多數(shù)電氣技術人員的讀圖習慣及應用微機的水平很容易被電氣技術人員所接受，易于編程，程序改變時也容易修改，很靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與目前微機控制常用的匯編語言相比，雖然在PLC內部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)的機電控制設備來說，這是微不足道的。 PLC的接線只需將輸入信號的設備（按鈕、開關等）與PLC輸入端子連接，將接受輸出信號執(zhí)行控制任務的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與PLC輸出端子連接。接線簡單、工作

10、最少，省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡”，這樣生產(chǎn)線的自動化過程就能隨意改變。這種性能使PLC具有很高的經(jīng)濟效益。用于連接現(xiàn)場設備的硬件接口實際上是PLC的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設計就使現(xiàn)場電氣人員與技術人員易于是用。 PLC安裝簡單而且功能有效，其相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方，在從繼電器系統(tǒng)改換到PLC系統(tǒng)的情況下，PLC小的模塊結構使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端，其實改換很方便，只要將輸入/輸出設備連向接線端即可。在大型安裝

11、中，長距離輸入/輸出站點安放在最優(yōu)地點。長距離站通過同軸電纜獲雙扭線連向CPU,這種配臵大大減少了物料和勞力，長距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達安裝場地前由PLC制造商預先連好線，這一方法大大減少了電氣技術人員的現(xiàn)場安裝時間。從一開始，PLC便以易維護作為設計目標。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護時只需更換模塊級插入式部件，故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于編程設備可見輸入/輸出是ON還是OFF，還可寫編程指令來報告故障。PLC的這些及其他特性使之成為任何一個控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后，其作用立即顯現(xiàn)，其收益也馬上實現(xiàn)，向其他智能設備一樣,PL

12、C的潛在優(yōu)點還取決于應用時的創(chuàng)造性。1.2、 PLC的工作原理PLC具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。一個掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個階段。所謂I/O刷新即對PLC的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入PLC中存入內部寄存器，同時將新的運算結果送到輸出端。這實際是將存入輸入、輸出狀態(tài)的寄存器內容進行了一次更新，故稱為“I（輸入）/O(輸出) 刷新”

13、。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出端也會相應的發(fā)生變化，或者說輸出隊輸入產(chǎn)生了響應。反之，若在本次I/O刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應，而要到下一次掃描期間輸出才會產(chǎn)生響應。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個因數(shù)：一是CPU執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長短。對于慢速控制系統(tǒng)，響應速度常常不是主要的，故這種方式不但沒有壞處反而可以增強系統(tǒng)抗干擾能力。因為干擾常是脈沖式的、短時的，而由于系統(tǒng)響應較慢，常常要幾個掃描周期

14、才響應一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動作將會大大減少，故增加了抗干擾能力。但對控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，這一問題就需慎重考慮。應對響應時間作出精確的計算，精心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少周期造成的響應延時等的不良影響。1.3、 PLC的編程語言PLC提供了較完整的編程語言，以適應PLC在工業(yè)環(huán)境中的應用。利用編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當于設計和改變繼電器的硬接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編程器送到PLC內部的存儲器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。PLC提供的編程語言通常由三種：梯形圖、功能圖、及布爾邏輯編程。梯形圖

15、(Ladder Programming)是應用最廣的，梯形圖編程有時稱為繼電器梯形圖邏輯圖編程。它使用的最廣是因為它和以往的繼電器控制線路很接近。梯形圖是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎上演變而來的，它與電氣操作原理相呼應。它的最大優(yōu)點是形象、直觀和實用，為廣大電氣技術人員所熟知。PLC的梯形圖與電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的時內部繼電器、定時器/計數(shù)器，都是由軟件實現(xiàn)的，其主要特點為使用方便、修改靈活。功能圖編程（Function Chart Programming）是一種較新的編程方法。它的作用使用功能圖來表

16、達一個順序控制過程。 布爾邏輯編程(Boolean Logic Programming)包括“與”（AND）、或(OR)、非(NOT)以及定時器、計數(shù)器、觸發(fā)器等。 每一種編程方法都有它的優(yōu)點和缺點，根據(jù)每一種特殊的控制要求，根據(jù)編程者的熟練程度正確合理應用編程方法。二、可編程控制器控制系統(tǒng)設計方法2.1 PLC的編程方法圖解法編程 圖解法是靠畫圖進行PLC程序設計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。(1) 梯形圖法： (2) 邏輯流程圖法：(2) 時序流程圖法： (4) 步進順控法：2.2 病床呼叫器控制系統(tǒng)設計流程圖在系統(tǒng)設計之前,我們對系統(tǒng)的控制流程與設計的步

17、驟做一個思想的統(tǒng)籌,以下是我們的設計一個病床呼叫器控制系統(tǒng)的流程圖。病床呼叫器控制流程圖三、設計思路及方案選擇由設計的任務書可知： 1 住院病房有四個房間，每個房間有2張床，病床編號由房間號和床號組成分別為011、012、021、022、031、032、041、042，每張病床配有一個呼叫按鈕，與病床編號相同，在護士站安裝有蜂鳴器和呼叫指示燈，每個呼叫按鈕對應一個呼叫指示燈。 2 當某個病床發(fā)出救助信號（按下呼救按鈕）后，護士站的蜂鳴器發(fā)出短促音，與呼叫信號對應的指示燈閃爍（閃爍頻率自定）。3 當醫(yī)護人員聽到呼叫后，可按下呼叫響應按鈕SB0，蜂鳴器停止工作，呼叫指示燈在10s后停止顯示。 4

18、如果同時或者在一段時間內有多個呼叫信號嗎，護士站的蜂鳴器仍發(fā)出短促音，與這些呼叫信號對應的那些指示燈均閃爍，醫(yī)護人員按下呼叫響應按鈕后，蜂鳴器停止工作，呼叫指示燈在10s后停止顯示 4 盡可能的少占用PLC的外部資源。 當某個病床發(fā)出救助信號（按下呼救按鈕）有一個輸入時，則立刻在護士站里就有一個輸出（蜂鳴器響，指示燈閃爍），直到護士按下對應的按鈕的時候，蜂鳴器不響，指示燈在10s后停止閃爍。每一個都相互獨立。四、呼叫控制系統(tǒng)的I/O通道分配類別元件端子號作用輸入SB00000一號病房一號床的臵位按鈕SB10001一號病房一號床的復位按鈕SB20002一號病房二號床的臵位按鈕SB30003一號病

19、房二號床的復位按鈕SB40004醫(yī)護室一號病房一號床的復位按鈕SB50005醫(yī)護室一號病房二號床的復位按鈕SB60006二號病房一號床的臵位按鈕SB70007二號病房一號床的復位按鈕SB80008二號病房二號床的臵位按鈕SB90009二號病房二號床的復位按鈕SB100010醫(yī)護室二號病房一號床的復位按鈕SB110011醫(yī)護室二號病房二號床的復位按鈕SB120012三號病房一號床的臵位按鈕SB130013三號病房一號床的復位按鈕SB140014三號病房二號床的臵位按鈕SB150015三號病房二號床的復位按鈕SB160016醫(yī)護室三號病房一號床的復位按鈕SB170017醫(yī)護室三號病房二號床的復位按

20、鈕SB180018四號病房一號床的臵位按鈕SB190019四號病房一號床的復位按鈕SB200020四號病房二號床的臵位按鈕SB210021四號病房二號床的復位按鈕SB220022醫(yī)護室四號病房一號床的臵位按鈕SB230023醫(yī)護室四號病房一號床的復位按鈕輸出HL01000一號病房一號床的指示燈HL11001一號病房二號床的指示燈HL21002一號病房的指示燈HL31003醫(yī)護室一號病房一號床的指示燈HL41004醫(yī)護室一號病房二號床的指示燈HL51005二號病房一號床的指示燈HL61006二號病房二號床的指示燈HL71007二號病房的指示燈HL81008醫(yī)護室二號病房一號床的指示燈HL91009醫(yī)護室二號病房二號床的指示燈HL101010三號病房一號床的指示燈HL111011三號病房二號床的指示燈HL121012三號病房的指示燈HL131013醫(yī)護室三號病房一號床的指示燈HL141014醫(yī)護室三號病房二號床的指示燈HL151019四號病房一號床的指示燈HL161016四號病房二號床的指示燈HL171017四號病房的指示燈HL181018醫(yī)護室四號病房一號床的指示燈HL201020醫(yī)護室四號病房二號床的指示燈HL191015蜂鳴器五、PLC控制系統(tǒng)硬件設計六、病床呼叫控制器梯形圖七、指令語句八、工作過程當一號病房一號床位需要幫助