病床呼叫器地PLC控制系统.docx

可编程控制器应用技术课程设计设计题目：病床呼叫器的PLC控制院:业:名:号:指导老师:摘要PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大要型等各种规格的系列产品，应用于继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上屋电气生产的CF系列、机床电器厂生产的DKK及D系列、组合机床研究所生产的S系列、电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，华光公司、乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。随着社会的不断发展，医学的发展，而病床呼叫器也成为了医院的必须设备。由以前手动摇铃发展到今天的按钮操纵，为医院的管理做出了不可磨灭的贡献。关键词PLC病床呼叫器目录一、可编程控制器的由来与发展4二、可编程控制器控制系统设计方法10三、设计思路及方案选择12四、呼叫控制系统的I/O通道分配13五、PLC控制系统硬件设计15六、病床呼叫控制器梯形图16七、指令语句17八、工作过程21九、设计总结21一、可编程控制器的由来与发展第一台可编程控制器的设计规是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装貉以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLa型号为PDPT4,投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装,占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准一梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。在短时间，PLC在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备,迈出了其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的PLC,我国在1974年也开始研制。70年代由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上，PLC可以代替某些模拟控制装珞和小型机DDC系统。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。随着PLC的应用，经过了近40年的发展，它对提高设备的运转率起到了重要的作用。它在工业领域的应用非常广泛，既有单片机作为继电器逻辑电路的替代品，又有作为控制设备的核心部件。随着自动化程序的提高，它既可以作为现场控制的部件，又可以作为现场更高一级管理的控制部件。随着网络技术的发展，作为成熟技术，可编程序控制器已被广泛应用到机械，冶金，化工，石化，水泥，食品饮料，制药等各个领域，极提高了劳动生产率和自动化程度。随着时间的推移，PLC已经不再局限于最初设计的逻辑和顺序控制领域，越来越多的PLC产品向着满足更多更复杂的控制需求迈进。随着现场总线和工业以太网技术出现和推广，更加有力地促进了PLC产品在工业领域的广泛应用。1.1、PLC控制器的特点PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能将于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装谿上。用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU,这种配辂大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF,还可写编程指令来报告故障。PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。1.2、PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器容进行了一次更新，故称为“I（输入）/0（输出）刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后,输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少,即程序的长短。对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的,故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。1.3、PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。梯形图(LadderProgramming)是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC的梯形图使用的时部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。功能图编程(FImCtiOnChartProgramming)是一种较新的编程方法。它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。布尔逻辑编程(BOoleanLogicPrOgramming)包括“与"(AND)、或(OR)、非(NOT)以及定时器、计数器、触发器等。每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。二、可编程控制器控制系统设计方法2.1PLC的编程方法图解法编程图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。(1)梯形图法：(2)逻辑流程图法：(2)时序流程图法：(4)步进顺控法:2.2病床呼叫器控制系统设计流程图在系统设计之前，我们对系统的控制流程与设计的步骤做一个思想的统筹，以下是我们的设计一个病床呼叫器控制系统的流程图。开始分析控制要求确定用户I/O设备PLC硬件系统配置配分配I/O点程序输入PLC软件测试整体测试交付使用病床呼叫器控制流程图三、设计思路及方案选择由设计的任务书可知:1住院病房有四个房间，每个房间有2床，病床编号由房间号和床号组成分别为011、012、021、022、031、032、041、042,每病床配有一个呼叫按钮，与病床编号相同，在护士站安装有蜂鸣器和呼叫指示灯，每个呼叫按钮对应一个呼叫指示灯。2当某个病床发出救助信号（按下呼救按钮）后，护士站的蜂鸣器发出短促音，与呼叫信号对应的指示灯闪烁（闪烁频率自定）。3当医护人员听到呼叫后，可按下呼叫响应按钮SBO,蜂鸣器停止工作，呼叫指示灯在IOS后停止显示。4如果同时或者在一段时间有多个呼叫信号吗，护士站的蜂鸣器仍发出短促音，与这些呼叫信号对应的那些指示灯均闪烁，医护人员按下呼叫响应按钮后，蜂鸣器停止工作，呼叫指示灯在IoS后停止显示4尽可能的少占用PLC的外部资源。当某个病床发出救助信号（按下呼救按钮）有一个输入时，则立刻在护士站里就有一个输出（蜂鸣器响，指示灯闪烁），直到护士按下对应的按钮的时候，蜂鸣器不响，指示灯在IOS后停止闪烁。每一个都相互独立。四、呼叫控制系统的I/O通道分配类别元件端子号作用输入SBO0000一号病房一号床的貉位按钮SBlOOOl一号病房一号床的复位按钮SB20002一号病房二号床的路位按钮SB30003一号病房二号床的复位按钮SB40004医护室一号病房一号床的复位按钮SB50005医护室一号病房二号床的复位按钮SB60006二号病房一号床的路位按钮SB70007二号病房一号床的复位按钮SB80008二号病房二号床的络位按钮SB90009二号病房二号床的复位按钮SBlOOOlO医护室二号病房一号床的复位按钮SBllOOll医护室二号病房二号床的复位按钮SB120012三号病房一号床的路位按钮SB130013三号病房一号床的复位按钮SB140014三号病房二号床的珞位按钮SB150015三号病房二号床的复位按钮SB160016医护室三号病房一号床的复位按钮SB170017医护室三号病房二号床的复位按钮SB180018四号病房一号床的珞位按钮SB190019四号病房一号床的复位按钮SB200020四号病房二号床的路位按钮SB210021四号病房二号床的复位按钮SB220022医护室四号病房一号床的路位按钮SB230023医护室四号病房一号床的复位按钮输出HLO100O一号病房一号床的指示灯HLl100l一号病房二号床的指示灯HL21002一号病房的指示灯HL31003医护室一号病房一号床的指示灯HL41004医护室一号病房二号床的指示灯HL51005二号病房一号床的指示灯HL61006二号病房二号床的指示灯HL71007二号病房的指示灯HL81008医护室二号病房一号床的指示灯HL91009医护室二号病房二号床的指示灯HLlOIOlO三号病房一号床的指示灯HLllIOll三号病房二号床的指示灯HL121012三号病房的指示灯HL131013医护室三号病房一号床的指示灯HL141014医护室三号病房二号床的指示灯HL151019四号病房一号床的指示灯HL161016四号病房二号床的指示灯HL171017四号病房的指示灯HL181018医护室四号病房一号床的指示灯HL201020医护室四号病房二号床的指示灯HL191015蜂鸣器五、PLC控制系统硬件设计六、病床呼叫控制器梯形图?巴1019tt0019巴9四号笊房一号床rODO001C0020+1016Tl0021S囱号病房二号床10油一10191016七、指令语句TIMOO6TIM007HK-TM-0010022*0023TI愣5TlIoo7#TlMoo6-FTIM006医护室四号痞层一号床的指示灯1018O医护室四号病房一号床的指示灯1020O1一号病房呼叫信号LD00002OR1000,3ANDNoTOOOl4OUT10005TIM000护士按下按钮后延时IoS00106一号病房二号床呼叫信号LD00027OR1001SANDNoTOOo39OUT100110TIMOOl延时信号110010H医护室一号房指示信号灯LD100012OR100113LDNOTTIMOOO14ANDNoTTIMOOl15ORNOTTIM(X)716ANDLD17OUT100218LD100019ANDNoT000420LDNOTTINiO(X)21ORNOTTIM00722ANDLD23OUT100424二号病房一床呼叫信号LD000625OR100526ANDNOT000727OUT100528TlM002延时信号001029二号病房二床呼叫信号LDOOOS30OR100631ANDNOT000932OUT100633mi003«001034医护士二号房信号灯LD100535OR100636LDNOTTlMoO237ANDNOTTlMOo338ORNOTTlMoO739ANDLD40OUT100741LD100542ANDNOTOOlO43LDNOTTIM00244ORNOTTIMOo745ANDLD46OUT100847LD10064S.ANDNOTOOll49LDNOTTiMOO350ORNOTTIM00751ANDLD52OUT100953三号病房一床呼叫信号LD001254OR101055ANDNOT001356OUT101057TINI004三001058三号病房二床呼叫信号LD001459ORIOll60ANDNOT001561OUTIOll62TlM005延时信号三001063医护室三号病房信号灯LD101064ORIOll65LDNOTTlMoO466ANDNOTTIMOOS67ORNOTTlMOO768OUT101269LD101070ANDNOT001671LDNOTTIM00472ORNOTTlMOO773ANDLA74OUT101375LDIOll76ANDNOT001777LDNOTTIMOO57SORNOTTIM(X)779ANDLD80OUT10148四号病房一床呼叫信号LD001883OR001984ANDNOT001985OUT101986#00108四号病房二床呼叫信号LD002088OR101689ANDNOT002190OUT101691TIMOOl001092医护室四号房指示灯LD001893OR101694ANDNOTTIM00595ORTIM00796OUT101797LD101998ANDNOT002299ANDNOTTIM005100ORTIM007101OUT1018102LD1016103ANDNOT0023104ANDNOTTIM00610ORTIM007107OUT1020108蛭呜器指令LD1000109OR1001110OR1005IllOR1006112OR1010113ORIOll114ANDNOTTIMOO7115OUT1015116IIM006117#0010八、工作过程当一号病房一号床位需要帮助时，他可以按下按钮即OOO0,他所在床位的继电器线圈就会得电，它的常开触点就会闭合，即1000闭合，然后TlMOOo同时开始计时，同时一号病房的等就会发亮，即1002得电，同时蜂鸣器也会想起，即1015得电，同时医护室所对应的病床的等也在闪烁，即1003得电。当医护人员接到信号，他们可以按下复位按钮即0004,使信号停止呼叫。然后等就熄灭，蜂鸣器也停止报警。二号病房集散号病房工作原理同上。当同时有多个人在呼叫时，医护人员如果来不及按复位按钮，则等会延时10S,IOS后自动熄灭。九、设计总结本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对病床的呼叫控制。利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。利用可编程控制器控制，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当建筑物的层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层，病房相应的输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应楼层，房间，床位的功能，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。通过本设计，我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。再者，让我学会了如何更好的和老师、同学交流、探讨问题、共同学习、相互帮助。最后也是最重要的，这次课程设计让我学会了较基本的设计思路及设计理念，更好的培养了自己认真思考问题、分析问题、思索问题全面性等能力以及对待事情认真、耐心、细致的学习态度。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨的工作作风。参考文献可编程控制器应用技术PLC应用及实验教程可编程控制原理与程序设计