【文章內(nèi)容簡介】 的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。4．機(jī)型的選擇（1）PLC 的類型PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型 PLC 的 I/O 點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（2）經(jīng)濟(jì)性的考慮洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）15選擇 PLC 時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本課題所設(shè)計的病床呼叫系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮因此選擇整體型 PLC。綜合以上因素，本課題的設(shè)計采用日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N128MR 小型PLC 來實現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制，如圖 23 所示：圖 23 FX2N可編程控制器（PLC） 三菱 FX2N128MR 具有如下優(yōu)點：最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。三菱 FX2N128MR 具有突出的寄存器容量：三菱 FX2N128MR 包括 8K 步內(nèi)置 RAM 寄存器，用一個寄存器盒可擴(kuò)充到 16K 步 RAM 或 EEPROM。 豐富的元件資源：3072 點輔助繼電器、256 點計時器、235 點計數(shù)器和 8000 點數(shù)據(jù)寄存器、實時時鐘、使用標(biāo)準(zhǔn)型號實時時鐘滿足時間靈敏度應(yīng)用要求。 PLC 的硬件原理圖根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案和設(shè)計要求，畫出 PLC 硬件原理圖。如圖 24 所示：洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）16圖 24 硬件原理圖24VCOMgfedcbagedcbaHHL4HL3HL2HL1SB8SB7SB6SB0SB5SB4SB3SB2SB1 PLC20V 程 序 啟 動 按 鈕病 床 1呼 叫 按 鈕病 床 2呼 叫 按 鈕病 床 3呼 叫 按 鈕病 床 4呼 叫 按 鈕消 除 電 鈴 按 鈕誤 操 作 取 消 按 鈕復(fù) 位 按 鈕停 止 按 鈕FU FX2n18MR病 床 警 報 燈病 床 警 報 燈病 床 警 報 燈病 床 警 報 燈蜂 鳴 警 報 器Ｌ Ｅ Ｄ 顯 示 器20VCOM24V洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）17第 3 章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 系統(tǒng)軟件流程圖 系統(tǒng)軟件流程圖如圖 31 所示：圖 31 系統(tǒng)流程圖開 始設(shè) 定 統(tǒng) 計 時 間 清 除 呼 叫 累 計 次 數(shù)第 一 次 按 下 呼 叫 按 鈕6s是 否 過 了 ？護(hù) 士 站 顯 示 呼 叫 病 床 號振 鈴 啟 動醫(yī) 護(hù) 人 員 響 應(yīng)消 除 振 鈴是 否 處 理 結(jié) 束 ？結(jié) 束 啟 動 復(fù) 位 按 鈕誤 操 作 是 否 取 消 操 作 ？按 下 停 止 按 鈕 停 止 呼 叫否 是 否洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）18 1．目前病房中使用的呼叫按鈕大多為雙按鈕, 一個呼叫, 另一個關(guān)斷。為方便患者使用, 呼叫按鈕采用手持式雙按鈕結(jié)構(gòu)。當(dāng)患者作者第 1 次按下呼叫按鈕時, 病床指示燈、手柄按鈕指示燈點亮, 提示患者已發(fā)出呼叫請求。但監(jiān)控系統(tǒng)并不立即響應(yīng), 延遲 6 s 后監(jiān)控系統(tǒng)才自行啟動。如果是患者誤操作, 在 6 s 時間內(nèi)第 2 次按下停止按鈕可解除呼叫,同時關(guān)斷病床指示燈、手柄按鈕指示燈； 2．在患者呼叫時監(jiān)控系統(tǒng)啟動, 護(hù)士站病房報警指示燈開始閃爍, 振鈴啟動, 同時護(hù)士站顯示器顯示呼叫病床號, 指示醫(yī)護(hù)人員立即響應(yīng)。執(zhí)行醫(yī)護(hù)人員首先按動響應(yīng)按鈕切斷振鈴, 將閃爍病房報警指示燈變?yōu)槌Ａ痢３Ａ恋牟》刻栔甘緹粲脕肀砻麽t(yī)護(hù)人員已經(jīng)響應(yīng)患者的呼叫, 或正在現(xiàn)場處理中。醫(yī)護(hù)人員處理完畢, 通過復(fù)位按鈕清除所有信號。被清除信號包括病床指示燈、護(hù)士站病房報警指示燈；3．為增加實時處理能力, 當(dāng)醫(yī)護(hù)人員在響應(yīng)某一呼叫時, 也允許其他患者呼叫。此時護(hù)士站相應(yīng)的病房報警指示燈開始閃爍、振鈴啟動, 同時顯示出新的病床號。而前一次呼叫的病房報警指示燈仍然常亮。閃爍和常亮指示燈的區(qū)別為: 閃爍燈告知相應(yīng)的病房有患者呼叫, 常亮燈記錄了另一病房有醫(yī)護(hù)人員正在現(xiàn)場處理中； 4．為提高醫(yī)院的科學(xué)化管理, 掌握所轄病區(qū)患者護(hù)理情況, 也便于了解當(dāng)班醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度, 本系統(tǒng)增加了在某個時間段內(nèi)對患者呼叫次數(shù)統(tǒng)計。可以根據(jù)院方要求, 任意設(shè)定統(tǒng)計時間, 如 1 h 或 24 h 等。在鎖定時間內(nèi)將隨時顯示該病區(qū)的呼叫次數(shù)。呼叫次數(shù)加“1” 信號取自醫(yī)護(hù)人員處理完呼叫后的復(fù)位按鈕 , 以保證記錄的準(zhǔn)確性。每一病區(qū)構(gòu)成一個呼叫子系統(tǒng), 全院各病區(qū)呼叫子系統(tǒng)與計算機(jī)可組成網(wǎng)絡(luò), 通過軟件設(shè)計實現(xiàn)呼叫系統(tǒng)的病床信息管理, 形成病房監(jiān)護(hù)管理中心。由醫(yī)院管理部門及時了解和掌握各病區(qū)的工作情況, 調(diào)配醫(yī)護(hù)人員。目前, 醫(yī)院病房中使用的呼叫裝置有無線式和有線式兩種形式。其中,有線式一般是采用單片機(jī)作為核心控制部件。本設(shè)計提出的呼叫系統(tǒng)也屬于有線式, 但是核心部件為 PLC, 該系統(tǒng)主要解決了目前呼叫系統(tǒng)中存在的以下問題：洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）191．無線式呼叫系統(tǒng)需要“發(fā)射” 和“接收”兩個系統(tǒng), 存在傳輸距離、可靠性、設(shè)備體積與價格、占用無線頻道資源以及發(fā)射的電磁波可能會影響醫(yī)療設(shè)備的正常使用等問題。因此, 目前醫(yī)院中很少采用；2．單片機(jī)構(gòu)成的呼叫系統(tǒng)如果采用低壓電力線作為傳輸媒質(zhì),必須解決信息衰減、電平轉(zhuǎn)換、信息耦合、濾波等問題, 使得外圍接口電路非常復(fù)雜。在軟件設(shè)計上還要確定單片機(jī)與外設(shè)之間的通信方式, 以保證在任意時刻只要有呼叫源發(fā)出請求系統(tǒng)立刻響應(yīng)。軟件設(shè)計和硬件設(shè)計的繁瑣, 給開發(fā)和維護(hù)帶來了極大不便。近年來, PLC 的功能不斷趨向于計算機(jī)化, 價格不斷下降 , 體積不斷縮小。特殊的 I/O 接口可以使呼叫按鈕直接與 PLC 輸入相接, 輸出可以直接帶報警器、顯示裝置等。與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信十分方便。獨具特色的編程方式, 非常易于普及。PLC 的應(yīng)用已不再局限于工業(yè)控制領(lǐng)域, 在其他控制領(lǐng)域也獲得廣泛應(yīng)用。 系統(tǒng) I/O 分配智能病床呼叫系統(tǒng)采用三菱 FX2N 可編程控制器實現(xiàn), 該機(jī)型可靠性高, 維修方便, 價格低廉, 指令集功能強(qiáng)大, 擴(kuò)展容易, I/O 模塊可根據(jù)需要配置。本設(shè)計的 I/O 地址分配, 輸入如表 31 所示： 表 31 輸入分配程序啟動按鈕 SB0 X0病床 1 呼叫按鈕 SB1 X1病床 2 呼叫按鈕 SB2 X2病床 3 呼叫按鈕 SB3 X3病床 4 呼叫按鈕 SB4 X4消除電鈴按鈕 SB5 X5洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）20誤操作取消按鈕 SB6 X6復(fù)位按鈕 SB7 X7停止按鈕 SB8 X8輸出如表 32 所示： 表 32 輸出分配護(hù)士站病床 1 警報燈 HL1 Y1護(hù)士站病床 2 警報燈 HL2 Y2護(hù)士站病床 3 警報燈 HL3 Y3護(hù)士站病床 4 警報燈 HL4 Y4蜂鳴警報器 H Y5LED 顯示器數(shù)字顯示 a Y6LED 顯示器數(shù)字顯示 b Y7LED 顯示器數(shù)字顯示 c Y13LED 顯示器數(shù)字顯示 d Y14LED 顯示器數(shù)字顯示 e Y10LED 顯示器數(shù)字顯示 f Y11LED 顯示器數(shù)字顯示 g Y12 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）21 系統(tǒng)外部接線圖根據(jù) I/O 分配畫出外部接線圖,如圖 32 示： 圖 32 外部接線圖PLCSB1SB2SB3SB4SB5SB0SB6SB7SB8 HL1HL2HL3HL4HabcdefgabcdegX0X1X2X3X4X5X6X7X8COMCOMY1Y2Y3Y4Y5Y67Y101224V 24VY134洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）22 系統(tǒng)梯形圖采用三菱 FX2N 取反指令設(shè)計的按鈕控制梯形圖如圖 33 所示： Y13Y147T2Y2C0Y127Y6T2M2 M2X6X2 Y1K10K0CK60K60T1T1M1M1X6X1 C3C2C1C0RSTRSTRSTRSTX7T0 K360T0M0X8X8X8X0洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）23圖 33梯形圖Y13Y143END Y5X5T4T3T2T1M0C32C1C0 Y4C7Y121T4 T4M4 M4X4 Y3C2Y127Y6T3 T3M3 M3X3X6X6K10K10K60K60X8X8洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）24 第 4 章 系統(tǒng)常見故障分析及維護(hù)為了延長PLC 控制系統(tǒng)的壽命，在系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)使用中要對該系統(tǒng)的設(shè)備消耗、元器件設(shè)備故障發(fā)生點有較明白的估計，也就是說，要知道整個系統(tǒng)哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能對PLC過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計和維護(hù)有所幫助。 系統(tǒng)故障的概念系統(tǒng)故障一般指整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)失效的總和，它又可分為PLC故障和現(xiàn)場生產(chǎn)控制設(shè)備故障兩部分。PLC系統(tǒng)包括中央處理器、主機(jī)箱、擴(kuò)展機(jī)箱、I/O模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備?，F(xiàn)場生產(chǎn)控制設(shè)備包括I/O端口和現(xiàn)場控制檢測設(shè)備，如繼電器、接觸器、閥門、電動機(jī)等。 系統(tǒng)故障分析及處理 PLC主機(jī)系統(tǒng)PLC主機(jī)系統(tǒng)最容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng)、電源在連續(xù)工作、散熱中、電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。系統(tǒng)總線的損壞主要由于現(xiàn)在PLC多為插件結(jié)構(gòu)，長期使用插拔模塊會造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞，在空氣溫度變化、濕度變化的影響下，總線的塑料老化、印刷線路老化、接觸點的氧化等都是系統(tǒng)總線損耗的原因。所以在系統(tǒng)設(shè)計和處理系統(tǒng)故障的時候要考慮到空氣、塵埃、紫外線等因素對設(shè)備的破壞。目前PLC的主存儲器大多采用可擦寫ROM，其使用壽命除了主要與制作工藝相關(guān)外，還和底板的供電、CPU 模塊工藝水平有關(guān)。而PLC 的中央處理器目前都采用高性能的處理芯片、故障率已經(jīng)大大下降。對于PLC主機(jī)系統(tǒng)的故障的預(yù)防及處理主要是提高集中控制室的管理水平，同時在系統(tǒng)維護(hù)時，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，謹(jǐn)防人為的對主機(jī)系統(tǒng)造成損害。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）25 PLC的I/O端口PLC最大的薄弱環(huán)節(jié)在 I/O端口。PLC的技術(shù)優(yōu)勢在于其I/O端口，在主機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)水平相差無幾的情況下，I/O模塊是體現(xiàn)PLC性能的關(guān)鍵部件，因此它也是PLC損壞中的突出環(huán)節(jié)。要減少I/O模塊的故障就要減少外部各種干擾對其影響，首先應(yīng)按照其使用的要求進(jìn)行使用，不可隨意減少其外部保護(hù)設(shè)備，其次分析主要的干擾因素，對主要干擾源要進(jìn)行隔離或處理。 現(xiàn)場控制設(shè)備在整個過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地點在現(xiàn)場，現(xiàn)場中最容易出故障的有以下幾個方面： 1．第1類故障點是在繼電器。接觸器、PLC控制系統(tǒng)的日常維護(hù)中，電器備件消耗量最大的為各類繼電器和空氣開關(guān)，主要原因除產(chǎn)品本身外，就是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，接觸器觸點容易打火或氧化，然后發(fā)熱變形直至不能使用。所以減少此類故障應(yīng)盡量選用高性能繼電器，改善元器件使用環(huán)境，減少更換的頻率，以減少其對系統(tǒng)運行的影響。 2．第2類故障多發(fā)點在閥門等設(shè)備上。因為這類設(shè)備的關(guān)鍵執(zhí)行部件，利用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)推拉閥門或閘板的位置轉(zhuǎn)換，機(jī)械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產(chǎn)生誤差或故障。長期使用缺乏維護(hù)，機(jī)械、電氣失靈是故障產(chǎn)生的主要原因，因此在系統(tǒng)運行時要加強(qiáng)對此類設(shè)備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。 3．第3類故障點是傳感器和儀表。這類故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號的不正常。這類設(shè)備安裝時信號線的屏蔽層應(yīng)單端可靠接地，并盡量和動力電纜分開敷設(shè)，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PLC內(nèi)部進(jìn)行軟件濾波。這類故障的發(fā)生及處理也和日常巡檢有關(guān)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。 系統(tǒng)抗干擾性的分析及維護(hù)由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計的裝置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工業(yè)環(huán)境中。單如果工業(yè)環(huán)境過于惡劣，如干擾特別強(qiáng)烈，可能使PLC引起錯誤的輸入信號；運算出錯誤的結(jié)果；產(chǎn)生出錯誤的輸出信號；造成錯誤的動作，就不能保證控制系統(tǒng)正常、安全運行。因此為提高控制系統(tǒng)的可靠洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）26性，在設(shè)計時采取相應(yīng)有效的抗干擾措施是非常有必要的。外界干擾的主要來源有：1．電源的干擾供電電源的波動以及電源電壓中高次諧波產(chǎn)生的干擾。