【正文】 一種新型的通用的自動(dòng)控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體,是功能加強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用可編程控制器構(gòu)成的病床呼叫智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更易于推廣。為了豐富病床呼叫系統(tǒng)的控制方式，在滿足病房與護(hù)士站實(shí)時(shí)通信同時(shí)，能夠方便地了解各病區(qū)的情況，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院對(duì)全院的病房科學(xué)化管理?；颊咴谧≡浩陂g，可能會(huì)在任意時(shí)間請(qǐng)求醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)理。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IPLC 在病床呼叫系統(tǒng)中的應(yīng)用摘 要信息時(shí)代的醫(yī)院管理已經(jīng)從傳統(tǒng)的人管理模式，向智能化、電子化、網(wǎng)絡(luò)化的高科技管理模式的方向迅猛發(fā)展。 “PLC 病床緊急呼叫系統(tǒng)”可以實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院病房的智能化管理，可實(shí)現(xiàn)呼叫、求救報(bào)警、信息儲(chǔ)存、顯示等等功能。臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段，病床呼叫系統(tǒng)是患者向值班醫(yī)生或護(hù)士發(fā)出緊急呼叫的工具，要將患者的請(qǐng)求快速傳送給值班醫(yī)生或護(hù)士，并在護(hù)士站的監(jiān)控中心留下準(zhǔn)確完整的記錄，提高醫(yī)院和病室護(hù)理。采用可編程控制器替代單片機(jī)作為核心控制件，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)新型智能病床呼叫系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)，在每個(gè)病房設(shè)置一個(gè)從機(jī)，進(jìn)行本病房呼叫信號(hào)采集、報(bào)警、顯示控制等功能，在護(hù)士室和醫(yī)生辦公室設(shè)置主機(jī)。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC 的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓寬到了各個(gè)領(lǐng)域，在日常生活中，病床緊急呼叫系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于各個(gè)醫(yī)院。基于此采用了 PLC 來實(shí)現(xiàn)病床緊急呼叫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段, 病床呼叫系統(tǒng)是患者向值班醫(yī)生或護(hù)士發(fā)出緊急呼叫的工具, 要將患者的請(qǐng)求快速傳送給值班醫(yī)生或護(hù)士, 并在護(hù)士站的監(jiān)控中心留下準(zhǔn)確完整的記錄, 是提高醫(yī)院和病室護(hù)理水平的必備設(shè)備之一。 目前, 醫(yī)院病床呼叫裝置大多由單片機(jī)及低壓電力線等傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成。該系統(tǒng)利用 PLC 特殊的 I/O 接口, 使系統(tǒng)構(gòu)成更加簡(jiǎn)單, 充分展示了它的特色和應(yīng)用前景。該系統(tǒng)還可以通過計(jì)算機(jī)將全院各病區(qū)呼叫子系統(tǒng)連接一起, 構(gòu)成病房監(jiān)護(hù)管理中心, 使病區(qū)管理更趨規(guī)范和合理?？删幊炭刂破?Programmable Logical Controller)簡(jiǎn)稱 PC 或 PLC，是 60 年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國(guó)數(shù)字公司(DEC )為美國(guó)通用公司(GM)研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生?，F(xiàn)代 PLC 已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。這時(shí)的 PLC 多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。其中 PLC 特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開始采用微處理器作為 PLC 的中央處理單元（CPU）。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 PLC 得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。 PLC 的應(yīng)用 自 1969 年第一臺(tái)可控編程控制器問世以來，目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制器。PLC 具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。一般對(duì)環(huán)境溫度要求不高，在環(huán)境溫度20—65 度、相對(duì)濕度為 35%85%情況下仍可正常工作。PLC 可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC 也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內(nèi)容。 1．自診斷測(cè)試掃描過程為保證設(shè)備的可靠性，及時(shí)反應(yīng)所出現(xiàn)的故障，PLC 都具有自監(jiān)視功能。WDT 是一個(gè)硬件定時(shí)器，每一個(gè)掃描周期開始前都被復(fù)位。其它的執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤可由程序設(shè)計(jì)者通過標(biāo)志位進(jìn)行處理。 3．用戶程序掃描過程機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一掃描周期內(nèi)部包換掃描過程。用戶程序的長(zhǎng)短，會(huì)影響過程所用的時(shí)間。其完成控制的實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行 I／O 變換，并將這個(gè)變換物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。CPU 可以讀其值，但不可以寫或進(jìn)行修改。在程序執(zhí)行過程洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8中,CPU 可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。 3．存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，I/O 寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。 5．其它接口單元其它接口單元用于提供 PLC 與其它設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l件。2．硬件的研究。3．軟件的研究。 課題研究的目標(biāo)1．希望通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，能夠讓自己對(duì) PLC 有更深刻的更系統(tǒng)的了解。3．鍛煉動(dòng)手和動(dòng)腦的能力，讓自己的思維更加的慎密。 方案的介紹就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制、可編程序控制器控制。其低功耗、低電壓和很強(qiáng)的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）102．可編程序控制器控制可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不要自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬件配置和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的改變?，F(xiàn)狀 PLC 已經(jīng)發(fā)展成不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種功能，是名副其實(shí)的多功能控制器。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案病床呼叫系統(tǒng)由從機(jī)、主機(jī)等兩部分組成。呼叫源每張病床配備一個(gè), 呼叫源一般安放在病床床頭。主機(jī)中 PLC 工作方式為循環(huán)掃描方式, 在系統(tǒng)程序控制下, PLC 順序讀入輸入端口各呼叫源的狀態(tài), 并且不斷地循環(huán)掃描。此外, 還將顯示某個(gè)時(shí)間段內(nèi)患者呼叫次數(shù)。系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)形式后, 主機(jī)中的 PLC 還可以通過網(wǎng)線與計(jì)算機(jī)相接, 將多個(gè)護(hù)士站聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成病房監(jiān)護(hù)管理中心。其呼叫示意圖如圖 22 所示： 圖 22 呼 叫 示 意 圖護(hù) 士 站 振 鈴護(hù) 士 站 報(bào) 警 指 示呼 叫 次 數(shù) 累 計(jì) 顯 示護(hù) 士 站 病 床 號(hào) 顯 示復(fù) 位 按 鈕醫(yī) 護(hù) 人 員 響應(yīng) 按 鈕主 機(jī)PLC從 機(jī)呼 叫 源洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13 PLC 的選型在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O 點(diǎn)數(shù)為輸入 43 個(gè)，64 個(gè)。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16 位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。3．控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。（1）控制功能PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。在線編程方式：CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD ）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。（3）診斷功能PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。通過軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì) 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。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(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長(zhǎng)分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。整體型 PLC 的 I/O 點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)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。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU 選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。本課題所設(shè)計(jì)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。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(gè)寄存器盒可擴(kuò)充到 16K 步 RAM 或 EEPROM。 PLC 的硬件原理圖根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)要求，畫出 PLC 硬件原理圖。為方便患者使用, 呼叫按鈕采用手持式雙按鈕結(jié)構(gòu)。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(dòng)。執(zhí)行醫(yī)護(hù)人員首先按動(dòng)響應(yīng)按鈕切斷振鈴, 將閃爍病房報(bào)警指示燈變?yōu)槌Ａ?。醫(yī)護(hù)人員處理完畢, 通過復(fù)位按鈕清除所有信號(hào)。此時(shí)護(hù)士站相應(yīng)的病房報(bào)警指示燈開始閃爍、振鈴啟動(dòng), 同時(shí)顯示出新的病床號(hào)。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(chǎng)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(gè)時(shí)間段內(nèi)對(duì)患者呼叫次數(shù)統(tǒng)計(jì)。在鎖定時(shí)間內(nèi)將隨時(shí)顯示該病區(qū)的呼叫次數(shù)。每一病區(qū)構(gòu)成一個(gè)呼叫子系統(tǒng), 全院各病區(qū)呼叫子系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)可組成網(wǎng)絡(luò), 通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)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。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。本設(shè)計(jì)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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）191．無線式呼叫系統(tǒng)需要“發(fā)射” 和“接收”兩個(gè)系統(tǒng), 存在傳輸距離、可靠性、設(shè)備體積與價(jià)格、占用無線頻道資源以及發(fā)射的電磁波可能會(huì)影響醫(yī)療設(shè)備的正常使用等問題。在軟件設(shè)計(jì)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(shí)刻只要有呼叫源發(fā)出請(qǐng)求系統(tǒng)立刻響應(yīng)。近年來, PLC 的功能不斷趨向于計(jì)算機(jī)化, 價(jià)格不斷下降 , 體積不斷縮小。與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信十分方便。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。本設(shè)計(jì)的 I/O 地址分配, 輸入如表 31 所示： 表 31 輸入分配程序啟動(dòng)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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(bào)燈 HL1 Y1護(hù)士站病床 2 警報(bào)燈 HL2 Y2護(hù)士站病床 3 警報(bào)燈 HL3 Y3護(hù)士站病床 4 警報(bào)燈 HL4 Y4蜂鳴警報(bào)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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22 系統(tǒng)梯形圖采用三菱 FX2N 取反指令設(shè)計(jì)的按鈕控制梯形圖如圖 33 所示： Y13Y147