机电传动控制课程设计吴函讲义.docx
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机电传动控制课程设计吴函讲义.docx
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机电传动控制课程设计吴函讲义
湖北文理学院机械与汽车学院课程设计成绩评定表
课程名称
机电传动控制课程设计
专业
机械设计制造及其自动化
班级
机制1311班
学号
2015516004
姓名
吴函
项目
评分标准
评分等级
得分
折合分
平时成绩(占20%)
1、态度端正,设计认真,能积极动脑思考,学习纪律好。
优秀
2、态度较好,较认真,能积极动脑思考,学习纪律较好。
良好
3、态度一般,较认真,能动脑思考,学习纪律尚可。
中等
4、态度较差,不够认真,不善于动脑思考,纪律较差。
及格
5、态度差,不认真,不动脑思考,纪律差。
不及格
图纸质量成绩(占40%)
1、绘图规范,标注准确,结构合理,图纸质量高。
优秀
2、绘图较规范、准确,结构基本合理,图纸质量较好。
良好
3、绘图基本规范、准确,结构基本合理,图纸质量一般。
中等
4、绘图不够规范、准确,结构不太合理,图纸质量较差。
及格
5、绘图不规范、准确,结构不合理,图纸质量差。
不及格
设计报告成绩(占40%)
1、撰写规范,设计思路清晰,知识运用熟练,设计详尽细致,按要求完成设计。
优秀
2、撰写较规范,设计思路基本清晰,知识运用较熟练,设计基本详尽细致,能按要求完成设计。
良好
3、撰写基本规范,设计思路基本清晰,知识运用尚可,设计基本详尽细致,能按要求完成设计。
中等
4、撰写不够规范,设计思路不太清晰,知识运用一般,设计不够详尽细致,基本完成设计。
及格
5、撰写不规范,设计思路不够清晰,知识运用不熟练,设计不够详尽细致,没有按要求完成设计。
不及格
总评成绩
指导教师:
年月日
注:
1、该成绩评定表每位学生一份,并装订在设计说明书的最后;
2、指导教师按课程设计大纲的要求评定成绩,并给出总评成绩;
3、总评:
优秀≥90分,良好80-89分,中等70-79分,及格60-69分,不及格<60分。
湖北文理学院
《机电传动控制课程设计》报告
题目
病床呼叫系统
专业
机械设计制造及其自动化
班级
机制1311班
姓名
吴函
学号
2015516004
指导教师
职称
吴何畏副教授
2016年6月20日
摘要
随着社会的进步和发展,医疗水平的不断提高,现代医院护理需要简易及时地获知并处理病人的突发病况,实现患者在住院的任意时间可请求医生或护士进行诊断或护理。
基于PLC设计的医院病床呼叫系统是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具,能及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理,避免了人工呼叫的不便与效果差等缺点,它是现代医院提高医院和病室护理水平必不可少的设备。
有了病床呼叫控制系统,医院的护理工作变得更加方便全面,不用再为值班医生和护士未能及时发现突发病况而烦恼。
基于可编程控制器PLC设计的病床呼叫系统可以及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理,具有良好的应用前景。
本课程设计主要用于医院病区的病人有紧急或自己不方便的事件时呼叫护士站寻求帮助,护士根据站内指示灯及响铃获取求助信息的来源,并能及时的给其提供帮助。
护士在站内发现信号时及时将站内灯复位,在处理完后再在病床前的开关将病床及病房的灯复位。
本设计主要是根据其功能需求,借助于PLC在控制方面的方便来实现其功能,总的设计思路是首先设计其控制流程图,再按照控制流程图,联系PLC的系统结构功能,得出控制梯形图,得出的梯形图通过仿真软件对其功能进行仿真,仿真中实现所需要的功能。
关键词:
病床呼叫系统PLC控制
目录
1、引言··················································6
1.1、课题设计的目的···································6
1.2、课题设计的任务···································6
1.3、课题设计的内容···································6
2、系统总体设计方案······································7
2.1、系统硬件配置及组成原理···························7
2.2、系统变量定义及分配表·····························8
2.3、系统接线图设计···································16
2.4、系统可靠性设计···································16
3、控制系统设计··········································17
3.1、I/O估算·········································17
3.2、PLC选型·········································17
3.3、I/O分配表设计···································17
3.4、外部接线图设计···································18
3.5控制程序流程图设计································19
3.6控制程序设计······································20
3.7、创新设计内容·····································20
4、系统调试及结果分析····································21
4.1、系统调试及解决的问题····························21
4.2、结果分析········································21
5、课程设计意义··········································22
参考文献·················································23
附录·····················································24
1、引言
1.1、课题设计的目的
本课程设计主要用于医院病务区的病人有紧急或自己不方便的事件时呼叫护士站寻求帮助,护士根据站内指示灯及响铃获取求助信息的来源,并能及时的给其提供帮助。
护士在站内发现信号时及时将站内灯及响铃复位,在处理完后再在病床前的开关将病床及病房的灯复位。
1.2、课题设计的任务
学生根据控制要求,明确设计任务,拟定设计方案与进度计划,运用所学的理论知识,进行病床呼叫系统运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计,提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
主要内容包括:
⑴设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等;
⑵系统有启动、停止功能;
⑶运用功能指令进行PLC控制程序设计,并有主程序、子程序和中断程序;
⑷程序结构与控制功能自行创新设计;
(5)进行系统调试,实现病床呼叫系统的控制要求
1.3、课题设计的内容
本课程设计主要用于医院病房区的病人有紧急或自己不方便的事件时呼叫护士站寻求帮助,护士根据站内指示灯及指示灯闪烁的频率获取求助信息的来源和求助的先后顺序,并能及时的给其提供帮助。
护士在站内发现信号时及时将站内灯复位,在处理完后再在病床前的开关将病床及病房的灯复位。
本系统的控制要求:
⑴、共有3个病房,每间病房4个床位。
每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮,以利病人不适时紧急呼叫。
⑵、设每一层楼有一护士站,每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮。
⑶、每一病床床头均有一紧急指示灯,一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时,该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁,同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯。
⑷、在护士站的病房紧急呼叫中心,每一病房都有编号,用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮,并要具有优先级判别的能力。
⑸、一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后,须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况,再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故,若事故处理妥当后,病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方能被重置。
2、系统总体设计方案
2.1、系统硬件配置及组成原理
病床呼叫系统有主机、从机等两部分组成。
从机(呼叫源)即病床按钮,主机包括PLC及各输入输出扩展模块。
主机中PLC工作方式为循环扫描方式,在系统程序控制下,PLC顺序读入输入端口各呼叫源的状态,并且不断地循环扫描。
一旦有呼叫按钮按下,PLC立即响应,通过设置的程序实现对系统的控制。
根据课程设计要求,基于PLC控制各病床呼叫系统,需要输入点27个,输出点18个,并且所有的输入点和输出点都是直流的。
下表是I/O口统计表。
I/O口统计表
输入
输出
名称
数量
名称
数量
病人呼叫按钮
12
病床指示灯(恒亮)
12
病人重置按钮
12
病房指示灯(等频闪烁)
3
护士站病房指示灯
重置按钮
1
护士站病房指示灯
(差频闪烁)
3
系统启动
1
系统停止
1
总计
27
总计
18
综合考虑课题设计所需控制设备的功能性和价格,硬件系统的主机单元选择CPU224,本机集成14输入/10输出。
还需要选择扩展模块,这里选择DI8/DO8的输入/输出混合扩展模块EM223和DI8的输入扩展模块EM221.主机CPU224(DI14/DO10)、模块1EM223(DI8/DO8)、模块2EM221(DI8)组成的硬件系统完全满足设计要求并且略有多余。
系统组成图
2.2系统变量定义及分配表
系统变量定义表
模块号
输入变量
输出变量
内存变量
信号名称
有效状态
说明
代码
CPU224
CPU224
I0.0
一号病房1号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF11
I0.1
一号病房2号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF12
I0.2
一号病房3号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF13
I0.3
一号病房4号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF14
I0.4
一号病房1号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF110
I0.5
一号病房2号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF120
I0.6
一号病房3号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF130
I0.7
一号病房4号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF140
I1.0
二号病房1号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF21
I1.1
二号病房2号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF22
I1,.2
二号病房3号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF23
I1.3
二号病房4号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF24
I1.4
二号病房1号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF210
I1.5
二号病房2号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF220
EM223
I2.0
二号病房3号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF230
I2.1
二号病房4号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF240
I2.2
三号病房1号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF31
I2.3
三号病房2号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF32
I2.4
三号病房3号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF33
I2.5
三号病房4号床呼叫按钮
1有效
常开按钮
SF34
I2.6
三号病房1号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF310
I2.7
三号病房2号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF320
EM221
I3.0
三号病房3号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF330
I3.1
三号病房4号床重值按钮
1有效
常开按钮
SF340
I3.2
护士站紧急呼叫处理置位按钮
1有效
常开按钮
SF3
I3.3
启动按钮
1有效
常开按钮
SF1
I3.4
停止按钮
1有效
常开按钮
SF2
CPU224
Q0.0
一号病房1号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG11
Q0.1
一号病房2号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG12
Q0.2
一号病房3号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG13
Q0.3
一号病房4号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG14
Q0.4
二号病房1号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG21
Q0.5
二号病房2号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG22
Q0.6
二号病房3号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG23
Q0.7
二号病房4号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG24
Q1.0
三号病房号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG3-
Q1.1
三号病房号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG32
EM223
Q2.0
三号病房号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG33
Q2.1
三号病房号床头指示灯
1有效
LED发光二极管
PG34
Q2.2
一号病房紧急呼叫闪烁指示灯
1有效
LED发光二极管
PG1
Q2.3
二号病房紧急呼叫闪烁指示灯
1有效
LED发光二极管
PG2
Q2.4
三号病房紧急呼叫闪烁指示灯
1有效
LED发光二极管
PG3
Q2.5
护士站一号病房紧急呼叫闪烁指示灯
1有效
LED发光二极管
PG10
EM223
Q2.6
护士站二号病房紧急呼叫闪烁指示灯
1有效
LED发光二极管
PG20
Q2.7
护士站三号病房紧急呼叫闪烁指示灯
1有效
LED发光二极管
PG30
CPU224
CPU224
CPU224
CPU224
M0.0
启动停止自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M0.1
一号病房1病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M0.2
一号病房2病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M0.3
一号病房3病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M0.4
一号病房4病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M0.5
一号病房紧急呼叫指示灯闪烁辅助寄存器
1有效
通用辅助继电器
M0.6
二号病房1病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M0.7
二号病房2病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M1.0
二号病房3病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M1.1
二号病房4病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M1.2
二号病房紧急呼叫指示灯闪烁辅助寄存器
1有效
通用辅助继电器
M1.3
三号病房1病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M1.4
三号病房1病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M..5
三号病房1病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M1.6
三号病房1病床呼叫自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M1.7
一号病房紧急呼叫指示灯闪烁辅助寄存器
1有效
通用辅助继电器
M2.0
护士站一号病房紧急呼叫指示灯高频闪烁自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M2.1
护士站一号病房紧急呼叫指示灯中频闪烁自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M2.2
护士站一号病房紧急呼叫指示灯低频闪烁自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M2.3
护士站二号病房紧急呼叫指示灯高频闪烁自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M2.4
护士站二号病房紧急呼叫指示灯中频闪烁自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M2.5
护士站二号病房紧急呼叫指示灯低频闪烁自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M2.6
护士站三号病房紧急呼叫指示灯高频闪烁自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M2.7
护士站三号病房紧急呼叫指示灯中频闪烁自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M3.0
护士站三号病房紧急呼叫指示灯低频闪烁自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M3.1
护士站紧急处理复位辅助寄存器
1有效
通用辅助继电器
M3.2
护士站一号病房紧急呼叫指示灯复位自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M3.3
护士站一号病房紧急呼叫指示灯复位自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
M3.4
护士站一号病房紧急呼叫指示灯复位自锁寄存器
1有效
通用辅助继电器
系统I/O口分配表
主机I/O
CPU224
模块1I/O
EM223
模块2I/O
EM221
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
I1.2
11.3
I1.4
I1.5
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0/
Q1.1
I2.0
I2.1
I2.2
I2.3
I2.4
I2.5
I2.6
I2.7
Q2.0
Q2.1
Q2.2
Q2.3
Q2.4
Q2.5
Q2.6
Q2.7
I3.0
I3.1
I3.2
I3.3
I3.4
I3.5
I3.6
I3.7
2.3系统接线图设计
硬件系统接线需要将常开触点,发光二极管,限流电阻,24V直流电源通过导线与PLC相连。
2.4系统可靠性设计
基于PLC设计的医院病床呼叫系统是患者向医护人员发出紧急呼叫的工具,避免了人工呼叫的不变和效果差等缺点,它是现代医学不可缺少的设备。
有了病床呼叫系统,医院的护理工作将更加全面,基于此系统可以及时、准确、可靠地实现病床呼叫管理,具有良好的应用前景
3、控制系统设计
3.1、I/O估算
输入点共38个,输出点共22个,具体情况如图所示。
I/O统计表
紧急呼叫按钮
12
重置按钮
12
护士站复位按钮
12
取消紧急呼叫及闪灯按钮
3
护士站显示病房灯
3
病房灯
3
病床灯
12
护士站显示响铃
3
3.2、PLC的选型
I/O点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加10%~20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。
本设计需要输入点共36个,输出点共27个,所以应选择40入/40出的plc,型号为欧姆龙CJ1W-ID261,24VDC。
3.3、I/O分配表设计
输入:
输入点列表
1房1-4床紧急呼叫按钮
00000-00003
2房1-4床紧急呼叫按钮
00004-00007
3房1-4床紧急呼叫按钮
00008-00011
1房1-4床重置按钮
00012-00015
2房1-4床重置按钮
00016-00019
3房1-4床重置按钮
00020-00023
护士站1房1-4床复位按钮
00024-00027
护士站2房1-4床复位按钮
00028-00031
护士站3房1-4床复位按钮
00032-00035
护士站1房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮
00036
护士站2房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮
00037
护士站3房1-4床取消急呼叫及闪灯按钮
00038
输出:
输出点列表
护士站显示1房闪灯
01000
护士站显示2房闪灯
01001
护士站显示3房闪灯
01002
护士站显示1房响铃
01003
护士站显示2房响铃
01004
护士站显示3房响铃
01005
1房1-4床灯亮
01006-01009
2房1-4床灯亮
01010-01013
3房1-4床灯亮
01014-01017
1房灯闪
01018
2房灯闪
01019
3房灯闪
01020
输出保持
01021
3.4、外部接线图设计
3.5、控制程序流程图
3.6控制程序设计
根据课题设计需要实现的任务目标来解读控制程序的设计思路。
⑴、共有3个病房,每间病房4个床位。
每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮,以利病人不适时紧急呼叫。
设计:
需要设计12个对应病床的呼叫输入点以及对应病床重置按钮的输入点。
⑵、设每一层楼有一护士站,每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮。
设计:
护士站应有一个可以复位所有护士站内病房紧急呼叫指示灯重置按钮。
⑶、每一病床床头均有一紧急指示灯,一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时,该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁,同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯。
设计:
每一个病床对应一个病床紧急指示灯的输出,病床的呼叫输入需经过定时器5s延时后接通对应病床紧急指示灯的输出,并且对应病床的重置按钮即能在紧急呼叫5s内关断定时器,又能在5s后关断对应病床的紧急指示灯;每一个病房有4个病床,对应一个闪烁的病床紧急呼叫指示灯。
这个病房的任一个床位呼叫都会使病房指示灯闪烁,所以这4个病床采用并联方式驱动病床指示灯;护士站有3个编号并和3个病房对应的闪烁指示灯和一个复位闪烁指示灯的护士站紧急呼叫处理按钮。
⑷、在护士站的病房紧急呼叫中心,每一病房都有编号,用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮,并要具有优先级判别的能力。
设计:
优先级判别的能力是通过3种不同的护士站病房指示灯闪烁频率来表示病房紧急呼叫的先后顺序。
先按下的病房以较高的频率闪烁,后按下的病房以较低的频率闪烁,同时按下的以相同的频率闪烁,以此来区分病房呼叫的先后顺序。
⑸、一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后,须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况,再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故,若事故处理妥当后,病房紧急闪烁指
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