病床呼叫系统_组态王课程设计说明书

电气工程学院课程设计说明书
设计题目：病床呼叫系统
系别：电气工程系
电气工程学院《课程设计》任务书
课程名称：电气控制与PLC
基层教学单位：仪器科学与工程系指导教师：
说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科
摘要：当今社会，随着人类老龄化加剧，医院里的病人有逐年增加的趋势，而医务人员的配置则显得原来越来越捉襟见肘。

原本本着服务病人为第一位，但每个床位附带一个医务人员又是不现实的。

所以为了更好的服务病患，急需要一种紧急呼叫装置至于病床旁，当病人有需要时打开开关，发出紧急呼救信号，向不在身边的医生护士寻求帮助。

病床呼叫系统对于每一个住院的人来说都是非常重要的，尤其是对那些在住院期间需要经常有护士护理的病人；呼叫器对医院来讲也很重要，它能间接的决定医院能够提供给病人的服务质量。

病床呼叫系统能够使病人在危急时刻及时联系上医生或者护士，从而得到及时的救治或看护。

所以拥有一套功能完善的病床呼叫系统，对于一个提供高质量服务的医院来讲，是至关重要的。

关键字：可编程控制器PLC 病床呼叫系统组态王
Abstract:Along with the rapid development of our human nature’s age, the patient’s number in hospital is increasing. But the quantity of medical workers is too rarely to take care of all the patients. The hospital’s goal is to serve patients, but give everyone a nurse is unrealistic. Now we sincerely need a kind of equipment which will places in the hospital’s bed and it can discrete samplings when the
patients need a nurse or a doctor who is far away from themselves.
The hospital bed callmaker is very important for everyone who is sick in hospital, especially for those who usually need care; hospital bed callmaker is also important for hospital themselves, it can reflect the quality of the hospital’s service indirectly. This equipment can guarantee the patients will relate to the doctors or nurses when they are in critical situation, ensure they are able to be treated and cared timely. Therefore own a perfect hospital bed callmaker will surely important for the hospital to improve the quality of service.
Key Words:Programmable Logic controller Kingview
Hospital Bed Callmaker System PLC
目录
摘要 (1)
一、引言 (4)
1.1设计背景 (4)
1.2方案简介 (5)
二、设计思路 (6)
2.1技术要求 (6)
2.2设计任务 (8)
三、系统实现 (9)
3.1 PLC基础 (9)
3.2组态王基础 (12)
3.3组态王实现步骤 (14)
3.4系统设计 (15)
四、系统运行 (18)
五、系统调试 (19)
六、心得体会 (20)
七、参考文献 (21)
八、致谢 (22)
九、附录（病床呼叫系统组态王应用程序命令语言） (23)
一、引言
1.1设计背景
随着科学技术的迅猛发展，近年来我国的PLC技术也得到了迅速的发展与应用。

一些医院的病床呼叫器也在不断的修正与改进。

PLC控制系统由于具有运行可靠性高、使用维修方便、抗干扰性强、设计和调试周期较短等优点，所以倍受广大科研工作者的重视。

目前，PLC已成为在呼叫控制系统中使用最多的控制方式，同时它也广泛应用于传统控制系统的技术改造。

当前国内七八十年代安装的许多呼叫控制系统，由于线路复杂、接线多、故障率高、维修保养难，许多已处于闲置状态，其效率低，性能指标较差，严重影响运行质量。

因此对呼叫控制技术进行研究，寻找适合我国现代呼叫的改造方法具有十分重要的意义。

病房呼叫系统（图1）作为医院的重要呼叫工具，与医护人员及患者的工作和生活密切联系。

PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在许多领域中都得到了广泛的应用。

图1
PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统，由于PLC 具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点，因此在工业控制方面得到了广泛应用。

自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的呼叫控制系统被许多厂家普遍采用，并形成了一系列的定型产品。

病床呼叫控制系统分为控制部分和逻辑控制部分。

为了改善速度和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制其运行，这样大大提高了呼叫的可靠性能。

1.2方案简介
患者在住院期间可能会在任何时间请求医生或护士进行诊断或护理。

临床求助呼叫是传送临床信息的重要手段，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。

要将患者的请求快速传送给值班医生或护士，并在护士站的监控中心留下准确完整的记录，是提高医院和病房护理水平的必备设备之一。

病床呼叫系统要求及时、准确、可靠、简便可行、利于推广，其性能的优劣直接关系到病员的安危，因此受到各大医院的重视。

病床呼叫系统作为医院的重要呼叫工具与医院人员的工作和生活日益紧密联系。

PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在许多领域中得到广泛应用，从而使病床呼叫器由传统的控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前医院控制和技术改造的热点之一。

本研究从可编程控制器PLC的应用出发，提出一种以PLC 为核心的病床呼叫系统。

该系统利用PLC特殊的I/O接口，使系统结构更加简单，充分展示了它的特色和应用前景。

该系统具有呼叫、灯光报警、显示排队、优先权设定等功能，可满足医院对病房管理和护理的要求。

本课程设计主要用于医院病房区的病人有紧急或自己不便的事件时呼叫护士站寻求帮助，护士根据站内指示灯获取求助信息的来源，并能及时为其提供帮助。

护士在站内发现信号时及时将站内信号灯复位，在处理完毕后使用病床前的开关将病床及病房的灯复位。

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。

二、设计思路
2.1技术要求
1．假设某一楼层共有3间病房，每间病房有4个床位。

每一病床的床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以便于病人感到不适时进行紧急呼叫（图2）。

2．假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的处理按钮与处理完毕后的重置按钮。

3．假设每一个病床的床头均有一个紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮并且未在5秒内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯闪烁且病房门口的紧急指示灯闪烁，同时该楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯。

4．在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示哪一个病房的病人先按下紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力。

5．一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，若所有事故处理妥当后，病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方灯方可被重置。

图2
2.2设计任务
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：
1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2. 系统有启动、停止功能；
3. 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；
4. 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。

三、系统实现
3.1 PLC 基础
3.1.1 PLC 简介
可程序逻辑控制器
（Programmable Logic
Controller ）简称PLC ，
是一种固态电子装置，主
要利用输入、输出装置的
回授信号及储存程序，控
制机械或程序的操作（图3）。

在工厂自动化系统中，PLC 因具备价格便宜、系统稳定及环境适应性好的特点，一直被自动化业界所采用。

近几年来，各PLC 制造厂家无不致力于新机种的研发，所以在微处理器的处理速度、扩展模块及通讯的功能上，相较于早期PLC 控制器，已有较大的进展。

PLC 是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学、调试与查错也很方便。

图3
3.1.2 PLC 系统组成
PLC 种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。

用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。

PLC 专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU 、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。

PLC 的结构框图如下图4所示。

3.1.3 PLC 扫描过程
PLC 有两种基本的工作状态，即运行（RUN ）状态与停止（STOP ）状态。

在运行状态，PLC 通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。

为了使PLC 的输出及时响应随时变化的输入信号，用户程序不是执行了一次，
而是反复不断地重复执行，图4
直至PLC 停机或切换到STOP 工作状态。

除了执行用户程序之外，在每次循环中，PLC 还要完成内部处理，通讯处理等工作，一次循环可分为5个阶段（图5）。

3.1.4 PLC 执行程序过程
1. 输入采样阶段
输入采样又叫输入处理，在此阶段，PLC 顺序读入所有输入端子的状态，并将读入的信息存入内存中所对应的输入映像寄存器，寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。

2. 程序执行阶段
程序执行阶段根据PLC 梯形图程序的扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。

3. 输出刷新阶段
输出刷新也叫输出处理，程序执行完毕后，将输出映像寄存器中寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

图5
3.2组态王基础
组态王（图6）是一款开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。

它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。

组态王基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。

采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、
效率、提高产品的质
量、减少成本及原材料
的消耗。

它适用于从单
一设备的生产运营管
理和故障诊断，到网络
结构分布式大型集中
图6
监控管理系统的开发。

组态王具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。

通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。

其中监控层对下连接控制层，对上连接管理
层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中
完成上传下达、组态开发的重要作用。

尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。

通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用
组态王对监控系统进行设计。

组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。

而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。

它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。

1.工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。

2.工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。

3.运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。

3.3组态王实现步骤
1.定义变量
对于变量的定义，就是创建一个具体的数据库，并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性，比如时间、位置等。

在我们的题目中我们需要定义的变量有：病房位置、病床位置、各个控制开关、指示灯等。

当我们创建动画时需要用这些变量将不同的画面之间建立联系。

变量的类型选择需要根据具体的应用来选择，由于此次课程设计我们实验室的PLC试验箱不能实现与组态王相连接，因此定义的变量类型均为内存型的。

2.图形界面的设计
图形界面的设计是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。

由于我们的任务是设计一个病床呼叫系统的动画，因此我们在创建动画时需要绘制出病房、病床、指示灯、开关、定时装置等内容。

由于组态王当中提供了图库，但是对于那些图库里没有的图片，我们需要去网上搜索素材，整理后再应用组态王中的点位图等工具进行编辑。

3.建立动画连接
当我们完成控制工程的图画设计与变量定义之后，要想建立动画还应该将这些图画与定义的变量进行连接，应用组态王的编程语言，通过编程来实现对变量的控制，进而实现了对画面运行的控制。

程序的设计是基于工程控制来进行的，以实际情况为基础我们建立的动画应满足实际情况。

这样，我们就完成了对工业控制过程的模拟，如果与外设相连还可以对控制过程进行监测和控制。

当建立动画连接完成后，就可以对动画进行运行。

3.4系统设计
3.4.1数据词典设计
3.4.2画面设计
3.4.3应用程序命令语言设计
见九、附录（病床呼叫系统组态王应用程序命令语言）
四、系统运行
1.系统正常运行等待界面
2.当一病房1号床、二病房2号床病人进行紧急呼叫时，若5秒内为按下重置按钮，则该病床床头指示灯、该病房指示灯和护士站对应的病房指示灯闪烁。

3.当护士站内的护士发现紧急呼叫后，按下处理按钮，护士站内报警灯熄灭，当护士依照次序处理好紧急呼叫后，按下复位按钮，所有指示灯及按钮复位归零，进入下一轮工作状态。

五、系统调试
程序编写，首先检查是否有逻辑错误、语法错误，确保正确后使用组态王仿真软件对所编程序进行编译，检查是否有语法错误，出现错误时软件自动提示有错误产生，此时需要认真检查程序，修改编译中出现的错误。

程序检查编译无误后，进行程序运行，并观察现象。

通过对仿真程序中指示灯的运行状态的观察来检验程序是否准确，并对错误部分进行修改，完成程序。

六、心得体会
经过为期两周的课程设计，让我再次熟悉了所学的关于PLC 的基础知识。

通过这次课设，使我掌握了很多专业知识，比如组态王仿真实验系统的使用方法、PLC的基本指令、基本的编程方法以及病床呼叫系统的工作方式和原理。

由调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，由我自己设计的系统达到了设计要求，表明该设计方案是可行的。

通过本次课程设计，使我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了我分析和解决工程实际的综合能力，也培养了我严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。

通过本次PLC课程设计，我不仅加深了对PLC梯形图、指令表和外部接线图的理解、将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养自己的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。

通过本次课程设计，我对以前学到的知识进行了进一步的巩固和提高认识，对已有知识有了更进一步的理解，巩固了PLC的理论知识，并对PLC系统有了新的认识，更重要的是我学会了如何将PLC灵活运用到实际生活的电路设计中。

通过系统设计、软件仿真、程序安排与调试，我初步掌握了工程设计的具体步骤和方法，提高了我的分析问题，解决问题的能力，提高实际应用水平。

七、参考文献
[1] PLC电气控制技术/漆汉宏
机械工业出版社，2012年
[2] 可编程控制器应用技术/张万忠
化学工业出版社，2002年
[3] 可编程控制器教程/黄云龙
科学出版社，2003年
[4] 电器与可编程控制器应用技术/邓则名程良伦谢光汉
机械工业出版社，2008年
[5] 电气控制与可编程控制器技术/史国生
化学工业出版社，2004年
[6] 现代电气及可编程控制技术/王永华
北京航空航天大学出版社，2002年
[7] 可编程控制器及应用/江汉秀
西安电子科技大学出版社，2000年
[8] 电气控制与可编程序控制器/张培志
化学工业出版社，2007年
八、致谢
在本次课程设计中，我在收获知识的同时也收获了阅历，收获了成熟与喜悦。

在此过程中，我通过大量的查阅资料、请教指导老师、与同学相互探讨，使我在专业知识和动手实践方面都得到了很大的提升。

在此，我要对给予过我帮助的老师们、同学们，表示衷心的感谢和由衷的敬意。

虽然我的设计在实际生活中只是一个小小的应用，但是依旧让我体会到了能把自己学到的知识应用到实际生活中，是一件快乐的事情。

在课程设计的过程中，我遇到了不少问题，老师和同学的讲解给我了很大的帮助，让我进一步认识到了同学的帮助及相互合作的重要性。

课程设计对于思维能力及动手能力的提高有很大帮助，希望学校今后能够提供更多类似的机会，让我们在步入社会之前得到最大程度的锻炼。

感谢学院给了我们这样一次课程设计的机会，让我们受益匪浅，感谢老师们在我们遇到问题时耐心的指导，希望今后能有更多的这种亲身实践的机会。

课设的成功离不开老师的耐心指导和帮助，少不了各位成员的相互配合。

没有大家的共同努力，也就收获不了今天的成功，在此，我要再次感谢所有人的努力与帮助，谢谢各位。

九、附录（病床呼叫系统组态王应用程序命令语言）
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}
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：
指导教师签名：日期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日
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涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订。