(完整版)plc毕业课程设计病房呼叫系统.doc

病床呼叫系统设计要求1、控制要求：（1）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2）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3）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被重置2、设计任务：（1）设计出硬件系统的结构图，接线图等；（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；（4）程序结构与控制功能自行设计；（5）进行系统调试，实现病床呼叫系统的控制要求第1章 绪论1.1 电气控制技术概述电气控制技术在工业生产、 科学研究以及其他各个领域的应用十分广泛，已经成为实现生产过程自动化的重要技术手段之一。

尽管电气控制设备种类繁多、功能各异，但其控制原理、基本线路、设计基础都是类似的在工业、农业、交通运输等行业中都要用到各类生产机械，这些机械的电力拖动及设备主要使用电动机作为动力，例如各种生产流水线等中国生产的电能约 60％用于电动机，其中的 70％以上又用于一般用途的交流异步和同步电动机 因此，掌握电气控制技术的应用很重要电气控制就是通过电气自动控制方式来控制生产过程 电气控制线路是把各种有触点的接触器、继电器以及按钮、行程开关等电气元件，用导线按一定方式连接起来的控制线路 电气控制线路能够实现对电动机及其他执行电器的启停、正反转、调速及制动等运行方式的控制，所以，电气控制通常被我们称为继电接触器控制， 这种控制方式比较传统由于继电接触器控制线路图简单，装置简单容易，价格便宜，抗干扰能力强，它可以很方便地实现简单和复杂的、集中和远距离的生产过程的自动控制但是继电接触器控制线路采用固定接线形式，其通用性和灵活性差，一旦做成不易改变，另外不能实现系列化生产由于采用有触电的开关电器，触点易发生故障，尽管如此，电气控制线路仍然应用广泛虽然不同的生产工艺要求不同的电气控制线路， 但是大多数都是由一些典型控制环节组成的。

因此，掌握基本环节的典型控制系统，结合具体的控制要求按照由浅入深、循序渐进的步骤，电气控制线路的阅读及设计能大致掌握电气控制线路有两种设计方法：一种是经验设计法；另一种是逻辑代数设计法两种设计方法各有利弊，使用时需要根据生产工艺及一些特殊要求选择最佳的电气控制线路电气控制线路的各种图形及文字符号必须按国际标准绘制， 典型环节需要牢固掌握， 以便设计出最省电器设备元件且控制性能最佳的电气控制线路目前，电气控制技术将与其他高新技术相结合，以便更好地控制生产线1.2 可编程控制器简介可程序逻辑控制器（ PLC ，Programmable Logic Controller），乃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在工厂自动化（ FA）系统中， PLC 因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为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 CPU处理速度、扩展模块及通讯的功能上，相较于早期 PLC 控制器，已有长足的进展在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的 1968 年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置， 首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller(PC) 个人计算机 ( 简称 PC)发展起来后， 为了方便，也为了反映可编程控制 器的 功能 特点 ，可 编程 序控 制 器定 名为 Programmable LogicController(PLC) 为了避免与个人计算机（ Personal Computer ）PC 这一简写名称术语混乱，仍沿用早期的 PLC 表示可编程控制器，但 PLC 并不意味着只具有逻辑运算的功能国际电工委员会在 1987 年颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程 PLC 及其有关的外部设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体， 易于扩展其功能的原则而设计。

”我们这一次所设计的病床呼叫系统的 PLC 控制设计采用了日本著名的三菱公司生产的 FX 2N-48MR 作为核心的控制器件，充分发挥了 PLC 的优越性能，比企鹅考虑了 PLC 的扩展功能惊醒梯形图程序的设计，能够实现病床呼叫系统的所有功能本系统所涉及的定时器与中间继电器软组件完美组合， 完全符合 PLC 控制系统设计的一般设计方法，能激发我们的学习兴趣1.3 PLC 工作原理主要组成部分图 1-1 PLC 的结构组成CPU 模块：CPU 模块主要由微处理器（ CPU 芯片）和存储器组成在 PLC 控制系统中， CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据IO 模块：输入 (Input) 模块和输出（ Output）模块统称 IO 模块，是联系外部现场和 CPU 模块的桥梁输入模块主要用来接受和采集输入信号，输入信号包括两类：一类是从按钮，选择开关，接近开关，光电开关等来的开关量输入信号；另一类就是由电位器，测速发电机等提供的连续变化的模拟量信号PLC 通过输出模块控制接触器、 电磁阀等执行机构， 另外也可以驱动指示灯、数字显示装置等CPU 模块的工作电压一般是 5V ，而其输入输出信号电压一般较高，如 DC24V 和 AC220V 。

为防止外部引入的尖峰电压和干扰噪声损坏CPU 模块，影响其正常工作，在 IO 模块中，用光电耦合器、可控硅，小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载 IO 模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用的扫描过程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，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 1-2 PLC 的扫描过程在内部处理阶段，进行 PLC 自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（ WDT ）复位以及完成其它一些内部处理工作在通信服务阶段， PLC 与其它智能装置实现通信， 响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等当 PLC 处于停止（ STOP）状态时，只完成内部处理和通信服务工作当 PLC 处于运行（ RUN ）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序执行、输出刷新工作。

PLC 的扫描工作方式简单直观， 便于程序的设计， 并为可靠运行提供了保障当 PLC 扫描到的指令被执行后，其结果马上就被后面将要扫描到的指令所利用， 而且还可通过 CPU 内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避免由于 CPU 内部故障使程序执行进入死循环执行程序的过程及特点1. 输入采样阶段在输入采样阶段， PLC 以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中， 此时输入映象寄存器被刷新接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到2. 程序执行阶段在程序执行阶段， PLC 对程序按顺序进行扫描执行 若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC 从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化图 1-3 PLC 执行程序过程示意图3. 输出刷新阶段当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。

在这一阶段里，PLC将输出映像寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载因此，PLC 在一个扫描周期内， 对输入状态的采样只在输入采样阶段进行当 PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中这种方式称为集中输出对于小型 PLC ，其 IO 点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使 PLC 工作时大多数时间与外部输入输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性而对于大中型 PLC ，其 IO 点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度， 可以采用定期采样、 定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能 IO 接口等多。