011210228韦吉-开题报告.doc

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1、上海工程技术大学毕业设计(开题报告) 医院紧急呼叫系统PLC程序及界面设计上海工程技术大学毕业设计开题报告学 院机械工程学院专 业机械工程及自动化（现代装备）班级学号011210228学 生韦吉指导教师雷菊阳 题 目医院紧急呼叫系统PLC程序及界面设计1 综述1.1 课题研究意义及背景信息时代的医院管理已经从传统的人工管理模式，向智能化、电子化、网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展。“病床紧急呼叫系统”可以实现对医院病房的智能化管理，可实现呼叫、求救报警、信息储存、显示等等功能。患者在住院期间,可能会在任意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

2、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,是提高医院和病室护理的重要组成部分。呼叫系统的优劣直接关系到病员的安危,历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确、可靠、简便可行。丰富病床呼叫系统的控制方式,在满足病房与护士站实时通信同时,能够方便地了解各病区的情况,实现医院对全院的病房科学化管理。 本课题通过建立医院基金呼叫分布式控制系统，用于病人在需要帮助的情况下对护士值班室进行呼叫，实现在值班室能得知病人所在病区号、病床号、床位号，在上位机中记录呼叫时间，应答时间等，从而实现病房与医务人员之间的交互管理。 本设计的目

3、的是实现一个当医院发生紧急情况时，病房之中又有多个病人需要护理的一个优先级别的电路。用于医院病房呼叫时具有优先级别的呼叫系统。此呼叫系统的使用能让医院出现紧急状况时临危不乱，不仅使医护人员能够对病人的病情有一定的了解，还能对病患在突发情况下，得到更加及时、合理、有效的护理。从而保证救护工作紧张有序的进行。同时，医院可以在有本系统的前提下，更加合理有效的安排值班医护人员，为医院节省大量人力、物力、财力。值得一提的是本系统优先呼叫功能也体现了一种人文美德谦让的人道主义精神。本设计的指导思想使设计一个当病人紧急呼叫时，产生灯光提示，并显示病人编号；然后根据病人病情进行优先级别设置，当有多人呼叫时，病

4、情严重者优先。医护人员处理完当前最高级别的呼叫后，清除已处理的最高级别的呼叫信号，系统优先级别显示其它呼叫病人的编号。1.2 课题研究方案根据本课题的研究内容，共设计了三种不同的方案：1、基于固态继电器的控制系统；2、基于单片机的控制系统；3、基于PLC可编程控制器的控制系统。1.2.1继电器设计：继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器一般都有

5、能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；因此，通过在护士站和病房之间建立电路连接，利用继电器对电路的“通”“断”来实现病房与护士站之间的联系。其线路图如下：因继电器具有寿命、可靠度较高，其灵敏度高，控制的功率小，干扰小 ，切换速度快等特点，并且市场上的继电器种类多，价格低廉，功能强大，因此利用继电器的控制方案可以很好地实现病房与护士站之间的信息传递。但继电器同时也具有其自身的缺点，通常固体继电器设计成单刀单掷形式，这样比较容易实现，多组和多组转换结构需要用几个相互连接和适当连

6、锁的固体继电器，这些固体继电器基本上是积木式堆叠在一起，形成一个占地较大空间的复杂装置。大功率固体继电器，由于需用散热片，就进一步增加了所有空间和成本。 1.2.2基于单片机的控制系统相对于继电器的控制系统，单片机控制具有其自身的优势。根据设计目标，初定选择51系列的单片机，该系统以AT89C51单片机为核心，辅以矩阵键盘、LED显示电路和部分简单模拟和数字电路组成的能够实现病人和医护人员之间信息的传递。每个病人要呼叫可以按键，不同的数码管显示床位号，相应的指示灯亮。这里主要矩阵键盘输入信号。在该设计中每个病房都有一个按键，当患者有需要时，按下按键，此时值班室的显示屏可显示此患者的床位号，多人

7、使用时可实现循环显示，医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。系统结构框图与系统原理示意图如下：系统结构框图系统原理示意图此系统能够为医院提供一个成本低、效率高、操作方便和易于安装维护的快捷系统。但是用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长。因此对于医院这种对故障率和抗干扰能力要求相对较高的条件下，单片机系统也具有自身的不足之处。1.2.3基于PLC可编程控制器控制系统相对于单片机，本课题选择了更具优势的PLC可编程控制器的控制系统。由PLC可编程控制器构成的病床呼叫系统结构更简单，更易于管理，具有良好的应用前景

8、。PLC主要是由输入与输出部件、中央处理单元（CPU）、存储器、电源部件、编程器组成。其结构框图如下：PLC结构图PLC主要具有以下特点：1可靠性高为了满足工业生产对控制设备安全性和可靠性的要求，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。PLC选用的电子器件一般是工业级的，有的甚至是军用级的，平均无故障时间很长。2环境适应性强PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作。 3灵活通用在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。在被控对象的控制逻辑需要改变时，利用PLC可以很方便地实现新的控制要求，这在一般继电器控制中是很

9、难做到的。4使用方便、维护简单PLC控制的输入模块、输出模块和特殊功能模块都具有即插即用功能，连接十分容易。对于逻辑信号，输入和输出采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大；对于模拟信号，输入和输出采用传感器、仪表和驱动设备的标准信号。PLC控制系统的维护非常简单，利用PLC的诊断功能和监控功能，可以迅速查找到故障点，对大多数故障都可以及时予以排除。1.2.4系统设计方案病床呼叫系统由从机、主机等两部分构成。主机包括PLC及显示和监控系统。系统框图如下所示：系统框图系统线路图PLC控制系统工作过程如下：当有病人进行呼叫时，系统会自动先处理具有优先级别的病房编号，同时产生信号和信号指示灯。另外

10、在产生信号的同时系统会显示呼叫病人的病房编号。这样医护人员可以根据呼叫信号的优先级别及时对每一位呼叫病人进行救治。其中，医院可以对病人的病情进行编号，病情最严重者具有最高级别的优先权，以此降低。当有多个病人同时进行呼叫时，系统会根据优先级别自动呼出当前呼叫中最高级别呼叫信号而对其它低级别的呼叫信号自动保存，在当前的最高呼叫信号被医护人员完成后，按下清零后，自动输出保存信号呼叫中最高级别的呼叫，直到每位病人处理完毕。显示和监控系统：本课题选择的监控系统软件为SIMATIC WinCC系统。WINCC是一种通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用 ；可以集成到所有自动化解决

11、方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian 系统作为IT 和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展 ；“全集成自动化” 的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。本课题的增加了WINCC的实时监控画面，通过组态画面能更直观地实现对病房内情况的了解，并且可以观察各个病床号的呼叫实时趋势曲线和历史趋势曲线，这样更能了解各病床的病人近期的动态，并打印报表等。1.3系统特点目前，医院病房中使用的呼叫装置有无线式和有线式两种形式。其中，有线式一般采用单片机作为核心控制部件。本研究提出的呼叫系统也属于有线式，但是

12、核心部件为PLC，该系统主要解决了目前呼叫系统中存在的以下问题：无线式呼叫系统由于需要“发射”和“接收”两个系统，存在传输距离、可靠性、设备体积与价格、占用无线频道资源以及发射的电磁波可能会影响医疗设备的正常使用等问题。因此，目前医院中很少采用。1.4 PLC与单片机控制系统的比较：单片机构成的呼叫系统如果采用低电压电力线作为传输质，必须解决信息衰减、电平转换、信息偶合、滤波等问题，使得外围接口电路非常复杂。在软件设计上还要确定单片机与外设之间的通信方式，以保证在任意时刻只要有呼叫源发出请求系统立刻响应。软件设计和硬件设计的繁琐，给开发和维护带来了极大不便。而近年来，PLC的功能不断趋向与计算

13、机化，价格不断下降，体积不断缩小。特殊的I/O接口可以使呼叫按钮直接与PLC输入相接，输出可以直接带报警器、显示装置等。与计算机联网通信十分方便。独具特色的编程方式，非常易于普及。PLC的应用已不再局限于工业控制领域，在其他控制领域也获得广泛应用。1.5 主要参考资料(资料名称、刊物名称、年(卷)期号)【1】张华林，林达明，无线病房呼叫系统的设计。国外电子元器件，2006.8【2】单片机原理及应用(第2版)(附光盘1张)张毅刚、彭喜元、 彭宇 高等教育出版社 (2010-05)【3】常用低压电器原理及其控制技术(第2版)王仁祥 机械工业出版社 (2009-01)【4】廖常初主编，S7-300/

14、400 PLC应用技术 机械工业出版社 2008年月【5】阳宪惠，工业数据通信与控制网络M 清华大学出版社 2003【6】高强 马丁编著 西门子PLC应用程序设计实例精讲 电子工业出版社 2009年9月【7】 甄立东等 西门子WinCC V7基础与应用 北京:机械工业出版社 2011 【8】刘华波等编著 组态软件WinCC及其应用 机械工业出版社 2009【9】 梁绵鑫等编著 WinCC基础及应用开发指南 机械工业出版社 2009【10】西门子(中国)有限公司 自动化与驱动集团编 深入浅出西门子WinCC V6.2版 北京航空航天大学出版社 2005【11】Siemens AG. Statem

15、ent List (STL) for S7-300 and S7-400 Programning Reference Manral 2006 【12】Hans Berger. Automating with STEP 7 in LAD and FBD : programmable 度controllers SIMATIC S7-300/400 / 4th rev. and e Publicis Corporate Publishing, 2008.【13】西门子WinCC V7从入门到提高向晓汉 机械工业出版社 (2012-09)【14】WinCC组态技巧与技术问答(附DVD光盘)李军 机械工业出版社 (2013-01)【15】案例解说组态软件典型控制应用(附DVD光盘1张)李江全、王玉巍、张鸿琼、 等 电子工业出版社 (2011-03)【16】西门子工业自动化项目设计实践(附赠DVD光盘2张)陈瑞阳、席巍、 宋柏青 机械工业出版社 (2009-05)【17】跟我动手学S7-300/400 PLC(附DVD-ROM光盘1张)廖常初 机械工业出版社 (2010-10)【18】21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材:工业控制网络王振力 人民邮电出版社 (2012-12)11