第1章概述
1.1 PLC简介
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；调试与查错也都很方便。

1.2 可编过程控制器的基本结构及工作原理
PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。

用可编过程控制器实施控制，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的结构框图如图1所示。

图1 PLC结构框图
1.3 课题简述
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及铃复位。

第2章设计要求与任务
2．1 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可被重置。

2．2 设计任务
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：
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。

第3章设计方案说明
3.1 设计原则
①最大限度的满足机械电气设备或生产过程的控制要求；
②在满足控制要求的情况下，力求使控制系统简单、经济；
③保证控制系统的安全可靠；
④考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应当留有余地。

3.2 设计内容
①拟定控制系统设计的技术要求；
②选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行组件；
③选定PLC型号；
④编制PLC的输入/输出端子接线图；
⑤根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后在用相应的编程语言进行程
序设计；
⑥设计操作台、电气柜及非标准电器组件；
⑦编写设计说明书和使用说明书。

3.3 设计步骤
①深入了解和分析被控制对象的工艺条件及控制要求；
②选择适合的的PLC类型；
③分配I/O点；
④设计控制系统梯形图；
⑤输入并调试程序。

第4章设计过程
4.1 I/O分配表和PLC接线图
根据设计要求，分析需要多少输入输出端口，再给每个输入按钮和输出响应端口分配好I/O口，I/O分配表如表1所示。

表1 I/O分配表
根据I/O分
配表，绘制
PLC接线图，PLC接线图如图2所示。

图2 PLC接线图
程序流程图如图3所示。

图3 程序流程图
4.2 病床呼叫系统时序图
病床呼叫系统中输入和输出的信号比较多，下面选择设计中几个比较典型的时序控制进行介绍：
1号病房1号病床紧急呼叫置位，但是在5s内位，则置位、复位和床头紧急指示灯的时序信号如图4所示可以看出该病床的紧急指示灯一直处于断电的状态。

图4 5s内复位的时序图
1号病房1号病床紧急呼叫置位，未在 5s内复位，则置位、复位和床头紧急指示灯的时序信号如图5所示，可以看出该病床的紧急指示灯5s后处于通电
状态，直到复位方断电。

图5 未在5s内复位的时序图
1号病房内各病床紧急指示灯与病房门口紧急指示灯的时序信号如图6所示，可以看出只要有一个病床的指示灯处于通电状态，则该病房门口的指示灯就
处于通电状态，直到所有病床的指示灯都断电，该病房门口的指示灯方断电。

图6 病房门口指示灯与病床指示灯的时序图
护士站内各病房紧急指示灯的时序信号如图7所示，该时序图反应的是1号病房、3号病房、2号病房先后呼叫，然后都处理完毕后，2#病房、3#病房又先后呼叫的情形，可以看出护士站内的对应紧急呼叫指示灯是依照先后呼叫顺序通电的，只有先呼叫的病房处理完毕后，后续呼叫的病房的紧急指示灯才能通电，实现优先判断的目的。

图7 护士站病房指示灯的时序图
4.3 病床呼叫系统程序设计
病床呼叫系统程序见附录。

4.4 程序调试及说明
运用GX DEVELOPER编程软件编写的梯形图程序，编译无错误后使用引出命令，将梯形图程序存成可执行文件并保存在你的设定文件夹中。

通过对仿真程序过程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，完成通过“快捷图标”启动仿真，启动仿真后，程序开始在电脑上模拟PLC写入过程，并且可以通过
“软元件测试”来强制一些输入条件ON或者OFF，监控程序的运行状态。

点击“调试/软元件测试”或者直接点击“软元件测试”快捷键，则弹出“软元
件测试”对话框。

在改对话框中“位软元件”
栏中输入要强制的位元件，如X0，需要把该元件置ON的，就点击“强制ON”按钮，如需要把该元件置OFF的，就点击“强制OFF”按钮。

同时在“执行结果”栏中显示被强制的状态程序。

通过该软件测试检验，此设计的程序无误，能准确的实现其功能，完成要求。

结束语
通过本次课程设计，使我加深了对PLC梯形图、指令表、外部接线图的理解，还有经过在网上查找资料以及到图书馆学习，也使我更好的理解和认识了关于PLC设计原理和实际中的应用过程。

很多棘手的难题在刘老师和同学的帮助下得到了很好的解决。

在相关的资料的查询中，我对信息的筛选能力又得到了提升。

在课程设计过程中我们互相讨论，在不断的调试各自的程序中，发现了很多各自的问题并进行研究解决。

我们试着用不同的设计方法来实现我们的课题，这样不仅可以拓宽我们的思路，还可以使我们的设计成果更加严谨。

本次课程设计可以为我以后工作打下一定的基础。

参考文献
[1] 史国生. 电气与控制与可编程控制器技术. 北京：化学工业出版社，2010.
[2] 殷洪义、吴建华.PLC原理与实践.主编：清华大学出版社.
附录病床呼叫系统程序
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。