广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文）

3 医院住院呼叫系统的设计与实现

3.1 任务描述

在很多医院中，病房的每一张病床与护士站都需要随时进行联系，通过病床呼叫系统可实现远距离呼叫，以便使病人在急需时向医护人员发出救助信号。病房呼叫系统由安装在病区护士站的呼叫主机和设置在病房床头的呼叫分机、走廊显示屏组成，一旦病房床头或卫生间有人按呼叫按钮，护士站的主机就发出声光报警信号，同时，走廊显示屏同步显示呼叫床位号，护士人员便可以立刻赶往病房处理紧急情况。另外，为方便病区工作人员工作，治疗师可以安装通话和显示装置，以便在治疗师的时候可以及时了解情况。病房呼叫系统是在为提高医院管理水平和服务水平的辅助设施，该系统需要24小时连续工作，要求故障率要低，性能要稳定，质量要可靠。

在某医院每层楼有12间病房，且每层楼分为两个区：A区和B区，则每个区域中有6间病房。在A区和B区中每个区都有一个护士站来管理所在病房。在每个区中根据病人的病情设置一号和二号病房为重病房，每间重病房内分别有两张病床。其余三号病房至六号病房为轻病房，每间病房内有四张病床。编号由房间号和病床号组成，分别为101，102，201，202……601,602,603，604,。每张病床配有一个呼叫按钮，与病床编号相应，分别为SB101，SB102，SB201……SB604。住院呼叫系统框图如图3-1所示：

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护士站病床号显示 呼叫源 从机 医护人员响应按钮 复位按钮 图3-1 病床呼叫系统框图 PLC 病房通道病房号显示 呼叫次数统计显示 病床指示灯 手柄按钮指示灯 护士站病床号指示灯 护士站病床报警指示灯 3.1.1 设计任务和要求

（1）医生可以和任意病床随时呼叫和对讲，并且可以储存所呼叫的病房号码和病床号码；

（2）护士站内的显示屏上在正常情况下显示时间，如果有病人呼叫，则护士站内的显示屏对应指示灯闪烁及响铃。每次呼叫时间为15秒，15秒之内如果有护士按下复位键，则指示灯及响铃关闭。如果没人应答，15秒之后指示灯及响铃自动停止，且在显示屏上循环显示该病房号和病床号；

（3）如果同时有几个病房床位同时呼叫，在医生不多的情况下则根据病人病情设置优先级别，重病房的优先应答，且重症病房的指示灯闪烁频率比其他病房快，同时通过呼叫对讲功能知会其他病人，请他稍等一下； （4）该系统具有复位功能和报警功能； 3.1.2 系统的工作流程

医院住院呼叫系统的工作流程图如图3-2所示：

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医护人员响应，解除报警 护士站显示呼叫病床号 通道显示呼叫病床号 病房报警灯闪烁 启动振铃 15秒 第1次按下呼叫按钮 存储呼叫次数 工作时间到否 开始 设定统计时间，清除呼叫次数 点亮床头和手柄指示灯 过后 N 自动 停止 Y 关闭床头和手柄指示灯

图3-2 医院住院呼叫系统工作流程

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关断各指示灯、对讲机 显示当前时间或消隐 启动复位按钮 Y 处理结束 N 开启对讲机，指示灯变为常亮 呼叫次数加1，并显示 广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文）

3.1.3 系统的运行环境

在设计PLC系统时，控制方案应该被首先确定下来，接下来的工作就是PLC工程设计选型。应用要求和工艺流程的特点是设计选型的根本依据。所以，在工程设计选型和进行估算时，需要详细的分析工艺过程的特征和控制要求，一定要明确所控制的任务和范围，确定所需要的操作，然后根据控制要求，估算出输入和输出的点数、所需存储器的容量及确定PLC的功能等，最后选择较高性价比的PLC和设计相应的控制系统。

3.1.3.1 输入输出（I/O）点数的估算

在估算I/O点数时应该考虑恰当的余量，通常根据计算的输入和输出点数，然后再增加10%～20%的可扩展量，然后可以作为输入输出点数估算的数据。在现实生活中订货时，必须根据制造厂商PLC产品的特点，需要对输入和输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入50个，输出60个。

3.1.3.2 存储器容量的估算

存储器的容量是可编程控制器本身能够提供硬件存储单元的大小，程序所占用的容量是在存储器中用户应用项目所使用的存储单元的大小，所以程序容量比存储器的容量小。在设计过程中，因为用户的应用程序还没有进行编制，所以，程序的容量在设计过程中是一个未知数，只有在程序调试后才能知道。为了在设计选型时能对程序的容量有一定的估算，通常我们用存储器容量的估算来代替。

对存储器的内存容量进行估算时没有固定的公式，很多资料中给出的公式都不统一，总体上来讲都是按照数字量I/O点数的10～15倍然后再加上模拟量I/O点数的100倍，以此数目来作为内存的总字数，另外再按此数的25%来考虑余量。所以本设计的PLC内存容量选择应能存储2000条梯形图，这样才可以保证在以后的改正过程中有足够的空间。

3.1.3.3 控制功能的选择

控制功能的选择包括控制功能、运算功能、编程功能、诊断功能及通信功能等特性的选择。

根据医院住院呼叫系统的需要，现在主要介绍以下三种功能的选择： （1）控制功能

由于PLC主要是用于顺序逻辑控制，所以，在很多时候是采用单回路或多回路的控制器来解决模拟量的控制，但在有些时候也需要用到专用的智能输入输出单元来完

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成所需的控制功能，从而提高了PLC的处理速度同时还可以节省存储器的容量。 （2）编程功能

从经济的角度出发，本系统需要采用离线编程方式。PLC和编程器共用一个CPU，当编程器处于编程模式时，CPU仅为编程器提供服务，对现场设备不进行控制。当编程完成后，编程器就切换到了运行模式，现场设备被CPU控制着，使编程不能进行。采用离线编程方式可以降低系统的成本。而在线编程方式和离线编程方式正好相反：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU来负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC控制系统中常采用。

标准化编程语言有以下五种即：梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能模块图（FBD）和语句表（IL）、结构文本（ST），其中前三者是图形化语言，后两者是文本语言。

（3）诊断功能

PLC的诊断功能包含硬件诊断和软件诊断。硬件诊断需要通过硬件的逻辑判断从而来确定硬件故障的位置。软件诊断又分外诊断和内诊断，外诊断就是通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件的信息交换功能进行诊断，内诊断则是通过软件对PLC内部的性能和功能来进行诊断。

PLC诊断功能的强弱，直接影响到对操作和维护人员技术能力的要求，且影响到平均维修时间。

3.1.3.4 机型的选择 （1）PLC的类型

按照结构PLC可以分为整体型和模块型两类；按照应用环境PLC可以分为现场安装和控制室安装两类；按照CPU的字长可分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。按应用角度来说，一般可按控制功能或输入输出点数选型。

整体型PLC的I/O点数固定，因此供给用户选择的余地较小，经常被用于小型控制系统；模块型PLC提供很多的I/O插卡和卡件，因此用户可以合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 （2）经济性的考虑

在挑选PLC时，应该考虑性价比。在考虑经济性时，我们还应考虑到应用的可操作性、可扩展性和投入产出比等因素，最后进行比较，选择较合适的产品。

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