基于PLC的智能康复床控制系统设计

引言

据预测,到2020年我国老龄化水平将达17.17%,到2050年我国老龄化水平将推至30%以上,"空巢家庭"更成为一种普遍的社会现象。因此,如何更好地照顾老人及残障人士已成为人们亟待解决的问题。

1控制系统总体方案

我们将康复床控制系统的设计分为运动系统、交互系统和恒温系统三部分,康复床整体结构如图1所示。

图1康复床整体结构图

2运动系统设计

采用24V无刷直流电机为原动件、推杆为执行件、滚珠丝杠传动的方式[4],设计出的推杆结构如图2所示。其各项运动参数如下:最大推力1200N,行程350mm,速度5mm/s。

图2电动推杆机构图

3交互系统设计

选用昆仑通态TPC7062Tx型号的7寸触摸屏来作为交互端,将各元件与PLC之间建立数据连接,实现对运行状态的实时监控[6],最终可完成简单的人机交互界面,如图3所示。

图3交互界面图

4恒温系统设计

在温度测量过程中应用最为广泛的元器件是热电偶,考虑到使用条件及控制要求等各项因素,选用以镍材为基本材料的K型热电偶。K型热电偶在满足康复床基本控制要求的前提下,具有很多优点,真正做到了高性价比。

5软件程序设计

5.1EM231模拟量扩展模块

EM231能够同时采集4通道的外部模拟量输入,并可将其转化为12位数字量,以便于CPU内部进行数学处理。

(1)模块的接线方式:在模块左侧已集成扩展电缆及其接口,该电缆为四线制高精度接线方式,可保证较高的传输精度。

(2)组态DIP设定:我们选择单极性(量程为0~32000)的模拟量输入,并将采集到的无符号数据发送给CPU进行处理。同时将前三位组态开关设置为oFF/oFF/oN形式。

(3)数据校对:此次校正是依据整形与放大电路进行的,所以只需设置一次,便会对全部输入通道作出调整。

(4)数据存储格式:本文将EM231设置为单极性输入,此时模块所采集到的数据量程为0~32000。

5.21/O口分配和外部接线

对所有元件都采用24V电源供电,同时对电气柜中所有元件的负极进行并联接地处理。最终控制部分的电气接线如图4所示。

5.3控制系统工作原理

在设备运行过程中,无论何时出现了错误,都会立即引发报警中断程序,点亮故障指示灯,同时PLC也会转为stop状态使运动停止。在病人使用过程中,若出现操作不当导致发生危险,护理人员也可按下急停按钮使床体立即断电并停止工作。

6结语

本文设计的系统选用西门子s7-200PLC和EM231扩展模块作为控制核心,可以满足对不同患者的护理要求,操作简便。受护者的排便及清洗过程不再需要护理人员的干预,有效提高了受护者的舒适度,具有较好的通用性和灵活性。