基于PLC控制的病床呼叫系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用*

黎一強

（羅定職業(yè)技術(shù)學院，廣東云浮 527200）

0 引言

病床呼叫是醫(yī)院每張病床不可或缺的一個貼心服務(wù)功能[1]，它能及時準確地將病人的求助信息通知到醫(yī)護人員[2]，使病人得到快速準確的幫助。為了保障病人的生命安全，避免醫(yī)療事故及糾紛，所以病床呼叫系統(tǒng)一定要穩(wěn)定可靠，準確及時快速傳遞呼叫信息[3]，而且要求便于操作。

目前病床呼叫系統(tǒng)大多采用單片機控制技術(shù)[4]，但單片機控制的病床呼叫系統(tǒng)，采用低壓電力線傳輸信號時，需要考慮信息衰減、濾波、電平轉(zhuǎn)換等問題[5]，控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計及軟件開發(fā)較復(fù)雜，故障率高；采用無線傳輸呼叫信號時，無線電波會對其他醫(yī)療器械造成干擾[6]，信號也容易受到干擾而報錯；單片機控制系統(tǒng)的功能不易擴展，抗干擾能力差，不能持續(xù)穩(wěn)定地長時間工作，要實現(xiàn)人機界面比較困難[7]。本系統(tǒng)采用PLC作為病床呼叫系統(tǒng)的核心控制器，控制系統(tǒng)抗干擾能力強，能穩(wěn)定地長時間工作，操作方便，維護容易，易于擴展，能友好地實現(xiàn)人機界面，并能準確記錄存放數(shù)據(jù)，減少醫(yī)患糾紛。

1 呼叫系統(tǒng)功能要求

以一層樓一個護士站管控20張病床的呼叫系統(tǒng)為例，分析其主要功能。

（1）控制系統(tǒng)為了方便病人使用，每張病床只設(shè)置一個操作按鈕，該按鈕具有自鎖功能。當病人需要求助時，按下該按鈕實現(xiàn)求助呼叫。醫(yī)護人員接到呼叫信號過來查床時，松開該按鈕消除該床位的呼叫信號。

（2）護士站設(shè)置在樓層的中間位置，站內(nèi)設(shè)有該站管控的所有床位的指示系統(tǒng)，每張病床都有一個對應(yīng)編號的LED指示燈。當病床發(fā)出呼叫信號時，對應(yīng)編號的LED指示燈發(fā)亮，呼叫信號消失則對應(yīng)的LED指示燈熄滅。例如13號病床有呼叫信號，13號LED指示燈發(fā)亮；13號病床呼叫信號解除，則13號LED指示燈熄滅。

（3）護士站設(shè)有總的燈光及聲音報警信號，當有任何病床發(fā)出呼叫信號時，馬上發(fā)出燈光及聲音報警信號提醒醫(yī)護人員。護士站內(nèi)設(shè)有消聲器按鈕，當醫(yī)護人員接到報警信號后，按下消聲按鈕可以解除聲音報警，但不能解除燈光報警，當有新的病床發(fā)出呼叫請求時，又發(fā)出聲音報警信號。當所有病床都沒有呼叫請求時，燈光報警及聲音報警信號自動解除。

（4）在護士站樓道的正上方，用2個LED數(shù)碼管顯示有呼叫信號的病床編號，1個顯示病床號的個位數(shù)，另1個顯示十位數(shù)。如果有多張病床發(fā)出呼叫請求信號，則這些病床編號循環(huán)在數(shù)碼管上顯示出來，便于樓道內(nèi)的醫(yī)護人員快速獲得病人的求助信息。

（5）在醫(yī)生值班室設(shè)有人機界面，讓值班醫(yī)生隨時監(jiān)測病人的呼叫信息，護士站沒人值守時，值班醫(yī)護人員可第一時間獲悉病人的求助信息。醫(yī)生值班室也有聲光報警系統(tǒng)，該聲光報警系統(tǒng)與護士站的聲光報警系統(tǒng)進行并聯(lián)，功能與控制要求一樣，不占用PLC的控制資源。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 PLC選型

某醫(yī)院某護士站實際管控20張病床位，根據(jù)醫(yī)院提出的控制功能，為了便于病人操作，要求每張病床實現(xiàn)一鍵操作呼叫功能，需要20個呼叫輸入按鈕及1個消聲輸入按鈕，系統(tǒng)有共21個輸入信號，需要用到21個PLC輸入點。因為床位編號LED指示信號燈的功率很小，系統(tǒng)改變傳統(tǒng)采用PLC輸出點驅(qū)動的方式，將床位指示LED信號燈與輸入按鈕串聯(lián)，采用外接24 V開關(guān)電源供電，當輸入按鈕被按下時，對應(yīng)編號的LED指示信號燈就構(gòu)成閉合回路被點亮。根據(jù)控制要求本系統(tǒng)要驅(qū)動2個七段數(shù)碼管，1個聲音報警器及1個發(fā)光報警器，共需要PLC16個輸出點。根據(jù)上述分析，呼叫系統(tǒng)選擇三菱FX3u-48MR的PLC作為核心控制器，有24個輸入點及24個輸出點，并選用昆侖通態(tài)TPC1561Hi觸摸屏作為人機界面，該屏為15"（約38 cm） TFT液晶屏，分辨率為1 024 768。

表1 PLC輸入端子分配表

2.2 PLC輸入端子分配

PLC輸入端子分配如表1所示。

2.3 PLC輸出端子分配

PLC輸出端子分配如表2所示。

表2 PLC輸出端子分配表

2.4 PLC的I/O接線圖

PLC的I/O接線圖如圖1所示。

2.5 人機界面設(shè)計

系統(tǒng)選用昆侖通態(tài)TPC1561Hi觸摸屏作為人機界面，MCGS可視化的圖形功能可以方便地建立所設(shè)計的各種畫面[8]。為了便于值班醫(yī)護人員實時監(jiān)測病人的求助信息，人機界面可顯示所有病床的呼叫狀態(tài)，采用標簽構(gòu)件制作病床編號的顯示框，顯示框設(shè)置可見度屬性，關(guān)聯(lián)PLC程序中病床對應(yīng)編號的M值，當M=1則對應(yīng)顯示框可見，表示該病床發(fā)出呼叫信號，人機界面總設(shè)計圖如圖2所示；系統(tǒng)運行時，沒有病人發(fā)出求助信號，人機界面上不會顯示病床的編號，當有病人發(fā)出求助信號時，如2、9、13、17、20號病床發(fā)出呼叫信號的人機界面如圖3所示。

圖1 PLC的I/O接線圖

圖2 人機界面總設(shè)計圖

圖3 有病床呼叫的人機界面

2.6 人機界面與PLC實時數(shù)據(jù)建立與組態(tài)

實時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，通過它將工程的各個部分連接成有機的整體[9]。系統(tǒng)人機界面構(gòu)件與PLC程序軟元件關(guān)系如表3所示。

表3 人機界面構(gòu)件與PLC程序軟元件關(guān)系表

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

3.1 工作流程圖

該系統(tǒng)開始工作時，利用PLC的M8012產(chǎn)生一個0.1 s的脈沖，利用這個脈沖信號去循環(huán)逐步掃描檢測每個病床的呼叫信號。如果某張病床或多張病床發(fā)出呼叫信號，呼叫病床的編號立即在護士站的呼叫病床指示系統(tǒng)及醫(yī)生值班室的HML上顯示出來，并發(fā)出聲光報警信號；所有發(fā)出呼叫信號的病床編號在樓道的數(shù)碼管循環(huán)顯示；按下消聲按鈕，消除聲音報警信號，當有新增呼叫信號時，又再次發(fā)出聲音報警信號；消除所有病床呼叫信號時，消除燈光報警信號，如此循環(huán)工作，工作流程圖如圖4所示。

圖4 工作流程圖

3.2 程序設(shè)計

進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，首先將程序拆分成具有基本功能的程序模塊[10]，如系統(tǒng)程序設(shè)計分為病床呼叫信號存放電路、循環(huán)掃描檢測病床呼叫信號電路、呼叫病床顯示電路、聲光報警電路等，然后將這些基本的功能模塊進行組合，使之銜接成一個完整的程序[11]。

3.2.1 呼叫信號的處理

呼叫系統(tǒng)為了實現(xiàn)一鍵呼叫功能，便于病人及醫(yī)護人員的使用，簡化程序的編寫，采用帶自鎖功能的呼叫按鈕。由輸入電路可見，當呼叫按鈕按下去時，對應(yīng)的LED燈發(fā)亮，在病床及護士站都安裝一個對應(yīng)的LED燈，以提示病人及醫(yī)護人員；當松開該按鈕時，對應(yīng)的LED燈熄滅。參考梯形圖程序如圖5所示，PLC輸入繼電器的地址是采用八進制編碼，K5X1為X1～X24共20個輸入信號的位串，采用雙字傳送指令DMOV，將輸入信號存放在輔助繼電器K5M1中，作為對應(yīng)病床號的呼叫標志位。

圖5 呼叫信號處理程序

3.2.2 循環(huán)掃描檢測呼叫信號

采用M0V0作為病床的編號，采用M8012上升沿作為0.1 s的步進信號，用INC V0指令實現(xiàn)病床編號的逐一增加，當沒有病床呼叫信號時，病床呼叫信號標志位M50為0，V0的數(shù)值每0.1 s就自動加1，即是每0.1 s檢測一張病床的呼叫信號。當有病床呼叫信號時，病床呼叫信號標志位M50為1，M50的常閉觸點斷開，切斷0.1 s的步進信號，將發(fā)出呼叫信號的病床編號顯示出來，T0為呼叫病床號顯示的時間，當顯示時間到，又開始下一張病床的掃描。當V0的值大于或等于21時，V0的值自動清零，即又開始一個周期的掃描檢測工作。圖6所示為循環(huán)掃描檢測呼叫信號的程序。

圖6 循環(huán)掃描檢測呼叫信號程序

3.2.3 信號顯示電路

當檢測到有呼叫信號時，系統(tǒng)要求將發(fā)出該信號的病床編號在樓道數(shù)碼管上顯示出來。本系統(tǒng)采用2個數(shù)碼管顯示有呼叫信號的病床編號，1個顯示個位數(shù)，另1個顯示十位數(shù)。發(fā)出呼叫信號的病床編號存放在D0中，D0是由個位、十位數(shù)組成的2位數(shù)，不能用七段譯碼SGED指令直接將它顯示出來。編程時用要先用BCD指令將D0的二進制編碼變換為BCD碼存放在D1中，提取D0.0～D0.3這4個二進制編碼存放在K1M100中，這是呼叫編號的個位數(shù)；提出D0.4～D0.7這4個二進制編碼存放在K1M104中，這是呼叫編號的十位數(shù)，再用七段譯碼SGED指令將它顯示出來即可。圖7所示為呼叫信號顯示程序。

圖7 呼叫信號顯示程序

3.2.4 報警電路

系統(tǒng)設(shè)有燈光及聲音報警信號，當有任何病床發(fā)出呼叫信號時，Y21驅(qū)動報警指示燈光，及Y20驅(qū)動報警蜂鳴器提醒醫(yī)護人員，按下消聲按鈕X0或人機界面的M52按鈕可以解除聲音報警，但不能解除燈光報警，當有新的病床發(fā)出呼叫請求時，又發(fā)出聲音報警信號。當所有病床都沒有呼叫請求時，燈光報警及聲音報警信號自動解除，圖8所示為報警梯形圖程序。

圖8 報警程序

4 結(jié)束語

本文呼叫控制系統(tǒng)采用賦值的方法來采集呼叫信號，簡化了使用驅(qū)動指令采集輸入信號的處理辦法；用輸入回路來驅(qū)動LED指示燈，也減少了占用PLC輸出觸點的資源；巧妙地采用變址寄存器來改變病床的編號，使編程更加簡潔，特別對于更多床位的控制系統(tǒng)，這種編程方法的優(yōu)勢就更加明顯。通過實踐證明該呼叫系統(tǒng)工作穩(wěn)定，運行可靠，能準確及時快速傳遞呼叫信息。