基于PLC和组态软件的三维康复床控制系统

    0  引言

    三维康复床根据人体生物力学原理及传统中医推拿、正骨手法原理研制而成，是治疗腰椎间盘突出的设备，集机械、电子、控制、液压等技术于一体，自动实现传统医学手法中的斜板曲伸、牵引复位、旋转复位等手法。采用西门子公司的SIMATICS7一200PLC作为数据采集、控制回路、自动顺序操作和运算的主要设备，以其他测量监控设备为辅的方案，实现了床体的自动控制和系统运行诊断，满足了系统可靠性、稳定性和实时性的要求。

    1  系统介绍

    三维康复床主要由控制部分和床体部分组成。控制部分由PC机和PLC组成，治疗的旋转角度、摆角及牵引距离从PC机输人，通过PC机与PLC的通信，送给PLC控制程序，转化为相应的控制参数，传递给床体，实现各种动作。床体部分由上下床体板和动作执行元件组成。上下床体板带动被治疗者达到治疗目的，动作执行元件接受PLC传达的动作指令，完成床体板的动作。动作执行元件主要由步进电机、液压传动装置、电动缸组成。步进电机是一种将脉冲信号转变为直线移位或角移位的控制电机，是数字控制系统中的重要执行元件，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。在此系统中，利用步进电机的优势将牵引距离、旋转角度准确定位于液压油缸中，为下一步治疗做准备。液压传动装置噪音低，准确性高，避免了由于被治疗者的原因而造成的牵引不足和牵引过度问题，可准确地达到要求的牵引距离，并且牵引过程极短，患者无痛苦。电动缸噪音低，体积小，使用方便简单，工作稳定可靠且能适应恶劣环境。

    2  控制系统硬件结构

    三维康复床控制系统由上位机和下位机组成，硬件系统结构如图1所示。上位机使用PC机，可以完成两个功能:实现整个系统的监控、数据检测及数据库管理;完成组态软件的设计和开发、PLC程序的开发以及将软件通过串口传送至PLC的CPU单元。下位机采用功能强大、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器SIMATICS7一200PLC，实现系统参数的采集和控制。控制系统根据功能要求共需20个开关量FO，其中2个输人，18个输出。模拟量输人需2个。选择西门子S7一200cPu224作为主控单元。CPu224体积小，功能强，本身集成了14个开关量输人和10个开关量输出，用它接收各主控开关的输人信号，并输出控制电机动作，扩展一数字量输出模块EM222，利用其8点继电器输出控制各电磁阀动作。选择一个EM231模拟量输人单元，接收传感器的检测信号。EM231有4路模拟量输人通道，可接收电压或电流模拟量信号，本例中仅使用两路。