引言

據(jù)預(yù)測,到2020年我國老齡化水平將達(dá)17.17%,到2050年我國老齡化水平將推至30%以上,"空巢家庭"更成為一種普遍的社會現(xiàn)象。因此,如何更好地照顧老人及殘障人士已成為人們亟待解決的問題。

1控制系統(tǒng)總體方案

我們將康復(fù)床控制系統(tǒng)的設(shè)計分為運動系統(tǒng)、交互系統(tǒng)和恒溫系統(tǒng)三部分,康復(fù)床整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1康復(fù)床整體結(jié)構(gòu)圖

2運動系統(tǒng)設(shè)計

采用24V無刷直流電機為原動件、推桿為執(zhí)行件、滾珠絲杠傳動的方式[4],設(shè)計出的推桿結(jié)構(gòu)如圖2所示。其各項運動參數(shù)如下:最大推力1200N,行程350mm,速度5mm/s。

圖2電動推桿機構(gòu)圖

3交互系統(tǒng)設(shè)計

選用昆侖通態(tài)TPC7062Tx型號的7寸觸摸屏來作為交互端,將各元件與PLC之間建立數(shù)據(jù)連接,實現(xiàn)對運行狀態(tài)的實時監(jiān)控[6],最終可完成簡單的人機交互界面,如圖3所示。

圖3交互界面圖

4恒溫系統(tǒng)設(shè)計

在溫度測量過程中應(yīng)用最為廣泛的元器件是熱電偶,考慮到使用條件及控制要求等各項因素,選用以鎳材為基本材料的K型熱電偶。K型熱電偶在滿足康復(fù)床基本控制要求的前提下,具有很多優(yōu)點,真正做到了高性價比。

5軟件程序設(shè)計

5.1EM231模擬量擴展模塊

EM231能夠同時采集4通道的外部模擬量輸入,并可將其轉(zhuǎn)化為12位數(shù)字量,以便于CPU內(nèi)部進行數(shù)學(xué)處理。

(1)模塊的接線方式:在模塊左側(cè)已集成擴展電纜及其接口,該電纜為四線制高精度接線方式,可保證較高的傳輸精度。

(2)組態(tài)DIP設(shè)定:我們選擇單極性(量程為0~32000)的模擬量輸入,并將采集到的無符號數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU進行處理。同時將前三位組態(tài)開關(guān)設(shè)置為oFF/oFF/oN形式。

(3)數(shù)據(jù)校對:此次校正是依據(jù)整形與放大電路進行的,所以只需設(shè)置一次,便會對全部輸入通道作出調(diào)整。

(4)數(shù)據(jù)存儲格式:本文將EM231設(shè)置為單極性輸入,此時模塊所采集到的數(shù)據(jù)量程為0~32000。

5.21/O口分配和外部接線

對所有元件都采用24V電源供電,同時對電氣柜中所有元件的負(fù)極進行并聯(lián)接地處理。最終控制部分的電氣接線如圖4所示。

5.3控制系統(tǒng)工作原理

在設(shè)備運行過程中,無論何時出現(xiàn)了錯誤,都會立即引發(fā)報警中斷程序,點亮故障指示燈,同時PLC也會轉(zhuǎn)為stop狀態(tài)使運動停止。在病人使用過程中,若出現(xiàn)操作不當(dāng)導(dǎo)致發(fā)生危險,護理人員也可按下急停按鈕使床體立即斷電并停止工作。

6結(jié)語

本文設(shè)計的系統(tǒng)選用西門子s7-200PLC和EM231擴展模塊作為控制核心,可以滿足對不同患者的護理要求,操作簡便。受護者的排便及清洗過程不再需要護理人員的干預(yù),有效提高了受護者的舒適度,具有較好的通用性和靈活性。