新余西门子（中国）授权总代理商

　引言

　　目前在中国各大城市中,各种现代化工具应用越来越普及,人们的脑力劳动强度远大于体力劳动,这就造成了办公室人员及退休人员的体质的下降,各种疾病随着劳动锻炼的减少面减少,其中颈椎病、腰椎病等骨科常见病,也是困扰众多患者的难题之一。其中牵引治疗是颈椎疾病和腰椎疾病的一种有效的治疗手段。牵引治疗中,以牵引床的效果为佳。它根据生物力学原理及中医推拿正骨原理设计面成,将中医传统推拿中的各种手法如屈曲背伸牵引、旋转复位、拉拔分解为牵引、旋转、摆角、倾角等基本动作,并转化为微机传感器控制下的物理量,如拉力、距离、角度、时间等参数,利用程序进行组合控制,模拟医生的手法,达到多种动作组合,完成医生难以达到的复杂手法,既达到了治疗效果,又减轻了医生的繁重体力劳动。牵引治疗是一个长期治疗过程,目前市面上多以机械式牵引床为主,一部他智能牵引床虽然可以自动治疗,但每次治疗需要重新输入治疗数据,也较为烦琐。针对以上因素,本文提出了一种基于局域网的智能型电脑控制牵引床设计方案,可以由上位机建立患者数据库并设定治疗方案,把治疗数据发送给患者所在牵引床进行治疗;也可由医生根据患者的病情随进调整治疗方案,有效地保证治疗效果,降低了医护人员的人力资源耗费。

　　1.系统总体方案设计

　　系统根据医院实际情况,将病区划分为小的专项区域,如颈椎牵引区、腰椎牵引区等,每个专项区由一台上位机控制多台牵引床。上位机与牵引床之间采用串行总线的方式进行通讯。上位机软件基于bbbbbbS系统采用数据库技术,用以保存患者信息和治疗方案,如牵引角度、牵引时间、牵引重量、牵引体位等;牵引床采用SIMATIC TDC进行控制,由医护人员设定牵引力和牵引时间,由压力传感器反馈牵引力大小,可以实现持续牵引、间歇牵引、反复牵引、手动牵引等治疗模式。

　　2.上位机系统设计

　　本系统中有两个可用的数据源,即牵引床控制级中的PLC和操作监控级中的PC监控系统。硬件上,在管理计算机与PLC之间建立物理连接,从PLC中获取实时数据;软件上,为使实现过程较为方便、高效,则从监控系统中获取过程数据。

　　2. 1数据库管理模块功能

　　针对具体需要,本系统以患者数据管理为中心,将医生对患者的管理工作集成到一个系统中,从而达到提高管理和控制质量和效率的目的。首先利用VB提供的DataGrid控件定义数据库结构,所建立的患者信息库包括床号、姓名、性别、出生年月、工作单位、住址、联系电话、病情描述、禁忌病史、建议治疗方案、治疗次数等字段。整个数据库管理模块利用VB的数据库M实现对整个数据库访问,包括连接数据源;发出、执行命令;查询、返回数据;增加、删除、更新数据。

　　2. 2串口通讯模块设计方案

　　随着科技的发展,RS-485串行通信设备硬件开发实现了集成化、简单化,且使用方便,因而应用越来越广泛。本系统中上位机与牵引床控制单元的通讯是采用RS-485串行模式进行的。由于任何指令在传输线路上均以数字形式存在,即一串高低电平,因此,使用VB的通信控件对线路上的数据侦听并进行分析。

　　2. 2. 1硬件连接

　　PLC上的数据传输端口为RS-485串行通信端口,而PC的机上的COM口为RS-232串行通信端口。为使数据侦听能够进行,需用到RS-232/RS-485转换器ADAM -4520。ADAM -4520转换器能够在配置RS-232的系统上使用RS-485信号。它将RS-232信号转换成独立的RS-485信号,不需要改变计算机的硬件或软件。数据从同一端口采集,同时经过MPI电缆和ADAM-4520,分别经过5611卡和COM口进入PC。连接方法如图1所示:

　　2. 2. 2软件实现

　　用VB编写的与PLC的通信程序,实际就是PC向PLC发出相关指令,或按预定治疗方案进行牵引,或在治疗同时,患者根据自身情况与医生通讯,医生及时调整牵引力的大小,牵引角度等参数等。以从PLC读出数据为例:程序流程如图2所示。

　　3.牵引床控制系统设计

　　控制系统采用西门子的S7-300为核心控制单元。S7-300是模块化小型PLC系统,具备高速(0. 6~0. 1μs)的指令运算速度,方便的人机界面服务已经集成在其操作系统内,人机对话的编程要求大大减少;考虑到牵引床的使用场合与制造成本,牵引力动力采用伺服电机加齿轮变速带动牵引带,通过步进电机的正反转控制牵引力大小;压力传感器安装在牵引带上。为方便牵引床独立使用,在牵引床侧配置有按键和LED显示屏,可以与上位机脱离独立设定牵引时间与牵引力大小等并实时显示治疗状态,显示部分采用了GXM12864SL大屏幕LED,这样屏幕上可显示自编的汉字、数字、等式及简单的图案;为了安全起见,系统上面设置有牵引力增大、牵引力减小、急停等按钮,在患者突感不适等意外情况下可以自行设定拉力或解除拉力。(见表1)。

　　4.结束语

　　西门子S7-300系列PLC具有模块化、运算速度快、通信能力强、组态简单等优点。将PLC应用到牵引床设计中,一方面可节约开发的时间和成本,另一方面,能够充分保证治疗效果,提高治疗过程的安全性。而网络化的设计,在大程度上简化了医疗机构的治疗过程、减少了医疗人员的投入,可组网使用,也可独立单床使用,适用各级医院、乡镇卫生院、个体诊所或保健机构等,具有很广阔的应用前景。

主要介绍了基于 PLC 的悬浮式电子皮带秤在四川某烟草公司制丝生产线中的应用， 介绍了悬浮式皮带秤的构成与工作原理，并从硬件、软件角度阐述了 PLC 如何实现对皮带秤的控制。 　　基于 PLC 的悬浮式电子皮带秤应用于四川某烟草公司，皮带秤为直接受力式，而且结构简单、稳定，其皮带输送道和物料全部悬置于四个称重传感器上，无中间传力件，钢性好、位移小、对称性好，在称量断续烟片时，对流量的控制较容易实现。而且 PLC 应用于皮带秤的控制系统中，不仅能实现对皮带秤复杂的闭环控制，而且还能完成各

　  1 悬浮式皮带秤的构成与工作原理

　　悬浮式皮带秤构成,如图 1 所示。

　　在烟草行业中，皮带秤皮带上的物料多为烟叶、烟片、烟丝，其物理特性不同，而且一般是不均匀的，因此多采用积分法计算物料瞬时流量和累积流量。

　　1)速度采样。 装于驱动电机轴上的光电脉冲位移传感器与PLC 中的高速计数模块连接，当电子皮带秤运行后，光电脉冲位移传感器发出脉冲， 其每一个脉冲代表皮带走过一个固定的间隔，该脉冲进入 PLC 高速计数模块后便可作为速度采样。

　　2)重量采样。 当输送机皮带上有物料流过时，4 个电阻应变片称重传感器输出正比于物料重量的电压信号，该信号经称重终端转化为秤台负荷信号送入 PLC 进行运算， 完成一次重量采样工作。 随着输送秤的不断运转，每隔一定长度都将产生一个脉冲，进行一次重量采样，将各次采样值经过累计即可得到累计重量。

　　3)流量控制工作原理。 流量的计算由 PLC 装置完成，PLC将采集到的速度信号与重量信号进行乘积运算就可以得到瞬时流量。 其工作原理示意图如图 2。

　　2 PLC 系统设计

　　2.1 PLC 系统硬件的配置

　　由于控制系统以开关量为主，含有少量的模拟量，并且中控系统控制采用的是基于 RSLogix 5000 系列的编程系统， 为保证与中控系统通讯的便捷与稳定， 经比较选用罗克韦尔公司的SLC-5 可编程序控制器 、RSLogix 500 编程软件 、RSNetWork控制网组态软件以及 RSView 监控软件组成的自控系统。 其稳定性好，功能强，并提供了多种不同点数的 CPU 模块和数字量、模 拟 量 I/O 扩 展 模 块 供 用 户 选 用 。 系 统 的 人 机 界 面 采 用RSVIEW 公 司 的 人 机 界 面 ， 称 重 终 端 采 用 美 国 METTLERTOLEDO 公司的 JAGXTREME 并配有总线通讯板与 PLC 进行通讯。 具体配置为：SLC-5 可编程序控制器配置模块为：1747-L551C 5 / 05 CPU 模块; 中央处理器模块提供的 1746-OB16I / O 模块; 并配置了 1746-HSCE 高速计数器模块; 以及 2 个1747—SDN DeviceNet Scanner 模块。 开关量接线简图如图 3所示。

　　2.2 系统软件设计

　　该系统软件设计部分包括 PLC 控制程序设计、参数配置以及人机界面参数程序设计。 PLC 程序设计在 RSLogix 500 软件环境下完成，采用梯形图编程。

　　1)PLC 系统控制软件。 软件设计主要分为三块： 开关量控图 5 计量秤、控制秤、配比秤应用示意图制、模拟量采集、模拟量的控制。 开关量控制主要指按钮、指示灯、连锁信号等的控制;模拟量处理主要指模拟量的采集、显示、存 储 ; 控 制 主 要 是 指 瞬 时 流 量 控 制 和 累 计 量 计 算 。 利 用RSLogix 500 设计的控制程序主体部分如图 4 所示。

　　2)人机界面系统。 利用上位机监控软件 RSView 构造系统操作介面，操作触摸屏上设有主要设备运行状态指示，以彩色图形的方式，形象地显示变频器、缓冲机、输送秤的开停状态和秤台负荷、设定流量、瞬时流量、累加流量、趋势画面、系统故障报警画面、 各种参数设置画面等。 另外为了提高整个系统的安全性，提供了登陆机制，赋予不同操作管理人员不同的访问权限。

　　3 悬浮式电子皮带秤在烟草制丝生产线上的应用

　　在烟草行业制丝生产线中， 电子皮带秤可根据现场生产的工艺要求，分别用于物料的计量、控制、配比等等。

　　1)计量秤。计量称输送物料时，PLC 装置将采样到的重量信号与速度信号进行运算分别得到瞬时流量与累计流量， 同时提供瞬时流量和累计流量的输出信号，不对流量进行控制，而且流量的计量精度作为计量秤的主要指标尤为重要。

　　2)控制秤。控制称同时具有计量与控制的功能。根据设定流量对实际流量进行控制，以便与其前级设备喂料机等配合使用。通过 PLC 装置得到的流量信号与设定流量或者中控远程流量信号相比较，通过变频调速器，对电机转速进行控制，起到调节皮带速度的目的，进而控制流量的大小，使流量值始终保持在预先设定的流量值附近。

　　3)配比秤。 在制丝生产工艺中，叶丝、梗丝、膨胀丝、薄片丝等需要按比例进行掺配， 因而要用到用于计量配比的配比皮带秤。 配比称用于与前级主秤配合使用， 根据主秤提供的流量信号，按照一定的配比比例随主秤流量的变化而变化。计量秤、控制秤、配比秤在四川某烟厂烟丝生产线的应用示意如图 5 所示。

　　4 安装使用过程中的主要问题与改进

　　为使皮带秤在今后的使用过程中保持计量精度、 控制精度等等关键参数，在安装与使用过程中应注意几点问题：

　　1)皮带跑偏。 在生产过程中，如果皮带尺寸不标准，或者皮带前后滚筒不平行，从而产生夹角;或者物料偏离秤称重中心;皮带滚筒在机加工过程中产生了中心轴偏离等等都会引起皮带秤在运行过程中产生皮带跑偏现象，在保证好皮带秤制造工艺的前提下，安装过程中应调整好称重秤架的四角高度，以保证秤体的水平;并且应该调整皮带前后滚筒，以保证前后滚筒的平行。

　　2)安装位置。 由于在某些生产线中皮带秤与振动输送机连接较近，现场振动比较大，不仅会严重影响皮带秤的计量精度，而且很容易造成皮带秤元器件损坏给计量与控制带来很大影响。 因此在安装过程中，一定要注意与前后级设备之间连接时，设计好合理的安装位置，皮带秤安装处的支撑要有足够的强度，强度不足时要进行适当的加固，以保证设备正常稳定地工作。

　　3)计量管堵料。计量管多用于皮带秤与喂料机的衔接处。计量管上安装有光电开关，以检测计量管内的物料情况。 若计量管物料流通空间较小，就会限制物料流量的大小，当所需流量过大时，很容易造成计量管堵料。 根据实际情况，把计量管设计成宽窄可调、薄厚可调的模式，可以根据实际流量的大小及时地调整计量管的空间，可以保证物料的顺利输送。

　　5 结束语

　　该电子皮带秤已在四川某烟草公司得到应用。 维护简单、使用方便，并且计量精度、控制精度等都控制在千分之五以内，将大大提高生产线上设备的运行效率、 提升烟产品质量等关键问题，并且能够弥补其它电子皮带秤的弊端与不足。