摘要：我国正逐渐进入老龄化社会，如何更好地照顾老人及残障人士已经成为急需解决的问题。为提高卧床患者使用护理床的舒适性，本文设计了带有触摸屏的多功能护理床模拟控制系统。本系统由西门子S7-200系列的可编程控制器为核心，辅以触摸屏模块、起背模块、侧翻模块、屈腿模块、辅助大小便以及失禁提示模块等组成，使用GXworks2和GTworks3联合仿真完成模拟系统设计。经过仿真与调试，验证了系统设计的可行性。
关键词：智能护理床；可编程控制器；触摸屏
目前，我国人口已经逐渐进入老龄化社会，且我国的残疾人以及病人的比重也较高[1]。护理床是针对长期卧床不起的老年人和病人的特殊需要而设计的，可自主调节人在床上的体位的机电一体化品[2]。西方等发达国家对护理床研发时间较早，时间较长，进行的机械结构设计较为合理，护理床的功能配置较齐全。而我国的护理床研制也有很长的历史，针对不同功能需求的卧床患者，设计了种类较多的具备多种辅助功能的护理床。如起背功能，侧翻功能等。同国外相比，我国现阶段对护理床关键技术的运用还不是很成熟，部分产品存在结构不合理、功能不齐全、人机交互不灵敏、智能化程度不高等问题[3]。本文主要对护理床的控制系统进行研究，可以帮助卧床患者实现侧翻、起背、屈腿动作、辅助大小便及失禁提示、触摸屏等交互功能，能够减小护理人员和家属的劳动强度。
1护理床的功能
本控制系统的目的是实现患者体位的变换，以满足其日常生活需求。经过调研分析，护理床具有起背、屈腿、侧翻等功能[4]。本文在此基础上，又考虑了辅助大小便、以及大小便失禁提示。
1.1控制器选型
本文选择可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC）作为控制核心。通过PLC控制患者的左右起背、屈腿、翻身等动作，本系统选用西门子S7-200系列的CPU224型号。
1.2推杆电机选型
考虑护理床的工作环境，需要它体积小，静音，本文选用了直流电机驱动的推杆电机。同时，考虑到护理床使用的安全性，采用24V直流电进行供电。本系统所选用的为直流24V推杆电机。
1.3触摸屏选型
触摸屏选用的是三菱F900GOT系列的F940WGOT-TWD，它是人机界面与编程器合二为一的新型触摸显示器。它可在触摸屏上直接对PLC进行监控和编程，不需要使用便携式编程器，拥有三个通信界面，能够与大量周边设备连接。它是256色宽面型画面，输入电源规格为24V直流电，有两个通信接口：RS-422/RS-232C，其中F900GOT的RS-232C接口和西门子S7-200的RS-485接口通过PC/PPI电缆（RS232C/RS485）相接，以实现触摸屏和PLC的通讯[5]。
2硬件的I/O分配
针对起背、屈腿、侧翻、辅助大小便及失禁检测等模块，需要有9个输入点，10个输出点，其分配如表1所示。
3触摸屏
3.1触摸屏的仿真过程
3.1.1仿真软件的选用。本文所使用的是三菱GOT系列的触摸屏，选用GXworks2、GTworks3进行触摸屏的仿真。其中GXworks2中包括GXworks2（PLC可编程控制器的设计工具）和GXsimulator2（PLC运行模拟仿真环境），GTworks3中包括GTDesigner3（三菱触摸屏的设计工具）和GTsimulator3（三菱触摸屏的模拟运行仿真环境）。两个模拟运行仿真环境GXsimulator2和GTsimulator3可以进行交互，我们就可以通过一个PC去实现PLC和触摸屏的仿真。3.1.2GXworks2软件PLC导入。经过调试，发现GXworks2中无法将STEP7-MicroWINSMART中的PLC程序直接导入，且该软件不支持I、Q地址。而经过尝试后，解决方案为，需要将I/O分配中的地址重新命名并写入该软件中。在GXworks2中，将PLC写入I/O的界面如图1所示。3.1.3GTDesigner3软件界面设计。GTDesigner3实现的是触摸屏的画面设计，我们通过写入文本、绘制线条、配置开关、配置指示灯（指示灯再此对应电机）来实现画面的设计，在此基础上将开关和指示灯对应的软件根据I/O分配设置好，以便实现接下来的仿真。3.1.4GXworks2与GTworks3联合仿真。使用GXsimulator2进行模拟仿真，如图3所示。再将GTwork3进行模拟器启动，通过GXsimulator3进行模拟仿真，仿真画面如图4所示。
3.2触摸屏仿真结果
GXworks2和GTworks3联合仿真过程完成后，在GXsimulator3界面中可以实现对与PLC通讯后的触摸屏的操作，通过点动开关，实现PLC程序中的逻辑操作，如图5为仿真运行阶段的辅助板开和右翻身截图，图6为仿真运行阶段的起背截图。
4结论
本文在进行智能护理床系统设计、功能需求调研、关键器件选型、程序编写等基础上，完成了智能护理床模拟控制系统的设计与调试。通过计算机进行了GXworks2和GTworks3进行双软件下触摸屏和PLC的交互和联合仿真，针对现实需求，设计了满足病患需求的功能，经过模拟系统调试，实现了针对卧床病人设计的起背、屈腿、辅助、侧身功能以及触摸屏的人机交互等功能，达到了所设计智能护理床的预期目标。本设计力求在对卧床病人进行较为全面的姿势调节的同时，具有足够的安全性、智能性和高性价比，同时体现人文关怀。本护理床模拟控制系统的实现，为后续添加智能护理床的新功能奠定了基础，因此本设计的应用前景将较为广泛。
作者:肖福娟 初晓艺 林彬 李炜 单位:山东药品食品职业学院