竖井挖掘系统PLC软件设计+流程图(3)
1.3.3 管理软件功能
1）系统通讯
通讯模式根据硬件具体选型采用以太网或总线形式，确定PLC和PC计算机的通信协议和相关的软硬件设置；
2）系统控制及运动相关参数设置
参照挖掘机的五种工作模式的特点，通过参数设置，调用相关数学模型计算控制参数及控制目标；
3）系统工作参数实时显示
基于PLC与PC计算机的通讯模式和通信协议，PLC将系统工作时的位置信息、速度信息、角度信息以及相关电气设备的控制及状态参数信息写入共享内存，由PC计算机读取并显示；
4）系统运行轨迹的记录、分析及回放
基于PLC与PC计算机的通讯模式和通信协议，PLC将系统运行轨迹信息写入共享内存；PC计算机读取信息并按约定格式写入数据库或文件存储，并以动画形式在界面上复现系统运行情况。
1.4 设计原则
本系统的PLC软件开发采用西门子Step7的语句表进行。西门子Step7的语句表(Statement Language)语言在编程功能上具备了子模块调用、内存分配，中断或异常处理的较为高级的功能，也具备了梯形图编程语言、所不具备的基址变址寻址方式，而这个寻址方式是结构化编程和模块复用的关键！另外语句表在子功能模块（或子过程）的调用，变量名的引用等很多方面也比梯形图更加灵活和方便。更为重要的是，语句表能使结构化编程方法和面向对象编程方法在PLC编程中得以顺利实施。特别是本项目中控制挖掘机大臂、小臂和铣挖机头运动行程时，需要用到PID软件模块，采用语句表编程，更为灵活可靠，调试参数时方便快捷。可以用梯形图及功能块的尽量使用，方便现场文修[10]- [13]。
2 系统结构图及硬件配置详情
2.1 硬件配置
本系统选用的下位机可编程序控制器(PLC)为西门子(SIEMENS)公司的S7系列。为了提高控制系统的可靠性,上位机推荐为双机双缆热备冗余(两台主机显示三个画面)，下位机推荐为双机双缆半热备冗余。两台上位机互为备用、并列工作。PLC主机CPU与上位机之间通过PROFIBUS或者PROFINET网络通讯。系统中，CPU主站接受外部两路独立的220VAC电源，当一路电源失去时,另一路电源能自动投入。其他系统IO配置则根据实际信号点以及控制量具体推算[14]- [16]。
2.2 系统结构
系统软件的概要结构图如图2.1所示。
图2.1 挖掘机软件结构图
3 控制系统设计
3.1 通讯网络控制设计
本系统通讯任务复杂，环境干扰较大，对网络系统的传输速度，抗干扰能力有一定要求，因此本系统采用Profibus-DP 网络，即用西门子S7 系列PLC 搭建整个系统，采用Profibus-DP总线传输。
3.2 主站系统控制设计
主站采用西门子 S7-300PLC，CPU 集成MPI+ DP 连接器口，支持Profibus-DP 总线通讯功能。I/O 模块接收来自操作屏的启/停命令并指示各系统的运行状态。
操作显示屏有操作屏操作、HMI（人机界面）操作两种方式可选，并且在系统运行时可以在这两种操作中切换。操作屏操作有手动/自动两种工作方式，手动时可以完成对单个系统的单独远程控制，自动时则可以使挖掘机系统中的相关系统按一定的顺序进行挖掘。HMI 工作画面上显示各系统的运行状态及故障处理、辅助操作等等。主站负责主控制室对所有系统的远程操作和对整个系统的监视管理。