基于單片機與PLC通信的海量數(shù)據(jù)存儲 

技術設計文檔 

一、 選型說明： 

這個說明是查閱資料后編寫的，如有相關意見可以修改。



整個需求分三部分:



1. 是利用現(xiàn)有的成熟的PLC技術，對各設備的監(jiān)控點數(shù)據(jù)進行采集；



2. 再使用單片機技術，對PLC采集后的數(shù)據(jù)進行讀取，并按照一定的格式存儲在存儲設備中，存儲設備可以是U盤，存儲卡等；



3. 使用讀卡設備將存儲的數(shù)據(jù)讀出，并導入普通PC中，對讀取數(shù)據(jù)進行分析。

 

二、 基本組成圖： 





圖1 總框圖

 

三、 PLC數(shù)據(jù)采集： 

采用成熟的PLC技術，不需開發(fā)，使用西門子S7-200系列。



S7-200 PLC是串行通訊方式為豐富的小型PLC，支持多種通信協(xié)議，如點對點接口協(xié)議（PPI協(xié)議）、多點接口協(xié)議（MPI協(xié)議）和PROFIBUS協(xié)議以及自由通信協(xié)議等。其中自由通信協(xié)議又叫用戶定義協(xié)議，利用自由端口模式，可以實現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，連接多種智能設備，使用起來非常方便，在第三方工程接入中取得了巨大的成功。

 

四、 單片機數(shù)據(jù)存儲 

此部分為整個技術的重點之一，他要完成的主要功能為，從PLC采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按預先規(guī)定格式寫入存儲設備中，存儲設備可設計成存儲卡，U盤之類的。

以下為我所查資料的一些設想，只作為參考，如可行也可以作為使用。

 

1、 單片機與PLC通訊 

單片機選用MCS51，MCS-51的串行口與MAX485芯片相接，然后與S7-200 PLC的RS-485口進行通訊，如圖1所示：

 





圖1 MCS-51單片機與S7-200的硬件接線圖

 

在自由端口模式下，PLC的串行通信接口由用戶來控制，通過梯形圖程序以及和單片機的匯編語言進行配合，來使用完成中斷、字符接收中斷、發(fā)送完成中斷等，通信協(xié)議由用戶完全控制。這時單片機處于主機狀態(tài)，由單片機主動發(fā)送握手信號，PLC接到信號后被動反饋信息即可。

 

a) 通信協(xié)議設計 

定義根據(jù)經(jīng)驗和有關參考資料，定義協(xié)議結構和參數(shù)。

 

（1）通信波特率為9.6kbps，無校驗，8個數(shù)據(jù)位，1個可編程位，1位起始位，1位停止位。



（2）定義通信協(xié)議的數(shù)據(jù)流結構的格式為起始碼、命令碼、元件首址、字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)塊、BCC校驗碼和結束碼。



● 起始碼：表示單片機與PLC開始發(fā)送數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)流個字符，告訴PLC開始進行通信了，可以用00H表示



● 命令碼：表示單片機對PLC的各種操作：



    40H：讀取目標元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的數(shù)據(jù)或狀態(tài)；

    41H：修改目標元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的數(shù)據(jù)或狀態(tài)；

    42H：強制目標單元為ON；

    43H：強制目標單元為OFF；



● 元件首址：表示PLC內部的元件類型以及寄存器的地址（但不能表示一個位地址）。前兩個字節(jié)表示寄存器類型，后兩個字節(jié)表示寄存器號。00 00（H）：I寄存器區(qū) 01 00（H）：Q寄存器區(qū)。02 00（H）：M寄存器區(qū) 08 00（H）：V寄存器區(qū)；



● 字節(jié)數(shù)：從元件首地址起，讀取或寫入PLC元件的數(shù)據(jù)個數(shù)數(shù)據(jù)塊：準備讀取或者寫入PLC的數(shù)據(jù)或狀態(tài)；



● BCC校驗碼：在傳輸過程中，指令有可能受到任何的干擾而使原來的數(shù)據(jù)信號發(fā)生扭曲，此時的指令當然是錯誤的，為了偵測指令在傳輸過程中發(fā)生的錯誤，接收方必須對指令作進一步的確認工作，以防止錯誤的指令被執(zhí)行，簡單的方法就是使用校驗碼。BCC校驗碼的方法就是將要傳送的字符串的ASCII碼以字節(jié)為單位作異或和，并將此異或和作為指令的一部分傳送出去；同樣地，接收方在接到指令后，以相同的方式對接收到的字符串作異或和，并與傳送方所送過來的值作對比，若其值相等，則代表接收到的指令是正確的，反之則是錯誤的



● 結束碼：結束字符標志著指令的結束，在本例中被定義為FFH，不同的PLC從站可以定義不同的結束字符以接收針對該PLC的指令。

 

b) 通信程序的實現(xiàn) 

（1）單片機端程序的實現(xiàn)。單片機在主程序中初始化，采用串行口工作方式3[2]，波特率為9.6kbps，采用單片機作為主機，向PLC進行呼叫，定期讀取數(shù)據(jù)或者寫入數(shù)據(jù)，其程序流程圖參見圖2。 

 





圖2 單片機端通訊程序流程圖

 

（2）PLC端程序流程圖的實現(xiàn)。PLC端作為從機，采用梯形圖或者STL編程，主要是先設置通訊協(xié)議，然后按照協(xié)議把采集到的數(shù)據(jù)進行處理，再發(fā)送給主機單片機，其具體的程序流程圖如圖3所示。

 





圖3 PLC端通訊程序流程圖

 

2、 單片機數(shù)據(jù)存儲實現(xiàn) 

采用西安達泰電子的單片機讀寫U盤的模塊 USB118AD,接線圖如圖4：

 

 







圖4 USB118接線圖

 

說明：采用USB118AD模塊直接連U盤。具體接口方式需查USB118AD相關資料。 

五、 數(shù)據(jù)軟件分析 

通過U盤或其它存儲設備，將數(shù)據(jù)讀入電腦軟件中，電腦軟件根據(jù)實際業(yè)務需要設計相應的算法，對數(shù)據(jù)進行分析，以數(shù)據(jù)報表，圖表等方式展現(xiàn)結果。