基于單片機(jī)與PLC通信的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
技術(shù)設(shè)計(jì)文檔
一、 選型說明：
這個(gè)說明是查閱資料后編寫的，如有相關(guān)意見可以修改。
整個(gè)需求分三部分:
1. 是利用現(xiàn)有的成熟的PLC技術(shù)，對(duì)各設(shè)備的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；
2. 再使用單片機(jī)技術(shù)，對(duì)PLC采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并按照一定的格式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備中，存儲(chǔ)設(shè)備可以是U盤，存儲(chǔ)卡等；
3. 使用讀卡設(shè)備將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀出，并導(dǎo)入普通PC中，對(duì)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)，不需開發(fā)，使用西門子S7-200系列。
S7-200 PLC是串行通訊方式最為豐富的小型PLC，支持多種通信協(xié)議，如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口協(xié)議（PPI協(xié)議）、多點(diǎn)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(shí)現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，連接多種智能設(shè)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(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
此部分為整個(gè)技術(shù)的重點(diǎn)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(yù)先規(guī)定格式寫入存儲(chǔ)設(shè)備中，存儲(chǔ)設(shè)備可設(shè)計(jì)成存儲(chǔ)卡，U盤之類的。
以下為我所查資料的一些設(shè)想，只作為參考，如可行也可以作為使用。
1、 單片機(jī)與PLC通訊
單片機(jī)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(jìn)行通訊，如圖1所示：
圖1 MCS-51單片機(jī)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(jī)的匯編語(yǔ)言進(jìn)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(shí)單片機(jī)處于主機(jī)狀態(tài)，由單片機(jī)主動(dòng)發(fā)送握手信號(hào)，PLC接到信號(hào)后被動(dòng)反饋信息即可。
a) 通信協(xié)議設(shè)計(jì)
定義根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)參考資料，定義協(xié)議結(jié)構(gòu)和參數(shù)。
（1）通信波特率為9.6kbps，無校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)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(jié)構(gòu)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(yàn)碼和結(jié)束碼。
● 起始碼：表示單片機(jī)與PLC開始發(fā)送數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)流第一個(gè)字符，告訴PLC開始進(jìn)行通信了，可以用00H表示
● 命令碼：表示單片機(jī)對(duì)PLC的各種操作：
40H：讀取目標(biāo)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(biāo)元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的數(shù)據(jù)或狀態(tài)；
42H：強(qiáng)制目標(biāo)單元為ON；
43H：強(qiáng)制目標(biāo)單元為OFF；
● 元件首址：表示PLC內(nèi)部的元件類型以及寄存器的地址（但不能表示一個(gè)位地址）。前兩個(gè)字節(jié)表示寄存器類型，后兩個(gè)字節(jié)表示寄存器號(hào)。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?qū)懭隤LC元件的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)塊：準(zhǔn)備讀取或者寫入PLC的數(shù)據(jù)或狀態(tài)；
● BCC校驗(yàn)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(hào)發(fā)生扭曲，此時(shí)的指令當(dāng)然是錯(cuò)誤的，為了偵測(cè)指令在傳輸過程中發(fā)生的錯(cuò)誤，接收方必須對(duì)指令作進(jìn)一步的確認(rèn)工作，以防止錯(cuò)誤的指令被執(zhí)行，最簡(jiǎn)單的方法就是使用校驗(yàn)碼。BCC校驗(yàn)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(duì)接收到的字符串作異或和，并與傳送方所送過來的值作對(duì)比，若其值相等，則代表接收到的指令是正確的，反之則是錯(cuò)誤的
● 結(jié)束碼：結(jié)束字符標(biāo)志著指令的結(jié)束，在本例中被定義為FFH，不同的PLC從站可以定義不同的結(jié)束字符以接收針對(duì)該P(yáng)LC的指令。
b) 通信程序的實(shí)現(xiàn)
（1）單片機(jī)端程序的實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)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(jī)作為主機(jī)，向PLC進(jìn)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(jī)端通訊程序流程圖
（2）PLC端程序流程圖的實(shí)現(xiàn)。PLC端作為從機(jī)，采用梯形圖或者STL編程，主要是先設(shè)置通訊協(xié)議，然后按照協(xié)議把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再發(fā)送給主機(jī)單片機(jī)，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(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)
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(guān)資料。
五、 數(shù)據(jù)軟件分析
通過U盤或其它存儲(chǔ)設(shè)備，將數(shù)據(jù)讀入電腦軟件中，電腦軟件根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以數(shù)據(jù)報(bào)表，圖表等方式展現(xiàn)結(jié)果。
