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。

s7-200plc是串行通訊方式Zui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s7-200plc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)。0000（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)懭雙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，Zui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plc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)

采用西安達(dá)泰電子的單片機(jī)讀寫u盤的模塊usb118,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(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。