基于单片机与plc通信的海量数据存储

技术设计文档

一、选型说明：

这个说明是查阅资料后编写的，如有相关意见可以修改。

整个需求分三部分:

1.是利用现有的成熟的plc技术，对各设备的监控点数据进行采集；

2.再使用单片机技术，对plc采集后的数据进行读取，并按照一定的格式存储在存储设备中，存储设备可以是u盘，存储卡等；

3.使用读卡设备将存储的数据读出，并导入普通pc中，对读取数据进行分析。

二、基本组成图：

图1总框图

三、plc数据采集：

采用成熟的plc技术，不需开发，使用西门子s7-200系列。

s7-200 plc是串行通讯方式Zui为丰富的小型plc，支持多种通信协议，如点对点接口协议（ppi协议）、多点接口协议（mpi协议）和profibus协议以及自由通信协议等。其中自由通信协议又叫用户定义协议，利用自由端口模式，可以实现用户定义的通信协议，连接多种智能设备，使用起来非常方便，在第三方工程接入中取得了巨大的成功。

四、单片机数据存储

此部分为整个技术的重点之一，他要完成的主要功能为，从plc采集数据，并将数据按预先规定格式写入存储设备中，存储设备可设计成存储卡，u盘之类的。

以下为我所查资料的一些设想，只作为参考，如可行也可以作为使用。

1、单片机与plc通讯

单片机选用mcs51，mcs-51的串行口与max485芯片相接，然后与s7-200 plc的rs-485口进行通讯，如图1所示：

图1 mcs-51单片机与s7-200的硬件接线图

在自由端口模式下，plc的串行通信接口由用户来控制，通过梯形图程序以及和单片机的汇编语言进行配合，来使用完成中断、字符接收中断、发送完成中断等，通信协议由用户完全控制。这时单片机处于主机状态，由单片机主动发送握手信号，plc接到信号后被动反馈信息即可。

a)通信协议设计

定义根据经验和有关参考资料，定义协议结构和参数。

（1）通信波特率为9.6kbps，无校验，8个数据位，1个可编程位，1位起始位，1位停止位。

（2）定义通信协议的数据流结构的格式为起始码、命令码、元件首址、字节数、数据块、bcc校验码和结束码。

●起始码：表示单片机与plc开始发送数据，是数据流第一个字符，告诉plc开始进行通信了，可以用00h表示

●命令码：表示单片机对plc的各种操作：

40h：读取目标元件i、q、v、m、sm、l、t、c等的数据或状态；

41h：修改目标元件i、q、v、m、sm、l、t、c等的数据或状态；

42h：强制目标单元为on；

43h：强制目标单元为off；

●元件首址：表示plc内部的元件类型以及寄存器的地址（但不能表示一个位地址）。前两个字节表示寄存器类型，后两个字节表示寄存器号。00 00（h）：i寄存器区01 00（h）：q寄存器区。02 00（h）：m寄存器区08 00（h）：v寄存器区；

●字节数：从元件首地址起，读取或写入plc元件的数据个数数据块：准备读取或者写入plc的数据或状态；

●bcc校验码：在传输过程中，指令有可能受到任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲，此时的指令当然是错误的，为了侦测指令在传输过程中发生的错误，接收方必须对指令作进一步的确认工作，以防止错误的指令被执行，Zui简单的方法就是使用校验码。bcc校验码的方法就是将要传送的字符串的ascii码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出去；同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，则代表接收到的指令是正确的，反之则是错误的

●结束码：结束字符标志着指令的结束，在本例中被定义为ffh，不同的plc从站可以定义不同的结束字符以接收针对该plc的指令。

b)通信程序的实现

（1）单片机端程序的实现。单片机在主程序中初始化，采用串行口工作方式3[2]，波特率为9.6kbps，采用单片机作为主机，向plc进行呼叫，定期读取数据或者写入数据，其程序流程图参见图2。

图2单片机端通讯程序流程图

（2）plc端程序流程图的实现。plc端作为从机，采用梯形图或者stl编程，主要是先设置通讯协议，然后按照协议把采集到的数据进行处理，再发送给主机单片机，其具体的程序流程图如图3所示。

图3 plc端通讯程序流程图

2、单片机数据存储实现

采用西安达泰电子的单片机读写u盘的模块usb118,接线图如图4：

图4 usb118接线图

说明：采用usb118ad模块直接连u盘。具体接口方式需查usb118ad相关资料。

五、数据软件分析

通过u盘或其它存储设备，将数据读入电脑软件中，电脑软件根据实际业务需要设计相应的算法，对数据进行分析，以数据报表，图表等方式展现结果。