西安達泰電子有限責任公司

基于單片機與PLC通信的海量數據存儲 
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. 是利用現有的成熟的PLC技術，對各設備的監控點數據進行采集；

2. 再使用單片機技術，對PLC采集后的數據進行讀取，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據讀出，并導入普通PC中，對讀取數據進行分析。
 
二、 基本組成圖： 


圖1 總框圖
 
三、 PLC數據采集： 
采用成熟的PLC技術，不需開發，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，支持多種通信協議，如點對點接口協議（PPI協議）、多點接口協議（MPI協議）和PROFIBUS協議以及自由通信協議等。其中自由通信協議又叫用戶定義協議，利用自由端口模式，可以實現用戶定義的通信協議，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、 單片機數據存儲 
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采集數據，并將數據按預先規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、發送完成中斷等，通信協議由用戶完全控制。這時單片機處于主機狀態，由單片機主動發送握手信號，PLC接到信號后被動反饋信息即可。
 
a) 通信協議設計 
定義根據經驗和有關參考資料，定義協議結構和參數。
 
（1）通信波特率為9.6kbps，無校驗，8個數據位，1個可編程位，1位起始位，1位停止位。

（2）定義通信協議的數據流結構的格式為起始碼、命令碼、元件首址、字節數、數據塊、BCC校驗碼和結束碼。

● 起始碼：表示單片機與PLC開始發送數據，是數據流第一個字符，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等的數據或狀態；
    41H：修改目標元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的數據或狀態；
    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）。前兩個字節表示寄存器類型，后兩個字節表示寄存器號。00 00（H）：I寄存器區 01 00（H）：Q寄存器區。02 00（H）：M寄存器區 08 00（H）：V寄存器區；

● 字節數：從元件首地址起，讀取或寫入PLC元件的數據個數數據塊：準備讀取或者寫入PLC的數據或狀態；

● 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據信號發生扭曲，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行，最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 
（1）單片機端程序的實現。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，定期讀取數據或者寫入數據，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。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議，然后按照協議把采集到的數據進行處理，再發送給主機單片機，其具體的程序流程圖如圖3所示。
 


圖3