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是串行通讯方式最为丰富的小型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，最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 USB118AD,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。