西门子来宾PLC模块总代理
| 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。 |
| 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，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。 |
1．硬件连接
一台pc机可与一台或多16台三菱fx系列通信，pc与plc之间不能直接连接。如图1a、b为点对点结构的连接，图a中是通过fx-232aw单元进行rs-232c/rs-422转换与plc编程口连接，图b中通过在plc内部安装的通信功能扩展板fx-232-bd与pc连接；如图1c所示为多点结构的连接，fx-485-bd为安装在plc内部的通信功能扩展板，fx-485pc-if为rs-232c和rs-485的转换接口。除此之外当然还可以通过其它通信模块进行连接，不再一一赘述。下面以pc与plc之间点对点通信为例。
图1 pc与fx的硬件连接图
2．三菱fx系列plc通信协议
pc中必须依据所连接plc的通信规程来编写通信协议，所以我们先要熟悉fx系列plc的通信协议。
1）数据格式
三菱 fx系列plc采用异步格式，由1位起始位、7位数据位、1位偶校验位及1位停止位组成，比特率为9600 bps，字符为ascⅱ码。数据格式如图2所示。
图2数据格式
2）通信命令
三菱fx系列plc有4条通信命令，分别是读命令、写命令、强制通命令、强制断命令，如表1所示。
表1 fx系列plc的通信命令表
3）通信控制字符
fx系列plc采用面向字符的传输规程，用到5个通信控制字符，如表2所示。
表2 fx系列plc通信控制字符表
| 控制字符 | ascⅱ码 | 功能说明 |
| enq | 05h | pc发出请求 |
| ack | 06h | plc对enq的确认回答 |
| nak | 15h | plc对enq的否认回答 |
| stx | 02h | 信息帧开始标志 |
| etx | 03h | 信息帧结束标志 |
注：当plc对计算机发来的enq不理解时，用nak回答。
4）报文格式
计算机向plc发送的报文格式如下：
| stx | cmd | 数据段 | etx | sumh | suml |
其中，stx为开始标志：02h；etx为结束标志：03h；cmd为命令的ascⅱ码；sumh、suml为按字节求累加和，溢出不计。由于每字节十六进制数变为两字节的ascⅱ码，故校验和为sumh与suml。
数据段格式与含义如下：
注：写命令的数据段有数据，读命令数据段则无数据。
plc向pc发的应答报文格式如下：
注：对读命令的应答报文数据段为要读取的数据，一个数据占两字节，分上位下位：
数据段：
对写命令的应答报文无数据段，而用ack及nak作应答内容。
5）传输规程
pc与fx系列plc间采用应答方式通信，传输出错，则组织重发。其传输过程
如图3所示。
图3传输过程
plc根据pc的命令，在每个循环扫描结束处的end语句后组织自动应答，无需用户在plc一方编写程序。
3．pc通信程序的编写
编写pc的通信程序可采用编写，或采用各种语言编写，或采用组态软件，或直接采用plc厂家的通信软件（如三菱的melse medoc等）
下面利用vb6.0以一个简单的例子来说明编写通信程序的要点。假设pc要求从plc中读入从d123开始的4个字节的数据（d123、d124），其传输应答过程及报文如图4所示。
图4传输应答过程及命令报文
命令报文中10f6h为d123的地址，04h表示要读入4个字节的数据。校验和sum＝30h＋31h＋30h＋46h＋36h＋30h＋34h＋03 h＝174h，溢出部分不计，故sumh=7，suail=4，相应的ascⅱ码为“37h”，“34h”。应答报文中4个字节的十六进制数，其相应的ascⅱ码为8个字节，故应答报文长度为12个字节。
根据pc与fx系列plc的传输应答过程，利用vb的mscomm控件可以编写如下通信程序实现pc与fx系列plc之间的串行通信，以完成数据的读取。mscomm控件可以采用轮询或事件驱动的方法从端口获取数据。在这个例子中使用了轮询方法