隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器PLC的功能越來越強(qiáng)大，不僅具有各種各樣的控制功能，還具有與其他設(shè)備通信聯(lián)網(wǎng)的功能。與之相應(yīng)，PLC的應(yīng)用也日益普及，不僅被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的邏輯控制、PID控制和變頻調(diào)速等領(lǐng)域，還逐漸被用于數(shù)據(jù)采集、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。
本方案介紹的分布式PLC監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式的構(gòu)建方案，利用基于西門子PLC的實(shí)時(shí)測量技術(shù)對各設(shè)備的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)測，以達(dá)到分散連接、集中監(jiān)控的目的。在自由口模式下實(shí)現(xiàn)PLC與LCW系列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的通信，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)完整的保存到存儲(chǔ)器的SD卡中，彌補(bǔ)了PLC存儲(chǔ)、管理大量數(shù)據(jù)能力不足的缺陷。通過此方案，用戶可對各設(shè)備的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行長期、有效的存儲(chǔ)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    PLC采用西門子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(xié)議，如點(diǎn)對點(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。
     PLC具有一定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，可防止因通信錯(cuò)誤而出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況，然而PLC存儲(chǔ)、管理大量數(shù)據(jù)能力不足； 另外在電源掉電或內(nèi)存丟失后，PLC的系統(tǒng)時(shí)間會(huì)被初始化,這會(huì)使數(shù)據(jù)保存時(shí)間與實(shí)際時(shí)間不符，無法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行長期有效的保存。
     數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用廣州樂誠電子科技有限公司提供的LCW-S數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器, 是一款可以替代PC機(jī)的便攜式串口數(shù)據(jù)記錄儀。采用嵌入式系統(tǒng)控制芯片，將串口RS-232/485輸入的數(shù)據(jù)透明存儲(chǔ)在SD卡中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用模塊化設(shè)計(jì)，不需要用戶對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。該產(chǎn)品已廣泛使用于系統(tǒng)集成設(shè)備、自動(dòng)化采集設(shè)備、高校、研究所重要實(shí)驗(yàn)裝置“黑匣子”，是具有高度集成，高可靠性，低成本優(yōu)勢的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)品。 有如下功能：
a 采用工業(yè)級(jí)高性能32位處理器，運(yùn)用獨(dú)特的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配管理算法，提高數(shù)據(jù)的處理能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí) 高速數(shù)據(jù)采集、持續(xù)數(shù)據(jù)記錄和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的便攜式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄儀。其高達(dá)100Kb/s的數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)能力,完全適應(yīng)傾角傳感器高速的，海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
b 超低功耗設(shè)計(jì)，支持鋰電池供電適用野外和移動(dòng)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境。
c 具有時(shí)鐘功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件以當(dāng)前的年月日自動(dòng)命名；可根據(jù)用戶的具體需要對接收到的每幀數(shù)據(jù)加入實(shí)時(shí)時(shí)間，方便后期數(shù)據(jù)處理。
d 中文配置軟件，通過串口可修改波特率、時(shí)鐘校準(zhǔn)等。
e 可對儀器儀表采集設(shè)備發(fā)送輪詢指令（根據(jù)用戶需求定制）。
f 存儲(chǔ)器工作用的參數(shù)可以固化到處理器內(nèi)的FLASH 存儲(chǔ)器中，不會(huì)發(fā)生參數(shù)丟失的問
題。固化的工作參數(shù)上電時(shí)自動(dòng)調(diào)出。
基本組成圖




LCW數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與PLC通訊
      數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的串行口直接與S7-200 PLC的RS-232/485口進(jìn)行通訊,在自由端口模式下，PLC的串行通信接口由用戶來控制，PLC相當(dāng)于從站，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相當(dāng)于主站。除了自發(fā)向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器發(fā)送報(bào)警信息和連接保持信息外，一般都是接收到數(shù)據(jù)返回請求后，再向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器發(fā)送數(shù)據(jù)。PLC接收完數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)后，觸發(fā)端口0接收完成中斷對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析。如果是巡檢命令，則將實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到巡檢數(shù)據(jù)寄存器中，然后調(diào)用PackandSend子程序，設(shè)置好寄存器地址即可按照命令返回相應(yīng)數(shù)據(jù)。PLC發(fā)送完成后觸發(fā)端口0發(fā)送完成中斷，將各標(biāo)志位寄存器復(fù)位，為下一次通信做準(zhǔn)備。串口0的通信程序流程圖如所示。



a) 通信程序的實(shí)現(xiàn)
（1）根據(jù)用戶的具體需求，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可主動(dòng)發(fā)送輪詢指令。采用串行口工作方式以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器作為主機(jī)，向PLC進(jìn)行呼叫，定期讀取數(shù)據(jù)或者寫入數(shù)據(jù)；將PLC返回的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)保存在SD卡中。其程序流程圖參見圖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)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其具體的程序流程圖如圖3所示。



PLC端通訊程序流程圖


b) 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)。00 00（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)懭隤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，為了偵測指令在傳輸過程中發(fā)生的錯(cuò)誤，接收方必須對指令作進(jìn)一步的確認(rèn)工作，以防止錯(cuò)誤的指令被執(zhí)行，最簡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(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)束字符以接收針對該P(yáng)LC的指令。
數(shù)據(jù)分析
通過讀卡器將SD卡中的監(jiān)測數(shù)據(jù)導(dǎo)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。
文中所述方案可以準(zhǔn)確、可靠地測量惡劣環(huán)境下的現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和PLC的采用不僅增大了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且還可以很方便地根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)?shù)卦黾踊蚋淖儽O(jiān)控對象，對系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)展。由于都采用模塊化設(shè)計(jì)，所以對系統(tǒng)進(jìn)行簡單修改后即可用于其他工業(yè)監(jiān)控應(yīng)用中。實(shí)驗(yàn)表明,該方法能夠穩(wěn)定可靠地采集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù),為中小規(guī)模監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測提供了一個(gè)可供參考的解決方案。