CN105700462B - 一种通过plc与上位机实现高速数据采集与存储的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过PLC与上位机实现高速数据采集与存储的方法，该方法通过上位机设定数据缓冲区大小与采样周期，在PLC内部选取多个寄存器作为数据采集与存储的指示位，使PLC与上位机协同工作，达到较高的采样频率。本发明通过监控PLC内部寄存器值来确定数据是否溢出，更加准确可靠；同时本发明避免了数据采集卡的使用，节约资金，节省采集设备的空间；且本发明适用于各种场所。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集和存储方法，尤其涉及一种通过PLC与上位机实现高速数据采集与存储的方法。
背景技术
数据采集是进行数字信号处理的不可缺少的环节，在实际生产中，经常需要实现数据的即时采集，以便完成数据的监控与处理，因此，数据采集在整个自动化系统中起到的作用越来越关键，它的应用已经深入到信号处理的各个领域中。高速度、高精度的数据采集逐渐成为自动化控制领域的应用趋势。
常用的数据采集方法是上位机给出采集指令，PLC(可编程逻辑控制器)将读入的即时数据传递给上位机，上位机一个扫描周期存储一个数据，该方法缺点是上位机每个扫描周期都要对数据进行处理，过多时间花费在上位机与PLC的数据传送与处理上，很难实现高速数据采集。目前，高速数据采集主要利用数据采集卡来实现，该方法优点是数据采集可达较高频率，缺点是采集卡价格较高，其缓冲区大小不易自定义，且采集卡占用多余硬件空间；另外，由于采集卡采集数据依赖于上位机程序，上位机工作不稳定时易导致数据溢出，获得无效数据。
对现有的专利及文献进行检索后研究发现，公告号为102413035的专利公开了“一种实现快速数据采集的方法”，该发明对PLC数据缓冲区内数据进行基本数据类型的压缩，通过以太网接收PLC周期发送的数据包，缺点在于需对数据块格式和顺序进行定义，开发专用服务，增加了上位机存储数据的难度；刘悦音发表在《工业控制计算机》(2008年21卷第6期)上的论文“基于S7-400PLC及WinCC的高速数据采集系统的设计”及程伟晶发表在《电气应用》(2011年30卷第4期)上的论文“基于S7—400PLC的高速数据采集系统”都介绍了采用专业组态软件WinCC配合PLC实现数据高速采集，由于WinCC价格昂贵，且操作系统重装时，需重新安装WinCC监控系统，不便于用户使用。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种数据采集与存储的方法，该方法通过PLC与上位机实现数据高速采集和存储，方便用户使用。
技术方案：本发明所述的通过PLC与上位机实现高速数据采集的方法包括：
(1)PLC选取内部寄存器I作为指示位I，内部寄存器II作为指示位II，内部寄存器III作为指示位III，内部寄存器IV作为指示位IV，内部寄存器U作为缓冲区大小设置位，内部寄存器V作为采样周期参数设置位，内部寄存器Z作为当前采样信号存储位，内部定时器T1、T2作为定时器；
(2)上位机分别将0、1、0、0写入指示位I、指示位II、指示位III、指示位IV，将缓冲区大小n写入内部寄存器U，确定PLC内部寄存器X1、X2、X3、…、Xn作为第一缓冲区，内部寄存器Y1、Y2、Y3、…、Yn作为第二缓冲区，将采样周期参数k写入内部寄存器V，确定T1、T2的定时时间为k与T1、T2最小定时时间的乘积；
(3)上位机将1写入指示位I，PLC开始采集数据；
(4)PLC将采集到的模拟量信号转化为数字量后，读入内部寄存器Z；
(5)以T1作为定时器，定时将内部寄存器Z的数据依次采集到第一缓冲区的内部寄存器中，并将指示位II的值置为2；
(6)若此时指示位III的值为2，则将指示位IV的值置为1；否则将指示位III的值置为1；
(7)以T2作为定时器，定时将内部寄存器Z的数据依次采集到第二缓冲区的内部寄存器中，并将指示位II的值置为1；
(8)若此时指示位III的值为1，则将指示位IV的值置为1；否则将指示位III的值置为2；返回执行(5)进行循环数据采集；
(9)循环数据采集的同时，上位机以时间t为间隔扫描一次各指示位的值；当上位机扫描到指示位III的值为1时，一次性存储第一缓冲区采集的数据，然后将0写入指示位III；当上位机扫描到指示位III的值为2时，一次性存储第二缓冲区采集的数据，然后将0写入指示位III；当所述上位机扫描到IV的值为1时发出数据溢出警告；若要停止采集数据，则上位机将0写入指示位I。
进一步的，步骤(5)具体包括：
(51)T1开始工作，T2不工作；
(52)当T1定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器X1，T1复位并重新计时；
(53)当T1定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器X2，T1复位并重新计时；
(54)依此循环，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Xn；
(55)PLC将指示位II的值置为2。
进一步的，步骤(7)具体包括：
(71)T2开始工作，T1不工作；
(72)当T2定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Y1，T2复位并重新计时；
(73)当T2定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Y2，T2复位并重新计时；
(74)依此循环，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Yn；
(75)PLC将指示位II的值置为1。
其中，PLC通过变址方式将数据采集到第一缓冲区和第二缓冲区。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、通过PLC与上位机即可实现高速数据采集与存储。2、缓冲区的大小和采样周期通过上位机设置，方便快捷。3、因上位机工作状态易受影响，而PLC工作状态稳定，通过监控PLC内部寄存器值来确定数据是否溢出，更加准确可靠。4、避免了数据采集卡的使用，节约资金，同时节省采集设备的空间。由于PLC和上位机是最常使用的的工控设备，适用于各种场所。
附图说明
图1是本实施例的系统配置的连接示意图；
图2是PLC的工作流程示意图；
图3是上位机的工作流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例所基于的硬件配置包括：压力传感器1、A/D转换模块2、PLC主机3、上位机4。所述压力传感器1用于采集压力的模拟信号；A/D转换模块2和压力传感器1相连将采集的模拟量信号转换为数字量；所述PLC主机3和A/D转换模块2相连用于采集数字量；所述上位机4和PLC主机3通讯连接后用于存储数据。
PLC主机3选用台达型号为DVP12SE11T的主机，A/D转换模块2选用台达型号为DVP04AD-SL的高速数据采集模块。PLC主机3和上位机4之间采用以太网通讯模式。PLC主机3采用台达专用编程软件ISPSoft2.05进行编程，实现高速数据采集的功能；同时接收上位机4发送过来的指令信号，与上位机4协同工作，实现高速数据存储的功能。上位机4为PC工控机，所述上位机4程序由Visual Studio 2012开发,上位机4开发的程序功能主要包括与PLC主机3通讯、缓冲区大小设置、采样周期设置、高速数据采集与存储的开始与停止、扫描或设置指示位值、依次存储缓冲区数据。
如图2和图3所示，本实施例的方法具体包括以下步骤：
S101、PLC选取内部寄存器I作为指示位I，内部寄存器II作为指示位II，内部寄存器III作为指示位III，内部寄存器IV作为指示位IV，内部寄存器U作为缓冲区大小设置位，内部寄存器V作为采样周期参数设置位，内部寄存器Z作为当前采样信号存储位，内部定时器T1、T2作为定时器。
例如，实施时，PLC可以选取内部寄存器D1作为指示位I，内部寄存器D2作为指示位II，内部寄存器D3作为指示位III，内部寄存器D4作为指示位IV，内部寄存器D5作为缓冲区大小设置位，内部寄存器D6作为采样周期参数设置位，内部寄存器D100作为当前采样信号存储位，内部定时器T246、T247作为定时器。
S102、上位机与PLC建立通讯连接后，上位机分别将0、1、0、0写入指示位I、指示位II、指示位III、指示位IV，将缓冲区大小n写入内部寄存器U，确定PLC内部寄存器X1、X2、X3、…、Xn作为第一缓冲区，内部寄存器Y1、Y2、Y3、…、Yn作为第二缓冲区，将采样周期参数k写入内部寄存器V，确定T1、T2的定时时间为k与T1、T2最小定时时间的乘积。
例如，实施时，设缓冲区大小n为100，则将缓冲区大小100写入内部寄存器D5，确定PLC内部寄存器D201、D202、…、D300作为第一缓冲区，内部寄存器D401、D402、…、D500作为第二缓冲区；选取的两个内部定时器T246、T247的最小定时时间均为1毫秒，设采样周期参数k为10，则将10写入内部寄存器D6，则T246、T247的定时时间为10毫秒，可实现每秒通过PLC主机与上位机采集与存储100个数据的功能。
S103、上位机将1写入指示位I，PLC开始采集数据。
S104、PLC将采集到的模拟量信号通过A/D转换模块转化为数字量后，读入内部寄存器Z。
例如，实施时，可将PLC将采集到的模拟量信号通过A/D转换模块转化为数字量后，读入内部寄存器D100。
S105、以T1作为定时器，定时将内部寄存器Z的数据依次采集到第一缓冲区的内部寄存器中，并将指示位II的值置为2。
该步骤具体包括步骤：T1开始工作，T2不工作；当T1定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器X1，T1复位并重新计时；当T1定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器X2，T1复位并重新计时；依此循环，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Xn；PLC将指示位II的值置为2。其中，PLC通过变址方式将数据采集到第一缓冲区，具体步骤为：PLC选取变址寄存器X1+E1；其中,E1初值为0；当T1定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到变址寄存器X1+E1，并将E1＝E1+△E，其中，△E为增量；依此方式，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到Xn；PLC将E1的值置为0。
例如，实施时，PLC可以将内部寄存器D100读入的数据采集到变址寄存器D201+E1，E1为0，然后E1通过加法指令加1后值为1，不等于内部寄存器D5的值；PLC将T246复位，重新计时，直到将内部寄存器D100读入的数据采集到内部寄存器D201+99，然后E1通过加法指令加1后值为100，等于内部寄存器D5的值，再将E1的值置0。
S106、若此时指示位III的值为2，则将指示位IV的值置为1；否则将指示位III的值置为1。
S107、以T2作为定时器，定时将内部寄存器Z的数据依次采集到第二缓冲区的内部寄存器中，并将指示位II的值置为1。
该步骤具体包括：T2开始工作，T1不工作；当T2定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Y1，T2复位并重新计时；当T2定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Y2，T2复位并重新计时；依此循环，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Yn；PLC将指示位II的值置为1。其中，PLC通过变址方式将数据采集到第二缓冲区，其具体步骤同第一缓冲区类似，具体为：PLC选取变址寄存器Y1+E2；其中，E2初值为0；当T2定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到变址寄存器Y1+E2，并将E2＝E2+△E，其中，△E为增量；依此方式，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到Yn；PLC将E2的值置为0。
例如，实施时，PLC可以将内部寄存器D100读入的数据采集到变址寄存器D401+E2，E2为0，然后E2通过加法指令加1后值为1，不等于内部寄存器D5的值；PLC将T247复位，重新计时，直到将内部寄存器D100读入的数据采集到内部寄存器D401+99，然后E2通过加法指令加1后值为100，等于内部寄存器D5的值，再将E2的值置0。
S108、若此时指示位III的值为1，则将指示位IV的值置为1；否则将指示位III的值置为2；返回执行S105进行循环数据采集。
S109、循环数据采集的同时，上位机以时间t为间隔扫描一次各指示位的值；当上位机扫描到指示位III的值为1时，一次性存储第一缓冲区采集的数据，然后将0写入指示位III；当上位机扫描到指示位III的值为2时，一次性存储第二缓冲区采集的数据，然后将0写入指示位III；当上位机扫描到IV的值为1时发出数据溢出警告；若要停止采集数据，则上位机将0写入指示位I。例如，实施时，上位机可以以时间t＝200ms为间隔扫描一次各指示位的值；当上位机扫描到指示位III的值为1时，一次性存储第一缓冲区D201、D202、D203、…、D300采集的数据，然后将0写入指示位III；当上位机扫描到指示位III的值为2时，一次性存储第二缓冲区D401、D402、D403、…、D500采集的数据，然后将0写入指示位III；当上位机扫描到IV的值为1时发出数据溢出警告；若要停止采集数据，则上位机将0写入指示位I。
需要注意，步骤S105至步骤S108是一个循环，步骤S105至步骤S108循环的同时，步骤S109也在执行，即PLC进行循环数据采集的同时，上位机也在循环扫描指示位、存储数据和更改指示位的值，当上位机将0写入指示位I时，停止数据采集。
Claims (7)
1.一种通过PLC与上位机实现高速数据采集与存储的方法，其特征在于该方法包括：
(1)PLC选取内部寄存器I作为指示位I，内部寄存器II作为指示位II，内部寄存器III作为指示位III，内部寄存器IV作为指示位IV，内部寄存器U作为缓冲区大小设置位，内部寄存器V作为采样周期参数设置位，内部寄存器Z作为当前采样信号存储位，内部定时器T1、T2作为定时器；
(2)上位机分别将0、1、0、0写入指示位I、指示位II、指示位III、指示位IV，将缓冲区大小n写入内部寄存器U，确定PLC内部寄存器X1、X2、X3、…、Xn作为第一缓冲区，内部寄存器Y1、Y2、Y3、…、Yn作为第二缓冲区，将采样周期参数k写入内部寄存器V，确定T1、T2的定时时间为k与T1、T2最小定时时间的乘积；
(3)上位机将1写入指示位I，PLC开始采集数据；
(4)PLC将采集到的模拟量信号转化为数字量后，读入内部寄存器Z；
(5)以T1作为定时器，定时将内部寄存器Z的数据依次采集到第一缓冲区的内部寄存器中，并将指示位II的值置为2；
(6)若此时指示位III的值为2，则将指示位IV的值置为1；否则将指示位III的值置为1；
(7)以T2作为定时器，定时将内部寄存器Z的数据依次采集到第二缓冲区的内部寄存器中，并将指示位II的值置为1；
(8)若此时指示位III的值为1，则将指示位IV的值置为1；否则将指示位III的值置为2；返回执行(5)进行循环数据采集；
(9)循环数据采集的同时，上位机以时间t为间隔扫描一次各指示位的值；当上位机扫描到指示位III的值为1时，一次性存储第一缓冲区采集的数据，然后将0写入指示位III；当上位机扫描到指示位III的值为2时，一次性存储第二缓冲区采集的数据，然后将0写入指示位III；当上位机扫描到IV的值为1时发出数据溢出警告；若要停止采集数据，则上位机将0写入指示位I。
2.根据权利要求1所述的通过PLC与上位机实现高速数据采集与存储的方法，其特征在于：步骤(5)具体包括：
(51)T1开始工作，T2不工作；
(52)当T1定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器X1，T1复位并重新计时；
(53)当T1定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器X2，T1复位并重新计时；
(54)依此循环，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Xn；
(55)PLC将指示位II的值置为2。
3.根据权利要求1所述的通过PLC与上位机实现高速数据采集与存储的方法，其特征在于：步骤(7)具体包括：
(71)T2开始工作，T1不工作；
(72)当T2定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Y1，T2复位并重新计时；
(73)当T2定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Y2，T2复位并重新计时；
(74)依此循环，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到内部寄存器Yn；
(75)PLC将指示位II的值置为1。
4.根据权利要求1所述的通过PLC与上位机实现高速数据采集与存储的方法，其特征在于：PLC通过变址方式将数据采集到第一缓冲区。
5.根据权利要求4所述的通过PLC与上位机实现高速数据采集与存储的方法，其特征在于：所述PLC通过变址方式将数据采集到第一缓冲区，具体包括：
PLC选取变址寄存器X1+E1；其中,E1初值为0；
当T1定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到变址寄存器X1+E1，并将E1＝E1+△E，其中，△E为增量；
依此方式，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到Xn；
PLC将E1的值置为0。
6.根据权利要求1所述的通过PLC与上位机实现高速数据采集与存储的方法，其特征在于：PLC通过变址方式将数据采集到第二缓冲区。
7.根据权利要求6所述的通过PLC与上位机实现高速数据采集与存储的方法，其特征在于：所述PLC通过变址方式将数据采集到第二缓冲区，具体包括：
PLC选取变址寄存器Y1+E2；其中，E2初值为0；
当T2定时时间到时，PLC将内部寄存器Z读入的数据采集到变址寄存器Y1+E2，并将E2＝E2+△E，其中，△E为增量；
依此方式，直到将内部寄存器Z读入的数据采集到Yn；
PLC将E2的值置为0。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20201028 Address after: 315000 17-1, building 033, building 2, No. 15, Lane 587, Juxian Road, hi tech Zone, Ningbo City, Zhejiang Province Patentee after: CHINA E-TECH (NINGBO) MARITIME ELECTRONICS RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: 212003, No. 2, Mengxi Road, Zhenjiang, Jiangsu Patentee before: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180406 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |