CN108037725B - 一种读写plc数据的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种读写PLC数据的方法，包括：获取已配置的需要读写的数据点信息；按数据块编号对已获取的所有数据点信息进行分组；对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行排列；对各组数据点信息按预设规则进行分区,保证各区的数据密度D满足分区密度要求；使用Sharp7，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列，执行读写命令。本发明对获取的需要读写的数据点信息进行分组、分区，通过设置数据密度D的方式找到地址连在一起的数据点信息，可以实现数据的批量读写，极大提高了读写效率。另外，本发明还具有低成本、编程与配置简单、占用系统资源小且程序移植灵活等特点。本发明还公开了一种读写PLC数据的装置。
Description
技术领域
本发明属于自动化控制领域，具体涉及一种读写PLC数据的方法和装置。
背景技术
由于PLC具有可编程，控制稳定性好的优点，其被广泛应用于工业领域。在大型的工业自动化控制中，往往采用分级控制，下级使用PLC，主要用于顺序控制、逻辑控制等，上级使用上位机，主要用于数据储存、报表分析、工艺优化等。二者之间采用高速以太网相连进行数据通信。
西门子PLC在大型自动化系统中占有率非常高，为此采用上位机读写西门子PLC数据是一个经常使用到的技术。目前主流的技术包括：
(1)基于OPC协议；
(2)通过TCP/IP协议，通过Socket连接进行报文通讯。
其中技术(1)需要在上位机上需要安装OPC Server，其价格昂贵，且编程与配置复杂，且占用系统资源比较大，移植不灵活。技术(2)需要在PLC上进行专用的通讯编程，有一定技术门槛，另外双方约定好通讯报文后，后期改动比较复杂，程序不够灵活。
有鉴于此，现有技术提出了采用开源Sharp7组件实现上位机读写PLC数据的方法:直接利用现有的S7Client相关函数实现上位机对PLC的数据读取。包括：
ConnetTo(IpAddress,Rack,Slot)：连接到目标PLC
ReadArea(Area,DBNumber,Start,Amount,WordLen,byte[]Buffer)：读取数据
WriteArea(Area,DBNumber,Start,Amount,WordLen,byte[]Buffer)：写入数据
Disconnect()：关闭连接
上述方法虽然成本低廉、无需编程、配置简单、占用系统资源小且程序移植灵活，但是其读写速度依然较慢，不能实现高效的读写。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种读写PLC数据的方法，用于上位机和西门子PLC通信中，在保证低成本、编程与配置简单、占用系统资源小且程序移植灵活等特点的同时，还具有快速读写的特点。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种读写PLC数据的方法，包括以下步骤：
S01，获取已配置的需要读写的数据点信息，其中所述数据点信息至少包括：ID号、数据块编号、PLC数据开始地址、PLC数据类型以及PC数据类型；
S02，按数据块编号对已获取的所有数据点信息进行分组；
S03，对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行排列；
S04,对各组数据点信息按预设规则进行分区,保证各区的数据密度D满足分区密度要求；
S05,使用Sharp7，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列，执行读写命令。
进一步的，所述分区密度要求包括：各区的分区密度D不小于预设的最小密度Dmin，计算数据密度D的方法包括：
D＝C/L
其中，C表示区内所有配置占用的字节数；L表示区总长度。
进一步的，对各组数据进行分区的方法包括：
若一组数据中包含N条数据点信息，则依次判断前N-M条数据点信息是否满足所述分区密度要求，若满足则将对应的数据点信息配置成一个组，其余的信息重新按照分区方法进行判断，其中N为正整数，M的值从0取到N-1。
进一步的，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列后，还包括以下步骤：
若需要读取PLC数据，则从缓冲区获得所有区的字节流，采用Sharp7根据PLC数据类型得到对应的数据，并转换为PC数据类型，然后再执行读命令；或者，
若需要写入PLC数据，则将PC数据类型转化为字节流，然后再执行写命令，将字节流写入缓冲区。
进一步的，对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行升序或降序排列。
相应的，本发明还公开了一种读写PLC数据的装置，包括信息获取模块、信息分组模块、信息排列模块、信息分区模块、信息读写模块，其中：
信息获取模块，用于获取已配置的需要读写的数据点信息，其中所述数据点信息至少包括：ID号、数据块编号、PLC数据开始地址、PLC数据类型以及PC数据类型；
信息分组模块，用于按数据块编号对已获取的所有数据点信息进行分组；
信息排列模块，用于对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行排列；
信息分区模块，用于对各组数据点信息按预设规则进行分区,保证各区的数据密度D满足分区密度要求；
信息读写模块，用于使用Sharp7，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列，执行读写命令。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：本发明对获取的需要读写的数据点信息按照预定义的规则进行分组、分区，即通过设置数据密度D的方式找到地址连在一起的数据点信息，可以实现数据的批量读写，极大提高了读写效率。另外，本发明基于免费的Sharp7组件，无需采购昂贵的OPC Server就能与PLC自由通信，节省了成本。并且本发明无需对PLC端进行任何编程，系统占有率低，上位机就可以读写PLC数据，这样在上位机开发的系统能更灵活。
附图说明
图1是本发明一种读取PLC的读写方法流程图。
图2是本发明一种读取PLC的读写装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合实施例进行进一步详细说明。应该理解的是，此实施例仅仅是本发明应用的一个方面，并不用于限定本发明。
在一些实施例中，图1示出了一种读取PLC的读写方法，包括以下步骤：
S101，获取已配置的需要读写的数据点信息，其中所述数据点信息包括：ID号、数据块编号、PLC数据开始地址、PLC数据类型、PC数据类型等。当PLC数据类型为Bit时，还包括Remark字段。数据点信息的具体内容如表1所示。
表1
| 序号 | 字段名称 | 说明 |
| 1 | Id | 唯一编号，实施例选用自动生成的GUID。 |
| 2 | DBNumber | 数据块编号 |
| 3 | Start | PLC数据开始地址 |
| 4 | PLCDataType | PLC数据类型 |
| 5 | PCDataType | PC数据类型 |
| 6 | Remark | 仅当PLC数据类型为Bit时，此处填第几位 |
其中PLCDataType包括Bit,Byte,Char,Word,Int,DWord,DInt,Real。其占用的字节数分别是1/8,1,1,2,2,4,4,4。
其中PCDataType包括bool,char,short,int,float等。
S102，按数据块编号对已获取的所有数据点信息进行分组。
S103，对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行排列。
比如按照升序或降序排列。
S104,对各组数据点信息按预设规则进行分区,保证各区的数据密度D满足分区密度要求。
数据密度D是衡量数据地址是否连在一起的指标，为了实现数据点信息的批量读取，需要将地址连在一起的数据点信息分为一组。数据密度D的最小阈值Dmin必须小于1。经过多次试验，数据密度D的最小阈值Dmin优选为0.49。计算数据密度D的公式(1)如下所示：
D＝C/L(1)
其中，C表示区内所有配置占用的字节数；L表示区总长度。
可以理解的，当C为小数时(PLC数据类型包括Bit)，其值选取为大于它的最小正整数。对于单个数据点信息组成的区，其数据密度为1。
对各组数据进行分区的方法包括：
若一组数据中包含N条数据点信息，则依次判断前N-M条数据点信息是否满足所述分区密度要求，若满足则将对应的数据点信息配置成一个组，其余的信息重新按照分区方法进行判断，其中N为正整数，M的值从0取到N-1。
现举出一列做更详细的说明。比如，在某钢厂，待读取的PLC型号是S7-400，rack＝0，slot＝3，在按数据块编号对已获取的所有数据点信息进行分组后，以待读取的块号是12001的所有数据为例进行说明。对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行升序排列，可以得到如表2所示的需要读取的数据。
表2
| 开始地址 | PLC数据类型 | 连续数据个数 | 说明 |
| 0 | real | 88 | 工业仪表测量值 |
| 938 | int | 2 | 生产状态 |
| 944 | int | 2 | 生产状态 |
| 950 | int | 2 | 生产状态 |
| 956 | int | 2 | 生产状态 |
| 962 | int | 2 | 生产状态 |
| 968 | int | 2 | 生产状态 |
| 974 | int | 2 | 生产状态 |
| 980 | int | 2 | 生产状态 |
| 986 | int | 2 | 生产状态 |
| 992 | int | 2 | 生产状态 |
| 998 | int | 2 | 生产状态 |
| 1004 | int | 2 | 生产状态 |
| 1010 | int | 2 | 生产状态 |
| 1016 | int | 2 | 生产状态 |
| 1022 | int | 2 | 生产状态 |
从该表中可知，需要采集的数据包括88个real类型数据，30个int类型数据。共118个数据点信息。故N＝118，M的取值为0到117。假设选取的最小密度Dmin为0.66。当M＝0时，D＝412/1026＝0.402；当M＝1时，D＝410/1024＝0.400；依次类推，当M＝29时，D＝354/940＝0.377；当M＝30时，D＝352/352＝1.000；此时满足数据密度要求。那么则前88个数据点信息分为一个区。剩余的数据点(后30个)，重新进行分区判断。此时N＝30，M取值为0到29，当M＝0时，D＝60/88＝0.682,满足数据密度要求。则这30个点也组成一个分区。
S105,使用Sharp7，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列，执行读写命令。
具体的，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列后，还包括以下步骤：
若需要读取PLC数据，则从缓冲区获得所有区的字节流，采用Sharp7根据PLC数据类型得到对应的数据，并转换为PC数据类型，然后再执行读命令；或者，
若需要写入PLC数据，则将PC数据类型转化为字节流，然后再执行写命令，将字节流写入缓冲区。
利用本发明对表2中的数据读取100次，并多次统计(仅仅读取为字节流，不包括数据类型转换的时间)，取平均值得到的读取时间为：1201ms。
而利用背景技术中提到S7Client相关函数实现上位机对PLC的数据读取，读取同样的数据，读取同样的次数，取平均值得到的读取时间为：108091ms。
由实验数据可知，本发明对获取的需要读写的数据点信息按照预定义的规则进行分组、分区，即通过设置数据密度D的方式找到地址连在一起的数据点信息，可以实现数据的批量读写，极大提高了读写效率。另外，本发明基于免费的Sharp7组件，无需采购昂贵的OPC Server就能与PLC自由通信，节省了成本。并且本发明无需对PLC端进行任何编程，系统占有率低，上位机就可以读写PLC数据，这样在上位机开发的系统能更灵活。
相应的，本发明还公开了一种读写PLC数据的装置，包括：信息获取模块10、信息分组模块20、信息排列模块30、信息分区模块40、信息读写模块50，其中：
信息获取模块10，用于获取已配置的需要读写的数据点信息，其中所述数据点信息至少包括：ID号、数据块编号、PLC数据开始地址、PLC数据类型以及PC数据类型。
当PLC数据类型为Bit时，还包括Remark字段。数据点信息的具体内容如表1所示，在此不再赘述。
信息分组模块20，用于按数据块编号对已获取的所有数据点信息进行分组。
信息排列模块30，用于对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行排列。
比如按照升序或降序排列。
信息分区模块40，用于对各组数据点信息按预设规则进行分区,保证各区的数据密度D满足分区密度要求。
数据密度D是衡量数据地址是否连在一起的指标，为了实现数据点信息的批量读取，需要将地址连在一起的数据点信息分为一组。数据密度D的最小阈值Dmin必须小于1。经过多次试验，数据密度D的最小阈值Dmin优选为0.49。计算数据密度D的公式(1)如下所示：
D＝C/L (1)
其中，C表示区内所有配置占用的字节数；L表示区总长度。
可以理解的，当C为小数时(PLC数据类型包括Bit)，其值选取为大于它的最小正整数。对于单个数据点信息组成的区，其数据密度为1。
信息分区模块40对各组数据进行分区的方法包括：
若一组数据中包含N条数据点信息，则依次判断前N-M条数据点信息是否满足所述分区密度要求，若满足则将对应的数据点信息配置成一个组，其余的信息重新按照分区方法进行判断，其中N为正整数，M的值从0取到N-1。
现举出一列做更详细的说明。比如，在某钢厂，待读取的PLC型号是S7-400，rack＝0，slot＝3，在按数据块编号对已获取的所有数据点信息进行分组后，以待读取的块号是12001的所有数据为例进行说明。对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行升序排列，可以得到如表2所示的需要读取的数据。
从该表中可知，需要采集的数据包括88个real类型数据，30个int类型数据。共118个数据点信息。故N＝118，M的取值为0到117。假设选取的最小密度Dmin为0.66。当M＝0时，D＝412/1026＝0.402；当M＝1时，D＝410/1024＝0.400；依次类推，当M＝29时，D＝354/940＝0.377；当M＝30时，D＝352/352＝1.000；此时满足数据密度要求。那么则前88个数据点信息分为一个区。剩余的数据点(后30个)，重新进行分区判断。此时N＝30，M取值为0到29，当M＝0时，D＝60/88＝0.682,满足数据密度要求。则这30个点也组成一个分区。
信息读写模块50，用于使用Sharp7，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列，执行读写命令。
具体的，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列后，还包括以下步骤：
若需要读取PLC数据，则从缓冲区获得所有区的字节流，采用Sharp7根据PLC数据类型得到对应的数据，并转换为PC数据类型，然后再执行读命令；或者，
若需要写入PLC数据，则将PC数据类型转化为字节流，然后再执行写命令，将字节流写入缓冲区。
利用本发明对表2中的数据读取100次，并多次统计(仅仅读取为字节流，不包括数据类型转换的时间)，取平均值得到的读取时间为：1201ms。
而利用背景技术中提到S7Client相关函数实现上位机对PLC的数据读取，读取同样的数据，读取同样的次数，取平均值得到的读取时间为：108091ms。
由实验数据可知，本发明对获取的需要读写的数据点信息按照预定义的规则进行分组、分区，即通过设置数据密度D的方式找到地址连在一起的数据点信息，可以实现数据的批量读写，极大提高了读写效率。另外，本发明基于免费的Sharp7组件，无需采购昂贵的OPC Server就能与PLC自由通信，节省了成本。并且本发明无需对PLC端进行任何编程，系统占有率低，上位机就可以读写PLC数据，这样在上位机开发的系统能更灵活。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种读写PLC数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01，获取已配置的需要读写的数据点信息，其中所述数据点信息至少包括：ID号、数据块编号、PLC数据开始地址、PLC数据类型以及PC数据类型；
S02，按数据块编号对已获取的所有数据点信息进行分组；
S03，对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行排列；
S04,对各组数据点信息按预设规则进行分区,保证各区的数据密度D满足分区密度要求；各区的分区密度D不小于预设的最小密度Dmin，计算数据密度D的方法包括：
D＝C/L
其中，C表示区内所有配置占用的字节数；L表示区总长度；
S05,使用Sharp7，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列，执行读写命令。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对各组数据进行分区的方法包括：
若一组数据中包含N条数据点信息，则依次判断前N-M条数据点信息是否满足所述分区密度要求，若满足则将对应的数据点信息配置成一个组，其余的信息重新按照分区方法进行判断，其中N为正整数，M的值从0取到N-1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列后，还包括以下步骤：
若需要读取PLC数据，则从缓冲区获得所有区的字节流，采用Sharp7 根据PLC数据类型得到对应的数据，并转换为PC数据类型，然后再执行读命令；或者，
若需要写入PLC数据，则将PC数据类型转化为字节流，然后再执行写命令，将字节流写入缓冲区。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行升序或降序排列。
5.一种读写PLC数据的装置，其特征在于，所述装置包括：信息获取模块、信息分组模块、信息排列模块、信息分区模块、信息读写模块，其中：
信息获取模块，用于获取已配置的需要读写的数据点信息，其中所述数据点信息至少包括：ID号、数据块编号、PLC数据开始地址、PLC数据类型以及PC数据类型；
信息分组模块，用于按数据块编号对已获取的所有数据点信息进行分组；
信息排列模块，用于对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行排列；
信息分区模块，用于对各组数据点信息按预设规则进行分区,保证各区的数据密度D满足分区密度要求；各区的分区密度D不小于预设的最小密度Dmin，计算数据密度D的方法包括：
D＝C/L
其中，C表示区内所有配置占用的字节数；L表示区总长度；
信息读写模块，用于使用Sharp7，在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列，执行读写命令。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信息分组模块对各组数据进行分区的方法包括：
若一组数据中包含N条数据点信息，则依次判断前N-M条数据点信息是否满足所述分区密度要求，若满足则将对应的数据点信息配置成一个组，其余的信息重新按照分区方法进行判断，其中N为正整数，M的值从0取到N-1。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，利用所述信息读写模块在S7MultiVar中添加各个分区，加入读写队列后，还包括以下步骤：
若需要读取PLC数据，则从缓冲区获得所有区的字节流，采用Sharp7根据PLC数据类型得到对应的数据，并转换为PC数据类型，然后再执行读命令；或者，
若需要写入PLC数据，则将PC数据类型转化为字节流，然后再执行写命令，将字节流写入缓冲区。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信息排列模块对各分组的数据点信息按照PLC数据开始地址进行升序或降序排列。
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