CN108469809A - 基于嵌入式计算机的plc数据采集、处理和上传方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法。该方法为:将一台嵌入式计算机和一台工业交换机安装入一个机台的机柜中,嵌入式计算机中运行的程序每隔一段时间读取一次各个PLC的寄存器内容;根据采集得到的数据,嵌入式计算机中运行的程序保存各项数据值,并更新泵电流、转速的最大值和最小值,同时判断是否发出报警信号;如果发出了报警信号,则将报警信息上传至客户端,客户端收到报警信息后进行回复;如果没有发出报警信号,则等待上位机客户端发起上传数据的请求,收到请求后将处理过的数据上传至客户端,客户端收到数据后进行回复。本发明设备布设方便、***稳定,能够可靠地完成工业用泵的数据采集、处理和上传的任务。
Description
技术领域
本发明属于工业设备数据监测领域,特别是一种基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法。
背景技术
在工业4.0的大背景下,智能制造技术不断提高,生产设备的数据一直是工厂最关心的信息,因此数据监测受到了广泛重视。数据监测***融合了数据采集、数据传输、数据显示等多种功能。近年来,随着嵌入式技术和通信网络的快速发展,工业领域的数据监测***也在更新换代。真空泵在半导体行业的尾气处理过程中起到了至关重要的作用,泵电流、转速等十几项数据显示了泵的运行状况。由于多数工厂采用24小时不间断生产方式,泵一旦出现故障且长时间无人知情的话就可能导致生产线的停产,造成巨大的经济损失,同时也会影响对尾气的处理,造成环境污染。因此,必须对泵的各项数据进行监测,实时掌握泵的运行状态,以便及时的发现泵的故障并进行报警,修复或更换故障泵,以避免生产线的停产事故。
工业PLC的数据监测***一直是智能制造中的研究热点。对于国内工业PLC的数据监测技术,文献1(李晓磊.基于MSComm和Modbus协议的分布式数据监测***.大连理工大学,2012)以开发的嵌入式数据采集***作为网络的底层现场测控节点,构建了由上位机和测控节点组成的监测网络,能够实现对PLC数据的实时监测,但该***在上位机与嵌入式数据采集设备之间采用蓝牙技术进行通信,对通信距离产生了较大的限制,同时数据传送的稳定性和可靠性也较低。文献2(汪贤浩.基于Cortex-M3平台的数据监测终端设计与实现.南京邮电大学,2015)提出了采用ARM控制器实现Modbus现场数据监测和远程数据通信的方案,该方案实现了现场数据监测和远程数据通信功能,但该***仅仅实现了数据采集,并没有对数据进行处理,也没有做出报警信号的判断,功能较为单一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设备布设方便、***稳定、兼容性高的基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法,实现高可靠性的半导体行业真空泵设备的数据监测。
实现本发明目的的技术解决方案是:一种基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法,包括以下步骤:
步骤1,设备布置:将一台嵌入式计算机和一台工业交换机安装入一个机台的机柜中;
步骤2,数据采集:嵌入式计算机间隔设定时间读取一次各个PLC的寄存器内容;
步骤3,数据处理:根据步骤2采集得到的数据,嵌入式计算机保存各项数据值,并更新泵电流、转速的最大值和最小值,同时判断是否发出报警信号;
步骤4:数据上传:如果步骤3中发出了报警信号,则嵌入式计算机将报警信息上传至客户端,客户端收到报警信息后进行回复;如果步骤3中没有发出报警信号,则嵌入式计算机等待上位机客户端发起上传数据的请求,收到请求后将步骤3处理过的数据上传至客户端,客户端收到数据后进行回复。
进一步地,步骤1所述的设备布置,具体如下:
(1.1)用网线将一个机台上所有泵的PLC通讯模块连接在一台交换机上;用一根网线将该交换机与一台嵌入式计算机的网卡1相连,并且设置好网卡1和所有PLC通讯模块的IP地址,从而将嵌入式计算机和该机台所有泵的PLC通讯模块组成了局域网络;
(1.2)利用一根网线将该嵌入式计算机的网卡2和上位机客户端相连。
进一步地,步骤2所述数据采集,具体如下:
(2.1)数据采集部分的程序是基于Modbus TCP协议、采用C语言编写实现的,程序将整个Modbus TCP通信过程封装成五个函数,分别为:init初始化函数、connect连接函数、read读取寄存器函数、disconnect断开连接函数和release释放函数;
(2.2)init初始化函数:该函数用于初始化Modbus TCP连接环境;函数没有参数,返回值若是0表示初始化环境成功,若是负数表示初始化环境失败;
(2.3)connect连接函数:该函数用于与PLC通讯模块进行Modbus TCP连接;函数有3个参数,分别为通讯模块的IP地址、端口号以及Modbus TCP连接句柄;函数返回值若是0表示连接成功,若是负数表示连接失败;
(2.4)read读取寄存器函数:该函数用于读取寄存器的内容;函数有6个参数,分别为Modbus TCP连接句柄、超时时间、寄存器类型功能码、寄存器起始地址以及读取的寄存器个数;函数返回值若是0表示读取成功,若是负数表示读取失败;
(2.5)disconnect断开连接函数:该函数用于断开本次Modbus TCP连接并销毁本次连接句柄;函数有1个参数,即本次Modbus TCP连接句柄;函数返回值若是0表示断开连接成功,若是负数表示断开连接失败;
(2.6)release释放函数:该函数用于释放Modbus TCP连接环境;函数没有参数,返回值若是0表示释放成功,若是负数表示释放失败。
进一步地,步骤3所述数据处理,具体如下:
(3.1)最大、最小值处理:根据步骤2中采集到的泵电流的实时数值,若实时数值大于之前的最大值,则将该数值作为新的最大值覆盖原先的最大值,否则保持原先的最大值不变;若实时数值小于之前的最小值,则将该数值作为新的最小值覆盖原先的最小值,否则保持原先的最小值不变;当程序第一次上电时,将第一次采集到的数值作为其最大值和最小值;
(3.2)报警信号判断:根据步骤2中采集到的泵电流的实时数值,若实时数值高于或低于设定的警戒数值,则产生电流值过高或过低的报警信号。
进一步地,步骤4所述数据上传,具体如下:
嵌入式计算机与上位机客户端之间的通讯程序基于SECS通信协议,采用C语言实现,通讯过程如下:
(4.1)建立TCP/IP连接:嵌入式计算机作为服务器对连接进行侦听,上位机作为客户端,按照TCP/IP协议与嵌入式计算机建立连接;
(4.2)握手过程:当TCP/IP协议建立好之后,SECS拥有一套握手协议,上位机客户端发起select.req请求,服务器做出select.rsp回应来完成select.req请求;
(4.3)数据上传:当select.req请求被确认后,进行SECS数据交换;数据交换所发生的开始消息为Primary Message,返回的消息为Secondary Message;如果客户端或服务器其中一方发出一个Primary消息,并且表明需要另一方做出应答回复,则另一方需要回复Secondary消息,否则不予回复;如果在步骤3中产生了报警信号,则嵌入式计算机将报警信息上传至客户端,客户端收到报警信息后进行回复;如果在步骤3中没有产生报警信号,则嵌入式计算机等待上位机客户端发起上传数据的请求,收到请求后将步骤3处理过的数据上传至上位机客户端,上位机客户端收到数据后进行回复。
本发明与现有技术相比,其显著优点在于:(1)基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法,设备布设方便、***稳定、兼容性高;(2)稳定性、可靠性和安全性高,能够可靠地完成工业用泵的数据采集、处理和上传的任务,实现高可靠性的半导体行业真空泵设备的数据监测。
附图说明
图1为本发明基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法的流程示意图。
图2为本发明中设备布设结构示意图。
图3为根据SECS通信协议定义的泵数据消息体格式示意图。
图4为本发明中上位机接收到的泵数据结果示意图。
图5为本发明中上位机接收到的泵报警信息结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
结合图1,一种基于嵌入式计算机的工业PLC数据采集、处理和上传方法,包括以下步骤:
步骤1,设备布置:将一台嵌入式计算机和一台工业交换机安装入一个机台的机柜中。图2为本发明设备布设结构示意图。
进一步地,用网线将一个机台上所有泵的PLC通讯模块连接在一台交换机上;用一根网线将交换机与一台嵌入式计算机的网卡1相连,从而将嵌入式计算机和该机台所有泵的PLC通讯模块组成了局域网络;利用一根网线将该台嵌入式计算机的网卡2和上位机客户端相连。
步骤2,数据采集:嵌入式计算机中运行的程序每隔一段时间读取一次各个PLC的寄存器内容。
进一步地,数据采集部分的程序是基于Modbus TCP协议、采用C语言编写实现的,程序将整个Modbus TCP通讯过程封装成五个函数,分别为:init初始化函数、connect连接函数、read读取寄存器函数、disconnect断开连接函数和release释放函数:
init初始化函数:该函数用于初始化Modbus TCP连接环境。函数没有参数,返回值若是0表示初始化环境成功,若是负数表示初始化环境失败。
connect连接函数:该函数用于与PLC通讯模块进行Modbus TCP连接。函数有3个参数,分别为通讯模块的IP地址、端口号以及Modbus TCP连接句柄。函数返回值若是0表示连接成功,若是负数表示连接失败。
read读取寄存器函数:该函数用于读取寄存器的内容。函数有6个参数,分别为Modbus TCP连接句柄、超时时间、寄存器类型功能码、寄存器起始地址以及读取的寄存器个数。函数返回值若是0表示读取成功,若是负数表示读取失败。
disconnect断开连接函数:该函数用于断开本次Modbus TCP连接并销毁本次连接句柄。函数有1个参数,即本次Modbus TCP连接句柄。函数返回值若是0表示断开连接成功,若是负数表示断开连接失败。
release释放函数:该函数用于释放Modbus TCP连接环境。函数没有参数,返回值若是0表示释放成功,若是负数表示释放失败。
步骤3,数据处理:根据步骤2采集得到的数据,嵌入式计算机中运行的程序保存各项数据值,并更新泵电流、转速的最大值和最小值,同时判断是否发出报警信号。
(3.1)最大、最小值处理:根据步骤2中采集到的泵电流的实时数值,若实时数值大于之前的最大值,则将该数值作为新的最大值覆盖原先的最大值,否则保持原先的最大值不变;若实时数值小于之前的最小值,则将该数值作为新的最小值覆盖原先的最小值,否则保持原先的最小值不变。当程序第一次上电时,将第一次采集到的数值作为其最大值和最小值。
(3.2)报警信号判断:根据步骤2中采集到的泵电流的实时数值,若实时数值高于或低于设定的警戒数值,则产生电流值过高或过低的报警信号。
步骤4:数据上传:如果步骤3中发出了报警信号,则嵌入式计算机中运行的程序将报警信息上传至客户端,客户端收到报警信息后进行回复;如果步骤3中没有发出报警信号,则嵌入式计算机等待上位机客户端发起上传数据的请求,收到请求后将步骤3处理过的数据上传至客户端,客户端收到数据后进行回复。
嵌入式计算机与上位机客户端之间的通讯程序是基于SECS通讯协议编写的,采用C语言实现,通讯过程如下:
(4.1)建立TCP/IP连接:嵌入式计算机作为服务器对连接进行侦听,上位机作为客户端,按照TCP/IP协议与嵌入式计算机建立连接。
(4.2)握手过程:当TCP/IP协议建立好之后,SECS拥有自己的一套握手协议,上位机客户端发起select.req请求,服务器会做出select.rsp回应来完成select.req请求。
(4.3)数据上传:当select.req请求被确认后,进行SECS数据交换;数据交换所发生的开始消息为Primary Message,返回的消息为Secondary Message;如果客户端或服务器其中一方发出一个Primary消息,并且表明需要另一方做出应答回复,则另一方需要回复Secondary消息,否则不予回复;如果在步骤3中产生了报警信号,嵌入式计算机将报警信息上传至上位机客户端,上位机客户端做出收到报警信息的回复;如果在步骤3中没有产生报警信号,嵌入式计算机等待上位机客户端发起上传数据的请求,收到请求后将经过步骤3处理的数据上传给客户端,而后客户端做出收到数据的回复。
在SECS通信协议中,消息体List结构来表示。List结构使得用户看来信息具有清晰的树状表示结构。图3是根据SECS通信协议定义的泵数据消息体格式示意图。进一步地,在第一层List结构中,SFCD表示消息体类型,DATAID表示消息体ID,EQUIPMENTID表示生产线名称,SUBCD表示该生产线中机台名称,RUNMODE表示机台运行状态,L14表示第二层List结构有14层;在第二层List结构中,UNITID表示该机台下泵的名称,EQPST、EQ_RNO、EQ_RID表示一些生产数据,L29表示第三层List结构有29层;在第三层List结构中,DCNAME表示数据名字,DCTYPE表示数据类型,DCVALUE表示数据数值。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例1
在国内某半导体生产工厂的一个机台机柜中,首先,利用数根网线将该机台上14台泵的PLC通讯模块连接在一台CISCO24口工业级交换机上;然后,利用一根网线将该交换机与一台MOXA IA240嵌入式计算机的网卡1相连,并设置好网卡1和所有PLC的IP地址,从而组成局域网络;最后,利用一根网线将该台嵌入式计算机的网卡2和客户端相连,并设置好网卡2和客户端的IP地址。
将程序在Linux***环境下通过arm-linux-gcc编译器编译完成后下载到MOXA嵌入式计算机中,并将程序设置成开机自运行。程序运行过程中,程序每隔5秒采集一次该机台中14台泵的各项数据,并计算好电流、转速等数据的最大值和最小值,同时作出是否产生报警信号的判断。上位机客户端每隔一小时向MOXA嵌入式计算机发送一次上报数据的请求,收到请求后MOXA嵌入式计算机将泵数据以图3所示的格式发送给客户端。图4为上位机客户端接收到的泵数据结果示意图,由于数据量庞大,故只截取了一小部分。图5为上位机客户端接收到的泵报警信息示意图。
根据图4和图5,本发明通过一台嵌入式计算机和一台工业交换机,成功地将该机台中14台泵的数据进行了采集、处理和上报,同时也能及时上报泵的报警信息。可以看出,该方法数据采集精确,极值计算准确,报警判断无错误,远程通信稳定,满足实际工业生产现场对数据监测的要求,具有较高的运行稳定性和可靠性。
Claims (5)
1.一种基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,设备布置:将一台嵌入式计算机和一台工业交换机安装入一个机台的机柜中;
步骤2,数据采集:嵌入式计算机间隔设定时间读取一次各个PLC的寄存器内容;
步骤3,数据处理:根据步骤2采集得到的数据,嵌入式计算机保存各项数据值,并更新泵电流、转速的最大值和最小值,同时判断是否发出报警信号;
步骤4:数据上传:如果步骤3中发出了报警信号,则嵌入式计算机将报警信息上传至客户端,客户端收到报警信息后进行回复;如果步骤3中没有发出报警信号,则嵌入式计算机等待上位机客户端发起上传数据的请求,收到请求后将步骤3处理过的数据上传至客户端,客户端收到数据后进行回复。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法,其特征在于,步骤1所述的设备布置,具体如下:
(1.1)用网线将一个机台上所有泵的PLC通讯模块连接在一台交换机上;用一根网线将该交换机与一台嵌入式计算机的网卡1相连,并且设置好网卡1和所有PLC通讯模块的IP地址,从而将嵌入式计算机和该机台所有泵的PLC通讯模块组成了局域网络;
(1.2)利用一根网线将该嵌入式计算机的网卡2和上位机客户端相连。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法,其特征在于,步骤2所述数据采集,具体如下:
(2.1)数据采集部分的程序是基于Modbus TCP协议、采用C语言编写实现的,程序将整个Modbus TCP通信过程封装成五个函数,分别为:init初始化函数、connect连接函数、read读取寄存器函数、disconnect断开连接函数和release释放函数;
(2.2)init初始化函数:该函数用于初始化Modbus TCP连接环境;函数没有参数,返回值若是0表示初始化环境成功,若是负数表示初始化环境失败;
(2.3)connect连接函数:该函数用于与PLC通讯模块进行Modbus TCP连接;函数有3个参数,分别为通讯模块的IP地址、端口号以及Modbus TCP连接句柄;函数返回值若是0表示连接成功,若是负数表示连接失败;
(2.4)read读取寄存器函数:该函数用于读取寄存器的内容;函数有6个参数,分别为Modbus TCP连接句柄、超时时间、寄存器类型功能码、寄存器起始地址以及读取的寄存器个数;函数返回值若是0表示读取成功,若是负数表示读取失败;
(2.5)disconnect断开连接函数:该函数用于断开本次Modbus TCP连接并销毁本次连接句柄;函数有1个参数,即本次Modbus TCP连接句柄;函数返回值若是0表示断开连接成功,若是负数表示断开连接失败;
(2.6)release释放函数:该函数用于释放Modbus TCP连接环境;函数没有参数,返回值若是0表示释放成功,若是负数表示释放失败。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法,其特征在于,步骤3所述数据处理,具体如下:
(3.1)最大、最小值处理:根据步骤2中采集到的泵电流的实时数值,若实时数值大于之前的最大值,则将该数值作为新的最大值覆盖原先的最大值,否则保持原先的最大值不变;若实时数值小于之前的最小值,则将该数值作为新的最小值覆盖原先的最小值,否则保持原先的最小值不变;当程序第一次上电时,将第一次采集到的数值作为其最大值和最小值;
(3.2)报警信号判断:根据步骤2中采集到的泵电流的实时数值,若实时数值高于或低于设定的警戒数值,则产生电流值过高或过低的报警信号。
5.根据权利要求1所述的基于嵌入式计算机的PLC数据采集、处理和上传方法,其特征在于,步骤4所述数据上传,具体如下:
嵌入式计算机与上位机客户端之间的通讯程序基于SECS通信协议,采用C语言实现,通讯过程如下:
(4.1)建立TCP/IP连接:嵌入式计算机作为服务器对连接进行侦听,上位机作为客户端,按照TCP/IP协议与嵌入式计算机建立连接;
(4.2)握手过程:当TCP/IP协议建立好之后,SECS拥有一套握手协议,上位机客户端发起select.req请求,服务器做出select.rsp回应来完成select.req请求;
(4.3)数据上传:当select.req请求被确认后,进行SECS数据交换;数据交换所发生的开始消息为Primary Message,返回的消息为Secondary Message;如果客户端或服务器其中一方发出一个Primary消息,并且表明需要另一方做出应答回复,则另一方需要回复Secondary消息,否则不予回复;如果在步骤3中产生了报警信号,则嵌入式计算机将报警信息上传至客户端,客户端收到报警信息后进行回复;如果在步骤3中没有产生报警信号,则嵌入式计算机等待上位机客户端发起上传数据的请求,收到请求后将步骤3处理过的数据上传至上位机客户端,上位机客户端收到数据后进行回复。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180831 |