西門子PLC S7-200SMART實(shí)現(xiàn)2ms周期采集的方法

高速數(shù)據(jù)采集要保證速度，也要保證時(shí)刻的準(zhǔn)確性。在windows系統(tǒng)里，時(shí)間穩(wěn)定性是個(gè)很難的問(wèn)題。如果PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)里帶有時(shí)間信息，則可以由PLC來(lái)保證采樣周期的穩(wěn)定性。

從V2.12版本開(kāi)始，PLC-Recorder軟件可以處理發(fā)送電文里的時(shí)間戳，有網(wǎng)友用0.24ms的速度外發(fā)，軟件也能夠穩(wěn)定接收并精確確定數(shù)據(jù)的時(shí)刻。

本文向大家展示一下S7-200SMART彪悍的UDP快速通訊的能力，并能實(shí)現(xiàn)2ms周期的穩(wěn)定數(shù)據(jù)發(fā)送。

1、測(cè)試條件

下面用S7-200SMART實(shí)現(xiàn)帶有時(shí)間戳的高速數(shù)據(jù)采集，測(cè)試條件如下：

西門子 S7-200SMART ST20，系統(tǒng)軟件為V2.5版（最老的一款PLC，升級(jí)了系統(tǒng)軟件，才支持UDP通訊），無(wú)其他通訊。

通訊背景時(shí)間10%。

PLC IP地址：192.168.0.2

過(guò)主程序循環(huán)發(fā)送。無(wú)通訊以外的其他程序。

通訊協(xié)議：UDP（只有該協(xié)議，在高速模式下才支持時(shí)間戳）。

編程軟件和系統(tǒng)：STEP7-Micro/WIN SMART V2.7

型工控機(jī)（Intel Celeron J1900 2.0GHz四核低功耗處理器） 4核 4G內(nèi)存，SSD硬盤，無(wú)風(fēng)扇，WIN10系統(tǒng)，無(wú)其他大型軟件

2、測(cè)試結(jié)論

本次測(cè)試沒(méi)有采用定時(shí)中斷，采用了連續(xù)循環(huán)，發(fā)送結(jié)束后，立即再次啟動(dòng)發(fā)方式。實(shí)測(cè)發(fā)送周期在1-2ms內(nèi)波動(dòng)（平均為1.8ms），PLC的掃描周期也是1-2ms，因此，這種波動(dòng)是PLC掃描周期導(dǎo)致的。

3、PLC的發(fā)送程序

通過(guò)讀取PLC的啟動(dòng)時(shí)間（精確到1ms）來(lái)獲得時(shí)間戳，輸出恰好是uint32類型（PLC里是DWORD），約49.7天后自動(dòng)翻轉(zhuǎn)。

01建立連接

02啟動(dòng)和時(shí)間戳

03發(fā)送指令和上升沿控制

04發(fā)送結(jié)束，啟動(dòng)下次發(fā)送

4、PLC-Recorder側(cè)的通訊設(shè)置

請(qǐng)用帕姆齊設(shè)備類型，目前，僅該類型支持時(shí)間戳功能，并選擇時(shí)間戳單位為ms（PLC-Recorder V2.12.7開(kāi)始支持該功能）。需要配置來(lái)源的IP地址及本機(jī)收聽(tīng)的端口號(hào)。并將本計(jì)算機(jī)的IP地址設(shè)置成192.168.0.100。

5、PLC-Recorder的通道配置

此處雖然配置了采集周期，但在高速模式下不再使用該周期，以收到信息的時(shí)刻為準(zhǔn)。

6、PLC-Recorder的變量配置

從最后一個(gè)變量的起始地址和變量長(zhǎng)度可以確定該通道的通訊電文的長(zhǎng)度。對(duì)于TCP類型的連接，電文長(zhǎng)度需要通過(guò)最后變量進(jìn)行確定（下例子看出電文長(zhǎng)度為200字節(jié)）。對(duì)于UDP類型的通訊，UDP是按照完整報(bào)文進(jìn)行傳輸?shù)模梢宰詣?dòng)獲取長(zhǎng)度信息，因此，不需要關(guān)注最后變量。

變量配置時(shí)，不需要定義所有的變量，僅需要定義自己關(guān)注的變量即可。

起始地址為0的變量就是PLC里定義的時(shí)間戳。

7、記錄數(shù)據(jù)的情況

這是用離線分析軟件Ana打開(kāi)的歷史數(shù)據(jù)文件（連接數(shù)個(gè)文件，總分析時(shí)長(zhǎng)：2小時(shí)，采集次數(shù)391萬(wàn)）。從左側(cè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，平均采集周期是1.8ms。從右側(cè)的波形和標(biāo)尺可以看出，點(diǎn)距非常均勻。

8、再說(shuō)時(shí)間戳

時(shí)間戳是Uint32類型的數(shù)據(jù)，在200SMART里被稱為DWORD，需要從0到4_294_967_295之間遞增，并自然翻轉(zhuǎn)（自動(dòng)歸零）。時(shí)間戳的單位必須是毫秒，雙字毫秒值的最大計(jì)時(shí)間隔為 2 的 32 次方或 49.7 天。

時(shí)間戳是個(gè)時(shí)間差值，PLC-Recorder在開(kāi)始記錄時(shí)，會(huì)將首個(gè)時(shí)間戳與計(jì)算機(jī)的當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較（對(duì)時(shí)），后續(xù)就用相對(duì)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，并自動(dòng)處理翻轉(zhuǎn)的問(wèn)題。因此，PLC不需要保證絕對(duì)時(shí)鐘的準(zhǔn)確性，只要相對(duì)穩(wěn)定即可。

9、小結(jié)

采集的速度越快，需要的技術(shù)越復(fù)雜，代價(jià)也越大。PLC-Recorder的主動(dòng)采集模式，基本只需要在PLC-Recorder里配置變量，不需要在PLC做什么復(fù)雜工作，這種方式很便捷，但是速度也有限（最快20ms）。高速模式，就需要在PLC里配置通訊，組織數(shù)據(jù)，然后調(diào)用通訊語(yǔ)句，才能夠?qū)崿F(xiàn)，因此，對(duì)于PLC工程師的要求也是有一些了。

高速模式采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，這也是大部分PLC都具備的能力，因此，可以被廣泛使用來(lái)進(jìn)行快速數(shù)據(jù)采集。

審核編輯：劉清