同 济 大 学 学 报( 自 然 科 学 版)

第 38 卷

图 1 系统总体结构

Fig. 1

Arch itecture of wh ole system

1. 1 PLC 实时数据采集

P LC 实时读取输入寄存器 IW0 的值, 将时钟信

息和设备状态信息数据打包后, 通过串行口 RS 485
每隔 30 s 将数据发送到 GPRS DT U 通信模块, 然后
再传送到中心服务器, 供实时的动画和曲线等显示
使用. P L C 每隔 5 m in 存储一条记录到历史数据表
中, 历史数据表可在指定的时间段内接受数据中心
服务器发送来的数据查询/ 数据补足等命令, 完成相
应的历史数据查询功能和某天的数据补足功能.
1. 2 GPRS 无线数据传输

G PR S 是在现有 G SM( global syst em for mobile

comm unicat io n, 泛欧式数位行动电 话系统) 网络的
基础上叠加了一个新的网络形成的逻辑实体而发展

出来的新的 分组数据承载 业务

[ 1]

. GP RS 的理 论带

宽可达 171. 2 kbit ∃ s

- 1

, 实际使用带宽大约在 10~

70 kbit

∃ s

- 1

. 底层支 持 T CP/ IP 协 议, 使 得 G PR S

能够与 Internet 实现无缝连接. GP RS 无线网络具有
接入速度快、永远在线、

覆盖面广、运营成本低廉、组

网灵活、

系统扩容方便等特点

[ 2]

.

G PR S DT U 是 G PR S 网络的数据终端. G PR S

DT U 提供了 RS232/ RS485 接口, 可以跟 PL C 等串
口设备连接起来进行数据交互. 在 GPRS DT U 模块
上配置了串口设备的波特率、数据位、校验位、数据
中心的 IP 地 址、端口 等信 息后, 就 可 以透 明地 将

P LC 发 往 串 口 的 数 据 通 过 GP RS 网 络 传 送 到

Internet 网络, 然后再通过局域网将数据传送到数据
中心服务器

[ 3]

.

1. 3 数据中心服务器

数据 中 心 服 务 器 接 收 并 保 存 数 据 到 SQ L

( st ruct ur ed query lang uag e, 结构化查询语言) 数据
库中, 然后对数据进行相应的操作, 最终将数据以动

画、曲线等形式显示, 为科学执法提供数据支持. 数
据的接收采用 VB 6. 0 的 Winsock 控件来实现, 是本
系统的关键之一. 在数据传输过程中, 要求数据中心
服务器的 IP 地址与 GPRS DT U 中的 IP 地址一致.
系统运行时, 启 动 Socket 监听, 与远程数据采 集终
端建立通信连接之后, 就可以进行正常的数据接收.

2 PLC 的程序设计

2. 1 PLC 通信方式

选择合适的通信方式, 是实现高效数据 传输的

关键. 西门子 S7- 200 系列 CPU 224XP _CN 的通信
方式有 4 种.
2. 1. 1 点对点( point t o point int erf ace, PPI) 方式

用于和西门子编程软件或西门子的人机接口产

品通信, 是一种主从应答式通信模式. 这种通信方式
需要专用的 PP I 电缆.
2. 1. 2 多点接口协议( multipoint int erface, MPI) 方式

用于在西门子 的产品之 间建 立小型 的通信 网

络, 允许多主通信和主从式通信.
2. 1. 3 DP( decentralized periphery, 分散外设) 方式

用于实现与分布式 I/ O( 远程 I/ O) 的高速通讯.

可 以 使 用 不 同 厂 家 的 P ROFIBUS ( pro cess field

bus, 过程现场总线) 设备, 但是需要专门的接口卡.

2. 1. 4 自由端口通信方式

这种通信方式允许用户根据自己的实际情况定

义通信协议, 在多种智能设备之间进行通信.

PL C 通过串口将数据上传至 G PR S DT U , 再由

G PR S DT U 通过无线网络 将数据发送到数据 中心
服务器. 自由端口通信协议可以通过程序灵活控制
PL C 串口的通信方式. 通过程序控制, 在大部分时间
内使 PL C 作为主机, 主动上传实时数据, 在指定的
时间段内又可使 PL C 为从机, 接受上位机的查询命
令, 进行历史数据的查询. 这样可以最大限度地降低
系统数据流量, 降低运营成本.
2. 2 PLC 程序

PL C 程序的流程如图 2 所示, 采用模块化编程.

主要程序为串口初始化子程序, 实时数据发送子程
序, 历史数据存储子程序, 历史数据查询中断程序.
2. 2. 1 串口初始化子程序

S7- 200 系列 CPU 224X P_CN 提供了 2 个标准

的 RS485 端口 P ort0 和 P ort1. 选用 P ort0 进行自由
端口通信. 串口初始化主要是设置一些标志寄存器
的值, 让其按照指定的方式通信. 比如, 通过 改变特

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