PLC通信

PLC（可编程逻辑控制器）通信是指 PLC 与其他设备或系统之间进行数据传输和信息交换的过程

一、PLC通信方式

1 ）串行通信

        数据按位顺序依次传输，只需要一对传输线，成本低，传输距离长，但速度相对较慢，常用于 PLC 与计算机、智能仪表等设备之间的通信，如 RS-232、RS-485 等接口就是典型的串行通信接口

2 ）并行通信

        数据的各位同时进行传输，传输速度快，但需要多条传输线，成本高，传输距离短，一般用于近距离、高速数据传输的场合，如PLC内部各模块之间的通信有时候会采用并行通信方式

3 ）网络通信

        通过网络协议实现PLC与其他设备或系统之间的通信，可实现远距离、多设备之间的通信，具有很强的扩展性和灵活性，如工业以太网，Profibus、DeviceNet等都是常见的工业网络通信方式

二、PLC通信协议

1 ）Modbus协议

        是一种应用广泛的工业通信协议，具有开放性，通用性好的特点，支持多种传输介质和通信模式，可用于PLC与各种智能设备之间的通信，实现数据的读写和设备的控制

2 ）Profibus协议

        主要用于工业自动化领域，具有高速，可靠的特点，可为Profibus-DP、Profibus-PA、和Profibus-FMS三种类型，分别适用于不同的应用场景，如 Profibus-DP 常用于PLC与分布式 I/O 设备之间的快速数据传输

3 ）Ethernet/IP协议

        基于以太网技术，融合了TCP/IP协议和CIP（控制与信息协议），具有高速，开放，易于集成的优点，可实现PLC与其他支持Ethernet/IP协议的设备之间的通信，广泛应用于工业自动化系统中

三、PLC通信硬件

1 ）通信模块

         PLC 实现通信功能的关键部件，不同品牌和型号的 PLC 具有不同类型的通信模块，如以太网通信模块、串口通信模块、现场总线通信模块等，可根据实际需求选择合适的通信模块插入 PLC 的扩展槽中，实现与其他设备的通信连接

2 ）通信线缆

        用于连接 PLC 与其他设备，不同的通信方式需要使用不同类型的通信线缆，如串行通信常用的 RS-232 电缆、RS-485 电缆，以太网通信使用的双绞线、光纤等，通信线缆的质量和性能直接影响通信的稳定性和可靠性

3 ）接口设备

        如交换机、路由器等，在网络通信中起着重要作用，交换机用于连接多个设备，实现数据的交换和转发；路由器用于实现不同网络之间的通信连接和数据路由，可根据网络拓扑结构和通信需求选择合适的接口设备

四、PLC通信应用

1 ）PLC与PLC之间的通信

        可实现多个 PLC 之间的数据共享和协同控制，常用于大型工业自动化系统中，如在汽车生产线上，不同工位的 PLC 之间通过通信实现生产流程的协调和控制

2 ）PLC与上位机之间的通信

        上位机通常是指计算机或人机界面（HMI），通过与 PLC 通信，可实现对 PLC 的编程、监控和数据管理，操作人员可在上位机上实时查看 PLC 的运行状态、修改控制参数、记录和分析生产数据等

3 ）PLC与智能设备之间的通信

        智能设备如变频器、伺服驱动器、传感器等，可通过通信接口与 PLC 进行连接，PLC 可向智能设备发送控制指令，获取智能设备的运行状态和数据，实现对生产过程的精确控制，如在自动化流水线上，PLC 通过通信控制变频器的转速，实现对传送带速度的调节

五、PLC通信编写程序步骤

1 ）明确通信需求

        1.1)明确通信对象

                确定要与 PLC 通信的设备或系统，例如是与其他 PLC 通信，还是与上位机、智能仪表、传感器、执行器等设备通信

        1.2）确定通信数据

                明确需要交换的数据类型和数据量，例如是开关量数据（如启动、停止信号）、模拟量数据（如温度、压力、流量），还是更复杂的字符串或数据块信息    

        1.3）确定通信频率

                根据实际生产需求，确定数据传输的频率，是实时传输还是周期性传输，以及传输的时间间隔

2 ）选择通信方式和协议       

        2.1）选择通信方式

                根据通信距离、数据传输速度、成本等因素，选择合适的通信方式，如串行通信（RS-232、RS-485）、网络通信（工业以太网、Profibus、DeviceNet 等）或并行通信（较少使用）

        2.2）选择通信协议

                根据通信对象和应用场景，选择合适的通信协议，如 Modbus、Profibus、Ethernet/IP、OPC UA 等。不同的协议有其各自的特点和适用范围，需综合考虑设备兼容性、开发难度、通信性能等因素

3 ）配置PLC硬件       

        3.1）安装通信模块

                根据选择的通信方式，为 PLC 安装相应的通信模块，例如为支持以太网通信的 PLC 安装以太网通信模块，确保通信模块与 PLC 型号兼容，并将其插入 PLC 的扩展槽中

        3.2）设置通信参数

                通过 PLC 编程软件，对通信模块的参数进行设置，包括通信端口、波特率（对于串行通信）、站地址、网络地址、子网掩码、网关等，这些参数需要与通信对象的参数相匹配，以确保通信链路的建立

4 ）编写通信程序

        4.1）初始化通信功能

                在 PLC 程序中，首先要对通信功能进行初始化，包括打开通信端口、设置通信模式、建立通信连接等操作。不同 PLC 编程语言（如梯形图、指令表、结构化文本等）的实现方式会有所不同

        4.2）数据发送程序

                编写发送数据的程序逻辑，将需要发送的数据按照选定的通信协议格式打包，并通过通信端口发送出去。例如，在使用 Modbus 协议时，要将数据封装成 Modbus 帧格式（包括从站地址、功能码、数据、校验码等），然后发送给目标设备

        4.3）数据接收程序

                编写接收数据的程序逻辑，监听通信端口，接收来自其他设备的数据，并对接收的数据进行解析和处理。对于接收的数据，可能需要进行错误检查（如校验和验证）、协议解析，将有效数据提取出来并存储到 PLC 的存储区（如数据寄存器、标志位等）中

        4.4）处理通信错误

                在通信过程中可能会出现各种错误，如通信超时、校验错误、连接中断等，因此需要编写错误处理程序，对这些错误情况进行监测和处理，确保通信的可靠性和稳定性。可以通过设置定时器、状态标志位和错误代码来实现对错误的检测和记录，并采取相应的措施，如重新发送数据、报警等

5 ）测试和调试

        5.1）离线测试

                使用 PLC 编程软件的仿真功能，对编写好的通信程序进行离线模拟测试，检查程序逻辑是否正确，观察数据发送和接收的过程是否符合预期

        5.2）在线测试

                将程序下载到 PLC 中，与实际的通信对象进行联机测试，检查通信链路是否正常，数据传输是否准确、及时，通过监控 PLC 内部存储区的数据变化和使用通信监测工具（如网络分析仪）来查找和解决可能出现的问题

        5.3）优化数据

                根据测试结果，对程序进行优化，如调整通信参数、修改程序逻辑、添加更多的错误处理机制等，以提高通信性能和可靠性

6 ）系统集成维护

        6.1）系统集成

                将编写好的通信程序与其他 PLC 程序（如控制程序、逻辑程序）进行集成，使整个 PLC 系统协同工作，满足生产控制的要求

        6.2）维护和更新

                在系统运行过程中，可能需要对通信程序进行维护和更新，如修改通信参数、增加新的通信功能、解决新出现的通信问题等，需要定期对通信系统进行检查和优化

        以上是编写 PLC 通信程序的基本步骤，不同品牌和型号的 PLC 在具体操作上可能会有所差异，但总体思路是相似的。在实际编写过程中，需要深入了解所使用的 PLC 的编程手册和通信模块的使用手册，以确保程序的正确性和可靠性

六、PLC通信代码示例

1 ）使用西门子S7协议与PLC通信代码示例

using System;
using S7.Net;namespace PLC_Communication
{class Program{static void Main(string[] args){// 创建一个 PLC 对象Plc plc = new Plc(CpuType.S71200, "192.168.1.10", 0, 1); // 这里假设 PLC 的 IP 地址为 192.168.1.10，Rack 为 0，Slot 为 1try{// 打开连接plc.Open();// 读取一个字节的数据byte value = (byte)plc.Read("DB1.DBB0"); // 从数据块 DB1 的字节偏移量 0 处读取一个字节的数据Console.WriteLine($"读取到的数据: {value}");// 写入一个字节的数据plc.Write("DB1.DBB0", (byte)42); // 向数据块 DB1 的字节偏移量 0 处写入数据 42Console.WriteLine("数据写入成功");// 读取一个字的数据ushort wordValue = (ushort)plc.Read("DB1.DBW2"); // 从数据块 DB1 的字偏移量 2 处读取一个字的数据Console.WriteLine($"读取到的字数据: {wordValue}");// 写入一个字的数据plc.Write("DB1.DBW2", (ushort)1234); // 向数据块 DB1 的字偏移量 2 处写入数据 1234Console.WriteLine("字数据写入成功");// 读取一个双字的数据uint dwordValue = (uint)plc.Read("DB1.DBD4"); // 从数据块 DB1 的双字偏移量 4 处读取一个双字的数据Console.WriteLine($"读取到的双字数据: {dwordValue}");// 写入一个双字的数据plc.Write("DB1.DBD4", (uint)56789); // 向数据块 DB1 的双字偏移量 4 处写入数据 56789Console.WriteLine("双字数据写入成功");// 关闭连接plc.Close();}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"发生错误: {ex.Message}");}}}
}代码解释和使用说明：
引入 S7.Net 库：
using S7.Net; 这行代码将 S7.Net 库引入到程序中，这个库为我们提供了与西门子 S7 系列 PLC 通信的功能。
创建 PLC 对象：
Plc plc = new Plc(CpuType.S71200, "192.168.1.10", 0, 1); 这里创建了一个 Plc 对象，CpuType.S71200 表示我们使用的是 S7-1200 系列的 PLC，"192.168.1.10" 是 PLC 的 IP 地址，0 是 Rack 号，1 是 Slot 号。你需要根据实际情况修改这些参数。
打开连接：
plc.Open(); 尝试打开与 PLC 的连接，如果连接失败会抛出异常。
读取数据：
byte value = (byte)plc.Read("DB1.DBB0"); 从数据块 DB1 的字节偏移量 0 处读取一个字节的数据。
ushort wordValue = (ushort)plc.Read("DB1.DBW2"); 从数据块 DB1 的字偏移量 2 处读取一个字的数据。
uint dwordValue = (uint)plc.Read("DB1.DBD4"); 从数据块 DB1 的双字偏移量 4 处读取一个双字的数据。
注意：Read 方法的参数是一个字符串，遵循 DBx.DByy 的格式，其中 x 是数据块号，yy 是偏移量。根据数据类型的不同，使用 DBB（字节）、DBW（字）或 DBD（双字）。
写入数据：
plc.Write("DB1.DBB0", (byte)42); 向数据块 DB1 的字节偏移量 0 处写入数据 42。
plc.Write("DB1.DBW2", (ushort)1234); 向数据块 DB1 的字偏移量 2 处写入数据 1234。
plc.Write("DB1.DBD4", (uint)56789); 向数据块 DB1 的双字偏移量 4 处写入数据 56789。
注意：Write 方法的第一个参数是数据存储位置，第二个参数是要写入的数据。
关闭连接：
plc.Close(); 关闭与 PLC 的连接，释放资源。

2 ）使用OPC UA协议与PLC通信代码示例

using System;
using Opc.Ua;
using Opc.Ua.Client;namespace OPCUA_Communication
{class Program{static void Main(string[] args){// 定义 OPC UA 客户端配置var config = new ApplicationConfiguration{ApplicationName = "OPCUA_Client",ApplicationType = ApplicationType.Client,SecurityConfiguration = new SecurityConfiguration{ApplicationCertificate = new CertificateIdentifier(),TrustedPeerCertificates = new CertificateTrustList(),NonceLength = 32,AutoAcceptUntrustedCertificates = true},TransportConfigurations = new TransportConfigurationCollection(),TransportQuotas = new TransportQuotas { OperationTimeout = 15000 },ClientConfiguration = new ClientConfiguration { DefaultSessionTimeout = 60000 },TraceConfiguration = new TraceConfiguration()};// 加载配置config.Validate(ApplicationType.Client);config.ApplicationUri = $"urn:{config.ApplicationName}:{Guid.NewGuid()}";// 创建 OPC UA 客户端var client = new Session(config);try{// 连接到 OPC UA 服务器var endpointUrl = "opc.tcp://192.168.1.10:4840"; // 假设 OPC UA 服务器的地址var endpoint = new ConfiguredEndpoint(null, new EndpointDescription(endpointUrl));client.Connect(endpoint);Console.WriteLine("连接到 OPC UA 服务器成功");// 读取一个节点的值var nodeId = new NodeId("ns=2;s=MyVariable"); // 假设要读取的节点的 NodeIdvar value = client.ReadValue(nodeId);Console.WriteLine($"读取到的值: {value}");// 写入一个节点的值var newValue = new DataValue(new Variant(42)); // 要写入的值client.WriteValue(nodeId, newValue);Console.WriteLine("数据写入成功");// 关闭连接client.Close();}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"发生错误: {ex.Message}");}}}
}代码解释和使用说明：
配置 OPC UA 客户端：
首先，创建一个 ApplicationConfiguration 对象 config，并设置各种安全和传输参数。
AutoAcceptUntrustedCertificates = true 表示自动接受不受信任的证书，在实际应用中，出于安全考虑，可能需要更严格的证书管理。
加载配置：
config.Validate(ApplicationType.Client); 验证配置是否正确，config.ApplicationUri 生成一个唯一的应用程序 URI。
创建 OPC UA 客户端：
var client = new Session(config); 创建一个 Session 对象作为 OPC UA 客户端。
连接到 OPC UA 服务器：
var endpointUrl = "opc.tcp://192.168.1.10:4840"; 假设 OPC UA 服务器的地址，根据实际情况修改。
var endpoint = new ConfiguredEndpoint(null, new EndpointDescription(endpointUrl)); 创建一个端点描述。
client.Connect(endpoint); 尝试连接到 OPC UA 服务器。
读取节点数据：
var nodeId = new NodeId("ns=2;s=MyVariable"); 定义要读取的节点的 NodeId，ns 表示命名空间，s 表示标识符。
var value = client.ReadValue(nodeId); 读取节点的值。
写入节点数据：
var newValue = new DataValue(new Variant(42)); 定义要写入的值。
client.WriteValue(nodeId, newValue); 向节点写入值。
关闭连接：
client.Close(); 关闭与 OPC UA 服务器的连接。