我用PYQT5做的第一个实用的上位机项目（六）

将之前的画面和代码用复制粘贴的方法复制四份，就完成了整个主画面和主程序的基本构建。

下面的工作是关于PLC和通信。 

        上位机项目，其与PLC通信的模式很多都是这样的：在没有操作和设置的平常显示界面，按照预定周期从PLC读取当前页面需要刷新的部件的数据字节，并对字节进行解码和刷新。当有了设置和改变的动作，需要改写PLC的内部数据时，把需要改写的地址和数据发送给PLC。

        查阅了很多资料，关于上位机与PLC通信这块，大多数都是针对西门子的，并且使用了Snap7。使用Snap7确实可以使问题简化，但是如果PLC不是西门子品牌就无能为力了。即使是西门子PLC，还要对PLC的内部寄存器地址、指针、语句编程这些知识进行深入学习才能灵活应用。像我这样的以搞控制为主的，PLC和上位机编程都只是简单用用的人，就感觉很吃力。一句题外话，玩了三十年工控，到目前为止PLC程序也做过上千个了，大多数时候都还是梯形图和直接地址访问，每每看到那些大公司的专业PLC编程工程师熟练地使用间接寻址和语句编程，都觉得很汗颜。所以，这里采用了通用的tcp ip的socket通信模式，自定义报文，直接地址读写，好处是提高了通用性、降低了技术难度，坏处是PLC端需要额外编写一些通信程序，不过PLC的程序全部都是直接地址访问，用不到考虑指针和寄存器地址映射之类的，编程也可以用梯形图，属于简单劳动。

        既然是自定义报文，每个人完全可以根据PLC的品牌型号以及自己的习惯来约定报文的内容。我这里的范例，上位机发送到PLC的报文采用固定长度，每个报文长度12个字节，前6个字节是功能码，后面4个字节是数据内容，最后2个字节与第一第二个字节内容相同，作为结束符用来断帧和校验，防止TCP数据粘连。

        1、对PLC的例行的周期查询，报文第1、2字节为字符“A0”，第3字符是画面编号，第4、5是对应的周期，第6是周期时间的单位，7-10字节用字符“0”填充，11、12与第1、2字节相同为字符“A0”。例如：报文A0101S0000A0，其含义是编号1的画面一秒周期的查询。至于本次需要查询哪些部件的变量，这些变量的类型和字节长度都是提前规划好并在PLC端写好了对应的子程序，当PLC端收到报文并且报文头6字节与字符串“A0101S”比对成功，报文的第11、12字节与字符串“A0”比对成功，就执行相应的子程序把上位机需要的地址的内容复制到PLC的通信发送缓冲区打包并发送至上位机，上位机收到返回的数据后，按照提前规划的变量的类型和字节长度解码并刷新显示界面。

        总之，所有的需要查询的内容都是已知和提前规划的，PLC端只需要比对收到的报文字符串前6个字节和第11、12 字节，调用对应的子程序将需要的地址的数据复制到送缓冲区打包发送。

        举例：画面2，每10秒钟需要读取PLC的MW10、VD100、QB0这几个变量，那么每隔10秒钟，发送报文字符串“A0210S0000A0”到PLC，PLC收到报文，前6个字节与“A0210S”比对成功，第11、12字节与字符串“A0”比对成功，执行对应的子程序将MW10、VD100、QB0这几个变量的值写入发送缓冲区打包并发送至上位机。上位机收到返回数据，按照提前规划的“整数、实数、字节”（即MW10、VD100、QB0这几个变量的类型）的顺序解码数据并分配刷新各个部件。由于采用了约定自定义报文的方式，PLC端对所有地址的操作都是直接的地址访问，用不着考虑寄存器实际地址和指针，不同的PLC，上位机的报文也是通用的（唯一需要考虑大小端编码）。

        另，各个周期的查询内容是长周期包含短周期，例如10秒周期的查询包含了1秒周期的查询内容。

        2、对PLC的写操作，由于本例项目很小，需要写的数据并不多，所以也采用了约定报文的方式，如果数据量较大，这种方式就不太方便，必须用到指针了。话又说回来，之所以费劲巴交地自己写代码，就是因为项目小，利润低，没法用正版scada，如果是数据很多的大项目，有足够的利润支撑就直接用正版wincc、组态王了，那功能又强大，使用又简便。至于盗版嘛，看您高不高兴了，不在讨论范围内。

        言归正传，本例中，对PLC的写操作，第1、2字节为字符“B0”，第3、4字节为事件编号，例如可以将“启动/停止缓凝剂“事件定义为01事件，5、6字节用字符0填充，7、8、9、10字节为数据内容，这里的数据内容之所以用了4个字节是因为有可能传输的最长数据格式是浮点数，长度为4个字节。对于长度小于4个字节的数据类型，靠前的字节为有效数据，后面的用b'\x00'填充。第11、12字节为字符“B0”，与第1、2字节相同，作为结束符用来断帧和校验，防止TCP数据粘连。

        当PLC收到报文后，并且第1、2字节和第11、12字节与字符”B0“比对成功，就读取第3、4字节的事件编号，执行相应编号的子程序，执行约定的操作。

        举例：上位机发送报文b'B001\x00\x00\x01\x00\x00\x00B0'，这个报文的开头和结尾为B0，表示要对PLC写操作，事件编号为第3、4字节01，5、6字节无意义，第7字节为数据位b'\x01'，将其约定为”启动缓凝剂“，在PLC程序里，实现该事件的的方法是将Q0.0置位，编写并执行该子程序（或网络）即可。

        至此，通信报文的基本规划就完成了，还可以加入一些别的约定报文，例如报警、故障什么的，看个人需要了。总结一下，本例采用了基于tcp ip协议的socket通信（这个叫法貌似不是很专业，管他呢，我也不是专业的程序员，能用就好），PLC作为服务器，上位机作为客户端。所有的通信均由上位机发起，上位机的程序中有系统定时器，周期地查询PLC中的数据，PLC根据收到的报文内容做出响应，并根据约定代码的不同执行不同的子程序或网络，对PLC内部数据进行读写和发送。在任何时候，上位机发给PLC的报文都是固定长度的，报文的首2和末2字节内容相同，作为事件定义和断帧校验。tcp通信是基于”流“的，就没有严格意义上的”帧“，tcp通信的最大隐患就是数据帧长度的不确定性，很容易造成接收缓冲区数据排序混乱，这也是我之前做过的很多PLC通信项目遇到过的问题，固定PLC接收通信数据的长度并把通信报文中加入断帧和校验字符，就可以很好地解决这个问题。

        下面的工作就是编写实际的程序了。