PLC通信交互系统技术分享

目录

0、前言

1、模块划分

2、状态机

3、通信层增强

4、异常处理机制

5、核心代码

 关键状态处理示例

6、部署与测试方案

1. 环境要求

2. 性能测试指标

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0、前言

        这是一个C++程序，用于与西门子PLC进行通信，处理SN码、拍照信号、检测结果等流程。代码中使用了状态机，通过不同的状态来管理交互步骤。

1、模块划分

class PLCManager {          // PLC连接管理 TS7Client* client;       // 通信客户端 ConnectionStatus status; // 连接状态机 
public:bool reconnect(int max_retry);void safeDisconnect();
};class StateProcessor {      // 状态处理器 enum class WorkflowState : uint8_t {WAIT_SN = 0,        // 状态枚举 PROCESS_IMAGE = 50,DEFECT_DETECTION =70 };
public:void transitionState(WorkflowState new_state);
};class DataConverter {       // 数据转换工具 
public:static std::string vectorToPLCFormat(const std::vector<int>& data);static std::vector<int> parsePLCSignal(byte* raw_data);
};

2、状态机

状态转换表

当前状态	触发条件	下一状态	超时时间
WAIT_SN	收到DB16.1=1	READ_SN	30s
READ_SN	成功读取SN字符串	ACK_SN	10s
ACK_SN	收到PLC确认信号	WAIT_CAPTURE	60s

3、通信层增强

连接管理

// 指数退避重连算法 
bool PLCManager::reconnect(int max_retry) {constexpr int base_delay = 1; // 秒 int current_delay = base_delay;for (int i=0; i<max_retry; ++i){if(connect()) return true;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(current_delay));current_delay *= 2; // 退避策略 }return false;
}

数据读写

• 使用内存映射替代离散读写

#pragma pack(push, 1)
struct PLCDB16 {  // 映射DB16数据结构 byte reserve1[16];uint16_t send_signal;  // 偏移16 uint16_t ack_signal;   // 偏移18 uint16_t result_flag;  // 偏移20 uint16_t subzone[12];  // 偏移22-44 char sn_code[32];      // 偏移46 
};
#pragma pack(pop)// 批量读写示例 
PLCDB16 db_data;
client->DBRead(16, 0, sizeof(PLCDB16), &db_data);

4、异常处理机制

分层错误码设计

@startuml 
enum ErrorCode {NETWORK_FAILURE = 0x1000,PROTOCOL_ERROR  = 0x2000,DATA_INVALID    = 0x3000 
}class RetryStrategy {+ MAX_RETRY_TIMES = 5 + BACKOFF_BASE = 1s 
}PLCManager --> ErrorCode 
PLCManager --> RetryStrategy 
@enduml 

结构化日志输出

class PLCLogger {enum class LogLevel {TRACE,DEBUG,INFO,WARN,ERROR };void log(LogLevel level, const std::string& tag,const std::string& msg) {auto now = std::chrono::system_clock::now();std::cout << fmt::format("[{:%Y-%m-%d %H:%M:%S}] [{}] [{}] {}",now, levelToString(level),tag,msg ) << std::endl;}
};

5、核心代码

PLCManager plc(PLC_IP); 
StateProcessor processor;
DefectDetector detector;plc.connectWithRetry(3);  // 3次重试 while(running) {auto current_state = processor.currentState(); switch(current_state) {case State::WAIT_SN:handleWaitSN(plc, processor);break;case State::IMAGE_CAPTURE:handleImageCapture(plc, detector);break;case State::DEFECT_ANALYSIS:handleDefectAnalysis(plc, detector);break;default:logError("Invalid state");}checkTimeout(processor); // 状态超时检测 
}

 关键状态处理示例

SN码处理流程

void handleSNProcessing(PLCManager& plc, StateProcessor& sp) {PLCDB16 db;plc.readDB16(db);  // 读取完整DB块 if(db.send_signal  == 1) {std::string sn = db.sn_code; if(validateSN(sn)) {sp.transition(State::ACK_SN); plc.writeAckSignal(1);  // 写入确认信号 logInfo(fmt::format("Valid SN: {}", sn));} else {plc.writeErrorCode(0x3001);  // 数据无效错误 logError("Invalid SN format");}}
}

性能监控实现

class PerformanceMonitor {std::map<State, std::chrono::milliseconds> state_durations;std::chrono::time_point<Clock> state_start;public:void onStateChanged(State new_state) {auto duration = Clock::now() - state_start;state_durations[current_state] += duration;state_start = Clock::now();}void printReport() {for(auto& [state, dur] : state_durations) {std::cout << stateToString(state) << ": " << dur.count()  << "ms\n";}}
};

6、部署与测试方案

1. 环境要求

• 硬件：
  • 西门子S7-1200/1500系列PLC
  • 工业级网卡（支持Profinet）
• 软件：
  • Snap7 1.4+ 通信库
  • C++17编译环境

2. 性能测试指标

指标	优化前	优化后	提升率
单次通信耗时	45ms	28ms	38%
状态切换延迟	120ms	65ms	46%
断线恢复时间	15s	3.2s	78%