C#读写三菱PLC数据使用TCP/IP 协议

时间：2019-09-07 10:51:41 阅读：265 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

本文将使用一个Github开源的组件库技术来读写三菱PLC和西门子plc数据，使用的是基于以太网的TCP/IP实现，不需要额外的组件，读取操作只要放到后台线程就不会卡死线程，本组件支持超级方便的高性能读写操作

github地址：https://github.com/dathlin/HslCommunication 如果喜欢可以star或是fork，还可以打赏支持，打赏请认准源代码项目。

在Visual Studio 中的NuGet管理器中可以下载安装，也可以直接在NuGet控制台输入下面的指令安装：

Install-Package HslCommunication

如果需要教程：Nuget安装教程：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7705014.html

联系作者及加群方式（激活码在群里发放）：http://www.hslcommunication.cn/Cooperation

组件的完整信息和API介绍参照：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7703805.html 组件的使用限制，更新日志，都在该页面里面。

如果你需要在读取PLC数据之后，还要群发客户端来实现远程办公室同步监视，可以参考如下的项目（基于该组件扩展起来的，带有账户验证，版本控制，数据群发，公告管理等等功能）

https://github.com/dathlin/ClientServerProject

本文将展示如何配置网络参数及怎样使用代码来访问PLC数据，希望给有需要的人解决一些实际问题。主要对三菱Q系列PLC的X，Y，M，L，B，V，F，S，D，W，R区域的数据读写，对西门子PLC的M，Q，I，DB块的数据读写，亲测有效。

此处使用了网线直接的方式，如果PLC接进了局域网，就可以进行远程读写了^_^

此处使用到了2个命名空间：

using HslCommunication;
using HslCommunication.Profinet;

随便聊聊

当我们一个上位机需要读取100台西门子PLC设备（此处只是举个例子，凡是都是使用Modbus tcp的都是一样的）的时候，你采用服务器主动去请求100台设备的机制对性能来说是个极大的考验，如果开100个线程去轮询100台设备，那么性能损失将是非常大的，更不用说再增加设备，如果搭建Modbus tcp服务器，就可以完美的解决性能问题，因为连接的压力将会平均分摊给每一台PLC，服务器端只要新增一个时间戳就可以知道客户端有没有连接上。

我们在100台PLC里都增加发送Modbus tcp方法，将数据发送到服务器的ip和端口上去，服务器根据站号来区分设备。这样就可以搭建一个高性能总站。本组件支持快速搭建一个高性能的Modbus tcp总站。

http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7782315.html

关于两种模式

在PLC端，包括三菱，西门子，欧姆龙以及Modbus Tcp客户端的访问器上，都支持两种模式，短连接模式和长连接模式，现在就来解释下什么原理。

短连接：每次读写都是一个单独的请求，请求完毕也就关闭了，如果服务器的端口仅仅支持单连接，那么关闭后这个端口可以被其他连接复用，但是在频繁的网络请求下，容易发生异常，会有其他的请求不成功，尤其是多线程的情况下。

长连接：创建一个公用的连接通道，所有的读写请求都利用这个通道来完成，这样的话，读写性能更快速，即时多线程调用也不会影响，内部有同步机制。如果服务器的端口仅仅支持单连接，那么这个端口就被占用了，比如三菱的端口机制，西门子的Modbus tcp端口机制也是这样的。以下代码默认使用长连接，性能更高，还支持多线程同步。

在短连接的模式下，每次请求都是单独的访问，所以没有重连的困扰，在长连接的模式下，如果本次请求失败了，在下次请求的时候，会自动重新连接服务器，直到请求成功为止。另外，尽量所有的读写都对结果的成功进行判断。

关于日志记录

不管是三菱的数据访问类，还是西门子的，还是Modbus tcp访问类，都有一个LogNet属性用来记录日志，该属性是一个接口类，ILogNet，凡事继承该接口的都可以用来记录日志，该日志会在访问失败时，尤其是因为网络的原因导致访问失败时会进行日志记录（如果你为这个 LogNet 属性配置了真实的日志记录器的话）：如果你想使用该记录日志的功能，请参照如下的博客进行实例化：

http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7691693.html

访问测试项目

下面的一个项目是这个组件的访问测试项目，您可以进行初步的访问的测试，免去了您写测试程序的麻烦，三菱的界面和西门子的界面几乎是一致的。可以同时参考。该项目位于本篇文章开始处的Gitbub源代码里面的

下载地址为：HslCommunicationDemo.zip

技术图片

演示项目

下面的三篇演示了具体如何去访问PLC的数据，我们在访问完成后，通常需要进行处理，以下的示例项目就演示了后台从PLC读取数据后，前台显示并推送给所有在线客户端的功能，客户端并进行图形化显示，具有一定的参考意义，并且推送给网页前端，项目地址为：

https://github.com/dathlin/RemoteMonitor

下面的图片示例中的左边程序就是服务器程序，它应该和PLC直接连接并接入局域网，然后把数据推送给客户端显示。注意：一个复杂高级的程序就应该把处理逻辑程序和界面程序分开，比如这里的服务器程序实现数据采集，推送，存储。让客户端程序去实现数据的整理，分析，显示，这样即使客户端程序因为BUG奔溃，服务器端仍然可以正常的工作。

技术图片

三菱PLC篇(下面列举了三种配置方法，本组件支持二进制和ASCII通讯，支持1E帧兼容协议访问)

Q06UDV Plc的访问测试感谢：hwdq0012

fx5u plc的访问测试感谢：山楂

Q02CPU, L02CPU-CM : 本人测试

感谢：小懒猪雨中人的测试，VB程序也可以调用本通讯库

环境1：此处以GX Works3为示例，fx5u的配置如下：（感谢山楂提供的图片）

技术图片

环境2：此处以GX Works2为示例，测试PLC为L02CPU，内置了以太网协议

技术图片

环境3：此处以GX Works2为示例，添加以太网模块，型号为QJ71E71-100，组态里添加完成后进行以太网的参数配置，此处需要注意的是：参数的配置对接下来的代码中配置参数要一一对应

技术图片

注意：在PLC的以太网模块的配置中，无法设置网络号为0，也无法设置站号为0，所以此处均设置为1，在C#程序中也使用上述的配置，在代码中均配置为0，如果您自定义设置为网络2，站号8，那么在代码中就要写对应的数据。如果仍然通信失败，重新测试0，0。

打开设置：在上图中的打开设置选项，进行其他参数的配置，下图只是举了一个例子，开通了4个端口来支持读写操作：
技术图片

端口号设置规则:

为了不与原先存在的系统发生冲突，您在添加自己的端口时尽量使用您自己的端口。
如果读写都需要，尽可能的将读取端口和写入端口区分开来，这样做比较高性能。
如果您的网络状态不是特别稳定，读取端口使用2个，一个受阻切换另一个读取可以提升系统的稳定性。

本文档仅作组件的测试，所以只用了一个端口作为读写。如果你的程序也使用了一个端口，那么你在读取数据时候，刚好也在写入（异步操作可能发生这样的情况），那么写入会失败！)（在长连接模式下没有这个问题）

三菱PLC的数据主要由两类数据组成，位数据和字数据，在位数据中，例如X,Y,M,L都是位数据，字数据例如D,W。两类的数据在读取解码上存在一点小差别。（事实上也可以先将16个M先赋值给一个D，读取D数据再进行解析，在读取M的数量比较多的时候，这样操作效率更高）

初始化访问PLC对象

注意：如果你想采用ASCII来读写数据，请使用MelsecMcAsciiNet类，如果想采用1E帧协议，使用MelsecA1ENet类，除了实例化，其他的数据交互都是一样的。
如果想使用本组件的数据读取功能，必须先初始化数据访问对象，根据实际情况进行数据的填入。下面仅仅是测试中的数据：

private MelsecMcNet melsec_net = new MelsecMcNet( "192.168.0.1", 6000 );

如上图所示，只要指定了IP地址和端口号就完成了初始化的搭建了，当然还支持一些额外的信息配置

melsec_net.ConnectTimeOut = 2000; // 网络连接的超时时间
melsec_net.NetworkNumber = 0x00;  // 网络号
melsec_net.NetworkStationNumber = 0x00; // 网络站号

打开连接，并可以判断是否连接上

melsec_net.ConnectClose( );

如果需要判断，那么按照如下的操作

OperateResult connect = melsec_net.ConnectServer( );
if (connect.IsSuccess)
{
    MessageBox.Show( "连接成功！" );
}
else
{
    MessageBox.Show( "连接失败！" );
}

说明：对象应该放在窗体类下面，此处仅仅针对读取一台设备的plc，也可以在访问的方法中实例化局部对象，初始化数据，然后读取，该对象几乎不损耗内存，内存垃圾由CLR进行自动回收。此处测试方便，窗体的多个按钮均连接同一台PLC 设备，所以本窗体实例化一个对象即可。

关于两种地址的表示方式

第一种，使用系统的类来标识，比如M200，写成(MelsecDataType.M, 200)的表示形式，这样也可以去MelsecDataType里面找到所有支持的数据类型。

第二种，使用字符串表示，这个组件里所有的读写操作提供字符串表示的重载方法，所有的支持访问的类型对应如下，字符串的表示方式存在十进制和十六进制的区别：

输入继电器："X100","X1A0" // 字符串为十六进制机制
输出继电器："Y100" ,"Y1A0" // 字符串为十六进制机制
内部继电器："M100","M200" // 字符串为十进制
锁存继电器："L100" ,"L200" // 字符串为十进制
报警器： "F100", "F200" // 字符串为十进制
边沿继电器："V100" , "V200" // 字符串为十进制
链接继电器："B100" , "B1A0" // 字符串为十六进制
步进继电器："S100" , "S200" // 字符串为十进制
数据寄存器："D100", "D200" // 字符串为十进制
链接寄存器："W100" ,"W1A0" // 字符串为十六进制
文件寄存器："R100","R200" // 字符串为十进制

展示一些简单实用基础数据读写，这些数据的读写没有进行严格的是否成功判断（判断方法参照后面的代码），一般网络良好的情况下都会成功，但不排除失败，以下代码仅作测试，所有没有严格判断是否成功：

bool[] M100 = melsec_net.ReadBool("M100",1).Content;            // 读取M100是否通，十进制地址
bool[] X1A0 = melsec_net.ReadBool("X1A0",1).Content;            // 读取X1A0是否通，十六进制地址
bool[] Y1A0 = melsec_net.ReadBool("Y1A0",1).Content;            // 读取Y1A0是否通，十六进制地址
bool[] B1A0 = melsec_net.ReadBool("B1A0",1).Content;            // 读取B1A0是否通，十六进制地址
short short_D1000 = melsec_net.ReadInt16("D1000").Content;   // 读取D1000的short值  ,W3C0,R3C0 效果是一样的
ushort ushort_D1000 = melsec_net.ReadUInt16("D1000").Content; // 读取D1000的ushort值
int int_D1000 = melsec_net.ReadInt32("D1000").Content;          // 读取D1000-D1001组成的int数据
uint uint_D1000 = melsec_net.ReadUInt32("D1000").Content;       // 读取D1000-D1001组成的uint数据
float float_D1000 = melsec_net.ReadFloat("D1000").Content;    // 读取D1000-D1001组成的float数据
long long_D1000 = melsec_net.ReadInt64("D1000").Content;       // 读取D1000-D1003组成的long数据
ulong ulong_D1000 = melsec_net.ReadUInt64( "D1000" ).Content;       // 读取D1000-D1003组成的long数据
double double_D1000 = melsec_net.ReadDouble("D1000").Content; // 读取D1000-D1003组成的double数据
string str_D1000 = melsec_net.ReadString("D1000", 10).Content; // 读取D1000-D1009组成的条码数据
 
 
 
melsec_net.Write("M100", new bool[] { true} );                        // 写入M100为通
melsec_net.Write( "Y1A0", new bool[] { true } );                        // 写入Y1A0为通
melsec_net.Write( "X1A0", new bool[] { true } );                        // 写入X1A0为通
melsec_net.Write( "B1A0", new bool[] { true } );                        // 写入B1A0为通
melsec_net.Write( "D1000", (short)1234);                // 写入D1000  short值  ,W3C0,R3C0 效果是一样的
melsec_net.Write( "D1000", (ushort)45678);              // 写入D1000  ushort值
melsec_net.Write( "D1000", 1234566);                    // 写入D1000  int值
melsec_net.Write( "D1000", (uint)1234566);               // 写入D1000  uint值
melsec_net.Write( "D1000", 123.456f);                    // 写入D1000  float值
melsec_net.Write( "D1000", 123.456d);                    // 写入D1000  double值
melsec_net.Write( "D1000", 123456661235123534L);          // 写入D1000  long值
melsec_net.Write( "D1000", "K123456789");                // 写入D1000  string值

下面再分别讲解严格的操作，以及批量化的复杂的读写操作，假设你要读取1000个M，循环读取1千次可能要3秒钟，如果用了下面的批量化读取，只需要50ms，但是需要你对字节的原理比较熟悉才能得心应手的处理

X,Y,M,L,F,V,B,S位数据的读写说明

X 输入继电器
Y 输出继电器
M 内部继电器
L 锁存继电器
F 报警器
V 边沿继电器
B 链接继电器
S 步进继电器

本小节将展示八种位数据的读取，虽然更多的时候只是读取D数据即可，或者是将位数据批量挪到D数据中，但是在此处仍然进行介绍单独的读取X,Y,M,L,F,V,B,S，由于这八种读取手法一致，故针对M数据进行介绍，其他的您可以自己测试。

如下方法演示读取了M200-M209这10个M的值，注意：读取长度必须为偶数，即时写了奇数，也会补齐至偶数，读取和写入的最大长度为7168，否则报错。如需实际需求确实大于7168的，请分批次读取。
返回值解析：如果读取正常则共返回10个字节的数据，以下示例数据进行批量化的读取

private void userButton20_Click(object sender, EventArgs e)
{
    // M200-M209读取显示
    OperateResult<bool[]> read = melsec_net.ReadBool("M200", 10);
    if (read.IsSuccess)
    {
        // 成功读取，True代表通，False代表不通
        bool M200 = read.Content[0];
        bool M201 = read.Content[1];
        bool M202 = read.Content[2];
        bool M203 = read.Content[3];
        bool M204 = read.Content[4];
        bool M205 = read.Content[5];
        bool M206 = read.Content[6];
        bool M207 = read.Content[7];
        bool M208 = read.Content[8];
        bool M209 = read.Content[9];
        // 显示
    }
    else
    {
        //失败读取，显示失败信息
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
}
private void userButton21_Click(object sender, EventArgs e)
{
    // X100-X10F读取显示
    OperateResult<bool[]> read = melsec_net.ReadBool("X200", 16);
    if (read.IsSuccess)
    {
        // 成功读取，True代表通，False代表不通
        bool X200 = read.Content[0];
        bool X201 = read.Content[1];
        bool X202 = read.Content[2];
        bool X203 = read.Content[3];
        bool X204 = read.Content[4];
        bool X205 = read.Content[5];
        bool X206 = read.Content[6];
        bool X207 = read.Content[7];
        bool X208 = read.Content[8];
        bool X209 = read.Content[9];
        bool X20A = read.Content[10];
        bool X20B = read.Content[11];
        bool X20C = read.Content[12];
        bool X20D = read.Content[13];
        bool X20E = read.Content[14];
        bool X20F = read.Content[15];
        // 显示
    }
    else
    {
        //失败读取，显示失败信息
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
}
 
private void userButton3_Click(object sender, EventArgs e)
{
    // M100-M104 写入测试 此处写入后M100:通 M101:断 M102:断 M103:通 M104:通
    bool[] values = new bool[] { true, false, false, true, true };// 等同于 byte[] values = new byte[]{0x01,0x00,0x00,0x01,0x01}
    OperateResult write = melsec_net.Write("M100", values);
    if (write.IsSuccess)
    {
        TextBoxAppendStringLine("写入成功");
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

错误说明：有可能因为站号网络号没有配置正确返回有错误代号没有错误信息，也有可能因为网络问题导致没有连接上，此时会有连接不上的错误信息。

下面展示的是后台线程循环读取的情况，事实上在实际的使用过程中经常会碰见的情况。下面的方法需要放到单独的线程中，同理，访问D数据时也是按照下面循环就行，此处不再赘述。

//后台循环读取PLC数据 M200开始10个字 也即是M200-M209
while (true)
{
    OperateResult<bool[]> read = melsec_net.ReadFromPLC("M200", 10);
    if (read.IsSuccess)
    {
        //成功读取，委托显示
        textBox2.BeginInvoke(new Action(delegate
        {
            textBox2.Text = "M201:" + (read.Content[1] ? "通" : "断");
        }));
    }
    else
    {
        //失败读取，应该对失败信息进行日志记录，不应该显示，测试访问时才适合显示错误信息
        LogHelper.save(read.ToMessageShowString());
    }
    System.Threading.Thread.Sleep(1000);//决定了访问的频率
}

　　

D,W,R字数据的读写操作

此处读取针对中间存在整数数据的情况，因为两者读取方式相同，故而只演示一种数据读取，使用该组件读取数据，一次最多读取或写入960个字，超出则失败。如果读取的长度确实超过限制，请考虑分批读取。

private void userButton2_Click(object sender, EventArgs e)
{
    // D100-D104读取
    OperateResult<byte[]> read = melsec_net.Read("D100", 5);
    if (read.IsSuccess)
    {
        // 成功读取，提取各自的值，此处的值有个前提假设，假设PLC上的数据是有符号的数据，表示-32768-32767
        short D100 = melsec_net.ByteTransform.TransInt16(read.Content, 0);
        short D101 = melsec_net.ByteTransform.TransInt16( read.Content, 2);
        short D102 = melsec_net.ByteTransform.TransInt16( read.Content, 4);
        short D103 = melsec_net.ByteTransform.TransInt16( read.Content, 6);
        short D104 = melsec_net.ByteTransform.TransInt16( read.Content, 8);
        TextBoxAppendStringLine("D100:" + D100);
        TextBoxAppendStringLine("D101:" + D101);
        TextBoxAppendStringLine("D102:" + D102);
        TextBoxAppendStringLine("D103:" + D103);
        TextBoxAppendStringLine("D104:" + D104);
    }
    else
    {
        //失败读取
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
 
}
 
private void userButton4_Click( object sender, EventArgs e )
{
 
    short[] values = new short[5] { 1335, 8765, 1234, 4567, -2563 };
    // D100为1234,D101为8765,D102为1234,D103为4567,D104为-2563
    OperateResult write = melsec_net.Write( "D6000", values );
    if (write.IsSuccess)
    {
        //成功写入
        TextBoxAppendStringLine( "写入成功" );
    }
    else
    {
        MessageBox.Show( write.ToMessageShowString( ) );
    }
}

ASCII字符串数据的读写

在实际项目中，有可能会碰到PLC存储了规格数据，或是条码数据，这些数据是以ASCII编码形式存在，我们需要把数据进行读取出来用于显示，保存等操作。下面演示读取指定长度的条码数据，数据的数据存放在D2000-D2004中，长度应该为存储条码的最大长度，也即是占用了5个D，一个D可以存储2个ASCII码字符：

private void button7_Click(object sender, EventArgs e)
{
    //读取字符串数据，共计10个字节长度
    OperateResult<byte[]> read = melsec_net.Read("D2000", 5);
    if (read.IsSuccess)
    {
        //成功读取
        textBox2.Text = Encoding.ASCII.GetString(read.Content);
    }
    else
    {
        //失败读取
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
}
private void button8_Click(object sender, EventArgs e)
{
    //写字符串，如果写入K12345678这9个字符，读取出来时末尾会补0
    OperateResult write = melsec_net.WriteAsciiString("D2000", "K123456789");
    if (write.IsSuccess)
    {
        textBox2.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

需要注意的是，如果第一次在D2000-D2004中写入了"K123456789"，第二次写入了"K6666"，那么读取D2000-D2004的条码数据会读取到 K666656789，如果要避免这种情况，则需要在写入条码的时候，指定总长度，该长度必须为偶数，不然也会自动补0，小于该长度时，自动补零，大于该长度时，自动截断数据，具体的使用方法如下：

private void button8_Click(object sender, EventArgs e)
{
    //写字符串，本次写入指定了10个长度的字符，其余的D的数据将被清空，是一种安全的写入方式
    OperateResult write = melsec_net.WriteAsciiString("D2000", "K6666", 10);
    if (write.IsSuccess)
    {
        textBox2.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

中文及特殊字符的读写

在需要读写复杂的字符数据时，上述的ASCII编码已经不能满足要求，虽然使用读写的基础方法可以实现任意数据的读写，但是此处为了方便，还是提供了一个方便的方法来读写中文数据，采用Unicode编码的字符，该编码下的一个字符占用一个D或W来存储。如下将演示，读写方法，基本用途和上述 ASCII编码的读写一致。

private void button9_Click(object sender, EventArgs e)
{
    //读中文，存储在D3000-D3009
    OperateResult<byte[]> read = melsec_net.Read("D3000", 10);
    if (read.IsSuccess)
    {
        //解析数据
        textBox2.Text = Encoding.Unicode.GetString(read.Content);
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
}
private void button10_Click(object sender, EventArgs e)
{
    //写中文 D3000-D3009，该10含义为中文字符数
    OperateResult write = melsec_net.WriteUnicodeString("D3000", "测试数据test", 10);
    if (write.IsSuccess)
    {
        textBox2.Text = "写入成功";
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(write.ToMessageShowString());
    }
}

　

一个实际中复杂的例子演示

实际中可能碰到的情况会很复杂，一台设备中需要上传的数据包含了温度，压力，产量，规格等等信息，在一串数据中会包含各种各样的不同的数据，上述的读取D，读取M，读取条码的方式不太好用，所以此处做一个完整示例的演示，假设我们需要读取 D4000-D4009的数据，假设D4000存放了温度数据，55.1℃在D中为551，D4001存放了压力数据，1.23MPa在D中存放为123，D4002存放了设备状态，0为停止，1为运行，D4003存放了产量，1000就是指1000个，D4004备用，D4005-D4009存放了规格，以下代码演示如何去解析数据：

private void button29_Click(object sender, EventArgs e)
{
    //解析复杂数据
    OperateResult<byte[]> read = melsec_net.Read("D4000", 10);
    if (read.IsSuccess)
    {
        double 温度 = melsec_net.ByteTransform.TransInt16(read.Content, 0) / 10d;//索引很重要
        double 压力 = melsec_net.ByteTransform.TransInt16(read.Content, 2) / 100d;
        bool IsRun = melsec_net.ByteTransform.TransInt16(read.Content, 4) == 1;
        int 产量 = BitConverter.ToInt16(read.Content, 6);
        string 规格 = Encoding.ASCII.GetString(read.Content, 10, 10);
    }
    else
    {
        MessageBox.Show(read.ToMessageShowString());
    }
}

究极数据读取展示，用于测试你自己的报文以及扩展自己的更高级，更变态的API，以下演示，使用这个高级模式，写入M100，True的操作：

我们要写入的字节数组HEX表示形式为：50 00 00 FF FF 03 00 0D 00 0A 00 01 14 01 00 64 00 00 90 01 00 10

private void userButton23_Click(object sender, EventArgs e)
{
    byte[] buffer = HslCommunication.BasicFramework.SoftBasic.HexStringToBytes("50 00 00 FF FF 03 00 0D 00 0A 00 01 14 01 00 64 00 00 90 01 00 10");
    // 直接使用报文进行
    OperateResult<byte[]> operate = melsec_net.ReadFromCoreServer(buffer);
    if(operate.IsSuccess)
    {
        // 返回PLC的报文反馈，需要自己对报文进行结果分析
        MessageBox.Show(HslCommunication.BasicFramework.SoftBasic.ByteToHexString(operate.Content));
    }
    else
    {
        // 网络原因导致的失败
        MessageBox.Show(operate.ToMessageShowString());
    }
}