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=1READ_SN30sREAD_SN成功读取SN字符串ACK_SN10sACK_SN收到PLC确认信号WAIT_CAPTURE60s 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45ms28ms38%状态切换延迟120ms65ms46%断线恢复时间15s3.2s78%