C#与PLC通信开发之三菱FX系列PLC

前言

本文讲解的是上位机如何与三菱FX系列PLC进行通信，开发语言使用的是C#语言，代码不多，主要是讲解通信协议。

刚做了一个转盘式翻斗分拣机项目，采用的是三菱PLC，之前没有接触过三菱的PLC，查看了一些资料，但是这些资料要么不完整，或者写的不够清楚，导致自己实际开发的时候，还是碰到一些问题，所以想花点时间总结一下，写一篇比较完整而且得到实际项目验证的文章记录下来。

简单介绍一下项目：项目的功能是按波次分拣订单，订单的特点是：每个订单的数量较多，商品的尺寸较小，大部分是胶带，小部分是很轻很薄的纸片式的商品，还有部分是比较大的比如记事本啊什么的。

分拣机由51个分拣口（含一个异常口），每个波次可以分拣50个订单，每个波次2000-3500件商品。由于商品的特殊性，没办法采用相机顶扫的方式，所以采用人工扫码，这台分拣机两个熟练的操作员操作的话，可以达到每秒1件商品的分拣速度，一小时能分拣3000多件商品，效率还是杠杠的。

好了，闲话少说，下面切入正题。

三菱FX系列PLC

通信接口

三菱FX系列PLC，采用串口与PC机进行通信，使用 SC-09 编程电缆作为计算机与 PLC 通信的连线。电缆的 9 芯 D 形插头连接在计算机串口上，另一端连接 PLC 的 RS-422 编程口。

FX-PLC

SC-09-DB9线

串口参数设置如下：

波特率：9600

奇偶校验：Even（偶校验）

数据位：7位

停止位：1位

串口参数设置好了以后，连接PLC，使用串口调试助手，按16进制发送05给PLC，如果连接正常的话，PLC会返回06。

通信协议

三菱FX系列PLC的通信协议有三个特点：

上位机（我们的PC机）和PLC之间的通信是应答式的，也就是说，上位机给PLC发送指令，PLC作出相应的应答，PLC不会主动给上位机发送任何指令。注意：每次给PLC发送指令后，必须等待PLC的应答完成才能发送下一条指令，否则下一条指令将会失败！
指令都是ASCII码的形式，而且都是十六进制的。比如你要往某个地址写入数值100，如果用二进制表示，那么只需要一个字节就行了，但是用ASCII码表示，就需要3个字节，在内存里面分别是：31H、30H、30H。整条指令，包括起始符、终止符、地址、值、校验都是使用ASCII码。
指令简单。除了上文所说的05H通信测试指令之外，还有另外4条指令：

我在项目中，主要用到的就是读写这两个指令，置位和复位这两个指令没有用到，不过下面将会逐一的讲解这4个指令（置位和复位这两个指令的内容从别人的文章里复制~）

校验

这4条指令都涉及到校验，所以在逐一讲解这4条指令之前，先说一下校验。三菱FX系列PLC的指令校验方式，采用的是和校验方式，也就是累加求和，然后取最后两位。很简单，直接上代码吧：

        public string CheckSum(byte[] cmd){byte sum = 0;for (int i = 0; i < cmd.Length; i++){sum = (byte)(sum + cmd[i]);}return sum.ToString("X2");}

地址

地址需要进行转换，转算算法为：

address = address*2 + 1000H

比如要往D134这个地址写入数据，那么地址为：

address = 134*2 + 4096

值得注意的是，FX系列PLC，读写的基本单元是字，也就是说每个地址对应的是两个字节，如图所示：

读指令

上位机指令

先来看看读指令的指令格式，一条完整的读指令，包含起始符（ASCII码里面的STX）、命令（30H）、首地址、读取的字节数、终止符（ASCII码里面的ETX）、校验这6个部分。下面的图示里，我们以读取首地址为D123为例，读取2个字节，也就是读一个short数据出来：

下面逐一讲解各个部分：

STX：起始符，ASCII码里面的STX，值为02H。一个字节。
CMD：指令，读指令为ASCII码的’0’，值为30H。一个字节。
首地址：读取数据的起始地址，4个字节表示。地址的计算方式，上文有讲解，这个图里我们读取的是D123的地址，根据计算公式address=123*2 + 4096 = 10F6H，转换成ASCII码，就是31H，30H，46H，36H。
字节数：要去读的字节数，2个字节表示。需要注意的是，一条读指令，最多能读取64个字节。
ETX：指令终止符，ASCII码里面的ETX，值为03H。一个字节。
校验：2个字节表示。校验在前面也讲解过，采用的是累加求和，取最后两个字节。从CMD到ETX这部分参与运算：

PLC响应

如果一切正常的话，那么PLC会对读指令进行响应，返回要读取的数据，我们假设PLC返回的short值是30，那么响应格式为：

基本上，PLC响应的各部分和指令是相同的。需要注意的是值这个部分，我们的指令是读取2个字节，但是这个部分有4个字节，是因为FX系列通信协议里，指令和响应都是ASCII码表示的，每个字节用两个ASCII码字符表示，所以一共有4个字节。如果我们是按字读取值的话，也就是读取一个short的值，那么有两个地方需要注意：

字节顺序是：低位在前，高位在后，解析的时候需要调整顺序。
里面存储的是ASCII码，需要进行转换。

如何把这4个字节，还原成一个short呢？

首先，将31H45H30H30H，高低位调整顺序变成30H30H31H45H，然后把ASCII码转换成值001EH，也就是1*16 + 14 = 30。

其中，ASCII码转换成数值的代码如下：

        public static int AsciiToInt(byte ascVal){if (ascVal >= 0x30 && ascVal <= 0x39) // ASCII字符0-9之间{return (ascVal - 0x30);}else if (ascVal >= 0x41 && ascVal <= 0x46) // ASCII字符A-F之间{return (ascVal - 0x41 + 10);}else if (ascVal >= 0x61 && ascVal <= 0x66) // ASCII字符a-f之间{return (ascVal - 0x61 + 10);}else{return -1;}}

完整的转换一个short值的代码如下：

    public static short TranslateToShortValue(byte[] buf){int lowByte = AsciiToInt(buf[0]) * 16 + AsciiToInt(buf[1]);int highByte = AsciiToInt(buf[2]) * 16 + AsciiToInt(buf[3]);int intVal = highByte * 256 + lowByte;return (short)intVal;}

其中，buf数组里面，存储的就是从PLC里面读取的数据31H45H30H30H。

写指令

上位机指令

假设我们往地址D123里写入一个short值98（注意，不是16进制），指令格式为：

大体上和读指令的格式是一样的，只是有两个地方需要注意：

字节数：这里我们是按short类型写入，也就是写入一个字，所以字节数是2个。但是在数据部分，却占了4个字节，是因为指令全部由ASCII码组成。
数据部分：首先数值98要转换成16进制0063H，然后低位在前，高位在后，然后再转换成ASCII码。

PLC响应

写指令因为不需要返回数据，所以PLC的响应很简单，只返回一个字节。

如果写入正确，则返回ACK（06H）
如果写入错误，则返回NAK（15H）

完整的代码如下：

        private static string STX = "\x02";private static string ETX = "\x03";private SerialPort _serialPort;public bool WriteData(int addr, short value){if (null == _serialPort || !_serialPort.IsOpen){return false;}StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.Append("1"); // CMDaddr = addr * 2 + 4096;sb.Append(addr.ToString("X4")); // 首地址sb.Append("02");    //字节数string strValue = value.ToString("X4"); // 数据sb.Append(strValue.Substring(2, 2));    // 低字节在先sb.Append(strValue.Substring(0, 2));    // 高字节在后sb.Append(ETX);   // 结束符// 计算SUMbyte[] cmd = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(sb.ToString());string sum = CheckSum(cmd);sb.Append(sum); // SUMsb.Insert(0, STX);  // 插入起始符try{// 转换成字节并写入串口byte[] cmdArr = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(sb.ToString());_serialPort.Write(cmdArr, 0, cmdArr.Length);}catch (System.ServiceProcess.TimeoutException ex){Logger.WriteLog("写入plc超时");return false;}catch (Exception ex){Logger.WriteLog("写入plc失败，异常：" + ex.Message);return false;}try{// 读取PLC响应int ret = _serialPort.ReadByte();if (ret == 6){// 正确应答return true;}}catch (System.ServiceProcess.TimeoutException ex){Logger.WriteLog("读取plc应答超时");}catch (InvalidOperationException ex){Logger.WriteLog("读取plc应答失败，串口未打开");}catch (Exception ex){Logger.WriteLog("读取plc应答失败，异常：" + ex.Message);}return false;}

置位指令

上位机指令

这里需要注意的就是：地址计算方式，address = address / 8 + 100H

PLC响应

PLC的响应很简单，只返回一个字节。

如果写入正确，则返回ACK（06H）
如果写入错误，则返回NAK（15H）

复位指令

上位机指令

这里需要注意的就是：地址计算方式，address = address / 8 + 100H

PLC响应

PLC的响应很简单，只返回一个字节。

如果写入正确，则返回ACK（06H）
是：地址计算方式，address = address / 8 + 100H

PLC响应

PLC的响应很简单，只返回一个字节。

如果写入正确，则返回ACK（06H）
如果写入错误，则返回NAK（15H）

复位指令

上位机指令

[外链图片转存中…(img-9eSEcDCT-1603044910210)]

这里需要注意的就是：地址计算方式，address = address / 8 + 100H

PLC响应

PLC的响应很简单，只返回一个字节。

如果写入正确，则返回ACK（06H）
如果写入错误，则返回NAK（15H）