PLC（可编程逻辑控制器）通讯是其实现设备间数据交换的核心功能，使PLC能够与人机界面（HMI）、传感器、执行器、其他PLC、上位机（如SCADA系统）以及云平台等进行交互。其基本原理和应用实例如下：

一、PLC通讯的基本原理

PLC通讯主要建立在分层架构之上，核心包含：

1. 物理层（Physical Layer）

   • 媒介：双绞线（如以太网线）、同轴电缆、光纤、无线电波（无线通讯）。
   • 接口：RS-232（短距离点对点）、RS-485（多站工业总线）、以太网RJ45接口、光纤接口。
   • 作用：定义电气特性、信号电平和物理连接方式（如引脚定义、电压范围）。

2. 数据链路层（Data Link Layer）

   • 协议：处理设备寻址、帧结构、错误校验、介质访问控制（如令牌环、冲突检测）。
   • 作用：确保数据帧正确传输到目标设备（如校验CRC、重传机制）。

3. 应用层（Application Layer）

   • 协议：定义数据交互的语义和语法（如何读取/写入数据、触发动作）。
   • 常见协议：
     • 工业总线协议：Modbus（RTU/TCP）、CANopen、DeviceNet。
     • 以太网协议：PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、OPC UA。
     • 厂商专用协议：三菱的MELSEC、西门子的S7 Communication。

▶ 核心工作逻辑：

• 主从架构：多数为“1主站（如PLC）→多从站（如传感器）”通信（轮询模式）。
• 客户端/服务器（C/S）：PLC作为服务器提供数据，HMI/SCADA作为客户端请求数据。
• 生产者/消费者（如EtherNet/IP）：设备广播数据，需要者自行“消费”，提升效率。

二、典型PLC通讯实例介绍

实例1：Modbus RTU（RS-485总线）

场景：PLC读取多台温度传感器数值

• 硬件：
  • 主站：西门子S7-1200 PLC（带RS485接口CM 1241）。
  • 从站：4个Modbus RTU温度传感器（地址1~4）。
  • 接线：PLC与传感器通过RS-485总线串联（A+/B-双绞线）。
• 协议：Modbus RTU（二进制串行通信）。
• 数据交互：
  • PLC轮询请求：01 03 00 00 00 01 84 0A（读取地址1的温度值）。
  • 传感器响应：01 03 02 01 20 B5 47（地址1的温度值为0x0120=288）。
• 优势：成本低，实现简单，广泛兼容。

实例2：PROFINET IO（工业以太网）

场景：PLC控制远程I/O模块和变频器

• 硬件：
  • 控制器：西门子S7-1500 PLC（带PROFINET接口）。
  • 从站：ET200SP远程I/O站、G120变频器。
  • 网络：工业交换机 + CAT6网线。
• 协议：PROFINET（基于以太网的实时协议）。
• 数据交互：
  • PLC配置I/O映射：ET200SP的输入数据自动更新到PLC的I区。
  • 周期性通讯：PLC每10ms发送控制字/频率到变频器，接收状态/转速。
• 优势：高实时性（<1ms抖动），支持拓扑诊断，带宽高（100Mbps~1Gbps）。

实例3：OPC UA（跨平台数据集成）

场景：PLC数据上传至云平台和MES系统

• 硬件：
  • PLC：罗克韦尔ControlLogix（作为OPC UA服务器）。
  • 客户端：云平台（如AWS IoT）、工厂MES系统。
  • 网络：工厂以太网。
• 协议：OPC UA（独立于平台的安全协议）。
• 数据交互：
  • MES系统订阅PLC中的工单号、产量数据（JSON/二进制格式）。
  • 云平台获取实时能耗数据（OPC UA Pub/Sub模式）。
• 优势：统一接口（跨厂商）、支持加密认证、可穿越防火墙。

实例4：以太网TCP/IP（通用通讯）

场景：PLC与扫码枪数据交互

• 硬件：
  • PLC：三菱FX5U（内置以太网口）。
  • 设备：TCP/IP扫码枪（IP:192.168.1.100）。
• 协议：Socket通信（PLC端调用Socket API）。
• 数据流：
  1. PLC作为客户端连接扫码枪（端口3000）。
  2. 扫码成功后，PLC接收字符串：SN:ABC123。
  3. PLC解析字符串并写入数据库寄存器。
• 优势：通用性强，支持非工业设备接入。

三、关键应用方向

1. 设备监控：读取传感器数据（温度/压力/流量）。
2. 分布式控制：控制远程阀门、电机启停、变频调速。
3. 数据采集：上传产量、能耗、OEE等数据到MES/SCADA。
4. 人机交互：HMI显示设备状态，操作员下发指令（启动/急停）。
5. 机器互联：多台PLC协同生产（如搬运机器人与装配线PLC通讯）。

四、安全与实践要点

1. 物理隔离：工业网络与IT网络间部署防火墙/工业网闸。
2. 接地/屏蔽：RS-485使用双绞屏蔽线，单点接地防干扰。
3. 协议加密：优先选择OPC UA等支持TLS加密的协议（防止数据篡改）。
4. 超时处理：PLC程序需设计通讯超时复位逻辑（避免设备假死）。

典型故障排查点：

• 物理层：线缆断接、终端电阻缺失（RS-485需加120Ω终端电阻）。
• 配置层：PLC/从站地址冲突、波特率不匹配、数据格式错误。

PLC通讯是现代智能工厂的神经系统，理解其原理与实战应用是工业自动化工程师的核心能力。实际项目中需根据设备兼容性、实时性、成本选择合适方案，典型如设备层用PROFINET/CANopen，数据层用OPC UA。