上位机编程系列开发语言C#，与PLC通信

什么是C#语言?

C#是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的，由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言。它在继承C和C++强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性（例如没有宏以及不允许多重继承）。C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言。

C#是面向对象的编程语言。它使得程序员可以快速地编写各种基于MICROSOFT .NET平台的应用程序，MICROSOFT .NET提供了一系列的工具和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域。C#使得C++程序员可以高效的开发程序，且因可调用由 C/C++ 编写的本机原生函数，而绝不损失C/C++原有的强大的功能。因为这种继承关系，C#与C/C++具有极大的相似性，熟悉类似语言的开发者可以很快的转向C#。

C#旨在设计成为一种“简单、现代、通用”，以及面向对象的程序设计语言，此种语言的实现，应提供对于以下软件工程要素的支持：强类型检查、数组维度检查、未初始化的变量引用检测、自动垃圾收集（Garbage Collection，指一种自动内存释放技术）。软件必须做到强大、持久，并具有较强的编程生产力。此种语言为在分布式环境中的开发提供适用的组件开发应用。

为使程序员容易迁移到这种语言，源代码的可移植性十分重要，尤其是对于那些已熟悉C和C++的程序员而言。对国际化的支持非常重要。C#适合为独立和嵌入式的系统编写程序，从使用复杂操作系统的大型系统到特定应用的小型系统均适用。

随着科技的发展，工业控制也朝着个性化、智能化、数据化的方向发展，上位机的地位也越来越重要，而如何快速进行数据的采集、存储、利用尤其重要。

C#是工业控制中常用的上位机开发语言，具有开发速度快，运行速度快，扩展库丰富，开发门槛低，使用范围广的特点。

下面我们就来了解一下C#开发软件的安装配置，如何快速读写数据、解析数据、结合Sqlite存储数据以及导入导出Excel表格！

C#编程与PLC通信

示例图

所需基础

1.自动化/IT相关专业师生

2.电气工程师

3.系统集成及应用工程师

4.有意向学习上位机开发的爱好者

学习，必须学会的几个知识点：

1.C语言基础

2.了解西门子PLC

课程大纲

讲师简介

李福来

李福来老师长期从事电气自动化及其上位机开发工作，有着长年的产品知识的积累、掌握丰富的现场应用案例，以及多种复杂疑难案例的处理经验。

对PLC与上位机的结合有着独到的见解和丰富的经验，开发过多款上位机软件，精通Sqlite、Sqlserver等工控常用数据库。

「C#上位机」西门子1200PLC实用定位控制程序案例

本文是一篇综合性比较强的文章，从PLC输入输出及步进电机接线开始，到PLC运动控制程序编写，再到后续的ModbusTCP通信协议及上位机编程实现最终控制，涉及知识面比较广，能够让我们很好地将所学知识结合起来。

采用西门子TIA Portal V16编程软件编写运动控制程序，实现PLC（S7-1200系列：CPU1214C DC/DC/DC ）对步进电机的控制，再通过编写ModbusTCP程序，将控制地址进行映射，从而方便上位机（VS 2019开发）与PLC进行通信，最终实现步进电机的运动方向、速度及距离的灵活控制。

涉及硬件：开关电源、S7-1200PLC、步进驱动器、步进电机、单轴模组、限位开关。

涉及软件：TIA Portal V16、VS2019、ModbusPoll（用于测试通信）。

—硬件接线—

—PLC编程—

1.通过博图软件创建一个新的PLC项目，根据硬件型号插入新设备，这里为CPU 1214C DC DC DC

2.双击PLC的以太网口，设置IP地址，这里设置为192.168.2.210

3.双击CPU，在脉冲发生器PTO/PWM选项中设置信号类型为PTO，脉冲输出为Q0.0，方向输出为Q0.1

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4.新建一个工艺对象，名称为轴1，通过基本参数>驱动器，设置脉冲输出为Pulse1

5.通过扩展参数>位置限制，设置上下限位分别为I0.1和I0.2

6.通过扩展参数>回原点>主动，设置原点开关为I0.0

7.程序段1，调用MC_Power使能，各个引脚填写如图所示，其中Asix选择轴1

8.程序段2，调用MC_MoveRelative，各个引脚填写如图所示，该程序段主要用于执行相对运动

9.程序段3，调用MC_MoveAbsolute，各个引脚填写如图所示，该程序段主要用于执行绝对运动

10.程序段4，调用MC_MoveJog，各个引脚填写如图所示，该程序段主要用于执行前进和后退点动

11.程序段5，调用MC_Home，各个引脚填写如图所示，该程序段主要用于执行归零

12.程序段6，调用MC_Reset，各个引脚填写如图所示，该程序段主要用于执行复位功能

13.程序段7，调用MC_Halt，各个引脚填写如图所示，该程序段主要用于执行暂停功能

14.程序段8，调用MC_ReadParam，来读取相关参数，各个引脚填写如图所示，该程序段主要用于读取实时脉冲

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—上位机开发思路—

为了便于操作，需要配一个HMI人机界面来进行使用。这个的HMI形式是比较多样化的，如触摸屏、组态软件等，但是这里，我们采用目前比较流行的方式——C#开发上位机，来供用户使用。C#开发上位机相对于传统的组态软件，各自都有自己的优缺点，主要体现在如下三个方面：

1.功能限制： 组态软件对于一些特定的需求或者逻辑，会有一定的局限性，使用上也受到软件本身的约束；C#开发上位机完全自主开发，几乎不存在功能上的限制，并且扩展方便。

2.技术要求： 组态软件最大的优势在于方便，因为它本身都集成了一些通用协议和元件，只需要按照使用说明进行组态配置即可；C#开发需要完全自己搭建框架和实现底层代码，对开发者的技术要求会更高一些。

3.价格成本： 组态软件需要按套、按点位收费，意味着每个项目无形中都有一个基础成本；C#开发上位机自主开发，不需要二次授权费用，并且开发一套之后，可以快速应用到其他项目中。

采用C#上位机开发，首先需要考虑的是通信问题。西门子S7-1200支持很多种不同的通信协议，包括S7、ModbusTCP、TCP/IP、UDP、OPC等，从开发成本上来说，我们优先考虑S7和ModbusTCP，对于S7和ModbusTCP通信协议，比较一下两者的优缺点：

1.S7协议为西门子内部协议，协议本身不公开，需要调用或者自己开发通信库，使用S7通信协议需要勾选CPU中的允许来自远程对象的PUT/GET通信访问。

2.ModbusTCP为公开、免费协议，可以自己开发通信库或者使用开源库，使用ModbusTCP通信协议需要编写一定的PLC程序来实现地址映射。

从公开免费和使用范围的角度来考虑，这里采用ModbusTCP通信协议，因为你学会了ModbusTCP，意味着市场上的大部分仪表、PLC通信你都可以搞得定，PLC程序编写如下所示：

1、创建DB块

这里首先创建一个DB块，里面包含了常用的一些操作和参数设置，值得注意的是，由于Modbus保持型寄存器的Bit位操作比较麻烦，因此这里我们统一使用Word类型来代替Bit。

2、Modbus地址与PLC地址的映射（控制位）

3、Modbus地址与PLC地址的映射（参数地址）

4、ModbusServer程序编写

5、上位机UI界面设计

6、ModbusTCP通信库

上位机开发功能实现的核心在于ModbusTCP通信库编写，由于Modbus协议是公开免费，可以自己根据Modbus协议来开发，也可以使用开源的Modbus库，如NModbus等，有了ModbusTCP通信库之后，我们可以将更多的精力放在业务处理及逻辑处理上面。

7、ModbusTCP通信点表

—上位机开发功能—

1、首先创建一个Windows窗体应用项目，项目名称为thinger.cn.MotionPro。

2、日志显示功能：日志显示采用ListView进行显示，绑定一个ImageList用来区分信息、报警、错误，添加日志方法的参数包含日志等级及日志内容。

3、自己开发ModbusTCP通信库或者使用开源库，该库应该具备建立连接、断开连接、预置寄存器、读取寄存器的功能。

4、建立连接和断开连接：这里通过按钮实现建立连接和断开连接2个功能。

5、相对位置运动：设置相对运动速度和相对运动位置，实现电机的相对运动。

6、绝对位置运动：设置绝对运动速度和绝对运动位置，实现电机的相对运动。

7、点动运动模式：设置点动运动速度，按住正向点动或者反向点动，实现电机的点动运动。

8、回原点模式：点击回原点，可以控制物体回到原点位置并停止。

9、运动停止、运动暂停、复位相关功能。

（来源：网络，版权归原作者所有，侵删）

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