在工业自动化领域，上位机与 PLC 的协同工作至关重要。然而对于许多初学者而言，如果不了解 PLC，学习上位机可能会感到无从下手。以下将为大家详细介绍在不熟悉 PLC 的情况下，如何逐步学习上位机。
目前常用的 PLC 品牌和汽车品牌一样，分成多个系列，主要有日系、德系、美系和国产。不同系列的 PLC 在性能、特点和应用场景上各有差异。
- 日系 PLC：代表品牌有三菱、欧姆龙、基恩士、松下等。日系 PLC 以其小巧、精致、功能丰富且性价比高而闻名，广泛应用于小型自动化设备和电子制造等行业。
- 德系 PLC：西门子和倍福是德系 PLC 的典型代表。德系 PLC 以其稳定性、可靠性和强大的处理能力著称，常用于大型工业自动化系统和高端制造业。
- 美系 PLC：罗克韦尔 AB 和 GE 是美系 PLC 的代表。美系 PLC 在大型自动化系统和过程控制领域有着广泛的应用，具有较高的开放性和兼容性。
- 国产 PLC：汇川、台达、信捷等是国产 PLC 的佼佼者。近年来，国产 PLC 在性能和质量上不断提升，凭借价格优势和本地化服务，在国内市场占据了一定的份额。
图 1：常见 PLC 品牌系列
PLC 是一种可编程逻辑控制器，基于 “循环扫描” 方式运行，扫描周期通常在几毫秒到几十毫秒，具体取决于程序复杂程度和 CPU 性能。每个扫描周期包含以下三个阶段：
- 输入采样阶段：PLC 将物理输入端口的状态（如传感器信号）性读取到输入映像寄存器中，确保程序执行期间输入状态的一致性。这就好比在一个大型工厂中，各个传感器将设备的运行状态信息收集起来，统一发送到一个信息中心，以便后续处理。
- 程序执行阶段：CPU 按照梯形图、指令表等编程语言的逻辑顺序进行运算，处理输入数据，生成中间结果并存储在输出映像寄存器中。在此阶段，输入映像寄存器的值保持不变，即使实际输入状态发生变化，也不会影响当前周期。这类似于工厂中的生产流程，一旦开始执行某个生产环节，就不会受到外界临时变化的干扰。
- 输出刷新阶段：将输出映像寄存器的结果性传送到输出模块，驱动执行器动作（如启动电机）。完成输出刷新后，PLC 重新进入下一轮扫描周期。不同的 PLC 项目主要是输入输出数量及程序逻辑复杂程度不一样。
PLC 作为一种下位机，上位机与 PLC 之间主要通过通信进行交互，而通信的终目的是为了实现数据交互，数据载体即为存储区。因此，学习上位机，一定要了解 PLC 存储区。从数据类型来看，PLC 存储区无非分为 3 类，一类是以字节为单位的，一个是以布尔为单位，一个是以字（即寄存器）为单位。从读写特性来看，对于 PLC 来说，除了输入存储区，比如西门子的 I 区，三菱的 X 区，其他存储区都是可读可写的。综合来看，对于我们来说，PLC 存储区主要分为西门子 PLC 和其他 PLC 两种类型。
- 西门子 PLC：西门子 PLC 存储区主要有 I 区、Q 区、M 区、DB 存储区、V 区（即 DB1），对于 C 区计数器和 T 区定时器，一般使用较少，我们一般主要使用 DB 存储区 / V 区。西门子 PLC 存储区以字节为单位，每个字节中包含 8 个位，每 2 个字节组成一个字，每 4 个字节组成一个双字或单精度浮点数，每 8 个字节组成一个长字或双精度浮点数。例如，VB100 表示 V 区中第 100 个（从 0 开始）字节；VW100 由 VB100 + VB101 两个字节组成；VD100 由 VB100 - VB103 四个字节组成；V100.0 表示 VB100 中的第 0 个位。通过地址只能确定所占的字节数，不能确定具体数值，还需要配合数据类型，比如 VD100，既可以表示有（无）符号整型，也可以表示单精度浮点数。另外，西门子对数据类型的定义与我们 C# 中的数据类型是不一样的。
图 2：西门子 PLC 存储区示例
图 3：西门子 PLC 数据类型与 C# 数据类型对照表 - 三菱 PLC：三菱、欧姆龙、信捷、汇川、台达等日系或国产 PLC，它们的存储区都是比较类似的。以三菱 FX5U PLC 为例，其存储区主要有 X、Y、M、D、W，一般主要使用 M 区和 D 区，X 区、Y 区、M 区是布尔存储区，D 区、W 区是字存储区。对于 X 区 Y 区，一般会是 8/16 进制，M 区是 10 进制，X10 (8 进制) 表示的是 X 区的第 8 个地址，M10 表示的是 M 区的第 10 个地址。对于 W 区，一般是 16 进制，而 D 区是 10 进制，W0A 表示的是 W 区的第 10 个字，D10 表示的是 D 区的第 10 个字。这里的进制不用过于纠结，以实际 PLC 提供的地址表为准。每个字包含 16 个位，以 D100 为例，D100 包含 D100.0 - D100.F，这里的位一般会写成 16 进制。每 2 个字组成一个双字，可以表示整型或单精度浮点数，比如 D100（双字 / 浮点数）就是由 D100 和 D101 组成而成。如果学过 Modbus 就会发现，三菱 PLC 的地址模型和 Modbus 是非常相似的，X 区映射输入线圈，Y 和 M 映射输出线圈，D 和 W 映射保持寄存器，而输入寄存器一般不使用。
图 4：三菱 PLC 存储区示例
图 5：三菱 PLC 存储区相关说明
图 6：三菱 PLC 存储区相关说明 2
图 7：三菱 PLC 双字组成示例
图 8：三菱 FX5U PLC 的 Modbus 映射表
上面说的存储区和地址模型都是基于地址偏移的。上位机通信还有另外一种方式，就是基于标签通信，以倍福 PLC 和罗克韦尔 AB PLC 为代表，其他 PLC 也慢慢开始支持，比如西门子、汇川等。标签通信，顾名思义，就是不再需要寻址，可以直接通过变量名称来实现通信。这个主要由通信协议决定，目前支持标签通信的协议包括倍福的 Ads 通信协议，AB、欧姆龙的 EtherNet/IP 通信协议、西门子 PLC 的 S7Plus 通信协议以及 OPCDA/UA 通信等。
