基于C#实现与三菱FX系列PLC串口通信

一、通信协议核心要点

三菱PLC采用ASCII模式的专用协议，关键要素包括：

1. 帧结构 STX(02H) + 命令码 + 地址 + 数据长度 + 数据 + 校验和 + ETX(03H)

2. 校验方式 累加和取低2位十六进制（如校验和为0x0A+0x0B=0x15 → 校验码为15）

3. 地址转换规则 位地址：Y7→ 37H→ ASCII码33 37 字地址：D0→ 4000H→ ASCII码34 30 30 30

4. 指令集

   功能	指令码	示例
   写单个位	03H	02 30 37 30 37 03 30 36
   读单个字	04H	02 30 34 30 30 30 03 30 36
   写单个字	06H	02 30 34 30 30 30 00 64 03 30 36

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二、C#实现代码（含完整类库）

1. 串口通信基类

public class MelsecPLC
{
    private SerialPort _serialPort;
    private const string STX = "\x02";
    private const string ETX = "\x03";
    
    public bool Connect(string portName, int baudRate = 9600, Parity parity = Parity.Even)
    {
        try
        {
            _serialPort = new SerialPort(portName, baudRate, parity, 7, StopBits.One);
            _serialPort.DataReceived += SerialPort_DataReceived;
            _serialPort.Open();
            return true;
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Debug.WriteLine($"连接失败: {ex.Message}");
            return false;
        }
    }

    private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
    {
        var buffer = new byte[_serialPort.BytesToRead];
        _serialPort.Read(buffer, 0, buffer.Length);
        ProcessResponse(buffer);
    }
}

2. 读写指令封装

public class MelsecPLC : MelsecPLC
{
    // 写单个位
    public bool WriteBit(string address, bool value)
    {
        string cmd = $"{STX}30{StationNumber}{(value ? "03" : "02")}00{address}{ETX}";
        return SendCommand(cmd, new byte[] { 0x06 }); // 期望ACK响应
    }

    // 读单个字
    public ushort ReadWord(string address)
    {
        string cmd = $"{STX}30{StationNumber}0400{address}{ETX}";
        var response = SendCommand(cmd);
        
        if (response.Length >= 6)
        {
            byte[] data = { response[5], response[6] };
            return (ushort)(data[0] * 256 + data[1]);
        }
        return 0;
    }

    private byte[] SendCommand(string cmd, byte[] expectedAck = null)
    {
        try
        {
            byte[] buffer = Encoding.ASCII.GetBytes(cmd);
            _serialPort.Write(buffer, 0, buffer.Length);
            
            // 等待响应（超时3秒）
            if (WaitForResponse(3000))
            {
                if (expectedAck != null && !_receivedData.Contains(expectedAck))
                    throw new Exception("无效响应");
                return _receivedData;
            }
            return null;
        }
        catch (TimeoutException)
        {
            Debug.WriteLine("通信超时");
            return null;
        }
    }
}

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三、关键功能实现

1. 地址转换工具类

public static class AddressConverter
{
    // 位地址转PLC内部格式（如Y7→37H）
    public static string BitAddressToPLC(string address)
    {
        string type = address[0].ToString().ToUpper();
        int num = int.Parse(address.Substring(1));
        return $"{(char)('3' + (type == "Y" ? 7 : 0))}{num:X2}";
    }

    // 十进制数转PLC字地址（如D0→4000H）
    public static string DecimalToWordAddress(int address)
    {
        return (address * 2 + 4096).ToString("X4");
    }
}

2. 数据解析示例

private void ProcessResponse(byte[] data)
{
    if (data.Length < 3) return;
    
    // 校验和验证
    byte checksum = data.Skip(1).Take(data.Length - 3).Sum(b => (byte)b) % 256;
    if (checksum != data[data.Length - 2])
    {
        Debug.WriteLine("校验失败");
        return;
    }

    // 解析数据
    if (data[1] == 0x30 && data[2] == 0x34) // 读字响应
    {
        ushort value = (ushort)(data[5] * 256 + data[6]);
        OnDataReceived?.Invoke(this, new PLCDataEventArgs(value));
    }
}

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四、完整使用示例

// 初始化连接
var plc = new MelsecPLC();
if (plc.Connect("COM3"))
{
    // 写入Y7置1
    plc.WriteBit("Y7", true);
    
    // 读取D0值
    ushort d0Value = plc.ReadWord(AddressConverter.DecimalToWordAddress(0));
    
    // 异常处理
    plc.DataError += (s, e) => 
    {
        Debug.WriteLine($"错误代码：{e.ErrorCode}，信息：{e.Message}");
    };
}

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五、调试技巧与注意事项

1. 串口调试工具

   使用Putty或SecureCRT验证基础通信，设置参数：

   波特率:9600 | 数据位:7 | 停止位:1 | 校验:偶校验

2. 抓包分析

   通过Wireshark捕获串口数据，验证指令格式是否正确：

   02 30 37 30 37 03 30 36  → 写Y7置1
   02 30 34 30 30 30 03 30 36 → 读D0

3. 异常处理 超时重试机制：设置3次重试机会 自动重连：监控DataReceived事件频率

4. 性能优化

   // 使用缓冲区减少GC压力
   private byte[] _buffer = new byte[1024];
   _serialPort.Read(_buffer, 0, _buffer.Length);

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六、扩展功能实现

1. 批量读写指令

public ushort[] ReadWords(string startAddr, int count)
{
    string cmd = $"{STX}30{StationNumber}0400{startAddr}{count:X2}{ETX}";
    var response = SendCommand(cmd);
    
    ushort[] result = new ushort[count];
    for(int i=0; i<count; i++)
    {
        result[i] = (ushort)(response[5+2*i] * 256 + response[6+2*i]);
    }
    return result;
}

2. 自动重连机制

public async Task AutoReconnectAsync()
{
    while (!_isDisposed)
    {
        if (!_serialPort.IsOpen)
        {
            try
            {
                _serialPort.Open();
                Debug.WriteLine("自动重连成功");
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Debug.WriteLine($"重连失败: {ex.Message}");
                await Task.Delay(5000);
            }
        }
        await Task.Delay(1000);
    }
}

参考代码 上位机与三菱plc的串口通讯 www.youwenfan.com/contentcsp/112223.html

七、推荐开发工具

工具名称	用途	下载地址
GX Works2	PLC程序编写与调试	三菱电机官网
HslCommunication	高级PLC通信库	GitHub
Serial Port Monitor	串口数据监控	NirSoft官网

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八、项目结构建议

PLC_Communication/
├── MelsecPLC/              # 核心通信类
│   ├── MelsecPLC.cs       # 主类
│   └── AddressConverter.cs # 地址转换工具
├── TestApp/               # 测试程序
│   ├── MainForm.cs        # 主界面
│   └── PLCConfigForm.cs   # 参数配置界面
└── Resources/             # 配置文件
    └── plc_params.json    # PLC参数存储