基于C#的三菱PLC串口通信实现方案

一、通信协议选择与配置

推荐采用MELSEC通信协议（MC协议），支持串口/以太网通信，兼容FX3U/Q系列PLC。核心参数配置如下：

// 串口参数配置（需与PLC设置一致）
SerialPort serialPort = new SerialPort();
serialPort.PortName = "COM1";      // 波特率
serialPort.BaudRate = 9600;        // 数据位
serialPort.DataBits = 8;           // 停止位
serialPort.StopBits = StopBits.One;// 校验位
serialPort.Parity = Parity.None;   // 流控
serialPort.Handshake = Handshake.None;

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二、核心通信类实现

public class MitsubishiPLC
{
    private SerialPort _serialPort;
    private const byte STX = 0x02;
    private const byte ETX = 0x03;
    private const byte ENQ = 0x05;
    private const byte ACK = 0x06;
    private const byte NAK = 0x15;

    public MitsubishiPLC(string portName, int baudRate)
    {
        _serialPort = new SerialPort(portName, baudRate);
        _serialPort.DataReceived += SerialPort_DataReceived;
    }

    // 打开串口
    public bool Open()
    {
        try
        {
            if (!_serialPort.IsOpen)
            {
                _serialPort.Open();
                return true;
            }
            return false;
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Log($"串口打开失败: {ex.Message}");
            return false;
        }
    }

    // 关闭串口
    public void Close()
    {
        if (_serialPort.IsOpen) _serialPort.Close();
    }

    // 发送指令并接收响应
    private byte[] SendCommand(byte[] command)
    {
        _serialPort.Write(command, 0, command.Length);
        Thread.Sleep(100); // 等待响应

        if (_serialPort.BytesToRead > 0)
        {
            byte[] response = new byte[_serialPort.BytesToRead];
            _serialPort.Read(response, 0, response.Length);
            return response;
        }
        return null;
    }

    // 读取保持寄存器（D区）
    public ushort[] ReadD(string address, int count)
    {
        byte[] cmd = BuildReadCommand('D', address, count);
        byte[] response = SendCommand(cmd);
        return ParseResponse(response);
    }

    // 写入保持寄存器（D区）
    public bool WriteD(string address, ushort[] values)
    {
        byte[] cmd = BuildWriteCommand('D', address, values);
        byte[] response = SendCommand(cmd);
        return CheckAck(response);
    }

    // 构建读取指令
    private byte[] BuildReadCommand(char type, string addr, int count)
    {
        string cmdStr = $"{(char)ENQ}00FF{type}{addr.PadLeft(4,'0')}{count.ToString("X4")}03";
        byte[] data = Encoding.ASCII.GetBytes(cmdStr);
        byte checksum = CalculateChecksum(data);
        return data.Concat(new byte[] { checksum, ETX }).ToArray();
    }

    // 构建写入指令
    private byte[] BuildWriteCommand(char type, string addr, ushort[] values)
    {
        string valueHex = string.Join("", values.Select(v => v.ToString("X4")));
        string cmdStr = $"{(char)ENQ}00FF{type}{addr.PadLeft(4,'0')}{values.Length.ToString("X2")}{valueHex}";
        byte[] data = Encoding.ASCII.GetBytes(cmdStr);
        byte checksum = CalculateChecksum(data);
        return data.Concat(new byte[] { checksum, ETX }).ToArray();
    }

    // 校验和计算
    private byte CalculateChecksum(byte[] data)
    {
        byte sum = 0;
        foreach (byte b in data)
        {
            sum += b;
        }
        return (byte)(0 - sum);
    }

    // 解析响应数据
    private ushort[] ParseResponse(byte[] response)
    {
        if (response[0] != STX || response[1] != 0x30) return null;
        int length = response[2] - 0x30;
        ushort[] data = new ushort[length / 2];
        for (int i = 0; i < length; i += 2)
        {
            data[i / 2] = (ushort)(response[3 + i] << 8 | response[4 + i]);
        }
        return data;
    }

    // 校验ACK响应
    private bool CheckAck(byte[] response)
    {
        return response != null && response[0] == ACK;
    }
}

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三、关键功能实现示例

1. 读取D0-D9寄存器

MitsubishiPLC plc = new MitsubishiPLC("COM1", 9600);
if (plc.Open())
{
    ushort[] data = plc.ReadD("0000", 10);
    for(int i=0; i<data.Length; i++)
    {
        Console.WriteLine($"D{i}: {data[i]}");
    }
}

2. 写入单个D寄存器

ushort[] writeData = { 0x1234 };
plc.WriteD("0000", writeData);

3. 批量写入M区位元件

// 写入M0-M15（16位）
byte[] cmd = new byte[] { 0x05, 0x30, 0x30, 0x46, 0x46, 0x42, 0x57, 0x41, 0x4D, 0x30, 0x30, 0x30, 0x30, 0x30, 0x31, 0x30, 0x32 };
_serialPort.Write(cmd, 0, cmd.Length);

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四、异常处理与调试

1. 超时处理

   private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
   {
       if (DateTime.Now - _lastRecvTime > TimeSpan.FromSeconds(2))
       {
           Log("通信超时");
           _serialPort.Close();
       }
   }
   

2. 日志记录

   private void Log(string message)
   {
       File.AppendAllText("plc_log.txt", $"{DateTime.Now}: {message}\r\n");
   }
   

3. 错误码解析

   错误码	含义	解决方案
   0x0101	站号错误	检查PLC站号设置
   0x0102	指令不支持	确认协议版本兼容性
   0x0105	数据校验错误	检查校验和计算逻辑

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五、高级功能扩展

1. Modbus RTU从站模式

   通过RS指令实现从站功能，需配置PLC的通信参数：

   LD M8000
   RS D1000 D101F 0A 03  // 从站地址03，接收区D1000-D101F，长度10
   RS D2000 D201F 0A 03  // 发送区D2000-D201F，长度10
   

2. 多线程通信

   private Thread _commThread;
   private void StartComm()
   {
       _commThread = new Thread(() =>
       {
           while (true)
           {
               ReadDataPeriodically();
               Thread.Sleep(1000);
           }
       });
       _commThread.Start();
   }
   

参考代码 通过串口与三菱PLC进行通讯，能读取、写入各个软元件。 www.youwenfan.com/contentcnp/93723.html

六、调试工具推荐

1. GX Works2模拟器 通过GX Works2的仿真功能测试通信逻辑，无需物理PLC设备。
2. 串口调试助手 使用SecureCRT或Putty进行原始数据监控，验证报文格式。
3. Wireshark抓包 分析串口通信的完整数据帧结构。

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七、完整项目结构

PLC_Communication/
├── MitsubishiPLC.cs        // 核心通信类
├── SerialPortConfig.cs     // 串口配置管理
├── ProtocolParser.cs       // 报文解析工具
├── ExceptionHandler.cs     // 异常处理模块
└── TestApp/                // 测试程序
    ├── MainForm.cs         // 主界面
    └── DeviceManager.cs    // 设备管理器

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八、注意事项

1. 通信参数一致性：确保PLC与上位机的波特率、数据位、停止位、校验位完全一致
2. 数据缓冲区管理：批量读写时注意PLC的接收缓冲区大小限制（通常≤256字节）
3. 实时性要求：关键控制指令建议采用中断接收方式
4. 安全防护：工业环境中需增加光电隔离和防浪涌电路