在工业自动化项目中，C#开发的上位机和PLC通信是实现设备管理与监控的重要技术手段。在实际过程中，为确保通信的实时性与可靠性，通常会引入心跳机制。昌晖仪表将以通俗的语言介绍心跳机制原理及实现关键技术点。
什么是心跳机制？
心跳机制可以理解为一种定期发送“信号”的方法，用于检测系统间的通信是否正常。如果一方在规定时间内没有收到另一方发送的“心跳信号”，就会认为可能出现了问题，比如连接中断、软件卡死或硬件异常等。
在C#上位机与PLC通信中，心跳机制的主要作用是：
1、实时检测连接状态：通过定期信号确认PLC是否在线。
2、发现异常并报警：在心跳丢失时，触发报警或其他应急处理措施。
3、保证程序逻辑简洁明了：心跳可简化断线重连等逻辑。
心跳机制的基本实现步骤
要实现C#上位机与PLC的心跳功能，主要可遵循以下几步：
1、通信接口的选择PLC通信一般有多种协议支持，例如Modbus TCP/RTU、OPC或S7协议。选定通信协议后，在上位机中引入相应的通信库。例如：
①使用Modbus协议时，可利用开源库NModbus实现快速集成。
②使用S7协议时，可借助S7.Net.Plus库高效连接到西门子PLC。
确保上位机和PLC的网络或串口通信配置正确，例如IP地址、端口号、波特率等参参数一致。
2、心跳数据设计
心跳通常通过PLC的指定存储区(如数据寄存器)来进行：
①上位机定时向PLC写入预设值(如1或0)，然后读回检查是否一致。
②或者，PLC定时更新某内存位，上位机从中读取并监视是否变化。
假设我们使用Modbus寄存器DB100.0作为心跳位，上位机以每秒循环一次写入1，再读取该寄存器以验证。
3、C#实现心跳逻辑
以下是一个心跳实现的核心代码示例，采用异步机制实现高效通信：
private async void HeartbeatTask()
{
while (true)
{
try
{
// 写入心跳信号
modbusClient.WriteSingleCoil(1, true);
// 读取PLC反馈
bool plcResponse = modbusClient.ReadCoils(1, 1)[0];
if (!plcResponse)
{
Console.WriteLine("心跳异常！可能通信中断。");
// 可触发重连逻辑或报警处理
}
else
{
Console.WriteLine("心跳正常！");
}
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine($"通信异常: {ex.Message}");
}
await Task.Delay(1000); // 每1秒发送一次
}
}
4、PLC端逻辑设计
PLC程序中，需设定一个与上位机心跳交互的区域。例如：
①定义一个定时器(T1)不断检查心跳写入的寄存器。
②如果心跳值长时间未变化，则触发PLC报警状态。
伪代码如下
IF (DB100.0 在2秒内无更新)THEN
输出报警
END_IF
拓展与优化
1、优化设备负载：心跳频率不宜过高，建议控制在1~2秒一次。
2、引入超时重试：通信异常时增加重试机制，减少误判。
3、增强心跳功能：可附带业务处理逻辑，例如发送运行状态信息。
通过心跳机制，C#上位机与PLC的通信能够更稳定、更可靠地运行。关键在于精心设计逻辑并实时监控系统状态，避免由心跳丢失引发的系统故障。
