串口通讯

Name: Darra Software PLC
Author: Darra

Darra PLC 通过 SerialPortAdapter 支持 RS-232 和 RS-485 串口通讯, 适用于连接传感器、仪表、条码扫描器等串口设备。

支持接口

接口	线缆	距离	拓扑	典型场景
RS-232	3~9 线	≤15m	点对点	条码扫描器、打印机
RS-485	2 线 (A/B)	≤1200m	多点总线	仪表、变频器、传感器

连接配置

{
  "protocol": "SerialPort",
  "portName": "COM3",
  "baudRate": 9600,
  "dataBits": 8,
  "parity": "None",
  "stopBits": 1,
  "handshake": "None",
  "readTimeout": 1000,
  "writeTimeout": 1000,
  "encoding": "ASCII"
}

常用波特率: 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200

通讯模式

请求/响应模式

PLC 主动发送请求帧, 等待设备回复:

PLC  ──[请求帧]──→  设备
PLC  ←──[响应帧]──  设备

被动接收模式

设备主动发送数据, PLC 被动接收 (如条码扫描器):

PLC  ←──[数据帧]──  设备 (触发扫描)

自定义协议帧

支持配置自定义帧格式:

字段	说明	示例
帧头	起始标识	0x02 (STX)
地址	设备地址	0x01
功能码	操作类型	0x03 (读取)
数据	有效载荷	可变长度
校验	CRC/BCC/LRC	CRC16-Modbus
帧尾	结束标识	0x03 (ETX)

代码示例

// 创建串口连接
var adapter = PLCDriverFactory.Create(ProtocolId.SerialPort);
await adapter.ConnectAsync(new ConnectionConfig
{
    PortName = "COM3",
    BaudRate = 9600,
    DataBits = 8,
    Parity = System.IO.Ports.Parity.None,
    StopBits = System.IO.Ports.StopBits.One
});

// 发送请求并接收响应
byte[] request = new byte[] { 0x02, 0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0xXX, 0xXX, 0x03 };
await adapter.WriteAsync("raw", request);
var response = await adapter.ReadAsync("raw", 256);

// 断开连接
await adapter.DisconnectAsync();

PLC 变量映射

串口接收的数据可映射到 PLC 变量:

接收缓冲区[0..1]  →  MW6000   (INT, 传感器值 1)
接收缓冲区[2..3]  →  MW6002   (INT, 传感器值 2)
接收缓冲区[4..7]  →  MD6004   (REAL, 温度值)

RS-485 总线注意事项

总线两端需加 120 ohm 终端电阻
同一总线最多 32 个节点 (标准驱动器), 使用增强驱动器可达 256 个
避免星形接线, 应使用菊花链拓扑
发送完成后须切换为接收模式 (半双工)

调试技巧

使用 IDE 内置的串口监视器可以查看原始收发数据 (十六进制/ASCII 双模式), 便于协议调试。

常见串口协议

PLC 串口对接的设备多种多样, 典型协议:

协议	设备	特点
Modbus RTU	变频器、温控仪	标准工业协议
Modbus ASCII	老旧仪表	可打印字符, 效率低
自定义 ASCII	称重仪 / 条码枪	`STX + 数据 + ETX`
自定义二进制	专用设备	各厂商私有
DNP3	电力 SCADA	多字节
IEC 60870-5	电力调度	多字节
SECS-I	半导体设备	复杂

Darra 通过协议解析器 (Protocol Parser) 框架把不同协议抽象成统一的"帧读写"接口。

帧分割策略

串口是字节流, 需要确定"一帧到哪里结束":

策略	适用
起止符	自定义 ASCII, 如 STX/ETX 包裹
固定长度	每帧 N 字节, 约定好
长度字段	帧头里含有长度字节
帧间超时	Modbus RTU: 3.5 字符时间
换行符	文本协议 (AT 指令)
校验和触发	累计到出现有效 CRC 才切帧

协议解析器按配置选择一种或多种组合。

协议解析器配置示例

ASCII 称重仪

帧格式: STX(0x02) + 重量(6 ASCII) + 单位(2 ASCII) + CR(0x0D)
示例:  02 30 30 31 32 35 30 4B 47 0D  → "001250KG"

{
  "protocol": "Custom",
  "framing": {
    "type": "StartStop",
    "start": [0x02],
    "end": [0x0D]
  },
  "parser": [
    { "name": "weight", "offset": 0, "length": 6, "type": "ASCII" },
    { "name": "unit", "offset": 6, "length": 2, "type": "ASCII" }
  ]
}

条码枪

帧格式: 条码 + CR+LF

{
  "framing": {
    "type": "LineTerminator",
    "terminator": [0x0D, 0x0A]
  },
  "parser": [
    { "name": "barcode", "type": "ASCIIUntilTerminator" }
  ]
}

二进制仪表

帧格式: AA 55 + 长度(1B) + 数据 + CRC16 LSB/MSB

{
  "framing": {
    "type": "LengthPrefixed",
    "header": [0xAA, 0x55],
    "lengthOffset": 2,
    "lengthSize": 1,
    "lengthIncludesHeader": false
  },
  "parser": [
    { "name": "cmd", "offset": 3, "length": 1, "type": "UInt8" },
    { "name": "value", "offset": 4, "length": 4, "type": "Int32BE" }
  ],
  "validator": {
    "type": "CRC16",
    "offset": 8,
    "polynomial": "Modbus"
  }
}

RS-485 半双工

RS-485 是半双工, 发送和接收不能同时。发送时需要:

切换到发送模式 (某些 USB-485 适配器自动切, 有些靠 RTS)
发完数据 + 一个字符的"发送完成"等待时间
切换回接收模式

Darra 适配器的 Rs485Mode 支持:

模式	实现
Auto	适配器硬件自动切换 (推荐)
RTS	用 RTS 信号控制
DTR	用 DTR 信号控制
Timed	发完后固定等一段时间

虚拟串口

开发阶段可以用虚拟串口对组做仿真:

com0com (Windows, 开源)
socat (Linux)
虚拟串口驱动 (Darra 自带的 DarraVCP)

一对虚拟串口 (COM100 ↔ COM101):

Darra PLC 连 COM100
测试脚本连 COM101 发模拟数据

流控制

流控制	用途
无	默认, 大多数场景
RTS/CTS	硬件流控, 快速串口 (115200+) 防止缓冲溢出
XON/XOFF	软件流控, 文本协议
DTR/DSR	设备状态指示

工业场景大多无流控, 靠协议层超时/重传。

编码

串口传输的字节如何解读成字符串:

编码	字节	支持
ASCII	1 B	英文
UTF-8	可变 1~4 B	多语言, 推荐
GB2312 / GBK	可变 1~2 B	中文老系统 (注: 此处仅串口协议解码, 非 EtherCAT 设备字符串. EtherCAT 字符串走 UTF-8/ASCII/Latin-1 兜底)
Shift-JIS	可变 1~2 B	日文设备
Latin-1	1 B	西欧

PLC 侧的 STRING 类型默认 UTF-8, 串口帧解析时需要配置对端编码一致, 否则中文乱码。

多串口

一台机器可能挂多个串口 (主机 COM1, USB 扩展 COM3~~COM10, PCI 卡 COM11~~COM20)。IDE 侧:

每个串口独立一个 Adapter 实例, 互相隔离
可以同一协议挂多个串口 (如 4 路 Modbus RTU 并行)
诊断面板按 COM 号显示每个串口的流量

串口转网络

物理串口不够用或距离远, 可以用串口服务器 (Serial-to-Ethernet):

PLC 电脑 —— TCP —— 串口服务器 ——串口—— 设备

Darra 支持直接连串口服务器的透传端口:

await adapter.ConnectAsync(new ConnectionConfig {
    Host = "192.168.1.200",
    Port = 4001,          // 串口服务器第一个串口的透传端口
    Protocol = "ModbusRTU"
});

适配器把 TCP 流当串口用, 上层协议无需变化。

命令重试策略

串口通讯不稳定, 重试是常态:

{
  "retry": {
    "maxAttempts": 3,
    "delayMs": 100,
    "backoff": "linear"
  }
}

重试仅针对"超时"和"校验和错", 不重试"业务错" (如命令不支持)。

排错

症状	处理
打不开串口	COM 号被占 / 无权限
收到乱码	波特率、校验位、停止位不匹配
偶发丢字节	波特率太高 / 流控未开
半双工回显	RS-485 发送时采到自己的信号, 靠时序忽略
长帧解析错	帧间超时设小了, 帧被拆散
收发乱序	多线程并发访问同一串口, 加锁
USB 串口断开后 COM 号变	设备管理器里改成固定 COM

支持接口​

连接配置​

通讯模式​

请求/响应模式​

被动接收模式​

自定义协议帧​

代码示例​

PLC 变量映射​

常见串口协议​

帧分割策略​

协议解析器配置示例​

ASCII 称重仪​

条码枪​

二进制仪表​

RS-485 半双工​

虚拟串口​

流控制​

编码​

多串口​

串口转网络​

命令重试策略​

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