4. PLC数据采集基础：PLC选型、Modbus TCP/RTU协议、寄存器映射、数据采集频率设计
各位同学，今天我们来聊聊PLC数据采集。说实话，这是整个重力储能监控系统里最接地气的一环。你想想看，上层平台再花哨，如果底层的PLC数据都拿不准，那一切都是空中楼阁。
我个人习惯把PLC数据采集比作「翻译官」的工作。PLC内部跑的是二进制，上位机要读的是工程值，中间怎么转？靠的就是协议和映射。咱们一步步拆开讲。
4.1 PLC选型：别光看品牌，要看场景
选PLC，我见过太多人犯一个错误：只看品牌，不看IO点数和通信接口。重力储能电站的PLC，核心要求就三条：
- 支持Modbus TCP：这是标配，没有这个接口后面全白搭
- IO点数够用：重力储能一般需要采集电机电流、制动状态、位置传感器、温度等，至少预留20%余量
- 环境适应性：电站现场可能有震动、粉尘，选工业级（-20℃~60℃）
我推荐几个常用型号：西门子S7-1200（性价比高）、汇川AM600（国产替代，Modbus TCP原生支持）、三菱FX5U（稳定但贵）。
4.2 Modbus TCP vs RTU：到底选哪个？
这个问题，我每次培训都会被问到。说白了，就一句话：能走TCP就别走RTU。
为什么？你看这张对比表就明白了：
| 特性 | Modbus TCP | Modbus RTU |
|---|---|---|
| 物理层 | 以太网（RJ45） | RS485/RS232 |
| 传输速率 | 100Mbps | 9.6kbps~115.2kbps |
| 最大节点数 | 几乎无限制 | 32个（RS485） |
| 校验方式 | TCP/IP自带校验 | CRC16 |
| 接线复杂度 | 一根网线 | 双绞线+终端电阻 |
| 适用场景 | 中大型系统、远程监控 | 短距离、低成本 |
嗯，这里要注意：RTU虽然慢，但也不是一无是处。如果现场只有几十米距离，且干扰不大，RTU完全够用。我有个项目在山区，以太网布线成本太高，最后用的RTU+无线数传电台，也跑得很稳。
4.3 寄存器映射：PLC和上位机的「翻译词典」
寄存器映射，说白了就是一张对照表。PLC里哪个地址存了什么数据，上位机必须知道。否则你读回来的0x1234，鬼知道是电流还是温度。
Modbus协议里，寄存器分四类：
- 0x 线圈（Coil）：可读写，1位，控制启停
- 1x 离散输入（Discrete Input）：只读，1位，读取开关状态
- 3x 输入寄存器（Input Register）：只读，16位，读取模拟量
- 4x 保持寄存器（Holding Register）：可读写，16位，设置参数
重力储能电站里，最常用的是3x和4x。比如：
// 寄存器映射表示例（重力储能电站）
// 地址范围：40001~40010（保持寄存器）
40001: 电机转速 (RPM) // 数据类型：UINT16
40002: 制动器状态 (0/1) // 数据类型：BOOL（占用1位）
40003: 当前高度 (m) // 数据类型：FLOAT（占用2个寄存器）
40005: 温度 (℃) // 数据类型：INT16
40006: 故障码 // 数据类型：UINT16
4.4 数据采集频率设计：不是越快越好
很多新手上来就问：「老师，采集频率设多少？1秒一次够不够？」
我的回答是：看变量类型。
重力储能电站的变量，按变化速度可以分为三类：
- 快速变化量：电机电流、振动信号。建议100ms~500ms采集一次。
- 中速变化量：温度、压力、高度。建议1s~5s采集一次。
- 慢速变化量：累计发电量、设备运行时长。建议10s~60s采集一次，甚至按分钟。
为什么不能统一设1秒？你想想看，如果PLC有100个寄存器，每秒读一次，网络带宽和PLC的CPU负载都会增加。我见过一个项目，采集频率设了200ms，结果PLC的扫描周期被拖长，导致控制逻辑响应变慢——这就是典型的「采集干扰控制」。
4.5 实战：一个完整的采集流程
好了，理论讲完了，咱们来点实际的。假设你有一台西门子S7-1200 PLC，IP是192.168.1.100，要采集电机转速（40001）和温度（40005）。
用Python写一个简单的Modbus TCP客户端：
from pymodbus.client import ModbusTcpClient
# 连接PLC
client = ModbusTcpClient('192.168.1.100', port=502)
client.connect()
# 读取保持寄存器（功能码03）
# 从地址0开始（对应40001），读2个寄存器
result = client.read_holding_registers(0, 2, unit=1)
if not result.isError():
speed = result.registers[0] # 电机转速
temp = result.registers[1] # 温度（原始值）
print(f"转速: {speed} RPM")
print(f"温度: {temp} ℃")
else:
print("读取失败，检查连接")
client.close()
嗯，这里要注意：PLC的寄存器地址和Modbus协议地址差1。比如PLC里标的是40001，那Modbus请求里的地址就是0。这个偏移量，新手最容易搞错。
4.6 本章知识体系
下面这张图，是我自己画的，把本章的核心逻辑串起来了：
这张图我画了好几次才满意。你看，从左到右，从选型到频率设计，每一步都环环相扣。选型错了，后面协议再对也白搭；映射错了，数据就是垃圾；频率设错了，系统稳定性就崩了。
好了，这一章的内容就到这里。记住：PLC数据采集不是技术难题，而是细节活。把每个环节想清楚，做扎实，你的监控系统就成功了一半。