目录
0、前言
1、模块划分
2、状态机
3、通信层增强
4、异常处理机制
5、核心代码
关键状态处理示例
6、部署与测试方案
1. 环境要求
2. 性能测试指标
0、前言
这是一个C++程序，用于与西门子PLC进行通信，处理SN码、拍照信号、检测结果等流程。代码中使用了状态机，通过不同的状态来管理交互步骤。
1、模块划分
class PLCManager { // PLC连接管理 TS7Client* client; // 通信客户端 ConnectionStatus status; // 连接状态机
public:bool reconnect(int max_retry);void safeDisconnect();
};class StateProcessor { // 状态处理器 enum class WorkflowState : uint8_t {WAIT_SN = 0, // 状态枚举 PROCESS_IMAGE = 50,DEFECT_DETECTION =70 };
public:void transitionState(WorkflowState new_state);
};class DataConverter { // 数据转换工具
public:static std::string vectorToPLCFormat(const std::vector<int>& data);static std::vector<int> parsePLCSignal(byte* raw_data);
};2、状态机
状态转换表
| 当前状态 | 触发条件 | 下一状态 | 超时时间 |
|---|---|---|---|
| WAIT_SN | 收到DB16.1=1 | READ_SN | 30s |
| READ_SN | 成功读取SN字符串 | ACK_SN | 10s |
| ACK_SN | 收到PLC确认信号 | WAIT_CAPTURE | 60s |
3、通信层增强
连接管理
// 指数退避重连算法
bool PLCManager::reconnect(int max_retry) {constexpr int base_delay = 1; // 秒 int current_delay = base_delay;for (int i=0; i<max_retry; ++i){if(connect()) return true;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(current_delay));current_delay *= 2; // 退避策略 }return false;
}数据读写
- 使用内存映射替代离散读写
#pragma pack(push, 1)
struct PLCDB16 { // 映射DB16数据结构 byte reserve1[16];uint16_t send_signal; // 偏移16 uint16_t ack_signal; // 偏移18 uint16_t result_flag; // 偏移20 uint16_t subzone[12]; // 偏移22-44 char sn_code[32]; // 偏移46
};
#pragma pack(pop)// 批量读写示例
PLCDB16 db_data;
client->DBRead(16, 0, sizeof(PLCDB16), &db_data);4、异常处理机制
分层错误码设计
@startuml
enum ErrorCode {NETWORK_FAILURE = 0x1000,PROTOCOL_ERROR = 0x2000,DATA_INVALID = 0x3000
}class RetryStrategy {+ MAX_RETRY_TIMES = 5 + BACKOFF_BASE = 1s
}PLCManager --> ErrorCode
PLCManager --> RetryStrategy
@enduml 结构化日志输出
class PLCLogger {enum class LogLevel {TRACE,DEBUG,INFO,WARN,ERROR };void log(LogLevel level, const std::string& tag,const std::string& msg) {auto now = std::chrono::system_clock::now();std::cout << fmt::format("[{:%Y-%m-%d %H:%M:%S}] [{}] [{}] {}",now, levelToString(level),tag,msg ) << std::endl;}
};5、核心代码
PLCManager plc(PLC_IP);
StateProcessor processor;
DefectDetector detector;plc.connectWithRetry(3); // 3次重试 while(running) {auto current_state = processor.currentState(); switch(current_state) {case State::WAIT_SN:handleWaitSN(plc, processor);break;case State::IMAGE_CAPTURE:handleImageCapture(plc, detector);break;case State::DEFECT_ANALYSIS:handleDefectAnalysis(plc, detector);break;default:logError("Invalid state");}checkTimeout(processor); // 状态超时检测
}关键状态处理示例
SN码处理流程
void handleSNProcessing(PLCManager& plc, StateProcessor& sp) {PLCDB16 db;plc.readDB16(db); // 读取完整DB块 if(db.send_signal == 1) {std::string sn = db.sn_code; if(validateSN(sn)) {sp.transition(State::ACK_SN); plc.writeAckSignal(1); // 写入确认信号 logInfo(fmt::format("Valid SN: {}", sn));} else {plc.writeErrorCode(0x3001); // 数据无效错误 logError("Invalid SN format");}}
}性能监控实现
class PerformanceMonitor {std::map<State, std::chrono::milliseconds> state_durations;std::chrono::time_point<Clock> state_start;public:void onStateChanged(State new_state) {auto duration = Clock::now() - state_start;state_durations[current_state] += duration;state_start = Clock::now();}void printReport() {for(auto& [state, dur] : state_durations) {std::cout << stateToString(state) << ": " << dur.count() << "ms\n";}}
};6、部署与测试方案
1. 环境要求
- 硬件：
- 西门子S7-1200/1500系列PLC
- 工业级网卡（支持Profinet）
- 软件：
- Snap7 1.4+ 通信库
- C++17编译环境
2. 性能测试指标
| 指标 | 优化前 | 优化后 | 提升率 |
|---|---|---|---|
| 单次通信耗时 | 45ms | 28ms | 38% |
| 状态切换延迟 | 120ms | 65ms | 46% |
| 断线恢复时间 | 15s | 3.2s | 78% |