NI 提供多种 PLC 通信方案，涵盖工业标准协议（如Modbus、OPC UA）和特定厂商协议（如 Ethernet/IP）。本文详细解析各通信方式的技术原理、适用场景及实施要点，帮助工程师快速选型与部署。

一、NI OPC ServerLicensing

技术原理

• OPC（OLE for Process     Control）：基于微软 COM/DCOM 技术，提供工业设备统一数据访问接口

• NI OPC Server：作为中间件，将 NI 测量设备数据转换为 OPC 标准格式

• 许可证类型：按设备节点数收费，需购买 NI-DAQmx 基础许可证

典型应用

• 连接西门子 S7 PLC 与 LabVIEW 数据采集系统

• 构建 SCADA 系统的实时数据通道

实施步骤

1. 安装 NI OPC Server 软件（需 NI-DAQmx 支持）

2. 在 OPC 服务器中配置 PLC 设备驱动（如 Siemens S7 Protocol）

3. 在 LabVIEW 中使用 OPC 客户端 VI 连接服务器

4. 通过 OPC 项（Item）读写 PLC 寄存器

注意事项

• 需提前规划 OPC 节点数量，避免超许可使用

• 建议在专用服务器上运行 OPC 服务，确保稳定性

• 需开放 DCOM 网络端口（通常为 135、49152-65535）

二、LabVIEWDatalogging and Supervisory Control (DSC) 模块

核心功能

• 实时数据记录：支持 SQL 数据库、文本文件等存储方式

• 报警管理：基于阈值的多级报警机制

• HMI 开发：内置图形化界面组件（趋势图、仪表盘）

• 分布式系统：支持多节点数据同步

PLC 通信实现

• 通过内置的 OPC 客户端与 PLC 通信

• 支持 Modbus、Profibus 等协议（需对应驱动）

• 提供设备驱动开发工具包（DDK）

应用场景

• 工业生产线监控系统

• 能源管理系统数据采集

• 环境监测数据记录

实施要点

• 数据库设计需考虑历史数据存储周期

• 报警优先级与响应流程需标准化

• 建议采用冗余服务器架构提高可靠性

三、LabVIEW OPC UA工具包

技术优势

• 新一代工业通信标准：基于服务导向架构（SOA）

• 安全性增强：支持加密、身份验证和访问控制

• 平台无关性：可连接非 Windows 系统 PLC（如 Rockwell Automation）

• 信息建模：基于对象的语义数据模型

通信流程

1. 在 PLC 侧配置 OPC UA 服务器（启用相应命名空间）

2. 在 LabVIEW 中创建 OPC UA 客户端

3. 发现并连接 PLC 服务器端点

4. 浏览地址空间并订阅数据变更事件

注意事项

• 需确认 PLC 是否支持 OPC UA 协议（部分旧型号需固件升级）

• 安全策略配置需与 PLC 端匹配（如加密算法、密钥长度）

• 大数据量传输时需优化订阅采样率

四、Ethernet/IP 通信

协议特性

• 工业以太网协议：基于 CIP（Common Industrial Protocol）

• 生产者 / 消费者模型：支持多节点数据并行传输

• 设备描述：通过 EDS（Electronic Data Sheet）文件定义设备参数

• 广泛支持：Rockwell Automation、Schneider Electric 等主流 PLC 厂商

NI 实现方案

• NI     Industrial Communications for DeviceNet：提供 Ethernet/IP 驱动

• LabVIEW API：包含通信配置、数据读写等函数

• 设备配置：需获取 PLC 的 IP 地址、槽号和寄存器映射表

实施步骤

1. 配置 PLC 网络参数（IP 地址、子网掩码）

2. 在 LabVIEW 中调用 Ethernet/IP 初始化函数

3. 加载设备 EDS 文件（如有）

4. 映射 PLC 标签到 LabVIEW 变量

5. 周期性读取 / 写入数据

性能指标

• 典型循环时间：10-100ms（取决于网络负载）

• 最大数据包大小：500 字节（可配置）

• 支持的连接数：受限于 PLC 许可证和网络模块

五、Modbus 通信方案

方案对比

免费 Modbus API 使用要点

• 支持协议：Modbus RTU（串口）、Modbus TCP（以太网）

• 函数码：支持 01（读线圈）、03（读保持寄存器）等常用功能

• 通信参数：波特率、奇偶校验位需与 PLC 匹配

• 错误处理：需实现超时重传机制

六、选型决策指南

1. 协议兼容性：优先选择 PLC 原生支持的协议（如西门子选 S7 协议，Rockwell 选 Ethernet/IP）

2. 系统规模：

• 小型系统：免费 Modbus API 或 OPC UA 工具包

• 中型系统：DSC 模块 + Modbus/OPC

• 大型分布式系统：OPC 服务器 + 专用工业协议

3. 性能需求：

• 高速数据采集（≤1ms）：考虑专用硬件接口（如 NI CompactRIO）

• 中等速率（10-100ms）：Ethernet/IP、Modbus TCP

4. 预算限制：评估许可证成本（如 DSC 模块、OPC 节点数）

七、实施最佳实践

1. 网络隔离：工业控制网络与办公网络物理隔离

2. 协议分析：使用 Wireshark 等工具监控通信流量

3. 冗余设计：关键系统采用双网络、双 PLC 架构

4. 安全策略：

• 禁用不必要的协议端口

• 定期更新 PLC 固件

• 实施用户权限分级管理

5. 文档管理：记录 PLC 寄存器映射表、通信参数配置

八、故障排除

1. 通信失败：

• 检查物理连接（网线、串口）

• 验证 IP 地址、子网掩码、网关设置

• 使用 ping、telnet 等工具测试网络连通性

2. 数据异常：

• 确认寄存器地址映射正确

• 检查数据类型转换（如整数、浮点数格式）

• 分析协议报文（如 Modbus 异常响应码）

3. 性能问题：

• 优化轮询周期

• 减少单次传输数据量

• 检查网络带宽利用率