在工业自动化领域，三菱电机的 MC（MELSEC Communication）协议是连接上位机与三菱 PLC 的核心通信标准，广泛应用于汽车制造、电子加工等精密生产场景。GraniStudio 软件作为工业级零代码开发平台，其内置的 MC 协议客户端模块通过高度封装的可视化功能，将复杂的协议细节转化为 “拖拽式” 操作。本文将聚焦 MC 协议客户端的机制设置、帧结构、通信规范及交互流程，结合 GraniStudio 的功能实现，展开技术细节的深度解析。

一、MC 协议的技术内核与工业定位

MC（MELSEC Communication）协议是三菱电机为其 PLC 系列开发的专属通信协议，基于 FINS（Factory Interface Network Service）协议架构，运行在 TCP/IP 或串行通信物理层之上，主要用于实现上位机与三菱 PLC 之间的数据交互。

1.1 协议分层架构

MC 协议采用三层架构设计：

• 物理层：支持 10/100Mbps 以太网（默认端口 5006）和 RS-232C/485 串行总线（波特率 9600-115200bps），为数据传输提供物理通道；

• 传输层：基于 TCP 协议实现可靠的数据传输，通过三次握手建立连接，确保数据的有序性和完整性；

• 应用层：定义了一套完整的指令集，用于实现对三菱 PLC 寄存器（如输入继电器 X、输出继电器 Y、辅助继电器 M、数据寄存器 D 等）的访问和控制。

1.2 核心技术特点

• 针对性适配：专为三菱 PLC 设计，完美适配 FX 系列、Q 系列、L 系列等全系列产品，能充分发挥硬件性能；

• 高效数据交互：采用 “请求 - 响应” 模式，客户端发送指令后，PLC 立即返回响应，数据交互延迟可控制在毫秒级；

• 丰富指令集：包含读取、写入、强制置位、密码验证等多种指令，可满足不同的工业控制需求；

• 两种帧格式：支持 3E 帧（适用于 FX5、Q 等新型 PLC，支持 32 位数据操作）和 4C 帧（适用于 FX3G 等旧款 PLC，仅支持 16 位数据操作），兼顾兼容性与先进性。

在工业场景中，MC 协议的价值主要体现在对三菱 PLC 的精准控制和高效数据采集上，尤其在电子制造、汽车零部件等对控制精度要求较高的行业应用广泛。

通信交互流程如下：

以太网通讯流程图：

串口配置通信流程图：

二、MC 协议客户端的核心机制设置

MC 协议客户端的运行依赖于针对三菱 PLC 硬件特性设计的通信机制，这些机制在 GraniStudio 中通过可视化配置实现，底层严格遵循三菱《MELSEC Communication Protocol Reference》规范：

2.1 连接建立的分级机制

MC 协议客户端与 PLC 的连接需经过 “物理层适配 - 协议版本协商 - 数据交互授权” 三步流程，核心参数配置如下：

• 物理层适配机制：支持 TCP/IP（Ethernet）和串行通信（RS-232C/485）两种模式。TCP/IP 模式下需配置 PLC 的 IP 地址（如 192.168.3.3）和端口号（默认 5006），超时时间（1-65535ms，默认 2000ms）；串行模式则需设置波特率（如 9600bps）、数据位（8 位）、停止位（1 位）、校验位（无校验）。GraniStudio 的 “三菱 PLC 初始化” 算子中，用户可通过下拉菜单选择连接方式，系统自动匹配物理层参数。

• 协议版本协商机制：客户端发起连接时需指定协议版本，支持两种主流版本：

• MC 协议 3E 帧：适用于 FX5 系列、Q 系列等新型 PLC，支持 32 位数据访问和批量操作；

• MC 协议 4C 帧：兼容 FX3G、L 系列等旧款 PLC，仅支持 16 位数据访问。

GraniStudio 会根据 PLC 型号自动推荐协议版本，用户也可手动切换，切换后系统自动调整帧结构适配。

2.2 数据交互的地址映射机制

MC 协议通过内存地址映射表实现对 PLC 寄存器的精准访问，客户端需遵循严格的地址编码规则，GraniStudio 内置地址转换器简化配置：

例如，访问 D200 时，十进制地址 200 转换为十六进制00C8，乘以 2 后为0190，故 MC 协议编码为A8 01 90。GraniStudio 的 “三菱寄存器读/写”算子 支持直接输入三菱格式（如 D200），系统自动转换为协议编码，无需手动计算。

三、MC 协议客户端的帧数据格式

MC 协议基于 TCP/IP 或串行总线传输，其帧结构包含帧头 - 指令体 - 校验尾三部分，底层格式对调试至关重要：

3.1 TCP 模式下的帧结构（3E 帧为例）

3.1.1TCP 模式下的帧结构（3E 帧、4C 帧）

TCP 模式下的 3E 帧结构同样包含多个关键部分，其具体组成如下：

关键特性

兼容性优势：3E 帧结构在一些特定的三菱 PLC 型号以及相关的工业设备中具有良好的兼容性。例如，在 FX5U 系列、Q 系列、Qna 系列、L 系列、R 系列等 PLC 的以太网通信中，QnA 兼容 3E 帧被广泛应用。这使得不同型号的设备之间能够基于相同的帧结构进行稳定的通信，降低了系统集成的难度。

数据传输特点：虽然其最大数据长度相较于 TCP 模式下的 4C 帧要小，单帧数据区最大为 255 字节，但在一些对实时性要求较高且数据量相对较小的工业控制场景中，如传感器数据的快速采集与反馈控制，3E 帧能够快速地进行数据传输和响应。它避免了因传输大量冗余数据而导致的延迟，确保了控制指令能够及时送达目标设备，设备状态也能及时反馈给控制端。

校验可靠性：采用 CRC 校验码，这种校验方式在噪声较高的网络环境中具有较高的校验精度，能够有效检测出数据传输过程中的误码，相较于简单的和校验，能够提供更可靠的数据验证，保障了通信的稳定性和准确性，尤其适用于对数据准确性要求苛刻的工业控制任务。

4C 帧:TCP 模式下的 MC 协议基于以太网传输，依赖 TCP/IP 协议栈实现可靠通信，其 4C 帧结构在工业控制中常用于 PLC 与上位机的大数据量交互（如参数配置、批量数据读写）。

关键特性

无帧尾：TCP 协议本身提供重传机制，4C 帧无需额外帧尾标识。

数据长度灵活：支持单次传输大量数据（最大 65535 字节），适合批量操作。

和校验：通过简单的累加校验快速验证数据，降低通信延迟。

串行模式下的帧结构（3E 帧、4C 帧）

串行模式（如 RS-232/RS-485）依赖 串口通信。3E 帧结构紧凑，包含帧头、设备地址、功能码、数据长度、数据区、CRC 校验码6 部分：

关键特性

帧头固定：3 字节 “STX+00” 便于硬件快速识别帧起始。

CRC 校验：适合噪声较高的串行链路，校验精度高于和校验。

短帧优化：单帧最大长度 263 字节，适合实时性要求高的场景（如开关量控制）。

4C 帧：串行模式 4C 帧是 3E 帧的扩展版本，支持更复杂的通信需求（如 FX5U 系列 PLC 的串口通信），兼容多种数据格式。

1. 帧结构组成

4C 帧结构由帧头、识别符、格式码、数据长度、数据区、校验码6 部分组成，具体如下：

应用场景：

FX5U 系列 PLC：串口通信时常用 4C 帧，支持格式 1/4/5，其中格式 4 需强制添加和校验。

混合通信：可同时传输设备地址和功能码，兼容多设备组网。

GraniStudio 的 “读三菱PCL寄存器”和“写三菱PCL寄存器” 算子会自动计算数据长度和校验码，用户无需手动计算。

3.2 指令体结构（读取 / 写入操作）

以读取 D200-D201 的Read Request指令体为例，完整结构如下：

指令代码：04 01（读取操作）

子指令：00 00（16位数据）

地址列表：

- 第一个地址：A8 01 90（D200）

- 第二个地址：A8 01 92（D201）

读取长度：00 02（2个字）

对应的响应帧中，数据体为00 01 00 02（表示 D200=1，D201=2），GraniStudio 中“读三菱PCL寄存器”和“写三菱PCL寄存器”算子会自动解析为十进制数值并显示。

四、MC 协议客户端的通信格式与内容

MC 协议的通信内容围绕功能码 + 地址 + 数据的三元组结构，不同操作对应特定的功能码，常见操作如下：

4.1 核心功能码与通信格式

• 读取操作（功能码04 01）：

• 请求格式：04 01 + 子指令 + 地址列表 + 读取长度

• 响应格式：00 00（成功） + 数据值（每个字 2 字节）

• 错误响应：01 01（地址错误） + 错误码（2 字节）

• 写入操作（功能码04 02）：

• 请求格式：04 02 + 子指令 + 地址 + 写入长度 + 数据值

• 响应格式：00 00（成功）或错误码（如02 03= 数据长度错误）

• 强制置位（功能码05 03）：

• 请求格式：05 03 + 地址（如 Y10） + 置位值（00 01= 置 1，00 00= 置 0）

• 响应格式：00 00（成功）

例如，向 D200 写入 1234（十六进制04D2）的请求帧为：

50 00（帧头） 00 0E（数据长度14） 00 00（网络号+站号）

04 02（写入功能码） 00 00（16位） A8 01 90（D200）

00 01（写入1字） 04 D2（数据值） XX XX（CRC校验）

4.2 数据类型编码规则

MC 协议支持多种数据类型，客户端需根据 PLC 寄存器类型选择匹配的编码方式：

• 16 位整数（INT）：2 字节大端序，如 1234 → 04 D2

• 32 位整数（DINT）：4 字节大端序，如 123456 → 00 01 E2 40

• 浮点数（REAL）：4 字节 IEEE 754 格式，如 3.14 → 40 48 F5 C3

• 字符串（STRING）：1 字节长度 + ASCII 码，如 "RUN" → 03 52 55 4E

五、GraniStudio 对 MC 协议的技术整合与功能实现

5.1 协议解析与帧处理机制

GraniStudio “读三菱PCL寄存器”和“写三菱PCL寄存器”算子内置 MC 协议解析引擎，能自动识别 3E 帧和 4C 帧格式，并完成帧结构的解析显示UI列表：

• 帧头处理：自动生成帧标识符（3E 帧为50 00，4C 帧为52 00），根据数据体长度计算并填充数据长度字段（大端序）；

• 地址编码转换：将用户输入的三菱 PLC 地址（如 D200）自动转换为 MC 协议的地址编码（A8 01 90），无需用户手动计算；

• CRC 校验：采用 X25 标准的 CRC16 算法（多项式0x1021）对帧数据进行校验，确保数据传输的完整性，校验失败时自动触发重传机制。

5.2 硬件适配与兼容性处理

为应对三菱不同系列 PLC 的差异，GraniStudio 建立了硬件特性库，实现了全方位的兼容性支持：

• 手动选择 PLC 型号：通过在三菱PLC初始化配置姐买你手动选择PLC型号（如 FX5U、Q03UDV 等），并加载对应的特性配置；

• 帧格式自适应：根据 PLC 型号选择 3E 帧或 4C 帧格式，如检测到 FX3G PLC 时，自动切换为 4C 帧，避免因帧格式不兼容导致的通信失败；

• 功能限制适配：针对不同 PLC 的功能限制进行适配，如 FX3G PLC 的批量操作最大支持 32 点，GraniStudio 中“读/写寄存器”会自动将超过 32 点的操作拆分为多个请求，确保操作的有效性。

5.3 功能算子的实现

GraniStudio 为 MC 协议设计了一系列功能算子，覆盖从连接建立到数据交互的全流程：

• 三菱 PLC 初始化算子：用户通过图形化界面配置。选择协议类型为：“以太网二进制格式”或“以太网ASCLL”格式时需配置 PLC 的 IP 地址、端口号、型号、超时时间等参数，算子自动完成 TCP 连接建立、帧格式协商和密码验证（若需），生成通信资源句柄供后续操作使用。例如，连接 FX5U PLC 时，用户只需输入 IP 地址 “192.168.3.3”、端口号 “5006”，选择 PLC 型号 “FX5U”，即可完成初始化；选择协议类型为：“串口通信格式”时，需配置PCL的串口号（如 COM1、COM2 等，具体取决于计算机实际连接的串口设备编号 ）、波特率（常见的有 9600、19200、38400 等，需要与 PLC 侧设置的波特率保持一致 ）、数据位（通常为 7 位或 8 位 ）、停止位（一般是 1 位或 2 位 ）、校验位（可以选择无校验、奇校验、偶校验等 ），即可完成初始化。

• 三菱寄存器读取算子：支持按地址读取三菱 PLC 的寄存器数据，用户只需输入目标地址（如 “D200-D201”）和数据类型（如 16 位整数、32 位浮点数），算子自动生成读取指令帧，发送后解析响应数据并转换为标准格式返回。该算子支持批量读取，一次最多可读取 200 个连续地址，大幅提升数据采集效率；

• 三菱寄存器写入算子：用于向三菱 PLC 的寄存器写入数据，用户输入目标地址、数据类型和写入值后，算子自动校验数据合法性（如数据是否在寄存器量程范围内），生成写入指令帧并发送，根据响应结果返回写入状态（成功 / 失败及错误码）。例如，向 Y10 输出继电器写入 “1” 时，算子会生成强制置位指令，控制继电器动作；

六、S7 协议与 MC 协议在 GraniStudio 中的协同应用

在包含西门子和三菱 PLC 的混合工业控制系统中，GraniStudio 对 S7 协议和 MC 协议的整合支持，实现了多品牌 PLC 的统一管理与协同控制。

某汽车零部件工厂的生产线同时采用了西门子 S7-1500 PLC（控制焊接设备）和三菱 FX5U PLC（控制装配机械臂），通过 GraniStudio 实现了以下协同应用：

1. 数据集中采集：利用 S7 读取算子每 100ms 采集 S7-1500 PLC 的焊接电流（DB10.DBD0）、焊接时间（DB10.DBD4）等参数，通过 MC 读取算子同时采集 FX5U PLC 的机械臂位置（D100-D102）、装配压力（D103）等数据，所有数据汇总至中央数据库，实现生产状态的全面监控；

2. 跨品牌协同控制：当中央系统检测到焊接质量异常（焊接电流超出阈值）时，通过 S7 写入算子向 S7-1500 PLC 发送 “暂停焊接” 指令（M0.0=1），同时通过 MC 写入算子向 FX5U PLC 发送 “暂停装配” 指令（M100=1），避免不合格品流入下一道工序，整个协同响应过程控制在 500ms 以内；

3. 统一运维管理：通过 GraniStudio 的异常诊断功能，实时监测两台 PLC 的通信状态和运行参数，当 S7-1500 PLC 的 CPU 负载过高或 FX5U PLC 出现通信超时等异常时，自动发送告警信息至维护人员，便于及时处理。

应用该方案后，工厂的生产协同效率提升 30%，产品不良率降低 25%，设备维护成本减少 40%。

七、总结与展望

GraniStudio 对 S7 协议和 MC 协议的深度技术整合，打破了不同品牌 PLC 之间的通信壁垒，为工业用户提供了统一、高效、可靠的通信解决方案。无论是西门子 PLC 还是三菱 PLC，用户都能通过 GraniStudio 的可视化算子快速实现数据交互与控制，大幅降低了工业系统集成的技术门槛和开发成本。

未来，随着工业互联网的持续发展，GraniStudio 将进一步优化对这两种协议的支持：一是引入人工智能算法，基于采集的历史数据实现设备故障的预测性维护；二是加强与边缘计算的融合，在边缘节点实现数据的预处理和实时分析，减少云端传输压力；三是拓展协议的应用场景，支持在 5G、TSN（时间敏感网络）等新型网络环境下的高效通信，为工业智能化升级提供更加强大的技术支撑。

对于工业用户而言，GraniStudio 不仅是一款通信工具，更是实现工业数字化转型的重要助力，它让多品牌 PLC 的协同工作变得简单高效，为构建智能工厂、实现智能制造奠定了坚实的通信基础。