plc怎么识别json文件

PLC如何解析与识别JSON文件：原理、方法与实践指南

在工业自动化领域,可编程逻辑控制器（PLC）作为核心控制单元， traditionally 处理的是结构固定的I/O信号、简单的逻辑指令或预定义的通信协议（如Modbus、Profinet），但随着工业4.0的推进，设备间需要传输更复杂、更灵活的数据（如配置参数、生产日志、传感器多维度数据），JSON（JavaScript Object Notation）因其轻量级、易读、键值对灵活的特性，逐渐成为工业数据交互的候选格式，PLC如何识别并解析JSON文件呢？本文将从原理、实现路径、挑战及解决方案展开详细说明。

PLC识别JSON的核心原理：从“二进制流”到“结构化数据”

PLC本身是面向实时控制的专业设备,其原生编程环境（如西门子TIA Portal、罗克韦尔Studio 5000、三菱GX Works）通常不直接支持JSON解析，要实现PLC对JSON文件的“识别”，本质上是将JSON格式的文本数据转换为PLC可理解和处理的结构化数据（如变量、数组、结构体），这一过程需经历三个关键步骤：

数据获取：通过PLC支持的通信接口（如以太网、串口、SD卡、USB）或协议（如HTTP、MQTT、FTP）获取JSON文件（或JSON数据流）。
解析验证：对获取的JSON文本进行语法合法性检查（是否符合JSON标准格式），并拆解出键（key）与值（value）的对应关系。
数据映射：将解析后的键值对映射到PLC内部的变量、寄存器或数据区，供控制逻辑调用。

PLC识别JSON的常见实现路径

根据PLC的性能（如处理能力、内存大小）、品牌及开发环境的不同，识别JSON的方法可分为以下几类：

基于PLC内置高级功能模块（中高端PLC适用）

部分中高端PLC（如西门子S7-1500/1200、罗克韦尔ControlLogix、欧姆龙NJ/NX系列）提供了“通信模块”或“高级语言功能”，可直接支持JSON解析：

西门子PLC：通过TIA Portal集成的“TIA Portal JSON Library”（第三方库或官方功能块），或使用“脚本功能”（如SCL结构化控制语言）编写解析逻辑，使用_JSONParse功能块将JSON字符串转换为PLC内部的数据结构（如STRUCT或ARRAY）。
罗克韦尔PLC：通过Studio 5000的“Add-On Instructions（AOI）”调用第三方JSON解析库（如Rockwell的“JSON Parser”第三方组件），或利用“Structured Text（ST）”语言手动解析。
欧姆龙PLC：在NJ系列中，可使用“Structured Text”结合“字符串处理指令”解析JSON，或通过“NJ/NX JSON Support Package”（官方扩展包）简化开发。

示例（西门子SCL伪代码）：

VAR_JSON_STRING : STRING := '{"temperature":25.5,"status":"OK"}'; // JSON字符串输入
VAR_RESULT : STRUCT
    temperature : REAL;
    status : STRING[3];
END_STRUCT;
BEGIN
    // 调用JSON解析功能块
    _JSONParse(
        JSONString := VAR_JSON_STRING,
        OutputData := VAR_RESULT
    );
END_VAR

解析后,VAR_RESULT.temperature可直接参与温度控制逻辑。

通过边缘计算网关/协议转换器（通用方案）

对于低端PLC或无内置JSON解析能力的设备,可通过外部边缘计算网关（如西门子SIMATIC IOT2040、贝加莱APC系列、树莓派+工业软件）实现“预处理”：

流程：PLC通过Modbus/TCP等协议将原始数据发送至网关，网关运行Python/Node.js等脚本语言（如json库）解析JSON，再将解析后的结构化数据通过OPC UA、MQTT等协议回传给PLC。
优势：无需修改PLC程序，降低对PLC性能的要求，适合多品牌PLC集成场景。

示例（Python伪代码）：

import json
import paho.mqtt.client as mqtt

接收PLC发送的JSON数据（假设通过MQTT）

def on_message(client, userdata, msg): json_data = json.loads(msg.payload.decode()) temperature = json_data["temperature"] status = json_data["status"]

将解析后的数据通过Modbus写入PLC寄存器

modbus_client.write_register(40001, int(temperature * 10)) # 假设温度放大10倍存储

client = mqtt.Client() client.on_message = on_message client.connect("broker.example.com", 1883, 60) client.subscribe("plc/json_data") client.loop_forever()


#### 3. 基于PLC的“字符串处理+手动解析”（低端PLC简易方案）  
对于无高级功能模块的低端PLC（如小型三菱FX系列、西门子S7-200 SMART），可通过内置的字符串指令（如`FIND`、`MID$`、`LEFT$`、`RIGHT$`）手动拆解JSON字符串。  
**核心思路**：  
- 假设JSON格式固定（如`{"key1":value1,"key2":value2}`），通过查找分隔符（`{`、`}`、`:`、`,`）定位键值位置；  
- 提取键（如`"temperature"`）后，根据值的类型（数字、字符串）进一步截取并转换为PLC可识别的数据格式（如将`"25.5"`转换为`REAL`类型）。  
**示例（三菱FX系列梯形图逻辑思路）**：  
1. 使用`FIND`指令定位`"temperature"`后的`:`位置，截取`:`后的字符串直到`"`或`,`，得到`"25.5"`；  
2. 使用`ATOI`（字符串转整数）或`ATOF`（字符串转浮点）指令将`"25.5"`转换为`REAL`数据，存入D100寄存器。  
**局限性**：仅适用于结构简单、格式固定的JSON，若JSON嵌套复杂或字段动态变化，开发量极大且易出错。
#### 4. 集成工业云平台或HMI的解析能力  
部分工业HMI（人机界面）或云平台（如西门子MindSphere、罗克韦尔FactoryTalk View）支持直接解析JSON，并通过标签（Tag）映射与PLC交互：  
- **HMI方案**：HMI通过HTTP/MQTT接收JSON数据，内置解析引擎将JSON字段映射为HMI变量，再通过OPC UA或Modbus与PLC同步数据。  
- **云平台方案**：PLC将原始数据上传至云平台，云平台解析JSON后生成可视化报表或控制指令，再下发给PLC执行。  
### 三、PLC识别JSON的挑战与解决方案
尽管PLC识别JSON在技术上可行，但仍面临以下典型挑战，需针对性解决：  
| **挑战**                | **解决方案**                                                                 |
|-------------------------|-----------------------------------------------------------------------------|
| **PLC性能限制**（内存不足、处理速度慢） | 优先选择轻量级JSON解析库；仅解析必要字段；通过边缘网关预处理，减轻PLC负担。 |
| **JSON格式动态变化**     | 在PLC或网关端设计“动态解析”逻辑，如通过键名匹配映射表，而非固定字段位置。   |
| **实时性要求高**         | 避免复杂嵌套JSON；使用二进制JSON（如CBOR）替代文本JSON，减少解析耗时。       |
| **错误处理复杂**         | 增加JSON格式校验（如检查`{`/`}`匹配、键值完整性）；解析失败时触发异常处理逻辑（如默认值、报警）。 |
### 四、实践案例：PLC通过HTTP获取并解析JSON传感器数据  
**场景**：一台西门子S7-1500 PLC需通过HTTP从温湿度传感器获取JSON数据（`{"temp":23.6,"humid":45.2}`），并控制空调启停。  
**实现步骤**：  
1. **PLC配置HTTP客户端**：在TIA Portal中调用`TSEND_C`功能块，配置传感器IP、端口及HTTP GET请求。  
2. **接收JSON字符串**：通过`TSEND_C`的`DONE`信号触发，将HTTP响应的Body（JSON文本）存入`#JSON_BUFFER` STRING变量。  
3. **调用JSON解析库**：使用第三方`JSON Library for S7-1500`（如Siemens Community提供的库），调用`JSON_Parse`功能块，将`#JSON_BUFFER`解析为`#SensorData`结构体（含`temp:REAL`、`humid:REAL`字段）。  
4. **控制逻辑**：比较`#SensorData.temp`与设定阈值（如26℃），若超过则置位Q0.0