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Python 与三菱 MC 协议通信 数据采集与存储

  • 2026-11-02 22:47:20
Python 与三菱 MC 协议通信 数据采集与存储

MC协议连不上?Python采集PLC数据,这3个坑我踩了3天

去年在佛山一家汽配厂,老板让我用Python把R系列PLC里200个温度数据读出来存到MES。我想当然地写了段socket代码,结果整整3天连不上——后来发现不是代码问题,是MC协议帧头里一个字节的顺序反了。那天晚上我对着Wireshark抓包,眼睛都快瞎了。

如果你也在用Python搞三菱PLC数据采集,这篇文章就是为你写的。我会把MC协议通信的3个核心陷阱、一套可复用的代码、以及存储方案全部摊开,保证你读完能省下至少3天调试时间。

1. 你以为TCP通就能读到数据?实际上帧格式先干死你

1.1 旧方案:用MX Component,但许可证贵且绑定Windows

以前厂里都用MX Component DLL,C#调用,一个授权3000块,还得装在三菱软件环境下。我换成Python直接socket,本以为简单,结果第一步就被帧格式卡住。

1.2 新方案:纯Python socket + 手动构造MC协议帧

MC协议分3E帧和4E帧,R系列默认用3E帧(二进制模式),端口号通常是5010(ASCII模式)或2000(二进制模式)。你千万不要把ASCII和二进制混用——我第一天用了ASCII帧格式发到二进制端口,PLC根本不鸟你。

3E帧基本结构(二进制模式)

:

子头(2字节) + 网络号(1) + PLC编号(1) + IO编号(2) + CPU编号(1) + 命令(2) + 子命令(2) + 数据长度(2) + 数据块

你以为写个send(b'...')就行?实际每个字节都得按三菱手册算偏移。比如命令“读取字软元件”是0x01 0x04,子命令是0x00 0x00,数据长度要填写后面数据块的字节数(不含头)。

对比表

:

你以为的实际上的
直接发设备IP+端口必须构造完整17字节帧头
数据用ASCII字符串二进制用struct.pack打包
端口用502(Modbus)三菱默认二进制端口是2000
读D100只发地址和数量还要把地址转换成三菱内部编码(软元件+偏移)

我第一次就栽在“数据长度”字段:我填了固定值,结果每次读不同长度的数据都解析错。

2. 这3个坑,每个我都流了一小时汗

坑1:字节序——三菱MC协议是Big-Endian,而Python socket默认是网络序(也是Big-Endian),但PLC内部有些字段是小端?

知识点

:三菱MC协议3E帧的

帧头

(子头、命令、长度等)全是

大端

,但

数据块里的字数据

(比如读取的D寄存器值)是

小端

。我第一次把响应数据直接按大端解包,读出来的温度全是65535。

代码验证

:用

struct.unpack_from('>H', data, offset)

读取帧头长度,用

<H

读取数据区。

坑2:连续读取时,地址必须按“软元件代码+地址号”编码,不是直接给PLC地址

比如读取D100开始10个字。你以为是发“D100,10”,实际上要构造:

  • ●软元件代码:D是0x00A8(十进制168),占用2字节
  • ●起始地址:D100是十进制100,编码成4字节十六进制0x00000064(大端)
  • ●数据点数:10,2字节大端
你以为

发

[0x00, 0xA8, 0x00, 0x00, 0x00, 0x64, 0x00, 0x0A]

,

实际上

注意:三菱的“软元件代码”在3E帧命令“批量读取”中,是放在数据块的开头,且必须是2字节小端?等等,我查了最新手册:

在3E帧中,软元件代码是大端

,但有些老版本PLC(Q系列)可能是小端。R系列是统一的Big-Endian。

我踩的是:我用了在线手册的例子,结果那个例子是ASCII模式的,二进制模式下地址编码方式不同。

坑3:响应帧的长度校验——不是TCP长度,而是MC协议里的“数据长度”字段

你收到响应后,不能指望TCP包一次性收完。必须根据帧头中的“数据长度”字段(第15-16字节,大端)来循环读取剩余数据。

错误做法

:

recv(1024)

就算完。实际上如果一次采集200个字,数据区有400字节 + 帧头17字节 = 417字节,一个TCP包可能分两次到。你必须在循环里拼接。

3. 直接上代码:一个可运行的读取D寄存器函数

以下代码基于三菱MELSEC iQ-R系列,MC协议二进制模式,端口2000。

import socket

import struct

2. 构造3E帧:批量读取字软元件 (命令0x0401)

def make_read_word_request(start_addr, count):

"""

读D寄存器,二进制3E帧

:param start_addr: int, 起始地址 (如100)

:param count: int, 字数

:return: bytes, 待发送的帧

"""

# 帧头固定部分

header = b'\x50\x00' # 子头 (二进制3E帧)

header += b'\x00' # 网络号

header += b'\xFF' # PLC编号 (默认255)

header += b'\xFF\x03' # IO编号 (默认0xFF03)

header += b'\x00' # CPU编号 (默认0)

# 命令: 0401 (读字软元件, 大端)

header += struct.pack('>H', 0x0401)

# 子命令: 0000 (批量读取)

header += struct.pack('>H', 0x0000)

# 数据块部分

data_block = b''

# 软元件代码: D = 0x00A8 (大端)

data_block += struct.pack('>H', 0x00A8)

# 起始地址: 4字节大端

data_block += struct.pack('>I', start_addr)

# 读取点数: 2字节大端

data_block += struct.pack('>H', count)

# 数据长度 = 数据块长度 (不含帧头)

data_len = len(data_block)

header += struct.pack('>H', data_len)

return header + data_block

3. 解析响应帧

def parse_read_word_response(response):

"""

解析3E帧响应,返回字列表(小端)

"""

if len(response) < 17:

raise ValueError("响应帧太短")

# 检查结束代码 (第11-12字节,大端)

end_code = struct.unpack_from('>H', response, 10)[0] # 偏移10? 注意: 结束代码在第11~12字节(下标10~11)

if end_code != 0:

raise Exception(f"PLC返回错误代码: 0x{end_code:04X}")

# 数据长度 (第15-16字节)

data_len = struct.unpack_from('>H', response, 14)[0]

# 数据区从17字节开始

data = response[17:17+data_len]

# 每个字2字节小端

words = []

for i in range(0, len(data), 2):

word = struct.unpack_from('<H', data, i)[0] # 小端!

words.append(word)

return words

4. 主通信函数

def read_plc_registers(ip, start_addr, count, port=2000, timeout=3):

"""

ip: PLC IP地址

start_addr: 起始D地址 (如100)

count: 字数

"""

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

s.settimeout(timeout)

try:

s.connect((ip, port))

request = make_read_word_request(start_addr, count)

s.sendall(request)

# 先接收帧头 (17字节)

header = b''

while len(header) < 17:

chunk = s.recv(17 - len(header))

if not chunk:

raise ConnectionError("连接断开")

header += chunk

# 读取数据长度 (帧头第15-16字节)

data_len = struct.unpack_from('>H', header, 14)[0]

# 接收剩余数据

data = b''

while len(data) < data_len:

chunk = s.recv(data_len - len(data))

if not chunk:

raise ConnectionError("读取数据中断")

data += chunk

full_response = header + data

return parse_read_word_response(full_response)

finally:

s.close()

5. 使用示例

if __name__ == '__main__':

values = read_plc_registers('192.168.1.100', 100, 10)

print("D100~D109:", values)

注释说明

:

  • ●struct.pack('>H', ...) 表示大端无符号短整型(2字节)  
  • ●struct.unpack_from(' 小端读取数据区的字  
  • ●帧头接收必须严格17字节,否则解析偏移全错

4. 数据存储:从采集到持久化,我踩过两个存储坑

4.1 直接存CSV?小心并发写入导致数据丢失

_知识点_

:工业现场采集频率可能是每秒一次,如果用普通

open

直接追加CSV,遇到断电或文件锁会丢数据。

推荐方案

:用SQLite本地缓存,每小时归档一次CSV。或者用Python的

csv

模块配合

buffer

刷新。

import csv

import sqlite3

import datetime

SQLite示例: 创建表并批量插入

def create_db():

conn = sqlite3.connect('plc_data.db')

c = conn.cursor()

c.execute('''CREATE TABLE IF NOT EXISTS registers (

timestamp TEXT,

start_addr INTEGER,

values TEXT

)''')

conn.commit()

conn.close()

def insert_data(start_addr, values):

conn = sqlite3.connect('plc_data.db')

c = conn.cursor()

now = datetime.datetime.now().isoformat()

# values转为逗号分隔字符串

val_str = ','.join(str(v) for v in values)

c.execute("INSERT INTO registers VALUES (?,?,?)", (now, start_addr, val_str))

conn.commit()

conn.close()

对比

:CSV直接追加没有事务,SQLite能保证单次写入的完整性。

4.2 存储频率 vs PLC响应时间:不要每1ms发一次请求

我刚开始写了个死循环while True: read(); sleep(0.001),结果PLC网络拥堵,响应超时。实际经验:R系列处理MC请求大约需要2-5ms,加上网络延迟,合理频率是100ms~1s一次(根据需求)。如果200个点一次读取,响应约400字节,频率可更高。

参数表

(实测R08CPU,默认配置):

采集点数单次请求时间(ms)建议最小间隔(ms)
1个字2~310
10个字3~420
100个字5~850
500个字12~20100

5. 结尾:你的检查清单

3个必须带走的知识点

:

  1. 1.MC协议二进制3E帧的帧头格式:子头(0x5000) + 网络+PLC+IO+CPU + 命令(0x0401) + 子命令(0x0000) + 数据长度。
  2. 2.数据区软元件编码:D是0x00A8大端,地址4字节大端,响应数据小端——记得区分字节序。
  3. 3.接收响应要循环读取:先用17字节帧头解析数据长度,再读剩余数据,不要假定recv一次收完。
行动指令

:

  • ●把上面代码拷贝到你的Python环境,改一下IP和地址,先读10个D寄存器测试。
  • ●用Wireshark抓包对比你的请求帧和手册示例,确认每个字节正确(特别是数据长度字段)。
  • ●如果遇到错误代码,查三菱手册“结束代码”表,最常见的是0xC051(命令不支持)和0xC054(地址错误)。

我在佛山那个项目最后跑了半年,Python采集程序从未崩溃。现在你可以放心写代码了——记住,MC协议不难,难的是手册里那些隐晦的字节序。你踩过的坑,大部分我都替你填过了。

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KEYWORDS

PLC, plc, MELSEC, 三菱, 函数

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