plc怎么识别json文件

PLC与JSON的握手：工业自动化中数据解析新实践**

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，长期以来主要处理的是结构相对固定的I/O信号、简单的位状态或数值，随着工业4.0、工业物联网（IIoT）以及智能制造的推进，PLC需要处理的数据类型日益复杂和多样化，JSON（JavaScript Object Notation）格式因其轻量、易读、结构灵活的特性，在数据交换领域得到了广泛应用，传统上以“顺序扫描”和“逻辑运算”见长的PLC，如何识别和处理JSON文件呢？这涉及到PLC能力的拓展与外部技术的协同。

PLC直接识别JSON的挑战

传统PLC的编程环境（如梯形图、功能块图）和数据处理能力，主要针对简单的变量、数组和结构化数据（如IEC 61131-3中的STRUCT），直接解析JSON这种文本格式,对PLC而言存在诸多挑战：

计算资源限制：PLC通常配备低功耗CPU和有限的内存，运行复杂的文本解析算法（如JSON解析器）可能会超出其处理能力,影响实时控制性能。
编程语言限制：主流PLC编程语言并非为文本处理设计，缺乏内置的、高效的JSON解析库或函数。
文件访问机制：传统PLC通常不直接操作文件系统，如读取本地存储的.json文件，它们更多地通过I/O模块与外部设备通信。
实时性要求：工业控制对实时性要求极高,复杂的文本解析可能导致控制延迟。

PLC“识别”JSON文件，往往并非PLC独立完成，而是依赖于特定的硬件模块、软件支持或系统架构设计。

PLC识别JSON文件的实现途径

尽管存在挑战，但在实际应用中，PLC与JSON的结合需求日益迫切,以下是几种常见的实现途径：

通过边缘计算网关或通信模块预处理 这是最常见和高效的方式之一，在PLC的上层或旁边部署边缘计算网关、工业PC（IPC）或支持高级协议的通信模块。
- 流程：
  1. 数据源（如数据库、Web API、其他设备）将JSON文件发送到边缘网关或IPC。
  2. 网关/IPC运行具备强大解析能力的脚本（如Python、Node.js）或程序，解析JSON文件,提取所需的数据。
  3. 解析后的数据被转换为PLC能够理解的格式（如Modbus TCP/RTU、OPC UA、Profinet等协议下的变量或数据块）。
  4. PLC通过通信接口接收这些预处理后的数据,并进行后续的逻辑控制。
- 优点：减轻PLC负担，利用外部设备的强大计算能力,灵活性好。
- 缺点：增加了系统复杂性和成本,需要额外的硬件和软件配置。
PLC集成高级语言或脚本引擎 部分新型PLC或PLC扩展模块开始支持集成高级编程语言（如Python、Lua）或脚本引擎。
- 流程：
  1. 在PLC中运行脚本程序,该程序具备文件读取和JSON解析功能。
  2. 脚本从指定位置（如PLC的SD卡、网络共享目录）读取JSON文件。
  3. 使用脚本内置或导入的JSON解析库（如Python的json库）解析文件内容。
  4. 将解析后的数据赋值给PLC的变量或数据区,供主程序使用。
- 优点：一体化解决方案，减少外部依赖,适用于对实时性要求稍低的数据处理任务。
- 缺点：对PLC的性能要求较高,脚本执行可能影响PLC主循环的实时性。
支持特定协议的PLC直接接收JSON数据 一些现代PLC，尤其是面向工业物联网应用的PLC,开始直接支持或通过模块支持能传输JSON数据的工业协议。
- 例如：
  - OPC UA：OPC UA支持复杂的数据结构，JSON可以作为其传输数据的一种编码格式（虽然Binary编码更高效），PLC作为OPC UA客户端或服务器,可以接收或发送包含JSON格式负载的消息。
  - MQTT：MQTT协议轻量级，适合物联网，其消息载荷可以是JSON格式，PLC若集成MQTT客户端，可以直接订阅包含JSON数据的主题，并尝试解析（如果PLC自身支持或通过内部脚本）。
- 流程：外部设备将JSON数据通过OPC UA或MQTT等协议发送给PLC，PLC若能直接解析协议中的JSON载荷，则直接提取数据；否则,仍需借助内部脚本或外部预处理。
- 优点：标准化，直接集成,适用于IIoT场景。
- 缺点：需要PLC和外部设备都支持相关协议及其JSON编码能力。
PLC厂商提供的专用工具或库 一些PLC厂商会为自家产品提供专门的工具或库来简化与JSON等数据格式的交互。
- 例如：提供可以调用系统函数或FB（功能块）来读取HTTP/HTTPS响应并解析JSON数据的功能，或者提供与特定云平台集成的解决方案，云平台将JSON数据推送给PLC,PLC通过厂商提供的库进行解析。
- 优点：针对性强，集成度高,可能得到厂商技术支持。
- 缺点：依赖特定厂商的产品和生态系统,通用性较差。

实际应用场景举例

配置参数下发：上位机或云平台生成包含设备参数、配方等信息的JSON文件，通过网关发送给PLC，PLC解析后更新内部配置,无需人工手动输入。
数据采集与上报：PLC采集生产数据（如温度、压力、产量），将其打包成JSON格式,通过网关上传到MES系统或云平台进行分析。
与Web服务交互：PLC需要从Web API获取实时信息（如气象数据、订单信息），通过网关调用API并解析返回的JSON数据,用于生产决策。
HMI数据交互：高级HMI可以直接生成或显示JSON格式的数据,与PLC进行更复杂的数据交换。

总结与展望

PLC识别JSON文件，并非PLC“一力承担”所有任务，而是通过“PLC+外部智能”或“PLC+高级功能”的协同方式实现的，边缘计算网关的预处理是目前的主流方案，它充分利用了外部设备的计算能力，保证了PLC的实时控制性能，随着PLC自身计算能力的提升、操作系统功能的增强（如Linux-based PLC），以及工业协议对复杂数据支持的完善,PLC直接解析JSON的能力将会越来越普及。

随着工业自动化的不断深化和IT/OT融合的加速，PLC与JSON等标准化数据格式的交互将更加紧密和便捷，为构建更智能、更灵活、更开放的工业控制系统提供有力支撑，对于工程师而言，理解这些实现途径，并根据具体项目需求选择合适的方案,将是提升系统效能和扩展性的关键。