前言

众所周知，在工业自动化控制系统中，上位机与PLC（可编程逻辑控制器）之间的通信是实现自动化生产的关键环节之一。为了确保通信的稳定性和可靠性，工程师们采用了一种被称为“心跳”的机制，它在通信过程中起到了监测和维护连接状态的重要作用。

心跳机制

在上位机与PLC的通信中，心跳机制类似于人体的心跳，是系统保持正常运行的关键指标之一。这种机制通过定期发送数据包或信号来检测通信链路的健康状况。如果上位机在规定的时间内没有收到PLC的心跳信号，系统可以判定通信链路出现了故障或断开，进而采取相应的应对措施，如重新建立连接或发出报警信息。

心跳机制的重要性主要体现在以下几个方面：

1、故障检测与及时处理： 心跳机制可以及时发现通信故障，确保工业生产系统在发生问题时能够迅速做出反应。这有助于降低因通信故障引起的生产中断和损失。

2、连接状态监控： 通过心跳机制，上位机与PLC能够实时监测连接状态。这对于大规模工业自动化系统来说至关重要，因为这些系统通常包含多个PLC，它们之间的稳定连接是系统正常运行的前提。

3、提高系统可靠性： 心跳机制的引入提高了整个自动化系统的可靠性。即使在恶劣的工业环境下，通过合理设置心跳周期和监测机制，可以有效防止通信因干扰或噪声而受到影响。

实现思路

心跳机制的目的，是为了上位机或PLC能够实时监测连接状态。

首先要明白我们是为了让上位机知道连接状态还是让PLC知道连接状态。

如果我们想让上位机知道连接状态，那么PLC需要定时给某个地址一个变化的值，上位机通过检测这个值是否发生变化，来判断连接是否正常。

但是在实际应用中，我们写上位机时很多时候是不需要这么做的，因为大部分情况下，上位机本身就是实时通信的，也就是说它会不断地给PLC发送请求指令，因此上位机是很容易通过响应的报文来知道连接是否正常，因为心跳的本质仍然是数据交互。

如果我们想让PLC知道连接状态，那么上位机就必须定时给某个地址写不同的值，这样PLC就可以通过检测这个地址值是否发生变化，来判断连接是否正常。

实现过程

有了以上思路之后，我们看下具体如何实现：

1、定义心跳信号格式： 工程师需要定义一种特定的数据格式作为心跳信号，确保在通信中能够准确地识别和处理这一信号，以下是常用的方法：

上位机或PLC定时给某个整数地址写一个变化的值，比如当前时间的秒。

上位机或PLC定时给某个整数地址的值进行加1写入，需要先读取再写入。

上位机或PLC定时给某个布尔地址的值进行取反写入，然后检测变化。

2、设置心跳周期：工程师需要确定心跳信号的发送周期，即多长时间发送一次心跳信号。这个周期的选择取决于系统的实际需求和性能要求，一般来说，周期较短可以更及时地检测到故障，但也会增加通信负担。

3、PLC心跳程序编写：在PLC的程序中，需要编写相应的逻辑来生成和发送心跳信号，如果需要检测，可以采用接通延时定时器，检测值的变化，如果在规定的时间内未收到心跳信号，系统应该及时发出警告或采取措施。

4、上位机心跳监测程序： 上位机也需要定时写入数值，同时编写相应的程序来监测从PLC接收到的心跳信号。如果在规定的时间内未收到心跳信号，系统应该及时发出警告或采取措施。

5、优化和调试： 在实际应用中，工程师需要对心跳机制进行优化和调试。这包括调整心跳周期、监测时限等参数，以适应不同的工业环境和通信需求。