C#上位机对接西门子PLC（S7-1200/1500/300/400）实战指南与常见错误解析

10 个高频错误逐一拆解（含代码修复）

错误 1：PLC 型号/机架/槽位配置错误（连接失败最常见原因）

现象
Plc.Open() 抛出 'No connection could be made because the target machine actively refused it' 或长时间超时。

根因

• S7-1200/1500 默认机架=0，槽位=0 或 1（视固件版本）
• S7-300/400 机架通常为 0，槽位为 2（CPU实际插槽）
• 配置错误 → PLC拒绝连接（端口 102被防火墙或配置阻断）

正确配置表（2025年主流固件）

解决方案

• 在 TIA Portal 中查看'设备配置 → 硬件目录 → CPU属性 → 常规 → 槽位号'
• 连接前先 Ping 通 IP，确认端口 102开放（telnet ip 102）

修复代码（自动检测机架/槽位）

public async Task<bool> TryConnectWithAutoRackSlotAsync()
{
    var possibleConfigs = new[]
    {
        (CpuType.S71200, (short)0, (short)0),
        (CpuType.S71200, (short)0, (short)1),
        (CpuType.S71500, (short)0, (short)0),
        (CpuType.S71500, (short)0, (short)1),
        (CpuType.S7300, (short)0, (short)2),
        (CpuType.S7400, (short)0, (short)2)
    };

    foreach (var (cpu, rack, slot) in possibleConfigs)
    {
        _plc?.Dispose();
        _plc = new Plc(cpu, _ip, rack, slot);
        var result = await _plc.OpenAsync();
        if (result == ErrorCode.NoError)
        {
            _logger?.LogInformation("Auto connected: {Cpu} Rack{Rack} Slot{Slot}", cpu, rack, slot);
            return true;
        }
    }

    _logger?.LogError("All auto config attempts failed for {Ip}", _ip);
    return false;
}

错误 2：连接成功但读写始终返回 ErrorCode.ConnectionError 或 Null

现象
Plc.Read() / Write() 返回 ErrorCode.ConnectionError 或结果为 null。

根因

• PLC处于STOP模式
• 访问的DB块不存在或未下载
• DB块保护（写保护/读保护）
• 地址越界（超出DB大小）

解决方案

1. 确保 PLC 在 RUN 模式（TIA Portal → CPU → RUN）
2. 确认 DB 块已下载且未设置访问保护
3. 使用 Plc.ReadClass 或 Plc.ReadStruct 更安全

修复代码（安全读取 DB 浮点数）

public async Task<float?> SafeReadRealFromDBAsync(int dbNumber, int startByte)
{
    if (!IsConnected && !await ConnectAsync()) return null;
    try
    {
        var result = await _plc.ReadAsync(DataType.DataBlock, dbNumber, startByte, VarType.Real, 1);
        if (result == null || result.Length == 0)
        {
            _logger?.LogWarning("Read returned null or empty: DB{db}.DBD{byte}", dbNumber, startByte);
            return null;
        }
        return (float)result[0];
    }
    catch (PlcException ex)
    {
        _logger?.LogError(ex, "PLC read exception: DB{db}.DBD{byte} - {Error}", dbNumber, startByte, ex.ErrorCode);
        return null;
    }
}

错误 3：批量读写时部分成功部分失败（数据错乱）

现象
读取多个变量时，前几个正确，后几个为 0 或随机值。

根因

• 一次性读取字节数超过 PLC 限制（S7-1200/1500单次最大约 480 字节）
• 地址未按 4 字节对齐（Real/Double类型必须从偶数字节开始）

解决方案

• 分批读取（每批<400 字节）
• 确保地址对齐（Real从 0、4、8…开始）

修复代码（分批读取多个变量）

public async Task<Dictionary<string, object>> BatchReadVariablesAsync(IEnumerable<(string Name, DataType Type, int Db, int Start)> variables)
{
    var results = new Dictionary<string, object>();
    const int maxBytesPerRead = 400;
    var grouped = variables.GroupBy(v => v.Db).ToList();

    foreach (var group in grouped)
    {
        int db = group.Key;
        var sorted = group.OrderBy(v => v.Start).ToList();
        int currentStart = sorted[0].Start;
        int bytesToRead = sorted[^1].Start + GetVarSize(sorted[^1].Type) - currentStart;

        if (bytesToRead > maxBytesPerRead)
        {
            // 分批// ... 实现分段读取逻辑（略）
        }

        var data = await _plc.ReadAsync(DataType.DataBlock, db, currentStart, bytesToRead);
        if (data == null) continue;

        foreach (var v in sorted)
        {
            int offset = v.Start - currentStart;
            object value = v.Type switch
            {
                VarType.Real => BitConverter.ToSingle(data, offset),
                VarType.Int => BitConverter.ToInt16(data, offset),
                VarType.Bool => (data[offset / 8] & (1 << (offset % 8))) != 0,
                _ => null
            };
            results[v.Name] = value;
        }
    }
    return results;
}

错误 4~10（简要列出，含修复要点）

错误 4：写 DB 失败，返回 ErrorCode.WriteProtect
根因：DB 块设置为只读或未下载优化块
解决：TIA → DB 属性 → 取消'优化块访问'或'只读'

错误 5：读取 Bool 类型始终为 false
根因：地址未正确计算位偏移（offset是字节，位需 /8 + %8）
解决：使用 Plc.ReadBit() 或手动位运算

错误 6：长时间运行后连接断开
根因：PLC 会话超时或防火墙断开空闲连接
解决：实现心跳（每 30s 读一次系统时间）+自动重连

错误 7：多线程读写冲突崩溃
根因：S7.Net非线程安全
解决：使用 SemaphoreSlim 或单线程通道

错误 8：读取中文字符串乱码
根因：PLC 使用 Unicode（UTF-16），C#默认 UTF-8
解决：使用 Encoding.Unicode.GetString() 读取

错误 9：AOT发布后反射失败
根因：S7.Net部分代码使用反射
解决：使用最新版 S7.NetPlus（支持 AOT）或自定义无反射读取

错误 10：ARM64工控机上运行崩溃
根因：早期版本未编译 Arm64支持
解决：使用 .NET 8+ Arm64 AOT + 最新 S7.NetPlus

工业级最佳实践代码模板

public class SiemensPlcSafeClient : IDisposable
{
    private Plc _plc;
    private readonly SemaphoreSlim _lock = new(1, 1);
    private readonly AsyncRetryPolicy _reconnectPolicy;
    private readonly ILogger _logger;

    public SiemensPlcSafeClient(string ip, CpuType cpu, short rack, short slot, ILogger logger)
    {
        _logger = logger;
        _reconnectPolicy = Policy.Handle<Exception>().WaitAndRetryAsync(3, _ => TimeSpan.FromSeconds(2));
        _plc = new Plc(cpu, ip, rack, slot);
    }

    public async Task<T> SafeReadAsync<T>(Func<Plc, Task<T>> readAction)
    {
        await _lock.WaitAsync();
        try
        {
            if (!_plc.IsConnected) await _reconnectPolicy.ExecuteAsync(async () => await ConnectAsync());
            return await readAction(_plc);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            _logger.LogError(ex, "Safe read failed");
            throw;
        }
        finally
        {
            _lock.Release();
        }
    }

    private async Task ConnectAsync()
    {
        var result = await _plc.OpenAsync();
        if (result != ErrorCode.NoError) throw new Exception($"Connection failed: {result} - {_plc.LastErrorString}");
    }

    public void Dispose()
    {
        _plc?.Close();
        _plc?.Dispose();
        _lock?.Dispose();
    }
}

使用方式：

var client = new SiemensPlcSafeClient("192.168.0.1", CpuType.S71500, 0, 0, logger);
var power = await client.SafeReadAsync(async plc =>
{
    var result = await plc.ReadAsync(DataType.DataBlock, 100, 0, VarType.Real, 1);
    return (float)result[0];
});