2. 联动系统总体架构设计

视觉检测结果与PLC判定联动的工程落地，第一步不是写程序，而是把系统的层级关系和数据流规划清楚。很多现场调试反复返工，根源往往在于架构阶段没有明确“谁负责什么、数据从哪里来、到哪里去、以什么形式交接”。本节围绕视觉相机、光源、工控机、PLC、执行机构和通信网络六个对象，梳理一套可复用的总体架构设计方法。

一、六个对象的职责边界

联动系统可以按“感知层—处理层—控制层—执行层”四层理解，通信网络贯穿其中。

• 感知层：视觉相机负责采集图像，光源负责提供稳定照明。二者共同决定图像质量，是后续判定的物理基础。相机输出的是图像数据，光源输出的是光，二者不直接参与逻辑判定。
• 处理层：工控机运行视觉软件，完成图像处理、特征提取、缺陷判定，输出结构化的检测结果（如OK/NG、缺陷类型、坐标、置信度）。工控机是“视觉结论”的产生者，但不直接驱动执行机构。
• 控制层：PLC接收工控机的检测结果，结合传感器信号（如到位、编码器、急停），按工艺逻辑决定是否触发剔除、分拣、报警或放行。PLC是“动作决策”的产生者。
• 执行层：执行机构包括气缸、电磁阀、伺服、剔除吹嘴、分拣机械手等，由PLC的DO输出或总线指令驱动，完成物理动作。
• 通信网络：连接工控机与PLC、PLC与执行机构、相机与工控机，常见形式有以太网TCP/IP、Profinet、EtherCAT、Modbus TCP、串口RS-232/485，以及硬线I/O。

职责边界的核心原则是：视觉只做判定，PLC只做决策，执行机构只做动作。任何一方越界，都会导致系统耦合过重、故障定位困难。

二、层级关系与数据流规划

从数据流角度看，系统存在三条主要链路：图像链路、结果链路和控制链路。图像链路是相机→工控机，数据量大、实时性要求高，通常走GigE Vision或USB3 Vision；结果链路是工控机→PLC，数据量小但要求确定性，通常走TCP/IP或Profinet；控制链路是PLC→执行机构，要求毫秒级响应，通常走硬线DO或EtherCAT。

规划数据流时，需要明确四个关键参数：触发方式、传输周期、数据格式、超时处理。例如，相机由PLC的编码器信号触发，工控机在收到图像后50ms内完成判定并通过TCP发送结果，PLC在100ms内读取结果并决定是否在下一个工位触发剔除。若超时未收到结果，PLC应默认按NG处理或报警，而不是放行。

三、通信方式的选择依据

通信网络的选择不是越先进越好，而是匹配数据特性和实时性要求。图像数据带宽大，优先选GigE Vision；检测结果数据量小但要求可靠，TCP/IP足够；执行机构要求确定性响应，硬线DO或EtherCAT更合适。如果工控机与PLC之间需要交换大量状态字和参数，Profinet或EtherCAT的周期通信比TCP更稳定。

一个常见的误区是：把相机直接接到PLC，让PLC做图像处理。这在简单定位场景可行，但复杂缺陷检测会严重受限。正确做法是相机接工控机，工控机把“结论”交给PLC，而不是把“原始数据”交给PLC。

四、数据流规划的四个关键约定

为了让联动稳定，建议在架构阶段就约定以下四点：

1. 触发约定：谁触发相机？通常是PLC收到到位传感器信号后，通过输出点或总线触发相机。触发信号同时送给光源控制器，保证拍照瞬间光照一致。
2. 结果格式约定：工控机发给PLC的结果建议用固定长度结构，例如“状态字+缺陷码+坐标X+坐标Y+置信度”。状态字用0表示OK、1表示NG、2表示超时、3表示通信故障。
3. 时序约定：从触发到结果送达PLC的最大允许时间，必须小于工件从检测工位到剔除工位的运动时间。例如传送带速度0.5m/s，两工位间距0.3m，则可用时间约600ms，结果链路必须留足余量。
4. 异常约定：通信中断、结果超时、相机掉线时，PLC应进入安全状态。通常默认按NG处理并报警，而不是放行，避免不良品流出。

五、一个可参考的接口约定示例

以下是一份简化的接口约定示例，用于说明架构阶段需要明确到什么粒度。参数为教学示例，实际项目需根据节拍和工艺调整。

这张表的价值在于：它把“架构”从抽象框图变成了可执行的约定。视觉工程师按此封装结果，PLC工程师按此解析数据，电气工程师按此接线，三方并行开发而不互相等待。

六、架构设计中的常见问题

第一，层级混淆：让工控机直接驱动执行机构，绕过PLC。短期看似省事，但安全回路、急停、互锁难以统一管理，后期维护成本高。第二，数据流方向不清：相机触发信号和结果信号混用同一通道，导致时序冲突。第三，超时处理缺失：通信偶尔延迟时PLC一直等待，产线停摆。第四，光源与相机不同步：图像亮度波动，判定阈值频繁漂移。

解决这些问题的根本方法，是在架构阶段就把“谁触发、谁处理、谁决策、谁执行、超时怎么办”五个问题回答清楚，并落实到接口约定表中。架构清晰之后，后续的PLC程序、视觉配方、通信配置才有稳定的依据。