3. 搭建PLC仿真与采集实验环境
在正式连接矿山现场PLC之前，先在本地搭建一套可重复、可回滚的仿真采集环境，是降低调试风险最有效的手段。本节的目标不是"跑通一个软件"，而是构造一个信号可控、地址明确、读写可验证的最小闭环：由仿真端产生矿山设备信号，由采集端按协议读取，再通过写入回环确认链路双向可用。只有这个闭环稳定，后续接入InfluxDB的时序写入才有可信的数据源。
一、先确定仿真对象与信号清单
矿山PLC采集的典型信号可分为三类：开关量（设备启停、跑偏、急停、闸门到位）、模拟量（皮带电机电流、泵站压力、风机振动、料仓料位）和累计量（班产量、运行小时数）。搭建仿真环境时，不必一次覆盖全部点位，建议先选一条皮带运输线作为最小对象，把信号清单固化为地址表，后续所有配置都以该表为准。
| 信号名 | 类型 | 仿真地址 | 量程/取值 | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| 皮带运行状态 | BOOL | M0.0 | 0/1 | 启停判断 |
| 急停信号 | BOOL | M0.1 | 0/1 | 安全联锁 |
| 皮带电机电流 | INT | MW10 | 0～500 A（×10） | 负载监测 |
| 泵站压力 | INT | MW12 | 0～100（×0.01 MPa） | 液压系统 |
| 料仓料位 | INT | MW14 | 0～100 % | 库存管理 |
| 班产量累计 | DINT | MD20 | 0～999999 t | 产量统计 |
表中量程采用"整数放大"约定：电流实际值 = 寄存器值 ÷ 10，压力实际值 = 寄存器值 × 0.01。这一约定必须在采集端解析时保持一致，否则后续InfluxDB中存储的字段值会出现10倍或100倍偏差，且难以追溯。
二、两条仿真路线及其选择
若后续采集走S7协议（S7-1200/1500），优先使用 PLCSIM Advanced。它提供虚拟网卡与真实IP，支持S7通信和PUT/GET，采集程序无需改动即可指向仿真实例。关键配置是：在实例创建时选择"Virtual Eth. Adapter"，为虚拟PLC分配与采集主机同网段的IP（例如采集机 192.168.0.10/24，虚拟PLC 192.168.0.20/24），并在TIA Portal中把该实例设为下载目标，将包含上述M区的程序块下载进去。
若现场设备以Modbus RTU/TCP为主，或只需验证寄存器读写逻辑，则使用 Modbus Slave 更轻量。它把PC模拟为从站，直接编辑保持寄存器与线圈的值。配置要点：连接方式选 Modbus TCP，监听端口 502；Slave ID 设为 1；在寄存器表格中按地址表建立 40001 起（对应MW10）、40003 起（MW12）等映射，并把显示格式设为 Signed。注意 Modbus 的寄存器地址是"1 基"的，而多数采集库使用"0 基"偏移，配置时需确认偏移量，避免整体错位一个寄存器。
三、网络与采集端配置
网络配置的核心是"三段可达"：采集主机能 ping 通仿真PLC；仿真PLC的防火墙或保护设置允许该协议访问；采集程序使用的端口未被占用。对 PLCSIM Advanced，还需在虚拟网卡上确认已获取IP，并在 TIA Portal 中关闭"仅允许PUT/GET通信访问"的阻止选项（若使用PUT/GET）。对 Modbus Slave，确认 502 端口处于监听状态，可用 netstat -an | findstr 502 检查。
采集端建议先用最小脚本验证，而不是直接上完整采集服务。以 Python 的 snap7 读取 S7 为例：
import snap7
plc = snap7.client.Client()
plc.connect('192.168.0.20', 0, 1) # IP, rack, slot
print(plc.get_connected())
db = plc.read_area(snap7.types.Areas.MK, 0, 0, 24) # 读M区前24字节
print(list(db))
plc.write_area(snap7.types.Areas.MK, 0, 0, bytes([1])) # M0.0 置1
plc.disconnect()Modbus TCP 侧可用 pymodbus 读取保持寄存器：
from pymodbus.client import ModbusTcpClient
c = ModbusTcpClient('127.0.0.1', port=502)
c.connect()
r = c.read_holding_registers(address=9, count=3, slave=1) # MW10起3个寄存器
print(r.registers) # 例：[3200, 4520, 68]
c.write_register(address=9, value=3500, slave=1)
c.close()示例返回值 [3200, 4520, 68] 为假设数据，按前述约定解析即电流 320.0 A、压力 45.20 MPa、料位 68%。这一步的意义在于：先确认"读到的数"与"仿真端设定的数"一致，再谈存储。
四、读写回环验证与结果判读
验证应覆盖三个层次：连通性（能否建立会话）、读一致性（读值与仿真设定一致）、写回环（写入后能在仿真端观察到变化，再读回确认）。写回环尤其重要，它证明链路是双向的，也验证了地址偏移与数据类型没有错位。下图给出该实验环境的信号链与验证路径。
判读时重点关注三类异常。其一是地址偏移错位：读到的电流值恰好等于压力设定值，说明整体偏移了一个寄存器，应检查 0 基/1 基换算。其二是数据类型不符：INT 被按无符号解析，负值或大值会变成异常大数，需在采集端显式声明 Signed。其三是字节序问题：DINT 累计量出现高低字颠倒，读出的产量远大于设定，应在解析时做字交换。这三类问题在仿真环境中暴露成本极低，一旦带到现场则往往需要停机排查。