前言

PLC正獲得信息技術（IT）的功能，可以直接與互聯網交互，從而為新的自動化和信息系統創造更多可能性。

幾十年來，可編程邏輯控制器（PLC）的特徵定義都是圍繞在可靠、快速地解決工業自動化邏輯問題上。這些基本原則在今天仍然有效，但這並不意味著最終用戶只應關注這些功能。現在，PLC 已獲得更多高級功能， 其中一些功能有助於解決最終用戶的應用問 題。

傳統的PLC受到來自有線輸入 / 輸出（I/O）點和聯網智能設備所提供可用信息的限制。但在互聯網上，存在大量信息可資利用，最終用戶可以通過網頁瀏覽器和應用程序來獲取、利用這些信息。許多網站都提供用編程來傳遞信息的方法，這就是PLC如何獲取數據並將其付諸實踐的方式。

為什麼需要連接互聯網？

但是，為什麼PLC需要連接到互聯網呢？原因之一是許多常見的應用程序需要了解當前環境的天氣情況。例如，灌溉或冷卻塔自動化系統，可以獲取實時和預測的溫度和局部降水值，以調整運營活動。

另一個例子是太陽能設備，該設備從某些網站獲取方位角和高度信息，並使用其來優化 太陽能電池板的對準方式。從網站獲得的信息， 可能不直接參與控制活動，但對運營商可能有用。電線生產商可以每日從證券交易所網站獲取銅商品的價格，以幫助在人機界面（HMI）上顯示近乎實時的利潤率。

為了以這種方式連接到互聯網，PLC需要使用工具來訪問超文本傳輸協議（HTTP）和處理 JavaScript 對象符號（JSON）。具有這些指令的 PLC，可以使用適當的應用程序 接口（API）啟動與網站的通信，從網站接收 數據，並將數據解析為所需的信息。

使用瀏覽器瀏覽互聯網時需要哪些操作？首先，在瀏覽器地址欄中，鍵入到達特定網站所需的字符串，我們稱之為統一資源定位符（URL），它指向特定的域和網頁。在瀏覽器中鍵入URL會生成對網頁服務器的 HTTP 請求，並且 HTTP響應用於填充瀏覽器的顯示。HTTP請求和響應，是易於理解的輕量級文本文件，易於軟件創建和解析。這就是人類使用瀏覽器與互聯網網站進行交互的方式，但是PLC的過程略有不同。

瞭解應用程序接口

許多網站都提供 API 定義，PLC可以使用它們來交換某些數據。PLC社區更感興趣的是提供可能對自動化機器、設備和系統有用的那種硬數據的站點。當然，PLC必須具有出站訪問互聯網的權限，才能與提供 API 的站點連接。信息可能包括當前和未來的天氣狀況、太陽的位置、商品或能源的當前價格或許多其它可能相關的數據。

互聯網搜索將指出哪些網站提供訪問所需信息的 API。一些 API允許免費訪問，而另一些API 則限制用戶每天訪問的次數。提供更具價值信息的提供商，則可能會收取一定的訂閱費。

當PLC或其它軟件，按照定義的格式發起 HTTP 請求時，網站將返回 JSON 格式的響應。用戶可以解析此響應以獲得特定數據。

在嘗試將PLC與網站人機界面連接或任何形式的低層級以太網通信時，應為程序員配備一些有用的工具。一種是開源的 Wireshark，它將公開HTTP請求和響應數據 包。另一個是文本編輯器，可以方便地查看 JSON 響應。任何文本編輯器都可以，但是有許多免費的編輯器，能夠提供增強顯示的 JSON 格式內容以簡化工作。

使用 JSON 文件開展工作

JSON響應以緊湊的ASCII 字符串形式接收，對於工作人員而言，以原始格式閱讀並不容易（圖1）。使用兼容的文本編輯器查看JSON 字符串，可以展示 JSON 文件中信息對象的分層和嵌套性質（圖 2）。

圖 1 ：典 型 的 JSON 數 據 有 效 負 載， 需 要 進 行 分 析 才 能 提 取 所 需 的 數 據。

本 文 圖 片 來 源 ：Automation Direct

圖 2 ：此 高 亮 顯 示 的JSON 示例，展示了信息的分層性質，其中包含可供軟件解析的人類可讀數據。

感興趣的信息通常向下嵌套幾層，必須系統地解析和提取。在圖2的示例中，從第0層開始，然後進入第1層的“溫度”對象， 接著進入第2層的“英制單位”對象，最後獲得華氏溫度的“值”為 44。

每個 PLC 都不同，但是任何PLC都需要支持一些通用的基本功能，例如 HTTP 請求和 JSON 響應解析。

1 第一步

PLC 設備必須在工廠網絡上配置以太網端口，並帶有適用的默認網關、域名系統（DNS）、IP地址和子網掩碼。同樣，用於此目的的以太網端口必須能夠通過現場網絡 連接到因特網。

2 第二步

PLC設備必須可配置為充當傳輸控制協議（TCP）的客戶端。這相當於在 PLC中打開邏輯通道，因此 HTTP 指令可以通過以太網端口，發起網站 API 請求。

3 第三步

PLC 編程必須具有用於定義目標 API 服務器名稱（URL）和其它詳細信息的 HTTP 指令（圖 3）。此配置包括請求字符串以及響應信息應放置的位置。

圖 3 ：HTTP 指令使 PLC 可以發起對互聯網網站 API 的請求，從而獲取所需的數據。

4 最後

PLC 編程軟件必須具有可識別 JSON 的指令，該指令可以解析對象的各個分層，以獲得所需的數據（圖4）。由於 JSON 中的嵌套層，此解析操作可能需要執行數個步驟。

圖 4 ：需要一個解析指令以便 PLC 可以挖掘 JSON 數據有效負載中的對象層，並提取所需的信息。

通過互聯網檢查溫度

一種常見的應用程序，可以提供良好的概念驗證，它使用PLC與天氣網站聯繫，以確定當前或預測的本地溫度。在此示例中，已通過具有必要指令（HTTP 指令和 JSON 解析）的設計軟件對 PLC 進行配置。

例如，AccuWeather 網站上，在“API 參考” 標籤下，提供了具有許多詳細信息的API。用戶應始終向目標網站諮詢有關注冊、創建應用程序、費用和其它技術細節或限制的信息。創建應用程序時，將提供用戶專用的 API 密鑰， 這對於啟動 HTTP 通信是必需的。該用戶 API 密鑰有點像授權通信的密碼。

該API 提供了許多獲取數據的方法。例如， 如果 PLC 在大城市中，則可以在此基礎上實 現一步獲得溫度。為了獲得更高的準確性，用 戶可以選擇緯度 / 經度，甚至郵遞區號來查找位置鍵，該位置鍵用於調用其它 API 方法。對於此示例，我們將使用後一種方法。

搜索參考位置部分，將顯示“郵政編碼搜索”的“獲取”方法，顯示所有有效參數並允許用戶構建有效的 HTTP 請求字符串。該工具還可用於執行請求並查看響應消息和有效載荷 （JSON 數據）的外觀。遵循 API 規則，“鍵” 值包含所需的位置鍵。

接下來，搜索參考的“當前條件”部分， 將顯示“當前條件”的“獲取”方法。如果使 用用戶的 API 密鑰和新的位置密鑰來執行此方法，則將獲得另一個包含溫度的響應。在開發過程中，可以通過這種方式使用 AccuWeather 網站來搜索通訊選項。在實際運行時，將 PLC 配置為可以發出帶有正確請求字符串的 HTTP 命令。收到每個響應時，PLC 需要將數據放入字符串變量中，然後發出連續的 JSON 解析指令，以向下挖掘所需的數據。

保證網絡的安全性

使 PLC 能夠與互聯網連接，這開啟了無限可能性，但也帶來了一些問題。用戶必須確保，在工業設備連接到互聯網的任何時間點上，都能保證網絡的安全性。同樣，最終應用程序必須足夠強大，以承受任何形式的互聯網中斷。

對於本文中的示例應用程序，安裝本地溫度變送器可能會更好地為最終用戶服務。但是，互聯網提供了大量有用的信息，而這些信息無法在本地進行檢測。稍加思考和一些額外的編程工作，用戶就可以利用基於 PLC 的 HTTP 和 JSON 指令，為應用程序添加新的功能。

關鍵概念 ：

■ PLC 可連接到互聯網，以為用戶收集有用的實時信息。

■將 PLC 連接到互聯網需要對互聯網如何運行和共享信息有基本的瞭解。

■互聯網可以增加價值， 但 是 將 PLC 連接到互聯網的用戶，需要注意網絡安全問題。

思考一下 ：

將 PLC 連接到互聯網，如何使您的公司受益？歡迎在文後留言。

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本文來自於《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2020年01-02月刊《封面故事》欄目，原標題為：將 PLC 連接到互聯網的好處

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