基于PLC通信的USB转串口驱动缺失解决方案

当USB转串口驱动“罢工”时：用PLC搭建通信中继的实战思路

在一次深夜调试中，我面对着一台老旧工控机上不断弹出的提示：“usb-serial controller找不到驱动程序”。设备插上去毫无反应，系统日志里只留下一行冰冷的错误代码。而现场的流量计和温控仪正等着通过RS-485读取数据——偏偏这个关键环节卡死在了最基础的硬件识别上。

这不是个例。在工业自动化项目中，USB转串口适配器几乎是每个工程师工具箱里的标配。它让现代PC能与那些仍使用Modbus RTU、ASCII协议的老式仪表通信。但问题也随之而来：FTDI、CP210x、PL2303……不同芯片需要不同的驱动；Windows更新后签名失效；安全策略禁用第三方驱动；甚至杀毒软件误判拦截——任何一个环节出错，整条链路就断了。

更糟的是，在没有网络的封闭系统、无法联网下载驱动的产线环境中，你连“重装驱动”都做不到。

于是我们开始思考：

能不能干脆绕过这根脆弱的USB线？

答案是肯定的——只要你手边有一台正常运行的PLC。

为什么USB转串口总在关键时刻掉链子？

先别急着换线或刷固件，搞清楚问题出在哪一层。

芯片多样，生态割裂

市面上主流的USB转串口芯片来自几家厂商：

厂商	典型型号	驱动特点
FTDI	FT232RL, FT231X	官方驱动完善，但易被仿冒
Silicon Labs	CP2102N, CP2108	支持Windows自动安装
Prolific	PL2303TA	旧版驱动不兼容Win10/11

这些芯片虽然功能相似，但VID/PID各不相同。操作系统靠它们匹配驱动。一旦你的设备用了非标VID，或者系统启用了强制签名模式（如企业组策略），就会直接拒绝加载。

Linux倒是相对友好，内核自带ftdi_sio、pl2303等模块，多数情况下即插即用。但在工厂里，谁又能指望把HMI换成Linux呢？

即插即用背后的脆弱性

一个看似简单的“插入USB”动作，其实经历四个阶段：

枚举：主机读取设备描述符，获取VID/PID；
匹配：查找本地是否有对应驱动；
加载：将驱动绑定到设备；
创建COM口：向应用层暴露虚拟串口。

只要第二步失败——比如缺少数字签名、版本冲突、文件损坏——整个流程就中断。你会发现设备管理器里出现“未知设备”，却怎么也装不上驱动。

而且，很多工控环境压根不允许随意安装外部驱动。IT安全部门会说：“不准装未经认证的软件。”于是你只能干瞪眼。

换个思路：让PLC当“通信代理”

既然上位机自己搞不定串口，那就请个帮手。

假设你现在有一个通过以太网稳定连接的西门子S7-1200 PLC，它自带RS-485接口，并已接入现场的智能仪表。此时，即使你的笔记本电脑因为驱动问题无法直连设备，也可以走这样一条“迂回路线”：

[你的PC] →（以太网 + Profinet/OPC UA）→ [PLC] →（RS-485）→ [仪表]

换句话说：让PLC代替你去跑那条串行总线。

你不再需要本地有可用的COM端口，也不关心哪款USB转串口芯片好使。所有对串行设备的操作，都变成对PLC变量的读写请求。

这就叫“通信解耦”。

架构重构：三层系统的再利用

典型的工业控制系统本就是分层设计的：

[上位监控层] ——(Ethernet / OPC UA)——> [PLC控制层] ——(RS-485 / Modbus RTU)——> [现场设备层]

传统做法是上位机既要管HMI逻辑，又要直连某些串口设备。这就造成了两个痛点：

多种USB适配器混用导致驱动冲突；
移动调试时频繁插拔引发蓝屏或资源泄露。

但我们完全可以重新定义职责边界：

上位机只负责发指令，PLC负责执行底层通信。

这样一来，原本依赖本地串口的功能，现在变成了标准的数据交互服务。无论你在办公室还是车间，只要有网络权限，就能远程访问现场数据。

实战演示：用S7-1200转发Modbus命令

以下是一个基于TIA Portal平台的实际实现方案，使用SCL语言编写，适用于西门子S7系列PLC。

场景设定

现场有一台支持Modbus RTU的电表，地址为1，波特率9600，无校验；
PLC通过集成RS485端口连接该电表；
上位机通过Profinet访问PLC中的DB块获取数据；
USB转串口设备因驱动缺失不可用，故完全绕开。

核心代码（SCL）

// 主程序：MODBUS RTU 主站轮询 PROGRAM PLC_PRG VAR // Modbus客户端功能块 mbClient : MODBUS_CLIENT; // 控制参数 bTriggerRead : BOOL := FALSE; // 触发读取标志 nSlaveAddr : BYTE := 1; // 从站地址 nFuncCode : BYTE := 3; // 功能码：读保持寄存器 nStartReg : WORD := 16#0000; // 起始寄存器地址 nRegCount : WORD := 10; // 读取数量 // 数据缓冲区 aDataBuffer : ARRAY[0..9] OF WORD; // 错误状态 hError : WORD; bBusy : BOOL; bDone : BOOL; END_VAR // 手动触发一次读取（可由上位机置位） IF bTriggerRead AND NOT bBusy THEN mbClient( MB_MODE := TRUE, // 启用Modbus RTU模式 PORT := 'COM1', // 使用PLC物理串口 BAUD := 9600, PARITY := 0, // 无校验 SLAVE := nSlaveAddr, FUNC := nFuncCode, ADDR := nStartReg, COUNT := nRegCount, DATA_PTR := ADR(aDataBuffer), DONE => bDone, BUSY => bBusy, ERROR => hError ); END_IF; // 清除触发信号 IF bDone OR hError <> 0 THEN bTriggerRead := FALSE; END_IF; // 错误处理：记录事件或触发报警标签 IF hError <> 0 THEN "SystemStatus".LastError := hError; "SystemStatus".LastErrorCodeTime := CURRENT_TIME; END_IF;

上位机如何调用？

你可以定义一个共享DB块，例如DB_MeterData：

变量名	类型	说明
StartRead	Bool	上位机设为TRUE启动读取
DataReady	Bool	PLC完成读取后置位
MeterValues[10]	Word	存放原始寄存器值
ErrorCode	Word	错误代码

然后在HMI界面上做一个按钮：“读取电表数据”。点击时设置StartRead := TRUE；稍等片刻，DataReady变为TRUE，即可显示结果。

整个过程，你的PC根本不需要任何串口！

这种方式真的可靠吗？关键考量点

当然可行，但我们必须正视新增架构带来的影响。

✅ 优势一览

彻底摆脱驱动依赖：无需在每台机器上安装特定驱动；
统一接入管理：所有串行设备通过PLC集中暴露接口；
增强安全性：避免引入不可信的USB外设；
适合批量部署：一套PLC程序复用多个站点；
便于远程维护：即使在现场无USB的情况下也能调试。

⚠️ 需要注意的问题

问题	应对策略
通信延迟增加	设置合理的轮询周期，优先级高的数据单独处理
PLC负载上升	避免高频轮询，采用事件触发机制
数据一致性风险	加入时间戳、CRC校验、超时重试机制
单点故障隐患	关键路径配置冗余PLC或备用通道

建议将这类通信任务封装成独立FB（功能块），并加入看门狗机制，确保异常时能自动恢复。