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运行时集成

Vision Studio 视觉程序以异步 Job 方式集成到 PLC 运行时中，通过 RuntimeResourcePolicy 管理资源，通过 PLC 变量交换结果数据。

异步执行模型​

Job 生命周期​

┌──────────┐   触发     ┌──────────┐   调度     ┌──────────┐
│  PLC 扫描  │ ───────→ │ Job 队列  │ ───────→ │ 视觉执行器 │
│  周期      │          │ (FIFO)   │          │ (异步)    │
└──────────┘          └──────────┘          └──────┬───┘
                                                   │
                    ┌──────────────────────────────┘
                    │
                    ▼
           ┌────────────────┐
           │  相机采集      │
           │  图像预处理    │
           │  模型推理      │
           │  后处理        │
           │  结果回写      │
           └────────┬───────┘
                    │
                    ▼
           ┌────────────────┐
           │  PLC 变量状态   │
           │  VIS_JOB_DONE   │
           │  VIS_RESULT_*   │
           └────────────────┘

Job 状态机​

         ┌──────────┐
         │  IDLE    │ ←── PLC 就绪
         └────┬─────┘
              │ 触发 (VIS_JOB_START ↑)
              ▼
         ┌──────────┐
         │  QUEUED  │ ←── 排队等待资源
         └────┬─────┘
              │ 资源就绪
              ▼
         ┌──────────┐
         │  RUNNING │ ←── 执行中
         └────┬─────┘
              │
     ┌────────┼────────┐
     ▼        ▼        ▼
 ┌────────┐┌────────┐┌──────────┐
 │DONE    ││FAULT   ││TIMEOUT   │
 │(成功)  ││(故障)  ││(超时)    │
 └────────┘└────────┘└──────────┘

异步执行的优势​

特性同步执行异步 Job
扫描周期影响阻塞，周期延长无影响
推理延迟等待推理完成并行执行
多任务并发不支持支持多 Job 并发
故障处理可能影响 PLC 运行独立故障隔离
资源管理无RuntimeResourcePolicy 控制

资源管理 (RuntimeResourcePolicy)​

RuntimeResourcePolicy 管理视觉运行时使用的计算资源，确保视觉推理不影响 PLC 核心任务的实时性。

策略配置​

{
  "vision": {
    "runtime_resource_policy": {
      "gpu": {
        "enabled": true,
        "device_id": 0,
        "memory_limit_mb": 1024,
        "fallback_to_cpu": true
      },
      "cpu": {
        "max_cores": 2,
        "affinity": [4, 5],
        "priority": "below_normal",
        "thread_pool_size": 4
      },
      "concurrency": {
        "max_concurrent_jobs": 2,
        "queue_size": 10,
        "job_timeout_ms": 30000
      },
      "memory": {
        "max_image_memory_mb": 512,
        "max_model_cache_mb": 1024,
        "swap_to_disk": false
      },
      "scheduling": {
        "policy": "round_robin",
        "preemption": false,
        "watchdog_interval_ms": 1000
      }
    }
  }
}

策略参数​

参数类型默认值说明
gpu.enabledBOOLfalse启用 GPU 推理
gpu.device_idDWORD0GPU 设备 ID
gpu.memory_limit_mbDWORD1024GPU 显存上限
gpu.fallback_to_cpuBOOLtrue显存不足时回退 CPU
cpu.max_coresDWORD2最大 CPU 核心数
cpu.affinityDWORD[][]CPU 亲和性绑定
cpu.priorityENUMbelow_normal线程优先级
concurrency.max_concurrent_jobsDWORD2最大并发 Job 数
concurrency.queue_sizeDWORD10排队最大长度
concurrency.job_timeout_msDWORD30000Job 超时时间
memory.max_image_memory_mbDWORD512图像缓存上限
memory.max_model_cache_mbDWORD1024模型缓存上限
scheduling.policyENUMround_robin调度策略
scheduling.watchdog_interval_msDWORD1000看门狗间隔

资源配置建议​

场景GPU 显存CPU 核心并发 Job说明
单相机 640×640 检测512 MB11入门配置
双相机 1280×1024 检测2 GB22标准配置
四相机 2448×2048 检测4 GB44高性能配置
边缘设备 (无 GPU)—21CPU 推理

结果回写到 PLC​

变量映射规范​

视觉 Job 执行完成后，结果自动写入 PLC 变量区：

系统变量 (所有视觉 Job 共享)：

变量名类型说明
VIS_JOB_BUSYBOOL有 Job 正在执行
VIS_JOB_DONEBOOL最近一次 Job 完成
VIS_JOB_ERRORBOOL最近一次 Job 异常
VIS_JOB_ERROR_IDDWORD错误码
VIS_JOB_IDDWORD当前 Job 序号
VIS_JOB_ELAPSEDREAL执行耗时 (ms)

结果变量 (按 Job 配置)：

变量名类型说明
VIS_RESULT_COUNTINT检测目标数
VIS_RESULT_01_CLASSSTRING[32]目标 1 类别
VIS_RESULT_01_CONFREAL目标 1 置信度
VIS_RESULT_01_XREAL目标 1 X
VIS_RESULT_01_YREAL目标 1 Y
VIS_RESULT_01_WREAL目标 1 宽度
VIS_RESULT_01_HREAL目标 1 高度
VIS_RESULT_01_ANGLEREAL目标 1 角度
VIS_RESULT_02_*...目标 2 (最多 256 个)

结果回写流程​

1. PLC 设置 VIS_JOB_START = TRUE
2. 运行时检测到上升沿，创建 Job 加入队列
3. Job 开始执行，VIS_JOB_BUSY = TRUE
4. 采集 → 预处理 → 推理 → 后处理
5. 推理完成，结果写入 VIS_RESULT_* 变量
6. VIS_JOB_DONE = TRUE, VIS_JOB_BUSY = FALSE
7. PLC 在下一个扫描周期读到 VIS_JOB_DONE
8. PLC 读取 VIS_RESULT_* 变量
9. PLC 将 VIS_JOB_DONE 清零，准备下一次触发

PLC 侧代码示例 (SCL)​

PROGRAM VisionIntegration
VAR
    // 触发视觉 Job
    trigger_counter : INT := 0;
    trigger_pulse : BOOL;
    trigger_prev : BOOL;
    
    // 结果接收
    has_result : BOOL;
    result_count : INT;
    i : INT;
END_VAR

    // 上升沿检测
    trigger_pulse := trigger_signal AND NOT trigger_prev;
    trigger_prev := trigger_signal;
    
    // 触发视觉 Job
    IF trigger_pulse THEN
        VIS_JOB_START := TRUE;
        trigger_counter := trigger_counter + 1;
    ELSE
        VIS_JOB_START := FALSE;
    END_IF;
    
    // 读取结果
    IF VIS_JOB_DONE AND NOT VIS_JOB_BUSY THEN
        // 检查是否出错
        IF VIS_JOB_ERROR THEN
            // 错误处理
            LOG_ERROR("视觉 Job 失败, 错误码: ", VIS_JOB_ERROR_ID);
            system_state := STATE_VISION_FAULT;
        ELSE
            // 读取检测结果
            result_count := VIS_RESULT_COUNT;
            
            IF result_count > 0 THEN
                // 处理检测结果
                FOR i := 1 TO result_count DO
                    // 根据结果控制逻辑
                    // ...
                END_FOR;
                
                system_state := STATE_PRODUCT_OK;
            ELSE
                system_state := STATE_PRODUCT_NG;
            END_IF;
        END_IF;
        
        // 清除完成标志
        VIS_JOB_DONE := FALSE;
    END_IF;
    
    // 超时保护
    IF VIS_JOB_BUSY AND (TIME_SINCE_TRIGGER > T#30S) THEN
        VIS_JOB_ABORT := TRUE;
        LOG_WARN("视觉 Job 超时, 已中止");
    END_IF;
END_PROGRAM

故障处理与超时​

故障分类​

故障类型错误码可恢复处理方式
相机断开0x1001是自动重连，最多 3 次
模型加载失败0x2001是回退到上一个版本
推理异常0x3001否记录日志，报错到 PLC
显存不足0x4001是自动回退到 CPU
内存不足0x4002是清理缓存后重试
超时0x5001是输出默认值，下次重试
许可限制0x6001否提示用户升级许可

故障处理策略​

{
  "vision": {
    "fault_handling": {
      "auto_retry": {
        "enabled": true,
        "max_retries": 3,
        "retry_interval_ms": 1000,
        "backoff_multiplier": 2.0
      },
      "camera_reconnect": {
        "enabled": true,
        "max_attempts": 3,
        "interval_ms": 2000
      },
      "model_fallback": {
        "enabled": true,
        "fallback_version": "previous"
      },
      "timeout": {
        "default_value_output": true,
        "default_count": 0,
        "log_timeout": true
      },
      "fatal": {
        "disable_vision": true,
        "notify_plc": true,
        "notify_operator": true
      }
    }
  }
}

自动恢复流程​

检测到故障 ──→ 判断可恢复性
     │                │
     │    可恢复      │    不可恢复
     ▼                ▼
  重试计数         记录日志
     │             通知 PLC
     ▼             通知操作员
  重试操作             │
     │                ▼
     ├── 成功 → 恢复正常   禁用视觉功能
     │
     └── 失败 → 判断是否达到最大重试次数
                    │
           ┌────────┼────────┐
           ▼        ▼        ▼
        相机故障  模型故障  其他故障
        重连相机  回退版本  禁用功能

超时处理​

超时类型默认值配置位置超时后动作
相机采集超时5000 ms相机配置输出默认值，触发 OnTimeout
模型推理超时30000 msRuntimeResourcePolicy输出默认值，触发 OnTimeout
Job 总超时30000 msRuntimeResourcePolicy中止 Job，触发 OnTimeout
事件处理超时1000 ms事件配置跳过事件，记录日志

性能监控​

运行时指标​

视觉运行时暴露以下指标，可在 IDE 或 HMI 面板中查看：

指标说明单位
GPU 利用率GPU 计算核心占用率%
GPU 显存使用显存已用量MB
CPU 使用率视觉进程 CPU 占用%
推理延迟平均推理时间ms
采集延迟平均采集时间ms
Job 排队长度当前等待队列长度个数
Job 吞吐量每分钟完成 Job 数个/min
成功/失败率最近 100 次 Job 成功率%

诊断日志​

视觉运行时的诊断日志位于 %AppData%/DarraPLC/logs/vision_*.log：

[2026-07-20 14:30:00.123] [INFO] [VisionJob] Job #1287 开始执行 (程序: surface_inspect)
[2026-07-20 14:30:00.124] [INFO] [Acquisition] 相机 USB_CAM_1 采集开始, 曝光 5000µs
[2026-07-20 14:30:00.128] [INFO] [Acquisition] 采集完成, 1280×1024, 耗时 4ms
[2026-07-20 14:30:00.129] [INFO] [Preprocessing] 预处理开始 (灰度→高斯滤波→缩放)
[2026-07-20 14:30:00.132] [INFO] [Preprocessing] 预处理完成, 耗时 3ms
[2026-07-20 14:30:00.133] [INFO] [Inference] 推理开始 (模型: surface_defect v3, GPU)
[2026-07-20 14:30:00.141] [INFO] [Inference] 推理完成, 耗时 8ms, 检测到 2 个目标
[2026-07-20 14:30:00.142] [INFO] [Postprocessing] 后处理完成, 耗时 1ms
[2026-07-20 14:30:00.143] [INFO] [ResultWrite] 结果写入 PLC 变量, 2 个目标
[2026-07-20 14:30:00.143] [INFO] [VisionJob] Job #1287 完成, 总耗时 20ms

安全与隔离​

进程隔离​

视觉运行时在与 PLC 核心不同的进程中运行：

  • PLC 运行时：Windows Service 实时线程，最高优先级
  • 视觉运行时：独立进程，below_normal 优先级
  • 故障隔离：视觉进程崩溃不影响 PLC 运行时

资源隔离​

  • CPU 隔离：通过 cpu.affinity 绑定特定核心，不抢占 PLC 核心
  • GPU 隔离：显存上限防止 GPU 显存溢出
  • 内存隔离：max_image_memory_mb 防止图像缓存撑爆内存
  • 时间隔离：job_timeout_ms 防止视觉任务无限占用