小说python操作PLC

用户2196567

发布于 2018-07-24 15:43:46

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发布于 2018-07-24 15:43:46

文章被收录于专栏：chafezhou

PLC(Programmable Logic Controller)可编程逻辑控制器，可以理解为一个微型计算机，广泛应用于工业控制中，如楼宇智控、精密机床、汽车电子等等。

随着物联网的兴起，越来越多的传统工业设备需要和外界通信，但很多情况下，类似PLC这种微控制器，由于自身硬件的因素，无法直接与外界互联互通，通过PC这种上位机作为一个中介桥梁，为PLC与外界沟通打开了一扇门。

Python作为当前最火的语言，在AI、云计算等诸多方面都能看到它的身影，当然在工业控制中，也不能少了它。

这里，就小说一把如何使用Python构建PC与PLC的通信，也算show一把Python在工控领域的风采。

Snap7简介

当前市场上主流的PLC通信方式为网络通信和串行通信。网络通信这块主要协议有profinet，modbus-tcp等，串行通信主要是基于RS232/485的modbus居多。

本次接触到的是西门子S7系列的PLC，通信方式都为网络型的，而Snap7正是一个开源的、32/64位的、多平台的以太网通讯库：

支持多硬件体系结构(i386/x86_64、ARM/ARM64、Sun Sparc、Mips)
支持多系统(Windows、Linux、BSD、Solaris)
支持多语言(C/C++、Phyton、Node.js、Pascal、C#、VB)

官网为: http://snap7.sourceforge.net/

Python对其进行了封装，具体可以参见：

https://github.com/gijzelaerr/python-snap7

开发环境搭建

这里主要从Windows和Linux(Ubuntu)两个平台，说说如何搭建Python环境下的Snap7开发环境。

Python的安装这里就不再赘述，环境搭建主要就是Snap7和python-snap7两个库的安装。

安装Snap7

Windows下，需要根据Python的结构版本(32位/64位)，将下载的Snap7的发布库copy到对应的Python安装根目录下即可。

如上图所示，我的python是32bit，所以需要将Snap7中Win32目录下的文件copy到python的安装根目录下，如下图所示：

Linux(Ubuntu)下安装，相对简单些，按如下命令即可：

$ sudo -s
$ add-apt-repository ppa:gijzelaar/snap7
$ apt-get update
$ apt-get install libsnap71 libsnap7-dev

安装python-snap7

snap7的python库安装就简单很多了，不管是Windows还是Linux，直接pip安装即可。

$ pip install python-snap7

经过上面两步，环境就算搭建好了，通过一个连接测试代码试试，判断下环境是否搭建正常。

import snap7
client = snap7.client.Client()
client.connect('192.168.0.1', 0, 1)
client.disconnect()

如果是下图提示，则环境正常(192.168.0.1的PLC不存在)

如果是下图提示，则环境异常(snap7库安装不正确)

读写PLC

环境搭建正常后，在正式建立通信前PLC还需做些配置工作，主要是开发自身的读写权限，具体参照下图配置：

通过上述配置，PLC可以正常通信了。

python-snap7读写分析

结合python-snap7的文档API和源码分析，python-sna7重要的两个方法是read_area和write_area，通过这两个方法就能读和写PLC的对应存储地址。

def read_area(self, area, dbnumber, start, size):
        """This is the main function to read data from a PLC.
        With it you can read DB, Inputs, Outputs, Merkers, Timers and Counters.

        :param dbnumber: The DB number, only used when area= S7AreaDB
        :param start: offset to start writing
        :param size: number of units to read
        """
        assert area in snap7.snap7types.areas.values()
        wordlen = snap7.snap7types.S7WLByte
        type_ = snap7.snap7types.wordlen_to_ctypes[wordlen]
        logger.debug("reading area: %s dbnumber: %s start: %s: amount %s: "
                      "wordlen: %s" % (area, dbnumber, start, size, wordlen))
        data = (type_ * size)()
        result = self.library.Cli_ReadArea(self.pointer, area, dbnumber, start,
                               size, wordlen, byref(data))
        check_error(result, context="client")
        return bytearray(data)

    @error_wrap
    def write_area(self, area, dbnumber, start, data):
        """This is the main function to write data into a PLC. It's the
        complementary function of Cli_ReadArea(), the parameters and their
        meanings are the same. The only difference is that the data is
        transferred from the buffer pointed by pUsrData into PLC.

        :param dbnumber: The DB number, only used when area= S7AreaDB
        :param start: offset to start writing
        :param data: a bytearray containing the payload
        """
        wordlen = snap7.snap7types.S7WLByte
        type_ = snap7.snap7types.wordlen_to_ctypes[wordlen]
        size = len(data)
        logger.debug("writing area: %s dbnumber: %s start: %s: size %s: "
                      "type: %s" % (area, dbnumber, start, size, type_))
        cdata = (type_ * len(data)).from_buffer_copy(data)
        return self.library.Cli_WriteArea(self.pointer, area, dbnumber, start,
                              size, wordlen, byref(cdata))

从参数可见，需要提供PLC的区域地址、起始地址、读和写的数据长度。

区域地址什么东西，PLC能提供的是如下信息:

PLC程序员的眼里只有I、M、Q、DB，

python程序员，现在慌了一比，这是what？

如何才能看到PLC程序员眼里的美丽风景，就得多看一眼PLC了。

PLC数据存储和地址

通过阅读PLC的手册，获取到了如下信息：

PLC的数据存储通过tag的形式与存储区间关联，分为输入(I)、输出(O)、位存储(M)和数据块(DB)，程序在访问对应(I/O)tag时，是通过访问CPU的Process Image Out，对相应地址进行操作，具体对应关系如下:

到这里就能明白python-snap7中定义的areas地址是什么含义了。

areas = ADict({
   'PE': 0x81,  #input
   'PA': 0x82,  #output
   'MK': 0x83,  #bit memory
   'DB': 0x84,  #DB
   'CT': 0x1C,  #counters
   'TM': 0x1D,  #Timers
})

现在离读写PLC还差最后一步，就是起始地址如何确定呢？

从上可见对于M3.4，对应的就是M(0x83)，起始地址是3，对应bit位是4。

实战

经过上面的精心准备，下面就来一波实战。

通过读写PLC的M10.1、MW201来具体看看如何读写PLC。

import struct
import time

import snap7

def plc_connect(ip, rack=0, slot=1):
    """
    连接初始化
    :param ip:
    :param rack: 通常为0
    :param slot: 根据plc安装，一般为0或1
    :return:
    """
    client = snap7.client.Client()
    client.connect(ip, rack, slot)
    return client


def plc_con_close(client):
    """
    连接关闭
    :param client:
    :return:
    """
    client.disconnect()

def test_mk10_1(client):
    """
    测试M10.1
    :return:
    """
    area = snap7.snap7types.areas.MK
    dbnumber = 0
    amount = 1
    start = 10
    print(u'初始值')
    mk_data = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)
    print(struct.unpack('!c', mk_data))

    print(u'置1')
    client.write_area(area, dbnumber, start, b'\x01')
    print(u'当前值')
    mk_cur = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)
    print(struct.unpack('!c', mk_cur))

def test_mk_w201(client):
    """
    测试MW201,数据类型为word
    :param client:
    :return:
    """
    area = snap7.snap7types.areas.MK
    dbnumber = 0
    amount = 2
    start = 201
    print(u'初始值')
    mk_data = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)
    print(struct.unpack('!h', mk_data))

    print(u'置12')
    client.write_area(area, dbnumber, start, b'\x00\x0C')
    print(u'当前值')
    mk_cur = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)
    print(struct.unpack('!h', mk_cur))

    time.sleep(3)
    print(u'置3')
    client.write_area(area, dbnumber, start, b'\x00\x03')
    print(u'当前值')
    mk_cur = client.read_area(area, dbnumber, start, amount)
    print(struct.unpack('!h', mk_cur))

if __name__ == "__main__":
    client_fd = plc_connect('192.168.0.1')
    test_mk10_1(client_fd)
    test_mk10_1(client_fd)
    plc_con_close(client_fd)

从代码可见，MW201，根据M确定area为MK，根据W确定数据amount为2Btye，根据201确定start为201，读出来的数据根据数据长度用struct进行unpack，写数据对应strcut的pack。

这里给出PLC变量类型和大小，这样对应确定读写的amount。