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如何使用Python构建PC通信?

csdn2018-08-17 10:01
Python PC 通信 信息安全 收藏

  PLC(Programmable Logic Controller)即可编程逻辑控制器,可以理解为一个微型计算机,广泛应用于工业控制领域中,包括楼宇智控、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的微控制器经常会由于自身硬件因素而无法与外界直接互联互通。PC作为一个中介桥梁,为PLC与外界的沟通打开了一扇门。

  而Python作为当前最火的语言,不仅在AI、云计算等诸多方面都能看到它的身影,在工业控制中也不能少了它。本文就来分享下如何使用Python构建PC与PLC的通信,也算展示一把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。

  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(http://snap7.sourceforge.net/)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)。

  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。

  1、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:

如何使用Python构建PC通信?

如何使用Python构建PC通信?

  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

  2、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 snap7client = 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)。

如何使用Python构建PC通信?

  如果是下图提示,则环境异常(snap7库安装不正确)。

如何使用Python构建PC通信?

  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:

如何使用Python构建PC通信?

如何使用Python构建PC通信?

如何使用Python构建PC通信?

  通过上述配置,PLC可以正常通信了。

  1、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 toread""" 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 functionofCli_ReadArea(), theparametersandtheir 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。PLC能提供如下信息:

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  2、PLC数据存储和地址

  通过阅读PLC的手册获取到如下信息:

如何使用Python构建PC通信?

  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的。具体对应关系如下:

如何使用Python构建PC通信?

  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?

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  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 structimport timeimport snap7defplc_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 clientdefplc_con_close(client):""" 连接关闭 :param client: :return: """ client.disconnect()deftest_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'') print(u'当前值') mk_cur = client.read_area(area, dbnumber, start, amount) print(struct.unpack('!c', mk_cur))deftest_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'') 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'') 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。

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责任编辑:韩希宇

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