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：

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 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。

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 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。PLC能提供如下信息：

2、PLC数据存储和地址

通过阅读PLC的手册获取到如下信息：

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的。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'')
   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'')
   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。

最后给出一段视频，Python操作PLC来个跑马灯。

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