Go使用gos7实现西门子PLC通讯

Go简介

以下摘自百度百科

Go（又称 Golang）是 Google 的 Robert Griesemer，Rob Pike 及 Ken Thompson 开发的一种静态强类型、编译型语言。Go 语言语法与 C 相近，但功能上有：内存安全，GC（垃圾回收），结构形态及 CSP-style并发计算。

Go是一门小而精的编程语言，没有过多复杂的语法，却有着极高的性能，特别适合高并发的应用场景。Go的语法与C相近，同时也有与Python和JS等语言相似的简明性，使得拥有其它语言基础的的人能极快上手Go。即便没有基础，也无需花费太多的时间，因为Go本身就不是一门复杂且难以学习的语言。Go语言的通道等特性的存在，使得Go天生就支持高并发，这是Go最大的优点之一。

gos7简介

gos7是国外一名开发工程师根据Snap7，开发的Go专用的西门子PLC通讯库。它采用的依旧是S7通讯协议，使用TCP/IP通讯，传输指定的S7通讯报文，以实现数据的读取与写入。较之前两篇文章中介绍过的python-snap7和S7.NetPlus，gos7对PLC与编程语言之间的数据类型转换的支持更好，虽然依然有一点小bug，但是依旧是一个非常优秀的通讯库。

GitHub地址：GitHub - robinson/gos7: Implementation of Siemens S7 protocol in golang

目前并未找到gos7的介绍文档，很多地方需要结合源码查看并进行使用。

本文源码已上传至GitHub，项目地址如下：

https://github.com/XMNHCAS/GoS7Demo

安装gos7

Go安装第三方库与Python类似，可以自动安装也可以手动安装。此处我们使用自动安装。

先创建一个文件夹，用以收纳我们的项目文件。然后输入以下命令，创建go.mod文件。

go mod init 项目名称

项目名称可以根据喜好自行修改。此处示例使用的是VS Code编辑器，使用其它的编辑器的操作也基本一致。效果如下图所示。

然后输入以下指令，自动安装gos7。

go get github.com/robinson/gos7

运行结果如下：

可以看到我们的项目目录下多了一个go.sum文件，这里就安装完成了。再在目录下新建一个src文件夹，用以存放我们的代码文件。需要注意的是，Go在一个根目录下只允许存在一个main函数，所以需要多个main函数的情况下，我们就需要在src文件夹下创建多个文件夹用以存放。

创建连接

如果手头没有PLC，可以参考我写的这篇文章：C#使用S7NetPlus以及PLCSIM Advanced V3.0实现西门子PLC仿真通讯

使用PLCSIM Advanced可以仿真出PLC来进行通讯测试

gos7依旧是使用S7通讯实现数据的传输，PLC充当的是服务端的角色，所以首先需要为我们的程序先创建TCP客户端，以实现与PLC之间的连接。

 const (ipAddr = "192.168.10.230" //PLC IPrack   = 0                // PLC机架号slot   = 1                // PLC插槽号)//PLC tcp连接客户端handler := gos7.NewTCPClientHandler(ipAddr, rack, slot)//连接及读取超时handler.Timeout = 200 * time.Second//关闭连接超时handler.IdleTimeout = 200 * time.Second//打开连接handler.Connect()//函数退出时关闭连接defer handler.Close()

完成TCP客户端的创建并连接之后，可以使用 gos7.NewClient()创建PLC的对象，用以获取PLC的信息或者读写数据。

    //获取PLC对象client := gos7.NewClient(handler)//获取PLC运行状态client.PLCGetStatus()

完整代码如下：

package mainimport ("fmt""time""github.com/robinson/gos7"
)func main() {const (ipAddr = "192.168.10.230" //PLC IPrack   = 0                // PLC机架号slot   = 1                // PLC插槽号)//PLC tcp连接客户端handler := gos7.NewTCPClientHandler(ipAddr, rack, slot)//连接及读取超时handler.Timeout = 200 * time.Second//关闭连接超时handler.IdleTimeout = 200 * time.Second//打开连接handler.Connect()//函数退出时关闭连接defer handler.Close()//获取PLC对象client := gos7.NewClient(handler)//输出PLC运行状态fmt.Println(client.PLCGetStatus())
}

运行结果如下：

client.PLCGetStatus()会返回两个结果，第一个是PLC的运行状态码，第二个是错误信息。运行之后它返回了8和nil，表示状态码为8，无错误。查看源码的client.go文件，可以看到状态码对应如下：

 // PLC Statuss7CpuStatusUnknown = 0s7CpuStatusRun     = 8s7CpuStatusStop    = 4

0为未知状态，8为运行状态，4为停止状态。

读取数据

gos7读取数据的方式均为使用PLC对象的AGReadDB()方法，读取所有需要读取的数据的字节，然后再做解析。gos7已经内置了解析数据的方法，当然如果了解数据的存储结构的话，也可以进行手动解析。

PLC的数据如下图所示：

gos7内置方法解析

gos7提供了一个gos7.Helper的结构体（相当于类），里面集成了多种PLC数据类型的解析和转换的方法。此处根据我们需要读取的五种数据，我们使用对应的方法进行数据解析。不过对于bool、int和real类型，都是可以使用GetValueAt方法进行数据解析的。

需要注意的是，gos7内置方法是可以解析WString类型的，中文也是可以解析的，所以无需另外再自己写解析函数。

代码如下：

package mainimport ("fmt""time""github.com/robinson/gos7"
)type PlcData struct {boolValue    boolintValue     uint16realValue    float32stringValue  stringwstringValue string
}func main() {const (ipAddr = "192.168.10.230"rack   = 0slot   = 1)//PLC tcp连接客户端handler := gos7.NewTCPClientHandler(ipAddr, rack, slot)//连接及读取超时handler.Timeout = 200 * time.Second//关闭连接超时handler.IdleTimeout = 200 * time.Second//打开连接handler.Connect()//函数退出时关闭连接defer handler.Close()//获取PLC对象client := gos7.NewClient(handler)//DB号address := 10//起始地址start := 0//读取字节数size := 776//读写字节缓存区buffer := make([]byte, size)//读取字节client.AGReadDB(address, start, size, buffer)//gos7解析数据类var helper gos7.Helper//gos7内置方法解析数据var data PlcDatadata.boolValue = helper.GetBoolAt(buffer[0], 0)helper.GetValueAt(buffer[2:4], 0, &data.intValue)data.realValue = helper.GetRealAt(buffer[4:8], 0)data.stringValue = helper.GetStringAt(buffer[8:264], 0)data.wstringValue = helper.GetWStringAt(buffer[264:], 0)//输出数据fmt.Println(data)
}

运行结果如下：

可以看到数据被成功读取并正确解析。

手动解析

在理解PLC的数据存储方式的情况下，可以不依靠gos7提供的方法，而使用Go语言的标准函数进行数据解析。

bool：通过循环位操作来判断字节中的每一位的值，根据大小端的对应的规则，转换成bool数组后即可获取bool的值。

int：通过binary.BigEndian.Uint16()方法，可以将值的字节数组转换为对应的uint16。此处是默认int值为正数，所以使用uint16，即16位无符号整型。如果值可能为负数，则需要修改此方法。

real：通过binary.BigEndian.Uint32()获取其32位整型形式，然后再通过math.Float32frombits()转换为正确的浮点型值。

string：由于PLC中的string为ASCII编码，第一个字节为该变量的最大字符数，第二个字节为该变量的当前字符数，故根据第二个字节的值对字节数组进行切片，获取字符所在的字节数组，然后直接使用string()方法做类型转换，即可获取正确的string的值。

wstring：原理与string一致，但是wstring是双字节存储，所以最大字符数为第一二个字节，变量的当前字符数是第三四个字节，所以需要解析第二个字节，获取字符数，然后再从第五个字节开始进行字节数组切片，获取字符串的值。在PLC中，wstring的编码格式是16位的大端Unicode，Go是无法直接将该编码格式的字节数组转换为正确的字符串的，所以需要使用transform.Bytes(unicode.UTF16(unicode.BigEndian, unicode.IgnoreBOM).NewDecoder(), 字符的字节数组)方法进行一次解码，然后再将转码之后的结果使用string()方法做类型转换，这样就可以得到正确的结果了。

package mainimport ("encoding/binary""fmt""math""time""github.com/robinson/gos7""golang.org/x/text/encoding/unicode""golang.org/x/text/transform"
)type PlcData struct {boolValue    boolintValue     uint16realValue    float32stringValue  stringwstringValue string
}func main() {const (ipAddr = "192.168.10.230"rack   = 0slot   = 1)//PLC tcp连接客户端handler := gos7.NewTCPClientHandler(ipAddr, rack, slot)//连接及读取超时handler.Timeout = 200 * time.Second//关闭连接超时handler.IdleTimeout = 200 * time.Second//打开连接handler.Connect()//函数退出时关闭连接defer handler.Close()//获取PLC对象client := gos7.NewClient(handler)//DB号address := 10//起始地址start := 0//读取字节数size := 776//读写字节缓存区buffer := make([]byte, size)//读取字节client.AGReadDB(address, start, size, buffer)var data PlcData//手动解析Booldata.boolValue = ByteToBool(buffer[0])[0]//手动解析Intdata.intValue = binary.BigEndian.Uint16(buffer[2:4])//手动解析Realdata.realValue = math.Float32frombits(binary.BigEndian.Uint32(buffer[4:8]))//手动解析StringstringPos := 8data.stringValue = string(buffer[stringPos+2 : stringPos+2+int(buffer[stringPos+1])])//手动解析WStringwstringPos := 264endPos := binary.BigEndian.Uint16(buffer[wstringPos+2 : wstringPos+4])res, _, _ := transform.Bytes(unicode.UTF16(unicode.BigEndian, unicode.IgnoreBOM).NewDecoder(), buffer[wstringPos+4:wstringPos+4+int(endPos)*2])data.wstringValue = string(res)//输出数据fmt.Println(data)}//字节转bool数组（大端）
func ByteToBool(data byte) [8]bool {var res [8]boolfor i := 0; i < 8; i++ {res[i] = data&1 == 1data = data >> 1}return res
}

运行结果如下：

写入数据

gos7提供了逐个写入和批量写入的方法，可以根据具体的应用场景选择需要使用的方法。我们在做读取的时候，实际上是生成了请求报文，发送给PLC后，PLC根据我们发送的报文返回结果报文，最后我们得到的就是包含了需要读取的数据的字节数组。而当我们写入的时候，其实就是需要把我们的数据按照PLC指定的规则生成报文，发送过去。gos7也提供了生成写入数据的字节数组的方法。

逐个写入

使用gos7.Helper的对应的Set方法，可以获取指定数据类型的字节数组，然后通过PLC对象的AGWriteDB()传入对应的值并生成写入报文，发送给PLC。

gos7写入WString存在一个小bug，因为一个中文字符在Go中是占用三个字节的，而在其它的地方的基本都是只占用两个字节，在PLC中也是两个字节。而gos7在计算字符数的时候，用的是len()函数，它返回的字符的字节数，也就是说如果我们传入的是"中文"两个字，它计算出来的字符数却是6个。当我们用gos7的SetWStringAt生成的字节数组，把数据写入PLC之后，PLC会发现字符数是6，但实际上只传了两个，这时PLC就会在传入的字符后面补"$0000"，来进行字符数的补全。

因为这个问题，WString我们需要自己重新写方法来生成值，即代码最下面的SetWStringAt方法。

具体代码如下：

package mainimport ("time""github.com/robinson/gos7"
)func main() {const (ipAddr = "192.168.10.230" //PLC IPrack   = 0                // PLC机架号slot   = 1                // PLC插槽号)//PLC tcp连接客户端handler := gos7.NewTCPClientHandler(ipAddr, rack, slot)//连接及读取超时handler.Timeout = 200 * time.Second//关闭连接超时handler.IdleTimeout = 200 * time.Second//打开连接handler.Connect()//函数退出时关闭连接defer handler.Close()//获取PLC对象client := gos7.NewClient(handler)//gos7解析数据类var helper gos7.Helper//DB号dbNo := 10//起始地址startAdr := 0//写入数据的字节二位数组buffers := [][]byte{make([]byte, 2),make([]byte, 2),make([]byte, 4),make([]byte, 256),make([]byte, 512),}//生成需要写入的变量的数组helper.SetBoolAt(buffers[0][0], 0, false)helper.SetValueAt(buffers[1], 0, uint16(100))helper.SetRealAt(buffers[2], 0, float32(66.6))helper.SetStringAt(buffers[3], 0, 254, "Hello Go")SetWStringAt(buffers[4], 0, "中文")//循环数据，逐个写入for _, v := range buffers {client.AGWriteDB(dbNo, startAdr, len(v), v)startAdr += len(v)}
}//获取WString的报文
func SetWStringAt(buffer []byte, pos int, value string) []byte {chars := []rune(value)slen := len(chars)var maxLen int = 254if maxLen < slen {maxLen = slen}var helper gos7.Helperhelper.SetValueAt(buffer, pos+0, int16(maxLen))helper.SetValueAt(buffer, pos+2, int16(slen))for i, c := range chars {if i >= maxLen {return buffer}helper.SetValueAt(buffer, pos+4+i*2, uint16(c))}return buffer
}

运行结果如下：

可以看到，数据被成功写入。

批量写入

gos7中提供了批量写入的方式。逐个写入会为每一次写入生成一条对应的写入请求报文，而批量写入则是会将需要写入的所有数据放到一条报文中，一次性发送。

批量写入主要使用S7DataItem类。其中Area为数据类型；WordLen为字长，基本默认为0x02即可；DBNumber为DB号；Start为起始地址；Amount为实际数据字节数；Data为需要写入的数据的字节数组。

由源码可以得知Area和WordLen的对应标识码：

 // Area IDs7areape = 0x81 //process inputss7areapa = 0x82 //process outputss7areamk = 0x83 //Merkerss7areadb = 0x84 //DBs7areact = 0x1C //counterss7areatm = 0x1D //timers// Word Lengths7wlbit     = 0x01 //Bit (inside a word)s7wlbyte    = 0x02 //Byte (8 bit)s7wlChar    = 0x03s7wlword    = 0x04 //Word (16 bit)s7wlint     = 0x05s7wldword   = 0x06 //Double Word (32 bit)s7wldint    = 0x07s7wlreal    = 0x08 //Real (32 bit float)s7wlcounter = 0x1C //Counter (16 bit)s7wltimer   = 0x1D //Timer (16 bit)

代码如下：

package mainimport ("time""github.com/robinson/gos7"
)func main() {const (ipAddr = "192.168.10.230" //PLC IPrack   = 0                // PLC机架号slot   = 1                // PLC插槽号)//PLC tcp连接客户端handler := gos7.NewTCPClientHandler(ipAddr, rack, slot)//连接及读取超时handler.Timeout = 200 * time.Second//关闭连接超时handler.IdleTimeout = 200 * time.Second//打开连接handler.Connect()//函数退出时关闭连接defer handler.Close()//获取PLC对象client := gos7.NewClient(handler)//gos7解析数据类var helper gos7.Helper//写入数据的字节二位数组buffers := [][]byte{make([]byte, 2),make([]byte, 2),make([]byte, 4),make([]byte, 256),make([]byte, 512),}//需要写入的字符串stringValue := "Hello World"wstringValue := "中国"//生成需要写入的变量的数组buffers[0][0] = helper.SetBoolAt(buffers[0][0], 0, true)helper.SetValueAt(buffers[1], 0, uint16(66))helper.SetRealAt(buffers[2], 0, float32(33.33))helper.SetStringAt(buffers[3], 0, 254, stringValue)SetWStringAt(buffers[4], 0, wstringValue)//获取批量写入的DataItemdatas := []gos7.S7DataItem{{Area:     0x84,WordLen:  0x02,DBNumber: 10,Start:    0,Amount:   1,Data:     buffers[0],},{Area:     0x84,WordLen:  0x02,DBNumber: 10,Start:    2,Amount:   2,Data:     buffers[1],},{Area:     0x84,WordLen:  0x02,DBNumber: 10,Start:    4,Amount:   4,Data:     buffers[2],},{Area:     0x84,WordLen:  0x02,DBNumber: 10,Start:    8,Amount:   len([]rune(stringValue)) + 2,Data:     buffers[3],},{Area:     0x84,WordLen:  0x02,DBNumber: 10,Start:    264,Amount:   len([]rune(wstringValue))*2 + 4,Data:     buffers[4],},}//批量写入数据client.AGWriteMulti(datas, len(datas))
}//获取WString的报文
func SetWStringAt(buffer []byte, pos int, value string) []byte {chars := []rune(value)slen := len(chars)var maxLen int = 254if maxLen < slen {maxLen = slen}var helper gos7.Helperhelper.SetValueAt(buffer, pos+0, int16(maxLen))helper.SetValueAt(buffer, pos+2, int16(slen))for i, c := range chars {if i >= maxLen {return buffer}helper.SetValueAt(buffer, pos+4+i*2, uint16(c))}return buffer
}

运行结果如下：

结尾

本文介绍了Go通过gos7实现西门子PLC的通讯。由于gos7使用者并不多，而且该项目发布时间也不是很长，所以它依然存在一些bug，希望作者后续会有更新，并发布完整的使用文档。

Go是一门优秀的后端语言，在一些小型的数据采集项目中，服务器直连PLC的情况下，是可以考虑使用Go来实现的。