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西門子PLC通信技術(shù)知識

閱讀：818 發(fā)布時間：2023-2-22

西門子PLC支持串口通信，在S7-200和S7-200Smart中，都直接集成了串口，但是從S7-1200到S7-1500，慢慢都取消掉了，如果需要，可以通過擴展模塊的方式來增加，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，其實也是工業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果。串口通信的優(yōu)勢在于簡單、成本低，但是劣勢也非常明顯，就是傳輸效率低。西門子早期的串口通信主要是Profibus DP通信，但是上位機是無法直接與西門子PLC走Profibus DP通信的，因此，西門子PLC常用的串口通信方案如下所示：

PPI通信：PPI通信只針對S7-200和S7-200 Smart系列PLC，其他型號不支持。
ModbusRTU主站：西門子PLC對Modbus協(xié)議支持還是比較不錯的，這里是指PLC做Slave（即從站），上位機做Master（即主站）。
ModbusRTU從站：這里是指PLC做Master（即主站），上位機做Slave（即從站）。

以太網(wǎng)通信

西門子PLC通信還是以太網(wǎng)通信為主，我們常說的西門子通信協(xié)議分別是S7協(xié)議和Profinet協(xié)議，但是Profinet是一種總線協(xié)議，目前，C#是無法直接與西門子PLC走Profinet通信的。因此，西門子PLC常用的以太網(wǎng)通信方案如下所示：

S7通信：基本上從S7-200到S7-1500均可以實現(xiàn)，這里有很多可以選擇的開源或商業(yè)庫，也可以自己封裝通信庫。
ModbusTCP Server：這里是指PLC做Server（即服務(wù)器），上位機做Client（即客戶端）。
ModbusTCP Client：這里是指PLC做Client（即客戶端），上位機做Server（即服務(wù)器）。
OpenProtocol Server：這里是指開放式TCP通信，PLC做TCPServer（即服務(wù)器），上位機做TCPClient（即客戶端）。
OpenProtocol Client：這里是指PLC做TCPClient（即客戶端），上位機做TCPServer（即服務(wù)器）。

OPC通信

OPC通信是工業(yè)控制中常用的一種通信方式，主要在于OPC軟件的選擇以及OPCDA、OPCUA的選擇，因此，西門子PLC常用的OPC通信方案如下所示：

PC Access系列：西門子針對S7-200開發(fā)PC-Access軟件，針對S7-200 Smart又提供了PC-Access Smart軟件，可以直接通過這些軟件實現(xiàn)OPCDA通信。
Simatic Net 系列OPCDA：Simatic Net是西門子主推的OPC軟件，支持西門子全系列，這里主要是OPCDA通信方式。
Simatic Net 系列OPCUA：新版的Simatic Net也開始支持OPCUA，這里主要是OPCUA通信方式。
KepServer 系列OPCDA：KepServer同樣作為一款商業(yè)OPC軟件，在國內(nèi)使用率非常高，同樣也支持西門子全系列，這里主要是OPCDA通信方式。
Simatic Net 系列OPCUA：新版的KepServer也開始支持OPCUA，這里主要是OPCUA通信方式。

S7通信協(xié)議

在以上眾多的通信方式和通信協(xié)議中，就目前而言，使用S7通信是最便，也是應(yīng)該廣泛的，那么S7協(xié)議相對于其他協(xié)議來說，有哪些優(yōu)勢呢？

使用S7通信協(xié)議最大的優(yōu)勢在于不需要編寫PLC程序，而且S7協(xié)議在底層做了很強的封裝，在上位機通信應(yīng)用中相比其他通信協(xié)議來說，也有很大的優(yōu)勢。

雖然不需要編寫PLC程序，但仍然需要做一些簡單的配置：

開啟Put/Get

PLC側(cè)需要設(shè)置勾選允許來自遠程對象的Put/Get通信訪問對于西門子1200/1500系列，必須要勾選允許Put/Get訪問，對于200Smart/300/400，則不需要。

DB塊去除優(yōu)化訪問

對于基于博圖開發(fā)S7-1200/1500的項目，如果要與DB塊數(shù)據(jù)通信，需要要去除DB的優(yōu)化的塊訪問，對于200Smart/300/400，則不需要。如果希望通過標簽通信，可以采用OPCUA。

務(wù)必保證通信地址是有效地址

因為PLC大多數(shù)是基于存儲區(qū)的，每個地址肯定是隸屬于某個存儲區(qū)，大家都知道西門子PLC自帶的存儲區(qū)有I區(qū)、Q區(qū)、M區(qū)、T區(qū)、C區(qū)，但是對于常用的DB存儲區(qū)是沒有的，需要自己去創(chuàng)建，也就意味著，如果你要讀取DB地址，必須要提前創(chuàng)建好DB存儲區(qū)，除此以外，DB存儲區(qū)創(chuàng)建之后，默認是沒有字節(jié)的，需要自己一個個添加變量，才能形成有效存儲區(qū)，因此一個DB存儲區(qū)的范圍是有限并且可見的（可以通過偏移量看出來）。

S7協(xié)議之布爾操作

對于布爾操作，很多協(xié)議都有，但是這里的布爾操作是指寄存器布爾，比如DB100.DBX0.0，很多時候，我們都是通過先讀取DB100.DBB0的值，再通過位運算結(jié)果，寫入到DB100.DBB0中，實現(xiàn)DB100.DBX0.0的操作，但是這種方式有弊端，

第一：每次操作一個布爾值都需要與PLC進行兩次數(shù)據(jù)交互。

第二：安全性和穩(wěn)定性無法保障，你不知道在你讀取和寫入之間，這個字節(jié)的值是否已經(jīng)發(fā)生了改變。

這樣的問題也存在于Modbus協(xié)議的寄存器位操作，如40001.05，三菱、歐姆龍的寄存器位操作，如D100.06、W12.04，給上位機開發(fā)者帶來很多苦惱。

但是S7協(xié)議支持直接位操作，有專門的報文指令實現(xiàn)這樣的功能。

S7協(xié)議之PDU讀取

大部分人都知道S7協(xié)議一次性讀取有限制，但是具體是多少？怎么計算出來的？

S7協(xié)議的一次性讀取長度是根據(jù)PDU計算出來的，這個PDU的值是來自于PLC本身，不同型號的CPU，它的PDU是不一樣的，可以參考下面兩張圖：

西門子PLC的PDU大小是和CPU息息相關(guān)的，一般會有240、480、960三個檔次，知道PDU之后，那么一次性讀取的字節(jié)長度，就是在PDU的基礎(chǔ)上減去18，這個18是指包頭包尾會有18個字節(jié)，這樣我們就知道了一般的PLC，一次性能讀取222個字節(jié)（240-18=222），但是對于S7-1516這樣的PLC，我們一次性是可以讀取942個字節(jié)的***，這個一次性能讀取的字節(jié)越長，越能提高上位機的通信效率。

剛剛的方式是通過KepServer測試的，實際開發(fā)過程中，該怎么獲取CPU的PDU呢，實際上在建立連接的第二次握手時，返回的報文中就包含PDU的值。

第二次握手返回的報文長度是27個字節(jié)，最后兩個字節(jié)就是PDU的值，上圖展示的是S7-1200PLC返回的報文，0和240的組合即為240。

對于S7-1500，我這里也做了一下測試，結(jié)果如下，返回結(jié)果為3和***

雖然PDU是由硬件做了限制，但是我們可以通過軟件的方式，實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的讀取，只需要在底層做一些封裝即可。做了一下測試，針對S7-1200和S7-1500同時讀取M區(qū)的8000個字節(jié)的耗時比較，S7-1200耗時800多ms，S7-1500耗時僅需200ms，由此可見，硬件對通信的重要性。