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Python使用python-snap7实现西门子PLC通讯

發(fā)布時間：2023/12/9 python 26 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Python使用python-snap7实现西门子PLC通讯小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

Python簡介

Python是開源的高級編程語言之一，廣泛應(yīng)用于人工智能、數(shù)據(jù)分析、爬蟲等領(lǐng)域。由于它擁有大量的開源庫和標準庫，以及簡單且貼近自然語言的語法，所以即便是從未接觸過編程的人，也能快速上手。2021年10月，Python登頂Tiobe，成為全世界最熱門的編程語言之一。

以下摘自百度百科：

Python由荷蘭數(shù)學和計算機科學研究學會的吉多·范羅蘇姆于1990 年代初設(shè)計，作為一門叫做ABC語言的替代品。Python提供了高效的高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還能簡單有效地面向?qū)ο缶幊獭ython語法和動態(tài)類型，以及解釋型語言的本質(zhì)，使它成為多數(shù)平臺上寫腳本和快速開發(fā)應(yīng)用的編程語言，隨著版本的不斷更新和語言新功能的添加，逐漸被用于獨立的、大型項目的開發(fā)。??

需要注意的是，Python存在2.x版本和3.x版本，本文使用的是3.x的版本。

本文代碼已上傳至GitHub，項目地址如下：

https://github.com/XMNHCAS/Snap7PythonDemo

Snap7簡介

snap7是一個由國外程序員開發(fā)的基于以太網(wǎng)與西門子S7系列PLC的通訊的開源庫，類似于C#的S7.Net，但是它不單只支持Python，還支持Java、C/C++、C#等語言。

以下是snap7的官網(wǎng)：

http://snap7.sourceforge.net/

官網(wǎng)包含了使用文檔、源碼、歷史版本等說明，可以根據(jù)需要自行查閱。

而python-snap7則是snap7的python版本，有單獨的文檔以及使用說明，只能用于python，以下是官方文檔及GitHub鏈接：

python-snap7官方文檔

GitHub

導入python-snap7

首先需要安裝python-snap7，打開cmd，輸入以下命令，安裝python-snap7

pip3 install python-snap7

打開vscode，新建一個py文件，然后在最上面導入snap7

如果不知道如何安裝python和使用vscode進行python代碼編輯，可以百度一下，此處不贅述如何配置Python開發(fā)環(huán)境

import snap7

創(chuàng)建連接

snap7實現(xiàn)通訊的時候，是將PLC作為服務(wù)端，PC以客戶端的身份主動連接的，所以最開始的時候，我們應(yīng)該創(chuàng)建通訊需要使用的客戶端

# 創(chuàng)建通訊客戶端實例 plcObj = snap7.client.Client()# 連接至PLC plcObj.connect('192.168.10.230', 0, 1)

如果手頭沒有PLC，可以參考我寫的這篇文章：C#使用S7NetPlus以及PLCSIM Advanced V3.0實現(xiàn)西門子PLC仿真通訊

使用PLCSIM Advanced可以仿真出PLC來進行通訊測試

測試連接功能是否正常：

import snap7# 創(chuàng)建通訊客戶端實例 plcObj = snap7.client.Client()# 連接至PLC plcObj.connect('192.168.10.230', 0, 1)# 打印連接狀態(tài) print(f"連接狀態(tài)：{plcObj.get_connected()}")# 關(guān)閉連接 plcObj.disconnect()# 打印連接狀態(tài) print(f"連接狀態(tài)：{plcObj.get_connected()}")

讀取數(shù)據(jù)

python-snap7并未集成像S7.Net那樣的讀取即刻解析數(shù)據(jù)的功能，所以無論是讀還是寫，都是需要進行字節(jié)轉(zhuǎn)換的。

以讀取DB10的以下的五個變量為例：

打開TIA Protal，創(chuàng)建DB塊，編號為10，并添加如下圖所示的變量并賦初值，下載到仿真的PLC后打開打開數(shù)值監(jiān)控：

首先我們需要計算需要讀取的總字節(jié)數(shù)，也就是最后一個變量的地址（即偏移量）加上它的數(shù)據(jù)長度?？梢钥吹?#xff0c;上面的六個變量中，最后一個地址是264，WString為512字節(jié)，所以需要讀取的總字節(jié)數(shù)為264+512=776個。

所以第一步，把這776個字節(jié)都讀取上來：

data = plcObj.db_read(10, 0, 776)

其中，plcObj是我們剛剛創(chuàng)建的通訊客戶端對象，db_read是它的讀取DB塊的方法，第一個參數(shù)是DB號，第二個是要讀取的字節(jié)起始的起始地址，第三個參數(shù)是要讀取的字節(jié)總數(shù)，用data這個變量來接收這些數(shù)據(jù)。

當然也可以寫成這種形式：

data = plcObj.read_area(snap7.client.Areas.DB, 10, 0, 776)

read_area是讀取任意區(qū)域的方法，通過第一個參數(shù)的枚舉來區(qū)分讀取的區(qū)域，如input、output、DB等，后面三個參數(shù)與db_read一致。

當我們需要的數(shù)據(jù)以字節(jié)的形式讀取上來以后，我們就可以進行解析了。

解析數(shù)據(jù)

這里解析的方法有兩種，第一種是使用python自身的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的方法進行解析，第二種是使用python-snap7提供的轉(zhuǎn)換方法進行解析。

Python自身函數(shù)

首先我們介紹第一種方法，使用python自身的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的方法進行解析。

在python中，bool、int兩個類型都有一個from_bytes的方法，可以通過這個方法來將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)據(jù)。但是需要注意的是，在PLC中，數(shù)據(jù)是大端存儲的，而PC中一般是小端存儲，所以在這樣進行轉(zhuǎn)換的時候，需要加上byteorder='big'，來聲明讀取上來的字節(jié)是大端存儲的方式。故前面的bool和int變量都可以以這種方式進行解析：

# 讀取bool的值 bool.from_bytes(data[0:1], byteorder='big') # 讀取int的值 int.from_bytes(data[2:4], byteorder='big')

其中[ 數(shù)字 : 數(shù)字 ]是python截取數(shù)組的語法，左邊的數(shù)字是截取的起始索引號，右邊的是截取的停止的索引號，需要注意的是，右邊的索引是不會被截取的，所以像上面代碼的data[ 0 : 1 ]，實際上截取的只有data[0]，而data[ 2 : 4 ]，截取的則是data[2]和data[3]。如果左邊的數(shù)字不填，則默認從索引0開始截取；而如果右邊的數(shù)字不填，則默認截取剩余的所有元素。

而對于字符串，python提供了decode方法，可以將字符串的字節(jié)數(shù)組按照指定的編碼格式來轉(zhuǎn)換為字符串。不過PLC中的字符串的頭字節(jié)是字符串的變量長度和字符串的實際長度，所以需要跳過這些字節(jié)來讀取實際的數(shù)據(jù)。string類型是單字節(jié)存儲的ASCII編碼的字符串，所以跳過前兩個字節(jié)。而wstring類型則是雙字節(jié)存儲的UTF-16BE編碼的字符串，所以需要跳過前四個字節(jié)。

# 讀取string的值 data[10:264].decode(encoding="ascii") # 讀取wstring的值 data[268:].decode(encoding="utf-16be")

在python中，float類型沒有像bool和int一樣的from_bytes方法，這個時候我們就需要使用struct來進行解析。struct是python的模塊之一，可以用以解析字節(jié)，剛剛說到的bool、int和字符串都可以用它來解析，當然float也是可以的，不過要講的話東西就會比較多，此次就不深入講解了。

struct有pack和unpack兩個方法，分別用以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)流和將字節(jié)流解析為對應(yīng)的數(shù)據(jù)，如下所示，即可將real數(shù)值轉(zhuǎn)換為python的float類型：

# 讀取real的值 struct.unpack('>f', data[4:8])[0]

第一個參數(shù)是指定需要轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)類型，“f”代表float類型，前面加的“>”代表這個字節(jié)數(shù)組是大端存儲的方式，第二個參數(shù)是需要轉(zhuǎn)換的字節(jié)流。由于unpack是以元組的形式返回的數(shù)據(jù)，所以需要加[0]來獲取它返回的第一個數(shù)據(jù)。

接下來運行一下我們的代碼，來查看讀取結(jié)果：

import snap7 import struct# 創(chuàng)建通訊客戶端實例 plcObj = snap7.client.Client()# 連接至PLC plcObj.connect('192.168.10.230', 0, 1)# 讀取數(shù)據(jù) data = plcObj.db_read(10, 0, 776)# 關(guān)閉連接 plcObj.disconnect()# python解析 selfBool = bool.from_bytes(data[0:1], byteorder='big') selfInt = int.from_bytes(data[2:4], byteorder='big') selfReal = struct.unpack('>f', data[4:8])[0] selfString = data[10:264].decode(encoding="ascii") selfWString = data[268:].decode(encoding="utf-16be") print("python自身函數(shù)解析：") print(f"bool:{selfBool}; int:{selfInt}; real:{selfReal}; string:{selfString}; wstring:{selfWString}" )

對比我們上面的PLC中的數(shù)值，基本上是沒什么問題的。至于為什么real里的30.1，讀上來之后會變成30.100000381469727，是因為計算機中的浮點型的存儲規(guī)則決定了浮點數(shù)在部分情況下只能是個近似值，并非是python的問題，由于誤差是比較小，實際應(yīng)用時一般可以忽略不計。

通過上述方法，我們可以知道python自身就足以解析PLC讀取上來的字節(jié)，但是這種方法對于部分人來說可能不是那么好理解，使用起來也不是那么簡單直觀，而且更重要的是，這種方法解析bool值存在一點小問題，畢竟python對二進制的位操作支持得并沒有C#那么好。

python-snap7函數(shù)

接下來我們來介紹第二種方法，使用python-snap7提供的轉(zhuǎn)換方法進行解析。

首先查看文檔，可以看到snap7中有一個util的模塊，它提供了多種數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換方法，可以將從PLC讀取上來的字節(jié)直接解析為python可識別的數(shù)據(jù)類型。

首先導入util，這樣我們可以少寫個snap7，提高代碼的簡明性。?

from snap7 import util

根據(jù)文檔，我們寫出以下轉(zhuǎn)換代碼：

# Bool的值 util.get_bool(data, 0, 0) # Int的值 util.get_int(data, 2) # Real的值 util.get_real(data, 4) # String的值 util.get_string(data, 8, 256)

可以看到，我們在使用snap7的轉(zhuǎn)換方法的時候，只需要把我們讀取到的字節(jié)數(shù)組以及數(shù)據(jù)的起始索引傳進去即可，比起使用python自身的方法會更加簡單。

get_bool方法的第三個參數(shù)為該字節(jié)的第幾個bool量，因為一個bool量只需要一個位來表示，而一個字節(jié)是包含八個位的，也就是說這個字節(jié)可以表示八個bool量，在這里對應(yīng)的DB10里地址為0.0~0.7的八個bool量，由于我們要讀取的是地址0上的第一個bool量，所以第二個參數(shù)和第三個參數(shù)分別為0，0。

get_string方法的第三個參數(shù)為該字符串的最大長度，由于string類型共有256個字節(jié)，所以此處填256。

打印一下兩種方法的結(jié)果：

import snap7 import struct from snap7 import util# 創(chuàng)建通訊客戶端實例 plcObj = snap7.client.Client()# 連接至PLC plcObj.connect('192.168.10.230', 0, 1)# 讀取數(shù)據(jù) data = plcObj.db_read(10, 0, 776)# 關(guān)閉連接 plcObj.disconnect()# python解析 selfBool = bool.from_bytes(data[0:1], byteorder='big') selfInt = int.from_bytes(data[2:4], byteorder='big') selfReal = struct.unpack('>f', data[4:8])[0] selfString = data[10:264].decode(encoding="ascii") selfWString = data[268:].decode(encoding="utf-16be") print("python自身函數(shù)解析：") print(f"bool:{selfBool}; int:{selfInt}; real:{selfReal}; string:{selfString}; wstring:{selfWString}" )# snap7解析 snap7Bool = util.get_bool(data, 0, 0) snap7Int = util.get_int(data, 2) snap7Real = util.get_real(data, 4) snap7String = util.get_string(data, 8, 256) snap7WString = util.get_string(data, 264, 508) print("snap7函數(shù)解析：") print(f"bool:{snap7Bool}; int:{selfInt}; real:{snap7Real}; string:{snap7String}; wstring:{snap7WString}" )

可以看到，wstring讀取出來的結(jié)果是亂碼，這是因為python-snap7的頭字節(jié)解析及編碼格式問題，所以當我們讀取wstring的時候，最好還是用python自己的decode方法

寫入數(shù)據(jù)

與讀取數(shù)據(jù)一樣，寫入數(shù)據(jù)也有兩種方式，但是區(qū)別也僅僅是生成寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)方式不用。

寫入數(shù)據(jù)可以調(diào)用db_write方法，也可以調(diào)用write_area，與讀取數(shù)據(jù)一樣，前者只能用以寫入DB塊，后者可以寫入任意區(qū)域。

plcObj.write_area(snap7.client.Areas.DB,10,0,data) plcObj.db_write(10,0,data)

?data是需要寫入的數(shù)據(jù)的字節(jié)形式。

Python轉(zhuǎn)換

我們在解析讀取數(shù)據(jù)的時候提到，bool和int有from_bytes，同樣的它們也有to_bytes方法，用以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的字節(jié)數(shù)組的形式：

# bool的字節(jié) bool.to_bytes(True, 1, 'big')# int的字節(jié)數(shù)組（雙字節(jié)） int.to_bytes(200, 2, 'big')

同樣的，字符串類型有解碼的decode方法，也有轉(zhuǎn)碼的encode方法：

# string的字節(jié)數(shù)組 str = 'hello python' str.encode(encoding='ascii')# wstring的字節(jié)數(shù)組 str = '中國北京市' str.encode(encoding='utf-16be')

而對于float類型要用的struct，我們解析數(shù)據(jù)時用到了它的unpack方法，而轉(zhuǎn)換為字節(jié)的時候，我們就需要調(diào)用它的pack方法：

# float的字節(jié)數(shù)組 struct.pack(">f", 10.1)

所以我們能很輕易地寫出寫入數(shù)據(jù)的代碼：

import snap7 import struct# 創(chuàng)建通訊客戶端實例 plcObj = snap7.client.Client()# 連接至PLC plcObj.connect('192.168.10.230', 0, 1)# 寫入DB10.0 —— bool值 plcObj.write_area(snap7.client.Areas.DB, 10, 0, bool.to_bytes(False, 1, 'big'))# 寫入DB10.2 plcObj.write_area(snap7.client.Areas.DB, 10, 2, int.to_bytes(200, 2, 'big')) # plcObj.write_area(snap7.client.Areas.DB, 10, 2, struct.pack(">h", 112))# 寫入DB10.4 —— real值 plcObj.write_area(snap7.client.Areas.DB, 10, 4, struct.pack(">f", 10.1))# 寫入DB10.8 —— string值 str = 'hello python' data = int.to_bytes(254, 1, 'big') + int.to_bytes(len(str), 1, 'big') + str.encode(encoding='ascii') plcObj.write_area(snap7.client.Areas.DB, 10, 8, data)# 寫入DB10.264 —— wstring值 str = '中國北京市' data = int.to_bytes(508, 2, 'big') + int.to_bytes(len(str), 2, 'big') + str.encode(encoding='utf-16be') plcObj.write_area(snap7.client.Areas.DB, 10, 264, data)# 關(guān)閉連接 plcObj.disconnect()

運行程序后，回到TIA Protal的監(jiān)視界面可以看到，數(shù)值已經(jīng)被更改了：

python-snap7轉(zhuǎn)換

python-snap7提供了不同數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換方法，如下圖所示：

?所以根據(jù)我們這里的五種變量類型，可以寫出對應(yīng)的轉(zhuǎn)換代碼：

# bool的字節(jié)數(shù)組 boolData = bytearray(1) util.set_bool(boolData, 0, 0, True)# int的字節(jié)數(shù)組 intData = bytearray(2) util.set_int(intData, 0, 100)# real的字節(jié)數(shù)組 realData = bytearray(4) util.set_real(realData, 0, 20.5)# string的字節(jié)數(shù)組 str = "hello snap7" stringData = bytearray(len(str) + 2) util.set_string(stringData, 0, str, 256) stringData[0] = 254

需要注意，string類型在調(diào)用了set_string方法后，首字節(jié)的字符最大值依舊是0，可能是python-snap7目前仍然存在的小bug，所以需要手動修改為真實的最大值。

由于目前并沒有set_wstring方法，而且set_string方法也不支持wstring，所以wstring依然使用python的decode方法進行寫入。

寫入代碼如下：

import snap7 from snap7 import util# 創(chuàng)建通訊客戶端實例 plcObj = snap7.client.Client()# 連接至PLC plcObj.connect('192.168.10.230', 0, 1)# 寫入bool boolData = bytearray(1) util.set_bool(boolData, 0, 0, True) plcObj.db_write(10, 0, boolData)# 寫入int intData = bytearray(2) util.set_int(intData, 0, 100) plcObj.db_write(10, 2, intData)# 寫入real realData = bytearray(4) util.set_real(realData, 0, 20.5) plcObj.db_write(10, 4, realData)# 寫入string str = "hello snap7" stringData = bytearray(len(str) + 2) util.set_string(stringData, 0, str, 256) stringData[0] = 254 plcObj.db_write(10, 8, stringData)# 寫入wstring str = '中國廣州市' data = int.to_bytes(508, 2, 'big') + int.to_bytes(len(str), 2, 'big') + str.encode(encoding='utf-16be') plcObj.db_write(10, 264, data)plcObj.disconnect()

再打開TIA Protal，可以看到數(shù)據(jù)已經(jīng)成功寫入。

結(jié)尾

本文介紹了怎么使用python實現(xiàn)西門子PLC的通訊，如果會C#的寫法的話，可以很明顯感覺到python的代碼量會比C#少，但是相對的，數(shù)據(jù)解析也會比C#稍微麻煩一點。不過底層的通訊原理都是一樣的，只是具體實現(xiàn)方式不同而已。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Python使用python-snap7实现西门子PLC通讯的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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